Explosionsschutzarten

Prinzip	Funktionsweise	Methoden
Energiebegrenzung	Elektrische Energie unter die Zündschwelle reduzieren	Ex i
Ausschluss	Explosionsfähige Atmosphäre von Zündquellen fernhalten	Ex m, Ex o, Ex p, Ex t, Ex nR
Vermeidung	Sicherstellen, dass keine wirksame Zündquelle vorhanden ist	Ex e, Ex nA
Verdünnung	Explosionsfähige Atmosphäre unter die UEG verdünnen	Ex p
Einschluss	Die Explosion im Betriebsmittel einschließen	Ex d, Ex q

Schutzarten — Gas/Dampf

Ex d — Druckfeste Kapselung (IEC 60079-1)

Prinzip: Einschluss. Das Gehäuse ist stark genug, um einer internen Explosion standzuhalten. Präzisionsbearbeitete Spalte („Zünddurchschlagspalte") kühlen austretende heiße Gase unter die Zündtemperatur der umgebenden Atmosphäre.

Funktionsweise:

• Betriebsmittel in einem robusten Gehäuse (Gusseisen, Aluminium, Edelstahl) eingeschlossen
• Interne Explosion kann auftreten, wird aber eingeschlossen
• Zünddurchschlagspalte (Flanschverbindungen, Gewindeeinführungen) kühlen austretende Gase unter die Zündtemperatur
• Austretende Gase können über 1.000 °C erreichen, aber die Kontaktzeit ist zu kurz, um ausreichend Energie zu übertragen

Unterniveaus:

• Ex db — für EPL Gb (Zone 1)
• Ex dc — für EPL Gc (Zone 2)

Wichtige Konstruktionsparameter:

• Wandstärke: volumenabhängig (min. 3–6 mm für Gusseisen)
• Zünddurchschlagspalt: 0,1–0,5 mm je nach Gasgruppe
• Zünddurchschlagspaltlänge: 9,5 mm (IIA) bis 25 mm (IIC)
• Innendruckfestigkeit: bis zu 10 bar
• Freiabstände um das Gehäuse: 10 mm (IIA), 30 mm (IIB), 40 mm (IIC)

Kritische Anforderungen:

• Kabelverschraubungen müssen Ex-d-zertifiziert sein (niemals Ex-e-Verschraubungen an Ex-d-Gehäusen verwenden)
• Zünddurchschlagspaltflächen müssen sauber und leicht gefettet sein, niemals lackiert
• Inhalte dürfen nicht ohne Neuzertifizierung geändert werden
• Nur vollständig zertifizierte Gehäuse dürfen verwendet werden (nicht nur „U"-Komponentenzertifikate)

Typische Anwendungen: Motoren, Schaltgeräte, Anschlusskästen, Beleuchtung, Energieverteilung, Transformatoren

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Ex e — Erhöhte Sicherheit (IEC 60079-7)

Prinzip: Vermeidung. Das Betriebsmittel kann im Normalbetrieb oder bei vorhersehbarer Fehlfunktion keine Funken, Lichtbögen oder heißen Oberflächen erzeugen. Erhöhte Konstruktionsmargen stellen sicher, dass keine Zündquelle entsteht.

Funktionsweise:

• Keine funkenerzeugende Komponenten erlaubt
• Erhöhte Luft- und Kriechstrecken
• Mindestens IP54 Gehäuseschutz
• Erhöhte Isolationsmargen
• Thermisch geschützte Klemmen und Verbindungen

Unterniveaus:

• Ex eb — für EPL Gb (Zone 1)
• Ex ec — für EPL Gc (Zone 2)

Wichtige Konstruktionsparameter:

• Kriech- und Luftstrecken überschreiten Standardnormen
• Klemmenverbindungen für bestimmte Fehlerstrom-/Zeitkombinationen ausgelegt
• IP54 oder besserer Schutzgrad
• Thermische Überwachung für Motoren und Transformatoren

Kritische Anforderungen:

• Alle elektrischen Verbindungen müssen ordnungsgemäß angezogen sein (lose Verbindungen = Funken)
• Dichtungen müssen die IP-Schutzart aufrechterhalten
• Kabelverschraubungen sollten Ex-e-zertifiziert sein (Ex-d-Verschraubungen auch akzeptabel)
• Nicht geeignet für Betriebsmittel mit normalem Schaltfunkenkontakt

Typische Anwendungen: Klemmen-/Anschlusskästen, Motoren (nicht funkender Typ), Schaltschränke, Leuchten, Kabelverschraubungen, Sammelschienen

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Ex i — Eigensicherheit (IEC 60079-11)

Prinzip: Energiebegrenzung. Die elektrische Energie im Stromkreis wird auf ein Niveau begrenzt, das die explosionsfähige Atmosphäre nicht zünden kann — weder durch Funkenbildung noch durch Oberflächenerwärmung.

Funktionsweise:

• Strom und Spannung werden durch Sicherheitsbarrieren oder galvanische Trenner begrenzt
• Gesamte Stromkreisenergie (einschließlich gespeicherter Energie in Kapazität und Induktivität) bleibt unter der Mindestzündenergie (MZE) des Gases
• Selbst unter Fehlerbedingungen ist nicht genügend Energie für eine Zündung vorhanden

Unterniveaus:

• Ex ia — für EPL Ga (Zone 0) — sicher bei 2 gleichzeitigen Fehlern + 1,5× Sicherheitsfaktor
• Ex ib — für EPL Gb (Zone 1) — sicher bei 1 Fehler + 1,5× Sicherheitsfaktor
• Ex ic — für EPL Gc (Zone 2) — sicher im Normalbetrieb

Wichtige Konstruktionsparameter:

• Maximale Spannung, Strom, Leistung pro Gasgruppe definiert
• Kapazitäts- und Induktivitätsgrenzen für Kabel und Betriebsmittel
• Sicherheitsbarrieren: Zenerdioden-Barrieren (erdungsbezogen) oder galvanische Trenner
• Kabelparameter (Kapazität pro Meter, Induktivität pro Meter) müssen in die Bewertung einbezogen werden

Mindestzündenergien:

• IIA (Methan): ~280 μJ
• IIB (Ethylen): ~60 μJ
• IIC (Wasserstoff): ~17 μJ

Kritische Anforderungen:

• Eigensichere Stromkreise müssen von nicht-eigensicheren Stromkreisen getrennt sein
• Blaue Kabel/Verdrahtung zur Kennzeichnung
• Systemdokumentation (Entity-Parameter) muss verifiziert werden
• Kabelverlegung getrennt von Leistungskabeln
• Erdungsverbindung für Zenerdioden-Barrieren muss zuverlässig sein (<1 Ω)

Typische Anwendungen: Sensoren, Messumformer, Thermoelemente, Grenzstandschalter, tragbare Gasdetektoren, Kommunikationsgeräte, HART-Instrumente

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Ex p — Überdruckkapselung (IEC 60079-2)

Prinzip: Ausschluss + Verdünnung. Das Gehäuse wird mit Reinluft oder Inertgas unter Überdruck gesetzt, um das Eindringen explosionsfähiger Atmosphäre zu verhindern. Alternativ wird die interne Atmosphäre unter die UEG verdünnt.

Unterniveaus:

• Ex px — für EPL Gb — reduziert Zone 1 im Gehäuse auf nicht-explosionsgefährdet
• Ex py — für EPL Gb — reduziert Zone 1 im Gehäuse auf Zone 2
• Ex pz — für EPL Gc — reduziert Zone 2 im Gehäuse auf nicht-explosionsgefährdet

Funktionsweise:

• Vorspülung: Gehäusevolumen wird mit Reinluft/-gas durchspült (typisch 5× Volumen)
• Aufrechterhaltung des Überdrucks während des Betriebs (typisch >50 Pa über Umgebungsdruck)
• Druck-/Durchflussüberwachung mit Alarm und automatischer Abschaltung bei Druckverlust

Typische Anwendungen: Große Motoren, Schaltwarten, Analysenhäuser, Frequenzumrichter, Motorschaltanlagen, große Verteilerschränke

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Ex n — Typ „n" / Nicht funkend (IEC 60079-15)

Prinzip: Vermeidung (hauptsächlich). Das Betriebsmittel erzeugt im Normalbetrieb keine Lichtbögen oder Funken, die eine Zündung verursachen können. Weniger streng als Ex e — nur für Zone 2 ausgelegt.

Untertypen:

• Ex nA — nicht funkendes Betriebsmittel
• Ex nC — funkendes Betriebsmittel mit Kontakten in geschlossener oder hermetisch geschlossener Kapselung
• Ex nR — schwadensicheres Gehäuse (begrenzt Gaseintritt)
• Ex nL — energiebegrenztes Betriebsmittel (ähnlich Ex ic)

EPL: Nur Gc (Zone 2)

Typische Anwendungen: Allzweckinstrumente, Magnetventile, Relaiskästen, Meldeleuchten in Zone-2-Bereichen

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Ex m — Vergusskapselung (IEC 60079-18)

Prinzip: Ausschluss. Bauteile werden vollständig in eine Vergussmasse (Harz, Epoxid) eingebettet, die den Kontakt mit der explosionsfähigen Atmosphäre verhindert.

Unterniveaus:

• Ex ma — für EPL Ga (Zone 0)
• Ex mb — für EPL Gb (Zone 1)
• Ex mc — für EPL Gc (Zone 2)

Typische Anwendungen: Magnetspulen, LED-Module, Elektronik-Leiterplatten, Sensoren, kleine Aktoren

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Ex o — Ölkapselung (IEC 60079-6)

Prinzip: Ausschluss. Elektrische Kontakte und lichtbogenerzeugende Komponenten werden in Schutzöl eingetaucht.

EPL: Gb (Zone 1)

Typische Anwendungen: Transformatoren, Schaltgeräte (hauptsächlich Bestandsanlagen)

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Ex q — Sandkapselung (IEC 60079-5)

Prinzip: Einschluss. Das Betriebsmittel wird von feinem Quarzsand umgeben, der die Flammenausbreitung unterdrückt und Wärme absorbiert.

EPL: Gb (Zone 1)

Typische Anwendungen: Kondensatoren, Sicherungen, kleine Elektronikmodule

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Ex Op — Optische Strahlung (IEC 60079-28)

Untertypen:

• Ex Op is — inhärent sichere optische Strahlung
• Ex Op pr — geschützte optische Strahlung (Verriegelungsabschaltung)
• Ex Op sh — optische Strahlung mit abgeschirmtem Gehäuse

Typische Anwendungen: Glasfasersysteme, optische Sensoren, laserbasierte Instrumente

Schutzarten — Staub

Ex t — Schutz durch Gehäuse (IEC 60079-31)

Prinzip: Ausschluss. Ein staubdichtes Gehäuse verhindert, dass Staub Zündquellen erreicht, und begrenzt die Oberflächentemperatur.

Unterniveaus:

• Ex ta — für EPL Da (Zone 20) — IP6X erforderlich
• Ex tb — für EPL Db (Zone 21) — IP6X erforderlich
• Ex tc — für EPL Dc (Zone 22) — mindestens IP5X

Die maximale Oberflächentemperatur muss sowohl die Zündtemperatur der Staubwolke als auch der Staubschicht berücksichtigen — siehe Temperaturklassen.

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Zonen-Schutzart-Matrix