Sichere Erdung im Ex-Bereich
ELEKTROSTATISCHE AUFLADUNG IN EX-BEREICHEN ZUVERLÄSSIG VERHINDERN
Explosionsgefährdete Bereiche erfordern besondere Schutzmaßnahmen – dieser Satz gilt insbesondere für die unsichtbaren Gefahren von elektrostatischer Aufladung. Dieses Fachgebiet erscheint vielen als Buch mit sieben Siegeln und ist aufgrund der Vielzahl an Variablen nicht einfach zu durchblicken. Doch Richtlinien und Normen helfen dabei, die richtigen Entscheidungen zu treffen um sich effektiv vor den elektrostatischen Gefahren in Ex-Bereichen zu schützen.
Welche Anforderungen sich daraus für die elektrostatische Erdung in explosionsgefährdeten Bereichen ergeben, welche Richtlinien zu beachten sind und wie moderne Erdung für Ex-Bereiche durchgeführt werden sollte, zeigen wir Ihnen in diesem Artikel.
Wann tritt elektrostatische Aufladung in der Praxis auf?
Elektrostatische Aufladung kann während der unterschiedlichsten Arbeitsprozesse erzeugt werden und sich dann auf Gegenständen oder Materialien ansammeln.
Je größer die Ansammlung wird, desto wahrscheinlicher ist die Entladung der Spannung in Form einer Funkenentladung – eine extrem gefährliche Situation in explosionsgefährdeten Bereichen.
Typische Aufladungsprozesse bei der Arbeit in explosionsgefährdeten Bereichen sind unter anderem:
- Elektrostatische Aufladung beim Umgang mit Flüssigkeiten
> Befüllen und Entleeren von u.a. Tankwagen, Fässer, IBC - Elektrostatische Aufladung beim Umgang mit Schüttgütern
> Befüllen und Entleeren von u.a. Silo-LKW, FIBC, Fässer
Da der der Materialfluss flüssiger und fester Materialien oftmals mit sehr hohen Geschwindigkeiten erfolgt, beispielsweise der pneumatische Transport von Schüttgut oder das Befüllen von Tankwagen, kommt es zu einer Kontaktaufladung zwischen dem transportierten Material und den Transportanlagen.
Ist eines der Anlagenteile isoliert angebracht, hat also keinen oder nur ungenügenden Kontakt zu einer Erdverbindung, können sich die elektrostatischen Aufladungen ansammeln. Je größer die angesammelte Energie, desto höher wird der Drang, diese Ladungen zum Erdpotenzial abzugeben.
Diese Möglichkeit bietet sich immer dann, wenn sich ein leitfähiges, geerdetes Bauteil oder Objekt in der Nähe des isolierten Bauteils befindet. Beispiele hierfür sind unter anderem andere Anlagenteile, Metallfässer, Werkzeuge oder auch die Arbeiter selbst. Über diesen Weg können die überschüssigen elektrischen Ladungen in Sekundenbruchteilen zum Erdpotenzial abgeleitet werden.
Wird ein solches Objekt in die Nähe der angesammelten Energie gebracht, kommt es häufig zu einem unkontrollierten Ladungsübergang, einem elektrischen Funken. Dieser Funken bildet einen leitfähigen Kanal durch die Luft, in dem die elektrischen Ladungen abgeführt werden. Die hierbei freiwerdende Energie ist eine gefährliche, hochenergetische Zündquelle für die Atmosphäre des explosionsgefährdeten Bereiches.
Einen Überblick über die physikalischen Grundlagen der elektrostatischen Aufladung finden Sie in unserem rechtsstehenden Whitepaper und dieser bebilderten Übersicht.
Wie hilft Erdung gegen elektrostatische Aufladung in Ex-Bereichen?
Die bei weitem effektivste Methode ist es, alle leitfähigen Objekte im Ex-Bereich zu erden. Hierbei werden die entstehenden elektrostatischen Aufladungen sicher zum Erdpotenzial abgeführt und können sich nicht auf dem Objekt ansammeln – und stellen somit auch keine Zündgefahr mehr dar. Diese Erdverbindung sollte während der gesamten Zeit des ladungserzeugenden Vorganges bestehen und zu jedem Zeitpunkt ausreichend leitfähig sein, um eine sichere Erdung im gefährdeten Bereich sicherzustellen.
In Normen, Richtlinien und Standards festgelegte Arbeitsanweisungen und Grenzwerte helfen den Verantwortlichen in Prozessanlagen, diese Erdungsverbindung richtig auszuführen. Zudem können viele der Vorgaben als Vorlagen für betriebsinterne Regularien genutzt werden.
Die zwei wichtigsten Richtlinien für Erdung im Ex-Bereich sind:
IEC TS 60079-32-1 (2013)
Explosionsgefährdete Atmosphäre – Leitfaden
TRGS 727 (2016)
Vermeidung von Zündgefahr infolge elektrostatischer Aufladungen
Die Quintessenz dieser Normen ist, dass Aufladungen von Anlagenteilen, der transportierten Substanzen aber auch der im Ex-Bereich arbeitenden Personen verhindert werden sollen. Eine normgerechte Erdung durchzuführen wird zudem als unkomplizierteste und effektivste Methode angesehen, die Gefahren der elektrostatischen Aufladung zu verhindern.
Deshalb sollten leitfähige Objekte, die die potenzielle Gefahr einer elektrostatischen Aufladung aufweisen, grundsätzlich geerdet werden und die dabei verwendete Erdverbindung allgemein einen Ableitwiderstand von 1 Megaohm (10^6 Ohm) nicht überschreiten.
Was ist der Unterschied zwischen Erdung und Potenzialausgleich?
In den genannten Normen wird sowohl auf Erdung als auch auf Potenzialausgleich im Ex-Bereich hingewiesen, um elektrostatische Aufladung zu verhindern. Doch diese beiden Maßnahmen verfolgen verschiedene Ziele. Deshalb ist es sehr wichtig, den Unterschied zwischen diesen beiden Begriffen zu verstehen.
Während bei der Erdung eine ableitfähige Verbindung vom Objekt zum Erdpotenzial aufgebaut wird, bezieht sich der Potenzialausgleich auf eine leitfähige Verbindung von zwei oder mehreren Objekten. Dies soll bewirken, dass sich keine unterschiedlich starken Aufladungen auf den einzelnen Bauteilen bilden und dadurch einen potenziellen Funkenübersprung zwischen diesen Teilen verhindern.
Doch auch wenn eine funktionierende Ausgleichsverbindung zwischen den Objekten errichtet ist, heißt das nicht, dass auch eine ableitfähige Verbindung zum Erdpotenzial besteht. Das kann dazu führen, dass sich die Objekte weiterhin elektrostatische aufladen können. Kommt nun ein leitfähiges Objekt in die Nähe dieser Anlagenteile, beispielsweise ein Arbeiter oder ein Werkzeug, kann sich die angesammelte Energie trotz des vorhandenen Potenzialausgleiches entladen und die Atmosphäre im Ex-Bereich entzünden.
Deshalb gilt: Auch wenn ein Potenzialausgleich erfolgt ist muss sichergestellt sein, dass mindestens ein Punkt des Verbundes eine ableitfähige Verbindung zum Erdpotenzial aufweist. Nur so lassen sich elektrostatische Aufladungen verhindern.
Wie stelle ich eine sichere Erdungsverbindung im Ex-Bereich her?
Grundsätzlich gilt, dass mit einer metallischen Verbindungsleitung (Kabel) eine ableitfähige Erdverbindung hergestellt werden soll. Diese muss, solange die Verbindung nicht überwacht wird, robust genug ausgeführt sein, um über einen langen Zeitraum die maximalen Ableitwiderstände einzuhalten und mechanische oder witterungsbedingte Einflüsse zu überstehen. Bei einer unüberwachten Erdung ist daher, je nach Anwendungsfall, ein Kabelquerschnitt von 4-10mm² empfehlenswert.
Neben der Möglichkeit der unüberwachten Erdung ist es insbesondere in Ex-Bereichen sinnvoll, eine automatische Erdungsüberwachung zu installieren. Die Nutzung überwachter Erdungssysteme wie dem TIMM EKX-4 bringt einige sicherheitstechnische aber auch handhabungsbezogene Vorteile mit sich und stellt die empfohlene Best Practice der genannten Normen dar.
TIMM Erdungstestgerät EKX-4
Überwachte Erdung mit Objekterkennung für Ex-Bereiche
Diese Geräte stellen eine normgerechte Erdungsverbindung her und überwachen zusätzlich die Einhaltung der vorgeschriebenen Grenzwerte. Hierdurch werden Erdungsprobleme, wie beispielsweise ein unbemerkter Kabelbruch oder eine abgefallene Erdungszange, zuverlässig erkannt und durch eine sofortige Prozessunterbrechung die damit verbundenen Gefahren verhindert.
Auch in der täglichen Nutzung ergeben sich Vorteile für den Arbeiter. So kann er anhand von Statusleuchten jederzeit den Erdungszustand ablesen und eine potenziell gefährliche Situation frühzeitig erkennen. Ist das Gerät in die Anlagensteuerung eingebunden, kann es auch dazu beitragen, dass die Arbeits- und Sicherheitsanweisungen eingehalten werden. Da keine Prozessfreigabe erfolgt, solange keine korrekte Erdungsverbindung hergestellt ist, ist der Arbeiter vor Ort dazu gezwungen, die Sicherheitseinrichtung zu nutzen.
Für diesen Anwendungsfall besonders geeignet sind Erdungsgeräte mit integrierter Objekterkennung. Diese Geräte erkennen die elektrischen Eigenschaften des angeschlossenen Objektes und vergleichen diese mit hinterlegten Richtwerten. Ein bloßes Anschließen der Erdungszange an einen metallisch leitfähigen Punkt der Anlage oder ein Überbrücken der Erdverbindung wird damit effektiv unterbunden. So helfen sie dabei, Manipulationen und das Umgehen der Sicherheitseinrichtung zu verhindern.
Besonders häufig werden diese Geräte bei der Be- und Entladung von LKW’s, FIBC’s, IBC’s und Fässern in explosionsgefährdeten Bereichen eingesetzt.
Sie sind sich unsicher, ob in ihrem Anwendungsfall eine elektrostatische Erdung notwendig ist?
Oder Sie wollen Genaueres über die Best-Practice erfahren? Sprechen Sie gerne unser Expertenteam an.