Sicherheit für alle Klemmen

Klaus Steinhauer

Klemmengehäuse und andere elektrische Betriebsmittel für den Ex-Bereich unterliegen den europäischen Normen. So sind Klemmengehäuse im allgemeinen in Ex-geschützter Ausführung als Standard- und Flanschgehäuse für den Einsatz in den Zonen 1 und 2 zugelassen. Für elektrische Betriebsmittel in Zone 10 sind die Baubestimmungen derzeit in Vorbereitung. In Zone 11 dürfen Ex-Klemmengehäuse nur dann eingesetzt werden, wenn überprüft wurde, daß die Oberflächentemperatur des Gehäuses das jeweilige Staub-Luft-Gemisch nicht entzünden kann. Als Folge dieser Bestimmungen unterscheiden sich Ex-Klemmengehäuse gegenüber dem allgemeinen Industriestandard in wichtigen Punkten:

• Der Gehäusewerkstoff muß so beschaffen sein, daß von außen einwirkende mechanische Belastungen die Schutzart nicht herabsetzen. Gefordert wird eine Schlagfestigkeit von mindestens 7 Nm.

• Die Schutzart muß mindestens IP 54 nach EN 60529/IEC 529 betragen.

• Gefahrbringende elektrische Aufladungen müssen durch die elektrische Leitfähigkeit des Gehäuses verhindert werden.

• Die Bestückung darf nur mit Ex-bescheinigten Klemmen erfolgen. Die Installation anderer elektrischer Betriebsmittel ist nicht zulässig.

• Anzahl und Größe der Klemmen sind in Abhängigkeit von der Erwärmung begrenzt, und

• die Kabelverschraubungen müssen aus stoßfestem Material bestehen und dürfen ebenfalls die Schutzart IP 54 nicht unterschreiten.

Für Standardanwendungen werden üblicherweise Aluminium-Gehäuse mit 4 mm Wandstärke bevorzugt. Für Ex-Gehäuse eignen sich Aluminium, Edelstahl 1.4404 und Polyester. Welches Material letztendlich zum Einsatz kommt, hängt stark vom Ort der Installation ab.

Höchste Anforderungen an chemische Beständigkeit und Korrosionsschutz erfüllen beispielsweise Ex-Klemmengehäuse aus Edelstahl. Präzise Kantungen, sauber verschliffene Schweißnähte, gleichmäßig feingeschliffene Oberflächen, ein mediendichter Innnenraum durch beständige Silikondichtungen und geschlossene Gewindebuchsen für die Deckelbefestigung bilden wesentliche Qualitätsmerkmale. Serienmäßig angebrachte Befestigungslaschen ermöglichen dabei eine Montage im geschlossenen Zustand.

Auch unter schwierigen Umgebungsbedingungen – hervorgerufen durch Hitze, Kälte, Staub, Schmutz, Nässe oder Chemikalieneinwirkung – müssen elektrische Anlagen zuverlässig funktionieren. In diesem Fall sorgen Gehäuse aus hochbeständigem Polyester für den notwendigen Schutz. Der Werkstoff ist besonders unempfindlich gegen Säuren, Laugen und organische Lösemittel. Gleichzeitig weisen die mechanischen, thermischen und elektrischen Eigenschaften gute Werte auf. Die Abdichtung zwischen Basisteil und Deckel erfolgt durch ein Feder-Nut-System mit Rundschnurdichtungen aus verschiedenen Materialien (CR, Silikon, Polyurethan), wodurch sich die Schutzart IP 65 ergibt.

Während die Gehäuse aus Aluminium und Edelstahl aufgrund des leitfähigen Metalles in Verbindung mit großzügig ausgelegten Außenanschlüssen für den Schutzleiter elektrische Aufladungen schon von Natur aus verhindern, müssen die Kunststoffgehäuse hierfür besonders präpariert werden. Dies geschieht durch Graphitzusatz zum glasfaserverstärkten, duroplastischen Polyester. Auf diese Weise verringert sich der Oberflächenwiderstand auf weniger als 109 Ohm.

Die Ex-Klemmengehäuse der Bezeichnung EExe II T6 sind so ausgelegt, daß sie eine Oberflächentemperatur von 85 °C nicht überschreiten. In der Automatisierungstechnik arbeitet man häufig mit eigensicheren Stromkreisen, deren elektrische Energie derart begrenzt ist, daß selbst im Kurzschlußfall keine Funken auftreten und keine unzulässige Erwärmung entsteht. Klemmengehäuse für diese Stromkreise weichen deshalb von Exe-Gehäusen geringfügig ab. So dürfen in diesem Fall unbescheinigte Klemmen – zur deutlichen Unterscheidung blau eingefärbt – eingesetzt werden. Um auch an der Gehäuseaußenseite solche Stromkreise zu kennzeichnen, empfiehlt sich die Verwendung von blau eingefärbten Kabelverschraubungen sowie von blauen Typenschildern mit dem Hinweis „Zum Anschluß eigensicherer Stromkreise“. Das Gehäusekennzeichen für die Zündschutzart Eigensicherheit lautet EExia II T6.

Die Bestückung von Ex-Klemmengehäusen mit Klemmen und Kabelverschraubungen unterliegt festgelegten Grenzen. Sie richtet sich nach den Mindestabständen zwischen Klemmen und Gehäusewandung und bei neueren Zulassungen zusätzlich nach der an den Klemmstellen auftretenden Erwärmung. Darüber hinaus muß der Einfluß der Gehäusebohrungen auf die mechanische Festigkeit berücksichtigt werden.

Der überwiegende Teil der Ex-Klemmengehäuse wurde bereits 1981 nach Euronorm zugelassen. Inzwischen sind mehrfach Änderungen an den europäischen Normen vorgenommen worden. Besonders betroffen sind davon Exe-Betriebsmittel aus nichtmetallischen Werkstoffen, für die eine erweiterte Wärmebeständigkeit gefordert wird. Außerdem ist die Bestückung mit Klemmen unter Berücksichtigung der tatsächlichen Strombelastung der Einzelleiter festgelegt worden. Zur Unterscheidung der Zulassungszustände erweiterte man die Kennzeichen:

• PTB-Nr. Ex-81/3100 Zulassung nach Grundnorm (A-Generation); freier EG-Warenverkehr bis 1. 1. 2005

• PTB-Nr. Ex-86.B.3122 Geänderte Zulassung (B-Generation); freier Warenverkehr bis 31. 12. 2009

• PTB-Nr. Ex-90.C.3140 Geänderte Zulassung (C-Generation)

Gehäuse der A-Generation dürfen mit Klemmen bestückt werden, die mindestens nach der A-Generation zugelassen sind. Die maximale Bestückung für die jeweilige Gehäusegröße ergibt sich aus den Herstellerunterlagen. Auch Mischbestückungen unterschiedlicher Querschnitte sind möglich. Jede Klemmstelle darf allerdings nur mit einem Leiter belegt werden. Mehrere Klemmen lassen sich mit Quer- oder Einlegebrücken verbinden, wobei am Anfang und Ende jeder Brückung eine Endplatte notwendig ist. In Exe-Gehäusen dürfen Exi-Klemmen zusätzlich eingebaut werden. Dabei ist ein Mindestabstand von 50 mm zwischen den unterschiedlichen Stromkreisen erforderlich. Bei Wechselspannungen über 50 V benötigt jedes eingeführte Kabel einen Schutzleiteranschluß. Exe-Metallgehäuse müssen außerdem mit einem äußeren Schutzleiteranschluß versehen sein.

Sollen Ex-Klemmengehäuse nach der B- oder C-Generation zugelassen werden, ergibt sich gegebenenfalls eine Reduzierung der Klemmenanzahl in Abhängigkeit vom Strom, der über den angeschlossenen Leiter fließt. Tabelle 1 dient hierbei als Projektierungsgrundlage. Bei Nennstrom im schraffierten Bereich dürfen beliebig viele Klemmen innerhalb der Bestückungslängen eingesetzt werden. Im grau unterlegten Bereich ist die Maximalbestückung unter Berücksichtigung der Erwärmung angegeben. Wird diese nicht voll ausgeschöpft, dann ist eine Ergänzung mit Klemmen aus dem schraffierten Bereich bis zur Bestückungsgrenze zulässig.

Für metallische Gehäuse sind genormte und zugelassene Metallverschraubungen erlaubt. In Polyestergehäusen verwendet man Polyamid-Verschraubungen mit EN-Zulassung. Nicht genutzte Einführungsöffnungen müssen mit Ex-zugelassenen Stopfen verschlossen werden. Armierte Kabel werden über Messingverschraubungen eingeführt, die untereinander und mit dem Schutzleiteranschluß durch Messingplatten (Off-Shore-Platten) verbunden sind. Bewegliche Leitungen erfordern Kabeleinführungen mit Knickschutz und Zugentlastung.

Weitere Informationen cav-276