Leitfaden zur Auswahl von Ex-Geräten

Der Auswahlprozess

Für die Auswahl von Ex-Geräten müssen sechs Fragen in der angegebenen Reihenfolge beantwortet werden:

1. In welcher Zone befindet sich die Ausrüstung? → Bestimmt die Mindestkategorie (1, 2 oder 3)
2. Welches Gas oder welcher Staub ist vorhanden? → Bestimmt die Gasgruppe (IIA/IIB/IIC) oder Staubgruppe (IIIA/IIIB/IIIC)
3. Wie hoch ist die Selbstentzündungstemperatur? → Bestimmt die Temperaturklasse (T1–T6) oder die maximale Oberflächentemperatur
4. Was macht die Anlage? → Bestimmt geeignete Schutzmethoden (Ex d, Ex i usw.)
5. In welcher Umgebung wird sie betrieben? → Bestimmt die IP-Schutzart, die Materialien und den Umgebungstemperaturbereich (siehe Installationsanforderungen)
6. Wie lauten die elektrischen Parameter? → Spannung, Strom, Leistung, Frequenz

Jede Antwort grenzt das Feld ein, bis Sie eine Auswahlliste mit konformen Optionen haben. Überprüfen Sie vor dem Kauf die Zertifizierung. Wählen Sie dann anhand von Kosten, Verfügbarkeit und Eignung aus. Überprüfen Sie die Kennzeichnung der Geräte, um die Konformität zu bestätigen.

Schritt 1: Zone → Kategorie

Ordnen Sie die Zone der erforderlichen Gerätekategorie oder EPL zu:

Gas-/Dampfzonen

Staubzonen

Grundregel: Geräte höherer Kategorien können immer in Zonen mit geringerem Risiko verwendet werden. Kategorie 1 funktioniert überall, Kategorie 3 nur in Zone 2/22.

Schritt 2: Gas/Staub → Gruppe

Für Gas/Dampf

Identifizieren Sie das Gas und suchen Sie seine Gruppe:

Im Zweifelsfall IIC verwenden. Es funktioniert für alle Gase, verursacht zusätzliche Kosten (~10–30 % mehr als IIA), eliminiert jedoch das Risiko bei Änderungen der Gaszusammensetzung.

Für Staub

Geräte mit der Kennzeichnung III (ohne Buchstabe) decken alle Staubarten ab (IIIA, IIIB, IIIC). Geräte mit der Kennzeichnung IIIC decken nur IIIC ab.

Schritt 3: Temperatur → T-Klasse oder maximale Oberflächentemperatur

Für Gas/Dampf

Ermitteln Sie die Selbstentzündungstemperatur (AIT) des Gases und wählen Sie Geräte mit einer T-Klasse unterhalb dieses Wertes aus:

Sicherheitsmarge: Die T-Klasse der Ausrüstung muss mindestens eine Klasse unter der AIT des Gases liegen. Wenn beispielsweise AIT = 200 °C ist, verwenden Sie T3 (200 °C) oder kälter, nicht T2 (300 °C).

Für Staub

Für Staub wird die direkte Temperaturkennzeichnung (nicht T-Klassen) verwendet. Die maximale Oberflächentemperatur der Geräte muss betragen:

• ⅔ der MIT (minimale Zündtemperatur der Staubwolke)
• 75 °C unter der Schichtzündtemperatur (LIT) für eine 5 mm dicke Schicht

Verwenden Sie den strengeren Wert.

Beispiel: Weizenmehl hat eine MIT von 440 °C und eine LIT (5 mm) von 220 °C.

• Wolkengrenze: ⅔ × 440 = 293 °C
• Schichtgrenze: 220 - 75 = 145 °C
• Verwenden Sie T145 °C oder weniger (die Schichtgrenze ist maßgebend).

Schritt 4: Anwendung → Schutzmethode

Wählen Sie die Schutzmethode basierend auf der Funktion der Ausrüstung und der Leistungsstufe:

Kostenrangfolge (niedrig bis hoch): Ex nA (nur Zone 2) < Ex e < Ex ia/ib < Ex d < Ex m < Ex p

Gewichtsrangfolge (leicht bis schwer): Ex ia < Ex e < Ex m < Ex d < Ex p

Entscheidungsflussdiagramm

Auswahl zwischen Ex d und Ex i

Is the power < 20 W?
├─ Yes → Consider Ex i (intrinsic safety)
│  └─ Is it a sensor, transmitter, or low-power control circuit?
│     ├─ Yes → Ex i is ideal
│     └─ No → Check if barriers/isolators fit the system architecture
│
└─ No → Use Ex d or Ex e
   └─ Does it have arcing/sparking parts (relays, switches, motors)?
      ├─ Yes → Ex d (flameproof)
      └─ No → Ex e (increased safety) is cheaper and lighter

Geräte der Zone 0

Zone 0 requires EPL Ga. Options:
├─ Ex ia (intrinsic safety, 2-fault tolerance)
├─ Ex ma (encapsulation, 2-fault protection)
└─ Special Ex d or Ex px designs (rare, very expensive)

→ 95% of Zone 0 installations use Ex ia.

Geräte für Zone 2

Zone 2 has relaxed requirements. Options:
├─ Ex nA (non-sparking, cheapest)
├─ Ex nC (enclosed, sparking allowed but enclosed)
├─ Ex nR (restricted breathing)
├─ Any higher-rated equipment (Ex d, Ex e, Ex i)

→ Use Ex nA for motors/lights when possible (cost savings).
→ Use Ex e for terminal boxes (good practice even though Ex nA would suffice).

Geräte nach Branche

Öl und Gas (Offshore-Plattformen)

• Hauptmotoren (Pumpen, Kompressoren): Ex d IIC T3, Kategorie 2 G
• Beleuchtung: Ex d IIC T4 LED-Leuchten, IP66
• Anschlussdosen: Ex e IIC T6, Edelstahl (marine Umgebung)
• Messumformer: Ex ia IIC T4, 4–20 mA-Schleifen mit Barrieren im sicheren Bereich
• Schalttafeln: Ex px IIB T4 (druckbeaufschlagte Gehäuse in Zone 1-Modulen)

Chemische Verarbeitung

• Rührwerksmotoren: Ex de IIB T3 (kombinierter druckfester Motor, Terminalbox mit erhöhter Sicherheit)
• Prozesssensoren: Ex ia IIC T4–T6 je nach Lösungsmittel
• Analysegeräte: Ex d IIB T4-Gehäuse oder Ex p-gespülte Schränke
• Feldinstrumente: Ex ib IIC T5 für Zone 1, Ex ia für kritische Regelkreise

Pharmazeutische Industrie (Lösungsmittelverarbeitung)

• Tablettenbeschichtungsbehälter: Ex d IIA T3-Motoren (Alkoholdampf = IIA)
• Extraktionsgeräte: Ex d IIB T4 (Ethanol/IPA = IIA, aber IIB für Sicherheitsabstand verwenden)
• Messgeräte: Ex ia IIC T4 (einige Lösungsmittel sind IIB)
• Beleuchtung: Ex d IIA T4 LED, IP66 (Waschumgebung)

Getreideverarbeitung (Staub)

• Becherwerksmotoren: Ex tb IIIB T135°C Db, IP6X
• Silo-Füllstandssensoren: Ex ia IIIB (einige Sensoren sind für Staub zertifiziert)
• Beleuchtung: Ex tb IIIB T135 °C Db, IP6X, LED
• Förderbandmotoren: Ex tb IIIB T120°C Db

Lackierkabine

• Abluftventilatormotor: Ex d IIA T3 (Lösungsmitteldämpfe)
• Beleuchtung: Ex d IIA T4 LED (innerhalb der Kabine = Zone 1)
• Steuerungen: Ex e IIA T6 Drucktasterstationen
• Verriegelungen: Ex ia IIA-Sicherheitskreise

Schritt 5: Umgebung → IP-Schutzart und Materialien

Auswahl der IP-Schutzart

Materialauswahl

• Aluminium (AlSi10Mg, LM6): Leicht, für die meisten Umgebungen geeignet. In stark korrosiven Bereichen vermeiden.
• Edelstahl (316L): Marine, Offshore, chemische Belastung. Schwerer und teurer als Aluminium.
• Messing: Kleine Komponenten (Kabelverschraubungen, Steckverbinder). Gute Korrosionsbeständigkeit.
• Kunststoff/GFK: Ex e-, Ex tb-Gehäuse. Leicht, korrosionsbeständig. Nicht geeignet für Ex d (hält internen Explosionen nicht stand).
• Beschichtungen: Pulverbeschichtung, Epoxidharz oder seewärtige Farbe für Aluminium. Lackieren Sie keine flammgeschützten Verbindungen.

Häufige Fehler bei der Auswahl

1. Verwendung von Zone-2-Geräten in Zone 1

Kategorie 3 (Gc) ist nur für Zone 2 geeignet. Die Installation in Zone 1 verstößt gegen die ATEX/IECEx-Anforderungen und birgt eine reale Zündgefahr.

2. Nicht übereinstimmende Gasgruppe

Installation von Geräten der Klasse IIA in einer Wasserstoffatmosphäre (IIC). Die flammgeschützten Abstände sind zu groß und die Zündenergiegrenzen zu hoch. Die Explosion breitet sich aus.

3. Fehler bei der Temperaturklasse

Verwendung von T3-Geräten (max. 200 °C) mit Benzindämpfen (AIT ~230 °C). Die Oberfläche des Geräts könnte 200 °C erreichen, was zu nahe an der Zündschwelle liegt. Verwenden Sie T4 (135 °C) oder kältere Geräte.

4. Unterdimensionierung der IP-Schutzart

Spezifizierung von IP54 für Außeninstallationen an der Küste. Eindringendes Wasser und Salzkorrosion beschädigen die Geräte innerhalb weniger Monate. Verwenden Sie mindestens IP66/67 für Meeresumgebungen.

5. Fehler beim Entwurf des Ex-i-Systems

Überschreitung der Kabelkapazitätsgrenzen. Die Barriere/der Isolator erlaubt 100 nF, das Feldgerät hat eine interne Kapazität von 50 nF und das Kabel hat 50 nF/100 m. Die Installation von 150 m Kabel (75 nF) überschreitet das Gesamtbudget (100 nF). Explosionsgefahr bei Auftreten eines Fehlers.

6. Nichtbeachtung der Umgebungstemperaturgrenzen

Standardgeräte sind für -20 °C bis +40 °C ausgelegt. Installation in einer Wüste (55 °C Umgebungstemperatur) oder in der Arktis (-40 °C) ohne Überprüfung der erweiterten Temperaturbeständigkeit. Die T-Klasse wird bei maximaler Umgebungstemperatur berechnet – eine Überschreitung dieser Temperatur verändert die Oberflächentemperatur.

Auswahl-Checkliste

1. ☐ Bestätigen Sie die Zonenklassifizierung anhand der Bereichsklassifizierungszeichnung.
2. ☐ Identifizieren Sie alle Gase/Stäube, die vorhanden sein können (überprüfen Sie Prozessdaten, Sicherheitsdatenblätter).
3. ☐ Bestimmen Sie die Gasgruppe: IIA, IIB oder IIC
4. ☐ Ermitteln Sie die Selbstentzündungstemperatur (AIT) für Gas oder die MIT/LIT für Staub
5. ☐ Temperaturklasse oder maximale Oberflächentemperatur auswählen
6. ☐ Kategorie/EPL der Zone zuordnen (Kategorie 1 für Zone 0, Kategorie 2 für Zone 1, Kategorie 3 für Zone 2)
7. ☐ Wählen Sie die Schutzmethode basierend auf der Anwendung (Ex d für Motoren, Ex i für Sensoren usw.).
8. ☐ IP-Schutzart für Umgebung festlegen (IP66 für Außenbereich/Offshore)
9. ☐ Umgebungstemperaturbereich prüfen (-20 bis +40 °C Standard; bei Bedarf erweitert)
10. ☐ Für Ex i: Entitätsparameter berechnen (Ui/Ii vs. Uo/Io, Ci/Li vs. Co/Lo + Kabel)
11. ☐ Überprüfen Sie, ob die elektrischen Parameter (Spannung, Strom, Frequenz) mit der Versorgung übereinstimmen
12. ☐ Gerätezertifikat einholen und überprüfen, ob es allen Anforderungen entspricht

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