Feuer stellt in vielen Branchen eine Gefahr dar. Manchmal ist das Risiko offensichtlich, beispielsweise bei der Herstellung oder Handhabung brennbarer Gase wie Wasserstoff und Propan, in anderen Situationen ist es jedoch weniger offensichtlich. Insbesondere Staub kann oft leicht entzündlich sein.
Ein Feuer benötigt Brennstoff, Sauerstoff und eine Zündquelle. Brennbare Gase, Dämpfe und Staub liefern den Brennstoff, Sauerstoff ist in den meisten Umgebungen vorhanden, und die Zündung kann durch einen Funken oder eine heiße Oberfläche erfolgen. Jedes Feuer ist gefährlich, aber in extremeren Fällen verläuft die Verbrennung so schnell, dass es zu einer Explosion kommt. Die OSHA hat zahlreiche Berichte über verheerende Brände und Explosionen in einer Vielzahl von Branchen.
Die Verhinderung von Bränden und Explosionen hat höchste Priorität, da kein Unternehmen und keine Organisation für Todesfälle und Verletzungen verantwortlich sein möchte. Darüber hinaus können die direkten finanziellen Strafen für solche Ereignisse – Strafzahlungen und erhöhte Versicherungsprämien – einen zuvor erfolgreichen Betrieb ruinieren.
Druck-Transmitter Ingenieure, die Geräte in Bereichen installieren müssen, in denen Brandgefahr besteht, haben zwei Möglichkeiten: Sie können entweder Explosionsschutztechniken einsetzen oder einen „eigensicheren” Konstruktionsansatz verfolgen (die sich nicht gegenseitig ausschließen). Dieses Whitepaper von OMEGA Engineering beantwortet die Frage: „Was ist Eigensicherheit?” Die einzelnen Abschnitte behandeln folgende Themen:
- Eigensicherheit (IS)
- Auswahl des richtigen Druckmessumformers oder der richtigen Wägezelle für IS-Umgebungen
- Überlegungen zur Installation und zum Risikomanagement
- Verwendung eines Windkanals zur Kalibrierung
- Allgemeine Fragen und Antworten
Grundlagen der Sicherheit
Sicherheit (IS) ist ein Ansatz für die Konstruktion von Geräten, die in explosionsgefährdeten Bereichen eingesetzt werden. Die Idee besteht darin, die verfügbare Energie auf ein Niveau zu reduzieren, das zu niedrig ist, um eine Entzündung zu verursachen. Das bedeutet, Funken zu vermeiden und die Temperaturen niedrig zu halten.
Alternativen sind die Konstruktion von Systemen, bei denen Sauerstoff ausgeschlossen wird (durch Spülen mit Inertgas), oder die Isolierung möglicher Zündquellen. Dies kann entweder durch die Unterbringung der Geräte in Gehäusen, die stark genug sind, um eine Explosion aufzuhalten, oder durch die Verlegung außerhalb des explosionsgefährdeten Bereichs erreicht werden.
Pancake-Wägezelle Definitionen von Gefahrenbereichen
Die National Fire Protection Association (NFPA) veröffentlicht Vorschriften zur Minimierung von Brandrisiken. NFPA 70 legt den National Electrical Code fest, der oft als NEC bezeichnet wird. Die Abschnitte 500 und 505 enthalten Definitionen von Gefahrenbereichen. Der Grund für die Doppelung ist, dass 505 die neuere Version ist, die so strukturiert ist, dass sie die Definitionen mit denen außerhalb der Vereinigten Staaten harmonisiert. Abschnitt 500 des NEC definiert Standorte der Klassen 1, 2 und 3. Klasse 1 bezieht sich auf Gase und Dämpfe, Klasse 2 auf Staub und Klasse 3 auf Fasern. Innerhalb jeder Klasse gibt es zwei Unterteilungen. Die Bezeichnung „Division 1” bedeutet, dass die Gefahr unter normalen Bedingungen bestehen kann oder aufgrund von Wartungen, Leckagen oder Ausfällen bestehen könnte. „Division 2” bezeichnet einen Bereich, in dem Gase oder Dämpfe eingeschlossen sind und nur aufgrund von versehentlichen Brüchen oder Ausfällen entweichen können, wobei eine Ansammlung durch aktive Belüftung verhindert wird. Orte der Klasse III sind solche, die aufgrund des Vorhandenseins leicht entzündlicher Fasern oder Partikel gefährlich sind.
Abschnitt 505 folgt denselben Grundsätzen, verwendet jedoch Zonen anstelle von Klassen und Unterteilungen. Ein Ort der Zone 0 ist ein Ort, an dem „entzündbare Konzentrationen von brennbaren Gasen oder Dämpfen kontinuierlich ... oder über lange Zeiträume vorhanden sind“. Eine Einstufung als Zone 1 bedeutet, dass „...entzündbare Konzentrationen ... unter normalen Betriebsbedingungen wahrscheinlich vorhanden sind“ oder als Folge von Leckagen oder Reparaturarbeiten. Die Einstufung eines Bereichs als Zone 2 bedeutet, dass entzündbare Konzentrationen „unter normalen Betriebsbedingungen wahrscheinlich nicht auftreten und, falls doch, nur für kurze Zeit vorhanden sind“. Für Staub sind die entsprechenden Zonen 20, 21 und 22.
Auswahl von Druckmessumformern oder Wägezellen für eigensichere Umgebungen
Transmitter für Druckmessung Beim Umgang mit brennbaren Gasen oder brennbaren Flüssigkeiten, insbesondere wenn die Möglichkeit der Dampfbildung besteht, ist eindeutig ein IS-Schutz erforderlich. Unter Bedingungen mit Staub oder Fasern ist dieser Bedarf jedoch möglicherweise weniger offensichtlich.
NFPA 70 definiert brennbaren Staub als Partikel, die kleiner als 500 Mikrometer sind, während OSHA 1910.399 festlegt „Zu den elektrisch nicht leitfähigen brennbaren Stäuben gehören Stäube, die bei der Handhabung und Verarbeitung von Getreide und Getreideprodukten, pulverisiertem Zucker und Kakao, getrocknetem Ei- und Milchpulver, pulverisierten Gewürzen, Stärke und Pasten, Kartoffel- und Holzmehl, Ölmehl aus Bohnen und Samen, getrocknetem Heu und anderen organischen Materialien entstehen, die bei der Verarbeitung oder Handhabung brennbare Stäube erzeugen können. Staub, der Magnesium oder Aluminium enthält, ist besonders gefährlich.“
Damit Geräte als IS-konform gelten, müssen sie entsprechend zertifiziert sein. In den Vereinigten Staaten sind UL und FM Global zwei Institutionen, die solche Zertifizierungen anbieten. Geräte, die den IS-Standards entsprechen, tragen das Zeichen „FM Approved“. Geräte ohne dieses Zeichen dürfen nicht in gefährlichen Umgebungen verwendet werden, es sei denn, es werden andere geeignete Vorsichtsmaßnahmen getroffen.
Überlegungen zur Installation und zum Risikomanagement
Die Installation ist einfacher als die Einrichtung explosionsgeschützter Gehäuse. Es ist wichtig zu beachten, dass das gesamte System so ausgelegt sein muss, dass es eigensicher ist. Es reicht nicht aus, nur Drucksensoren oder Wägezellen mit IS-Zertifizierung zu kaufen.
Ein System, das eigensicher ausgelegt ist, erfordert eine vollständige Dokumentation aller verwendeten Komponenten und Verkabelungen. Unmittelbar nach der Installation findet eine Inspektion statt, gefolgt von regelmäßigen Inspektionen während der gesamten Lebensdauer der Geräte. Damit sollen eventuelle Verschleißerscheinungen oder Beschädigungen sowie nicht genehmigte oder unbefugte Austauschmaßnahmen an Komponenten des IS-Systems festgestellt werden.
Isolations- und Erdungsprüfungen sind normalerweise Teil einer elektrischen Inspektion. Solche Verfahren sind jedoch in der Regel nicht mit dem IS-Konzept vereinbar. Wenn diese Prüfungen erforderlich sind, sollte fachkundiger Rat eingeholt werden.
Wählen Sie das richtige IS-Gerät für Ihre Anwendung
Eigensicheres Thermoelement-Thermometer
Eigensichere digitale Thermometer sind in als gefährlich eingestuften Bereichen unverzichtbar. Das 921B ist ein einkanaliges eigensicheres digitales Thermometer. Das 922B ist ein zweikanaliges eigensicheres digitales Thermometer.
Eigensicherer Impulsradar-Füllstandstransmitter
Der eigensichere 26-GHz-Impulsradar-Füllstandstransmitter bietet eine kontinuierliche Füllstandsmessung bis zu 10 m (32,8') mit einem analogen 4-20-mA- und einem digitalen HART-Ausgang und wird über sein integriertes Drucktasten-Anzeigemodul oder einen HART-Kommunikator konfiguriert.
Eigensicherer Temperaturdatenlogger
Der neue OM-CP-Temp1000IS-A2 ist ein eigensicherer Temperaturdatenlogger, der gemäß den Normen FM3600 und FM3610 zertifiziert ist. Er verfügt über eine Zertifizierung für explosionsgefährdete Bereiche gemäß der neuesten Ausgabe von FM3600 und FM3610. Diese Zertifizierung macht das Gerät ideal für die EtO-Sterilisation, Umweltstudien und zahlreiche andere Anwendungen in rauen Umgebungen.
Wann sind eigensichere Geräte erforderlich bei einer Installation in einem Bereich, in dem brennbare Materialien vorhanden sind?
Wenn Geräte bei einer Installation in einem Bereich installiert werden, in dem brennbare Materialien vorhanden sind, müssen Maßnahmen ergriffen werden, um die Entzündungsgefahr zu minimieren. Die OHSA akzeptiert die IS-Konstruktion als geeigneten Ansatz, verlangt jedoch, dass das gesamte System entsprechend ausgelegt ist. Es reicht nicht aus, nur IS-zertifizierte Komponenten zu verwenden.
Eine Ausnahme von der Pflicht zur Zertifizierung gilt für „einfache Geräte”. Dieser Begriff wird für Geräte mit sehr geringer Leistung oder passive Geräte verwendet, die keine Entzündung verursachen können. Gute Beispiele hierfür sind Thermoelemente und RTDs.
Wie funktionieren Geräte mit Sicherheit?
Um eine Entzündung zu vermeiden, müssen sowohl die verfügbare Leistung als auch die maximalen Temperaturen minimiert werden. Die Definition der maximal verfügbaren Leistung ist komplex, kann aber allgemein als Spannung unter 29 V und unter 300 mA angesehen werden. Einfacher ausgedrückt bedeutet dies, dass die Leistung weniger als 1,3 W betragen muss. (Beachten Sie, dass viele Instrumente 24 V benötigen und oft so ausgelegt sind, dass sie weniger als 500 mA verbrauchen, was in vielen Situationen für die IS-Zertifizierung ausreicht).
Sechs Klassen definieren Temperaturstufen. Im Allgemeinen gelten Geräte, die die T4-Kennzeichnung erfüllen, als eigensicher, da die Temperaturen 135 °C (275 °F) nicht überschreiten. (Geräte mit einer Verlustleistung von weniger als 1,3 W bleiben in der Regel unter dieser Temperatur).
Welche Arten von eigensicheren Geräten gibt es?
Eine Vielzahl von Industriegeräten, wie Taschenlampen, Kameras, Gasdetektoren und sogar Funkgeräte, sind in eigensicherer Ausführung erhältlich. Im Bereich der Messtechnik besteht der größte Bedarf bei der Druck- und Gewichtsmessung. Die Temperaturmessung entspricht in der Regel der Regel für „einfache Geräte”, obwohl möglicherweise Temperatur-Transmitter erforderlich sind, um Thermoelementsignale über größere Entfernungen zu übertragen.
Sind Geräte mit Sicherheit-Zertifizierung teurer als nicht zertifizierte Versionen?
In der Regel sind IS-Geräte etwas teurer als nicht zertifizierte Versionen. Dies ist eher auf die Erlangung und Aufrechterhaltung der Zulassung zurückzuführen als auf die Kosten für zusätzliche oder ungewöhnliche Komponenten. Das grundlegende Design einer IS-Barriere verwendet Zenerdioden zur Begrenzung der Spannung, Widerstände zur Begrenzung des Stroms und eine Sicherung, die alle nicht teuer sind.
Was sind die Vorteile?
When electrical equipment and instrumentation must be placed in a hazardous environment, IS offers several benefits.
- It helps ensure a safe work environment and protects those nearby from explosion risks.
- Es vermeidet die Kosten und den Platzbedarf von explosionsgeschützten Gehäusen. Zusätzliche Kosteneinsparungen ergeben sich durch die Möglichkeit, Standard-Instrumentenkabel zu verwenden.
- Wartungs- und Diagnosearbeiten können ohne Produktionsunterbrechung und Belüftung des Arbeitsbereichs durchgeführt werden.
- Die Versicherungsprämien können aufgrund der Risikominderung niedriger ausfallen.
Ersetzen eigensichere Geräte Explosionsschutz oder Druckbeaufschlagung?
Nein, eigensichere Geräte können diese Methoden aufgrund ihrer Abhängigkeit von geringer Leistung und Temperatur nicht in allen Anwendungen ersetzen. Wo dies möglich ist, führt dies oft zu erheblichen Einsparungen bei den Kosten für Installation und Wartung.
Beeinflusst die Sicherheit die Leistung des zertifizierten Geräts?
Nein, die Leistung ist dieselbe wie bei nicht zertifizierten Geräten, jedoch mit höherer Zuverlässigkeit. Diese Geräte verwenden dieselben Teile wie nicht zertifizierte Geräte, wurden jedoch so konstruiert, dass sie die gespeicherte Energie und die erzeugte Wärme im Falle eines internen Fehlerzustands begrenzen.
Schutz von Personen und Eigentum
Viele industrielle, chemische und prozessbezogene Umgebungen bergen erhebliche Risiken bei Explosionen, entweder aufgrund des tatsächlichen oder möglichen Vorhandenseins von brennbaren Gasen und Dämpfen, Stäuben oder Fasern. Solche Umgebungen werden als „gefährlich” bezeichnet, und es ist unerlässlich, dass sie so gestaltet sind, dass die Möglichkeit einer Entzündung der brennbaren Materialien ausgeschlossen ist.
Oftmals ist es notwendig, in solchen Umgebungen elektrische Messgeräte einzusetzen. Wenn dies unvermeidbar ist, gibt es drei mögliche Ansätze: Die Geräte in ein explosionsgeschütztes Gehäuse einbauen, das Gehäuse mit Inertgas spülen oder die Prinzipien der Sicherheit der eigensicheren Konstruktion anwenden.
Die eigensichere Konstruktion minimiert die Erzeugung von Energie und Wärme. Die Geräte müssen unabhängig als eigensicher zertifiziert sein, und das gesamte System muss vor der Inbetriebnahme nach den Standards für eigensichere Konstruktion ausgelegt sein. Die Verwendung einer eigensicheren Konstruktion kann jedoch die Installation vereinfachen, Kosten sparen, die Wartung an unter Spannung stehenden Geräten ermöglichen und vor allem für mehr Sicherheit am Arbeitsplatz sorgen.
- Sicherheit verstehen
- Wann sind sicherheitsrelevante Geräte erforderlich?
- Definitionen von explosionsgefährdeten Bereichen
- Wie funktionieren sicherheitsrelevante Geräte?
- Welche Arten von Geräten für die Sicherheit gibt es?
- Sind sicherheitsrelevante zertifizierte Geräte teurer als nicht zertifizierte Versionen?
- Was sind die Vorteile?
- Auswahl von Druckmessumformern oder Wägezellen für eigensichere Umgebungen
- Überlegungen zur Installation und zum Risikomanagement
- Allgemeine Fragen und Antworten
- Schutz von Personen und Eigentum
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Verfasst von: Dan Schultz
Aktualisiert am: 30. Oktober 2025
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