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Gefährdungspotenziale reduzieren

Reihenklemmen in explosiver Atmosphäre
Gefährdungspotenziale reduzieren

In vielen verfahrenstechnischen Anlagen wird mit brennbaren Gasen, Dämpfen, Stäuben oder Flüssigkeiten gearbeitet – dabei ist es oft unvermeidlich, dass explosionsfähige Atmosphären entstehen. Elektrische Betriebsmittel wie Reihenklemmen, die oft zu Tausenden über die gesamte Anlage verbaut sind, stellen daher potenzielle Zündquellen dar. Um das Explosionsrisiko so gering wie möglich zu halten, gilt es einiges zu beachten.

Autor Birger Diekmann Produktmanager Prozesstechnik, Business Unit ICC, Phoenix Contact

Damit eine Explosion entstehen kann, müssen generell drei Dinge zusammen kommen: ein explosionsfähiger Stoff, Sauerstoff und eine Zündquelle. Nun können allerdings zahlreiche Produkte ohne explosionsfähige Stoffe nicht hergestellt werden. Beispiele hierfür sind Mehlstaub in Mühlen sowie brennbaren Flüssigkeiten wie Benzin oder Gase wie Wasserstoff. Ob aus diesen explosionsfähigen Stoffen eine explosionsfähige Atmosphäre entsteht, hängt vorrangig vom Verhältnis zwischen dem Sauerstoff – beispielsweise aus der Luft – und dem explosionsfähigen Stoff ab. Der Begriff primärer Explosionsschutz definiert sich demnach durch das Verhindern einer solch gefährlichen Konstellation. Eine Möglichkeit, die Vermischung der potenziell explosiven Stoffe zu vermeiden, ist die ausreichende Belüftung oder die Zugabe von Stickstoff (Inertisierung).
Sollten diese Maßnahmen nicht oder nur unzureichend umgesetzt werden können, kommt es darauf an, die Zündung der explosionsfähigen Atmosphäre zu verhindern. In diesem Fall spricht man von sekundärem Explosionsschutz. In Produktionsumgebungen gibt es diverse Faktoren, die zu potenziellen Zündquellen werden können. Hierzu gehören beispielsweise heiße Oberflächen, statische Entladung, Ultraschall oder Funken. Dies gilt es bei der Auswahl der zu verwendenden Komponenten in einem solchen Umfeld zu berücksichtigen. Ein besonderes Augenmerk sollte dabei auf die elektrischen Betriebsmittel gelegt werden – zu denen auch die Reihenklemmen zählen.
Gefährdungspotenzial einschätzen
Ob nun im Schaltkasten im Feld oder im Schaltschrank auf der Rangierebene, ob zum Verteilen von Energie oder zum Übertragen von Signalen – Reihenklemmen verbinden große und kleine Leiter vom Feld bis in die Leitwarte. Aufgrund ihrer Zuverlässigkeit, ihrer einfachen und übersichtlichen Handhabung, sowie ihrer hohen Flexibilität durch den modularen Aufbau, sind Reihenklemmen auch in Zeiten von Bustechnik eine unverzichtbare Lösung für Schaltaufgaben jeglicher Art. Bei der Auswahl der geeigneten Reihenklemmen sollte man grundsätzlich abwägen, wie hoch die Wahrscheinlichkeit ist, dass eine explosionsfähige Atmosphäre vorliegt, und wie hoch das Risiko ist, dass die Klemme unter bestimmten Bedingungen als Zündquelle fungiert. Diese Einschätzung des Gefährdungspotenzials liegt in der Verantwortung des Anlagenbetreibers. Dazu teilt er seine Anlage in Zonen ein. Je nachdem in welcher Zone die Komponente eingesetzt werden soll, muss eine entsprechende Zündschutzart gewählt werden.
Freie Wahl beim Anschluss
Die Zündschutzart „Erhöhte Sicherheit“ ist eine der gängigsten für Reihenklemmen – sie eignet sich für den Einsatz der Klemmen in den Zonen 1 und 2. Dieses Schutzkonzept verhindert betriebsmäßige Zündquellen und verlangt den Ausschluss von Fehlfunktion durch besondere Maßnahmen. Für Reihenklemmen resultieren daraus unter anderem folgende Anforderungen: Vibrationsfestigkeit und Korrosionsschutz, Sicherung gegen Selbstlösen sowie sicherer Kontakt bei Temperaturschwankungen. Darüber hinaus werden die Klemmen bereits in der Produktion einer 100-prozentigen Stückprüfung der Spannungsfestigkeit unterzogen. Durch Zertifizierung einer unabhängigen Prüfstelle wird die Eignung bestätigt.
Neben der gängigen Schraubanschlusstechnik gibt es heute weitere technische Möglichkeiten, diese Anforderungen zu erfüllen und damit neue Anwendungsmöglichkeiten zu schaffen. Mit der Schneidanschlusstechnik etwa lassen sich Leiter bis 2,5 mm² verbinden – ohne dass diese zuvor abisoliert und vercrimpt werden müssen. Auf diese Weise kann der Verdrahtungsaufwand um bis zu 60 % reduziert werden, was nicht nur beim Umbau bestehender Anlagen ein großer wirtschaftlicher Vorteil sein kann.
Eine weitere Anschlusstechnik, die gerade in der Prozesstechnik verstärkt zum Einsatz kommt, ist die Push-in-Technik. Durch das werkzeuglose, direkte Stecken von vercrimpten und starren Leitern sinkt auch hier der Zeitaufwand. Durch das schmale Design spart man beim Verdrahten von Stammkabeln bis zu 30 % Bauraum gegenüber herkömmlichen Lösungen. Mit einem Anschlussvermögen von bis zu 150 mm² sind Applikationen mit Strömen über 250 A in Zone 1 kein Problem.
Trennen und Messen im Ex-Bereich
Eine weitere Form des Explosionsschutzes ist das Schutzkonzept Eigensicherheit „i“. Durch die Begrenzung der Energie wird dafür gesorgt, dass keine Zündquelle entstehen kann. Nach diesem Prinzip kann in allen drei Zonen vorgegangen werden. Die meisten Signale in diesen Bereichen haben eine geringe Spannung und nutzen einen Bereich von 4 bis 20 mA – daher wird in der Mess- und Regelungstechnik hauptsächlich mit dieser Zündschutzart gearbeitet. Reihenklemmen gelten für die Verwendung in eigensicheren Stromkreisen als einfache elektrische Betriebsmittel. Die Eignung kann der Hersteller bestätigen, er sichert das Einhalten der geforderten Luft- und Kriechstrecken sowie Abstände durch feste Isolierung für Stromkreise bis 60 V zu. Da Klemmen mit einer Eignung für erhöhte Sicherheit auch in eigensicheren Kreisen verwendet werden dürfen und die meisten Durchgangsreihenklemmen diese Zulassung besitzen, ist dies aber meist nur für trennbare oder Sicherungsklemmen erforderlich. Bei größerer Energie könnte bei Öffnen oder Schließen der Trennstelle ein Zündfunke entstehen, oder eine durchgebrannte Sicherung könnte eine zu hohe Temperatur erreichen. Darum eigen sich derartige Funktionsklemmen nicht für eine Ex e-Zulassung.
Um Ströme, die über dem eigensicheren Bereich liegen, durch Messertrennklemmen messbar zu machen oder diese Ströme mit gängigen Glassicherungen abzusichern, sind Messertrennklemmen und Sicherungsklemmen mit einer Zulassung in der Zündschutzart Ex nA erhältlich. Dazu müssen beispielsweise alle trennbaren Elemente eine Lösekraft größer 15 N oder des 100fachen des Eigengewichts aufweisen. So wird ein ungewolltes Öffnen vermieden. In den Sicherungsträgern kommen dann G-Sicherungseinsätze mit Sandfüllung in der Zone 2 zum Einsatz.
Mit Reihenklemmen lassen sich in allen Zonen explosionsgefährdeter Anlagen sichere elektrische Verbindungen herstellen. Dabei ermöglichen es die unterschiedlichen Charakteristika der Anschlusstechniken, auf individuelle Applikationsbedingungen einzugehen. Über das direkte Verbinden zweier Leiter hinaus bieten Reihenklemmen Lösungen zum Messen, Trennen und Begrenzen von Strömen im Ex-Bereich.
Halle 11.1, Stand A27
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