Gasgruppen und Staubgruppen

Brennbare Gase, Dämpfe und Stäube werden nach ihren Zündeigenschaften in Gruppen eingeteilt. Betriebsmittel müssen für die spezifische Gas- oder Staubgruppe zertifiziert sein, die im explosionsgefährdeten Bereich vorhanden ist.

Gerätegruppen

Gruppe I — Bergbau (Grubengas)

Betriebsmittel für untertägige Bergwerke und Übertageinstallationen, in denen Grubengas (Methan aus Kohleflözen) und/oder brennbarer Staub vorhanden sein können.

Gruppe II — Übertägige Industrie (Gas/Dampf)

Betriebsmittel für alle anderen Bereiche mit explosionsfähiger Gas-/Dampfatmosphäre. Unterteilt in IIA, IIB und IIC.

Gruppe III — Übertägige Industrie (Staub)

Betriebsmittel für Bereiche mit explosionsfähiger Staubatmosphäre. Unterteilt in IIIA, IIIB und IIIC.

Gasgruppen (Gruppe II)

Gase werden anhand zweier messbarer Eigenschaften klassifiziert:

MESG (Maximale experimentelle Spaltweite) — die maximale Spaltbreite, durch die eine interne Explosion nicht auf eine externe explosionsfähige Atmosphäre übergreift. Geprüft in einer standardisierten 25-ml-Kugelkammer mit einem 25 mm langen Spalt. Kleinerer MESG = gefährlicheres Gas.
MIC-Verhältnis (Mindestzündstromverhältnis) — das Verhältnis des Mindestzündstroms des Gases zu dem von Methan, gemessen in einer standardisierten Eigensicherheits-Prüfeinrichtung. Kleineres MIC-Verhältnis = gefährlicheres Gas.

Gasgruppe	MESG (mm)	MIC-Verhältnis	Typische Gase	Gefährdungsstufe
IIA	>0,90	>0,80	Methan, Propan, Butan, Aceton, Ethanol, Benzol, Diesel, Ammoniak	Am wenigsten gefährlich
IIB	0,50–0,90	0,45–0,80	Ethylen, Schwefelwasserstoff, Diethylether, Ethylenoxid, Stadtgas	Mittel
IIC	<0,50	<0,45	Wasserstoff, Acetylen, Schwefelkohlenstoff	Am gefährlichsten

Wichtige Hinweise

Für IIC zertifizierte Betriebsmittel können in IIA- und IIB-Atmosphären eingesetzt werden (IIC ist am strengsten)
Für IIB zertifizierte Betriebsmittel können in IIA-Atmosphären eingesetzt werden
Für IIA zertifizierte Betriebsmittel können nur in IIA-Atmosphären eingesetzt werden
Die Hierarchie ist: IIC > IIB > IIA (IIC deckt alles ab)

Sonderfall: IIB + H₂

Manche Betriebsmittel sind für „IIB + H₂" zertifiziert — das bedeutet, sie sind für alle IIB-Gase plus Wasserstoff im Speziellen geprüft, aber nicht für Acetylen oder Schwefelkohlenstoff. Dies ist ein gängiger und kostengünstiger Ansatz, wenn Wasserstoff vorhanden ist, aber Acetylen/CS₂ nicht.

Bei Ex d (druckfeste Kapselung) Betriebsmitteln mit der Kennzeichnung IIB + H₂ müssen die Installationsabstände den IIC-Anforderungen (40 mm) entsprechen, nicht IIB (30 mm).

Repräsentative Gase nach Gruppe

Gruppe IIA:

Methan (CH₄) — Erdgas, Biogas
Propan (C₃H₈) — LPG
Butan (C₄H₁₀) — LPG
Aceton — Lösemittel
Ethanol — Pharma, Lebensmittel
Benzol, Toluol, Xylol — Petrochemie
Ammoniak (NH₃) — Kältetechnik, Landwirtschaft
n-Hexan — Extraktionsverfahren

Gruppe IIB:

Ethylen (C₂H₄) — petrochemischer Grundstoff
Schwefelwasserstoff (H₂S) — Öl & Gas, Abwasser
Diethylether — Pharma
Ethylenoxid — Sterilisation
Stadtgas / Synthesegas

Gruppe IIC:

Wasserstoff (H₂) — Raffinerien, Elektrolyseanlagen, Brennstoffzellen
Acetylen (C₂H₂) — Schweißen, chemische Synthese
Schwefelkohlenstoff (CS₂) — Viskoseindustrie

Wasserstoff: Eine besondere Herausforderung

Wasserstoff gehört zur gefährlichsten Gasgruppe (IIC) aufgrund seiner extrem kleinen MESG (0,29 mm) und sehr niedrigen Mindestzündenergie (0,017 mJ — etwa 10× weniger als Methan). Seine Selbstentzündungstemperatur ist jedoch relativ hoch (560 °C), was ihn nur in Temperaturklasse T1 einordnet.

Das bedeutet, Wasserstoff erfordert den strengsten Schutz gegen Funken/Lichtbögen (IIC), ist aber bezüglich der Oberflächentemperatur relativ unkritisch (T1). Dies ist das Gegenteil einiger IIA-Gase.

Staubgruppen (Gruppe III)

Staubgruppe	Typ	Beispiele	Gefährdungsstufe
IIIA	Brennbare Flusen	Textilfasern, Baumwollflusen, Rayon, Jute	Am wenigsten gefährlich
IIIB	Nicht leitfähiger Staub	Getreidemehl, Zucker, Holzstaub, Kohle, Kunststoffpulver, Pharmapulver	Mittel
IIIC	Leitfähiger Staub	Aluminiumpulver, Magnesium, Titan, Eisen, Ruß	Am gefährlichsten

Leitfähiger vs. nicht leitfähiger Staub

Die Unterscheidung ist wichtig, da leitfähige Staubpartikel Isolationsstrecken überbrücken und Kurzschlüsse verursachen können, was selbst bei Ex e (Erhöhte Sicherheit) Schutz eine Zündquelle darstellt. Leitfähige Stäube erfordern einen strengeren Schutz.

Ein Staub gilt als leitfähig, wenn sein spezifischer Widerstand ≤10³ Ω·m beträgt.

Zündeigenschaften von Staub

Zwei unterschiedliche Zündmechanismen existieren für Staub:

Staubwolkenzündung — Staub in der Luft innerhalb seines explosionsfähigen Bereichs
Staubschichtzündung — abgelagerter Staub, der durch eine heiße Oberfläche bei deutlich niedrigerer Temperatur als die Wolke gezündet wird

Die Temperaturklasse für Staubbetriebsmittel muss sowohl die Staubwolken-Zündtemperatur (T_CL) als auch die Staubschicht-Zündtemperatur (T_5mm) berücksichtigen.

Die maximale Oberflächentemperatur des Betriebsmittels darf nicht überschreiten:

⅔ × T_CL (Staubwolke) — gemessen in Kelvin
T_5mm − 75 °C (für 5 mm Schichtdicke)

Der niedrigere Wert bestimmt die maximal zulässige Oberflächentemperatur.

NEC/CEC-Gasgruppen (Nordamerika)

NEC/CEC-Gruppe	Äquivalente IEC-Gruppe	Typische Gase
Gruppe A	IIC	Acetylen
Gruppe B	IIC	Wasserstoff, Butadien
Gruppe C	IIB	Ethylen, Schwefelwasserstoff
Gruppe D	IIA	Methan, Propan, Ethanol
Gruppe E	IIIC	Metallstäube (Aluminium, Magnesium)
Gruppe F	IIIB/IIIC	Ruß, Kohlenstaub, Koksstaub
Gruppe G	IIIB	Getreidestaub, Mehl, Zucker, Holzstaub

Hinweis: Das NEC/CEC-System verwendet Buchstaben (A–G) statt römischer Ziffern, und die Reihenfolge ist ungefähr umgekehrt (A = gefährlichstes Gas).

Auswahl von Betriebsmitteln nach Gas-/Staubgruppe

Bei der Auswahl von Betriebsmitteln:

Alle brennbaren Stoffe identifizieren, die im Bereich vorhanden sein können
Die Gas-/Staubgruppe für jeden Stoff bestimmen
Betriebsmittel auswählen, die für die gefährlichste vorhandene Gruppe zertifiziert sind
Überprüfen, ob die Temperaturklasse ebenfalls geeignet ist

Wenn mehrere Gase vorhanden sind (z. B. Methan IIA + Wasserstoff IIC), muss das Betriebsmittel für IIC ausgelegt sein.

Grundlagen — Explosionsdreieck, UEG/OEG
Temperaturklassen — maximale Oberflächentemperaturen pro Gas
Zoneneinteilung — wo diese Gase vorhanden sein können
Schutzarten — wie Betriebsmittel verschiedene Gasgruppen handhaben
Ex-Kennzeichnungen — wie die Gasgruppe auf dem Typenschild erscheint