Explosionsschutz in der Zündschutzart Ex p
Vielfältig in der Anwendung, sicher im Einsatz
Wenn es darum geht elektrisches Equipment zur Steuerung oder Überwachung von Anlagen in explosionsgefährdeten Bereichen einzusetzen, wird bei genauer Prüfung deutlich, wie gut sich Gehäuselösungen mit Überdruckkapselung (eng. Purge & Pressurization) von Pepperl+Fuchs dafür eignen. Die Schutzart Ex p ermöglicht den Einsatz von Standardbetriebsmitteln wie SPS, Frequenzumrichter, oder IPCs. Verlustleistungen können preiswerter installiert werden, als mit anderen Zündschutzarten. Die Installation und Wartung der Anlagen ist einfach zu handhaben.
Bild 1 | Überdruckgekapselte Steuerung mit HMI und Signalleuchte
Bild 1 | Überdruckgekapselte Steuerung mit HMI und Signalleuchte Bild: Pepperl+Fuchs SE

Mit über 20 Jahren Erfahrung bei Konzeption und Bau solcher Lösungen ist Pepperl+Fuchs in dieser Hinsicht ein Spezialist. Neben globalem Support, bietet das Unternehmen auch internationale Zulassungen nach NEC, ATEX und IECEx an, die sowohl für konventionelle als auch für Industrien der Zukunft eignen.

Wie funktioniert eine Überdruckkapselung?

Bild 2 | Standardisiertes Gehäuse in Ex p mit Vortex-Kühler
Bild 2 | Standardisiertes Gehäuse in Ex p mit Vortex-KühlerBild: Pepperl+Fuchs SE

Bei der Verwendung in explosionsgefährdeten Bereichen können elektrische Betriebsmittel auf unterschiedliche Arten geschützt werden. In der Prozessautomation sind Methoden wie Ex d (Druckfeste Kapselung) und Ex e (Erhöhte Sicherheit) die gängigsten Varianten. Eine weitere interessante Zündschutzart bietet die Technik der Überdruckkapselung. Das Konzept ist, eine Gehäuselösung – beispielsweise für eine Steuerung – so zu planen und zu konstruieren, dass die darin verbauten elektrischen Betriebsmittel von der explosionsfähigen Atmosphäre separiert werden. Diese Zündschutzart, abgekürzt durch Ex p, eignet sich sowohl für den Einsatz in Umgebungen mit brennbaren Gasen als auch Stäuben. Um den sicheren Betrieb sicherzustellen, wird das Gehäuse vor der Inbetriebnahme ‚gereinigt‘. Die Reinigung des Gehäuses erfolgt, indem das explosionsfähige Gas durch Druckbeaufschlagung entweder mit sauberer Luft oder Inertgas herausgespült wird. Staub hingegen wird im Inneren abgewischt, anschließend wird das Gehäuse verschlossen. Die Regelung wird dabei so eingestellt, dass der Druck im Inneren des Gehäuses stets um wenige Millibar höher ist, als die explosionsgefährdete Außenatmosphäre. Die außen am Schrank angebrachte kompakte Steuereinheit und das zugehörige Equipment wie Ventil und Druckwächter überwachen, dass keine zündfähige Atmosphäre in das Gehäuse eindringt. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass im Inneren des Steuerschranks Betriebsmittel ohne eigene Ex-Zulassung in ihrer angedachten Funktion betrieben werden können. Ein weiterer großer Vorteil der Überdruckkapselung: Das System gibt bei technischen Fehlern nicht nur eine Meldung ab, es schaltet im Notfall die Anlage sicher ab. Sollte es im Schrank zum Druckabfall kommen, beispielsweise durch defekte Dichtungen oder Kabelverschraubungen, wird durch die Steuereinheit (Controller) ein Warnsignal abgegeben. Dies kann entweder optisch, akustisch oder kombiniert erfolgen. Ist der Druckabfall nicht zu hoch, kompensiert eine Leckage-Kompensation den Druckverlust vorübergehend und der Fehler kann gegebenenfalls im laufenden Betrieb behoben werden. Sofern der Druckabfall jedoch einen voreingestellten Grenzwert überschreitet, erfolgt eine automatische Abschaltung durch das Purge-System.

Standardisierte und vollständig zertifizierte Lösungen für den schnellen Einsatz

Die Entstehung von Leckagen kann jedoch durch eine sorgfältige Planung und Auswahl des Gehäuses mit langlebigen Schrankdichtungen sehr gut begrenzt werden. Die Widerstandsfähigkeit des Gehäuses muss gegen einen definierten Innendruck standhalten. Oft reichen minimale Anpassungen am Gehäuse um die Robustheit deutlich zu verbessern. Möglich sind Verstärkungen von Gehäusewänden, Türen, Scharnieren, sowie der Einsatz von speziellen Dichtungen. Die Notwendigkeit solcher Maßnahmen kann Kunden womöglich verunsichern, jedoch unterstützen Unternehmen wie Pepperl+Fuchs, bedingt durch ihre lange Erfahrung, Kunden intensiv und konzipieren auf Wunsch die gesamte Lösung. Um den Aufwand für Kunden bezüglich Zulassung, Auswahl der richtigen Gehäuse und Überdruckkapselungssystem zu minimieren, bietet Pepperl+Fuchs auch sogenannte Paket-Lösungen. Die vorkonzipierten und standardisierten Gehäuse erlauben es Kunden, sehr einfach ein normkonformes Überdruckkapselungssystem für die Zone 1/21 oder 2/22 aufzubauen. Die Paketlösungen sind in mehreren Größen für die Zonen 1/21 und 2/22 verfügbar, enthalten bereits alle notwendigen Komponenten und können aufgrund einer festgelegten Preisstruktur direkt bestellt werden. Optional auch mit zusätzlichem Leistungsschütz und Vortex-Kühler, sofern dies aus technischer Sicht notwendig ist. Auch eine vollständige Zertifizierung, inklusive installierter Kabelverschraubungen, Lampen, Tastern oder Bedienelementen werden angeboten. So werden nahezu alle Eventualitäten abgedeckt, wodurch Kunden die überdruckgekapselten Schränke für unterschiedliche Einsätze in explosionsgefährdeten Atmosphären nutzen können. Vordefinierte Gehäuselösungen mit Überdruckkapselung werden auch für spezifische Einsätze entwickelt. Pepperl+Fuchs bietet Kunden beispielsweise komplett zertifizierte Edelstahlgehäuse nach ATEX und IECEx für den Einbau von Druckern, die eine Etikettendrucker-Anwendung in Ex-Bereichen ermöglichen; häufig eingesetzt in Reinräumen der Pharmaindustrie. Das Konzept ist dabei nicht starr, denn es ist trotz eines gewissen Standardisierungsgrads möglich, verschiedene Druckermodelle, Schnittstellen, sowie Fenster und Bedienelemente einzusetzen. Die Überdruckkapselung bietet bei solchen Lösungen einen großen Vorteil, denn die Möglichkeit auch Standardbetriebsmittel einzusetzen, erlaubt eine schnelle und einfache Anpassung der Lösungen gemäß Kundenspezifikation.

Bild 3 | Steuerung für eine Tunnelbohrmaschine
Bild 3 | Steuerung für eine TunnelbohrmaschineBild: Pepperl+Fuchs SE

Kundenspezifische Lösungen für individuelle Einsätze

Für Einsätze, die individuell projektiert werden, müssen jedoch andere Lösungen gefunden werden. Standards helfen da meistens nicht weiter. Bei komplexeren Projekten oder speziellen Anforderungen unterstützt Pepperl+Fuchs seine Kunden deshalb bereits ab der Konzeptionsphase. Hin und wieder sind Spezifikationen so komplex und groß, dass es mehrerer solcher überdruckgekapselter Schränke bedarf. So beispielsweise für eine Lösung eines deutschen Tunnelbohrmaschinenhestellers, der von der Stadt Los Angeles für den Bau eines Sea-Outfall-Tunnel beauftragt wurde. Diese Tunnel sind dafür vorgesehen, Abwasser aus Klärwerken kilometerweit in die See abzuführen. Für diese Lösung, Abwasser ohne Zugabe von Chemikalien wieder in den Kreislauf zu führen, wurde ein Tunnel von ca. 12,5km-Länge gebohrt. In die zugehörige Bohrmaschine musste eine Steuerung aus mehreren, bis zu 9m langen überdruckgekapselten Schränken integriert werden. Diese wurden für den Einsatz in den USA nach UL, gemäß Class I, Division 1 und Class I, Division 2 zertifiziert. Konzeption, Bau und Zertifizierung erfolgte in der Verantwortung von Pepperl+Fuchs. Auch für Technologien von morgen eignen sich Lösungen in überdruckgekapselten Gehäusen. Die Nutzung von grünem Wasserstoff ist einer dieser Technologien. In Indien wurde kürzlich die erste Wasserstofftankstelle als Initiative für sauberen Kraftstoff gebaut. An dieser Anlage wird grüner Wasserstoff an Kunden verkauft, die bereits PKWs und Kleinlastwagen mit dieser Technologie nutzen. Als grünen Wasserstoff bezeichnet man Wasserstoff der durch Elektrolyse mit Strom aus erneuerbaren Energien gewonnen wird. Pepperl+Fuchs war als anerkannter Knowhow-Träger und Lieferant von Überdruckkapselungssystemen Teil dieses Projekts. Das Überdruckkapselungssystem der 5500-Serie war ein entscheidender Teil, um das in die Zapfsäule integrierte Analyse-Panel für den Einsatz in der Zone 2 zertifizieren zu können. Das Analyse-Panel hat dabei die kritische Aufgabe, zu überwachen, ob der abgegebene Wasserstoff den Qualitätsanforderungen entspricht.

Global verfügbarer Service

Überdruckgekapselte Lösungen von Pepperl+Fuchs basieren auf einem besonderen Service-Konzept des Unternehmens. Die gesamte Projektabwicklung wird von den Pepperl + Fuchs-Ingenieuren in enger Abstimmung mit den Kunden vorgenommen. Auf kurzem Wege werden Änderungs- und Anpassungswünsche direkt besprochen und gemäß Kundenvorgabe eingearbeitet – von der Konzeption bis zur gemeinsamen Abnahme. Die Produktspezialisten sitzen in den weltweit verteilten Solution Engineering Center (SEC) und unterstützen den ebenfalls weltweit vertretenen Außendienst.

www.pepperl-fuchs.com

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