ATEX UND EX-UMGEBUNGEN
Sicherheit für explosionsgefährdete Bereiche mit PRE-ELEC® elektrisch leitfähigen Kunststoffen
Stellen Sie sich eine Umgebung vor, in der die Luft einen explosionsgefährlichen Stoff enthält, z. B. Öl- oder Chemiedämpfe, Sägemehl oder Backmehl. Dann erzeugt ein unschuldiges Gerät oder eine ungeerdete Person einen elektrischen Funken, der die in der Luft befindliche Substanz entzündet. Durch die Explosion können Menschen verletzt werden, und die Gebäude können beschädigt werden oder sogar abbrennen.
Diese Art von Explosion kann sich an einer Tankstelle, in einem Kohlebergwerk oder in einer Weizenmühle ereignen. Ein bekannteres Beispiel ist die Gefahr des Rauchens an einer Tankstelle. Aber viele Menschen wissen nicht, dass z. B. Backmehl explosiv sein kann. Oder dass elektrische Entladungen aus einem elektrisch resistenten Material einen eine Explosion auslösen kann.
Explosionsgefährdete Umgebungen
In explosionsgefährdeten Umgebungen (Ex) sind elektrische Funken besonders gefährlich. Wenn diese Faktoren zusammenkommen, kann es zu Explosionen kommen:
- Trockene Luft
- Explosive Stoffe in der Luft, wie z. B.
- Öldämpfe, Gase
- Staub von landwirtschaftlichen Erzeugnissen wie Mehl, Zucker, Getreide, Sojabohnen, Reis, usw.
- Staub von Kohle, Medikamenten, Holz, Textilien usw.
- Entzündungsquelle (z. B. ESD)
Minen sind oft explosive Umgebungen.
ATEX-Richtlinie und elektrisch leitfähige Kunststoffe
Die ATEX-Richtlinie der Europäischen Union (2014/34/EU) gilt für Geräte und Schutzsysteme, die zur Verwendung in explosionsgefährdeten Bereichen bestimmt sind. Für Rohstoffe gibt es keine spezielle Richtlinie, aber die Materialien müssen mit den Anforderungen für das gesamte Gerät kompatibel sein.
Plastics are increasingly being used in ATEX environments to replace heavy, corrosive, and rigid materials, such as metals. However, due to their insulative properties, plastics can cause uncontrolled static discharge, leading to explosions and human casualties. Electrically conductive plastics are an excellent solution for ATEX areas when their surface resistance is <109 ohms.
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Beispiele für ATEX-Umgebungen (zum Öffnen auf die Bilder klicken):
Entwicklung von ATEX-kompatiblen Geräten zusammen mit Premix
Premix's elektrisch leitfähige PRE-ELEC® Kunststoffe haben in der Regel einen viel geringeren Oberflächenwiderstand als 109 Ohm und können nach den Spezifikationen des Kunden angepasst werden. Im Vergleich zu Metallen sind Kunststoffe billiger, leichter und korrosionsbeständig. Darüber hinaus ermöglicht das Spritzgießen eine freie Formgestaltung. Flammhemmung kann als zusätzliche Eigenschaft hinzugefügt werden.
Premix verfügt bereits über eine große Auswahl an elektrisch leitfähigen Kunststoffen, und wir entwickeln häufig geeignete Materialien für unsere Kunden. In unserem Data Center finden Sie eine Liste der bereits angebotenen Rohstoffe mit Parametern wie Oberflächenwiderstand und Temperaturstabilität.
Rohstoffe für ATEX-Geräte können nicht zertifiziert werden, da der gesamte Artikel zertifiziert sein und allen Normen gemäß der Klassifizierung des ATEX-Nutzungsbereichs standhalten muss.
LÖSUNGEN FÜR DIE INDUSTRIE
VerpackungsindustrieHäufig gestellte Fragen (FAQ)
Wir haben hier einige Fragen zu ATEX von unseren Kunden und Premix-Kollegen gesammelt. Riku Vuorinen, unser zuverlässiger externer Experte, hat die Antworten gegeben.
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Wann benötige ich Ex-kompatibles Material?
Der Einsatz von Ex-Geräten in explosionsgefährdeten Bereichen wird durch die Richtlinie 2014/34/EU der Europäischen Union, die sogenannte "ATEX-Richtlinie", geregelt. Der Hersteller von Ex-Geräten oder Ex-Komponenten muss sicherstellen, dass die materiellen Anforderungen erfüllt werden.
Die nächste Frage, die Sie sich wahrscheinlich stellen, ist jetzt: Woher weiß ich, ob die ATEX-Richtlinie für mein Gerät gilt?
Eine gute Beschreibung der Ex-Geräte findet sich in den ATEX 2014/34/EU Guidelines - 2nd Edition December 2017 - Dokument: " Geräte sind Maschinen, Apparate, ortsfeste oder ortsveränderliche Vorrichtungen, Steuerungs- und Ausrüstungsteile sowie Detektions- und Vorbeugungssysteme, die einzeln oder zusammen zur Erzeugung, Übertragung, Speicherung, Messung, Regelung und Umwandlung von Energie und/oder zur Verarbeitung von Werkstoffen bestimmt sind und die aufgrund ihrer eigenen potentiellen Zündquellen eine Explosion verursachen können." Andererseits werden manuell (von Hand) betätigte Vorrichtungen, wie z. B. handbetätigte Ventile, als "einfache Produkte" betrachtet und vom Anwendungsbereich der ATEX-Richtlinie ausgeschlossen.
Man darf jedoch nicht vergessen, dass selbst wenn das Produkt als *einfaches Produkt* gilt und daher von der ATEX-Richtlinie ausgenommen ist, der Hersteller immer sicherstellen sollte, dass die in der Produktkonstruktion verwendeten Materialien keine Sicherheitsrisiken verursachen, wenn das Produkt in Ex-Umgebungen eingesetzt wird. Ein Beispiel ist die Verwendung von isolierenden Kunststoffen auf zu großen Flächen. Dies birgt die Gefahr statischer Elektrizität. Glücklicherweise lassen sich derartige Risiken durch die Verwendung elektrisch leitfähiger Kunststoffe leicht vermeiden.
Weitere Informationen und konkrete Beispiele finden Sie in dem pdf-Dokument: "ATEX 2014/34/EU Guidelines -2nd Edition December 2017", das auf der Website der Europäischen Union heruntergeladen werden kann: "Equipment for potentially explosive atmospheres (ATEX)". In dem Dokument finden Sie Beispiele für Geräte, die von der ATEX-Richtlinie ausgeschlossen sind und nicht unter diese fallen, sowie eine "Grenzwertliste", die weitere Beispiele für Produkte enthält, die in den Anwendungsbereich der ATEX-Richtlinie fallen.
Wenn Sie sich nicht sicher sind, ob die ATEX-Richtlinie in Ihrem Fall gilt, können Sie sich jederzeit an die nationalen Behörden wenden, die für die Umsetzung der ATEX-Richtlinie zuständig sind (in Finnland: Finnische Agentur für Sicherheit und Chemikalien / Tukes).
In welchen Bereichen werden ATEX-Materialien benötigt?
Die Materialien, die in Ex-Geräten und Ex-Komponenten in allen Arten von Ex-Umgebungen (d.h. Ex-Zonen) verwendet werden, müssen den Anforderungen der ATEX-Richtlinie entsprechen. In einigen Fällen werden normale, isolierende Kunststoffmaterialien in den Geräteteilen verwendet, die keine statische Elektrizität während des Gebrauchs der kompakt installierten Geräte erzeugen. In diesen Fällen sollten die Kunststoffteile mit speziellen Warnhinweisen versehen werden, die besagen, dass das Reinigen und Abwischen der Geräte mit trockenen Tüchern verboten ist.
Die ATEX-Richtlinie legt nur die Anforderungen für Geräte und Komponenten fest. Die anderen Gefahren, die mit statischer Elektrizität in industriellen Prozessen und Umgebungen verbunden sind, werden in der technischen Spezifikation IEC/TS 60079-32-1 berücksichtigt: Explosionsgefährdete Bereiche - Teil 32-1: Elektrostatische Gefährdungen, Leitfaden. Zu diesen Prozessen gehört die Handhabung von Feststoffen, Flüssigkeiten, Pulvern, Gasen, Sprays und Sprengstoffen.
Was sind die Leitfähigkeitsanforderungen für Ex-konforme Materialien?
Die Materialanforderungen für Kunststoffe, die in Ex-Umgebungen verwendet werden, sind in der harmonisierten Norm IEC EN 60079-0 "Explosionsgefährdete Bereiche - Teil 0: Geräte - Allgemeine Anforderungen" beschrieben. In Kapitel 7 finden Sie die Anforderungen für "nichtmetallische Gehäuse" und "nichtmetallische Teile von Gehäusen".
Die Anforderungen an die Vermeidung elektrostatischer Aufladungen von nichtmetallischen Werkstoffen sind in Kapitel 7.4, "Elektrostatische Aufladungen auf externen nichtmetallischen Werkstoffen", aufgeführt. In der Norm heißt es: "Die Geräte sind so zu konstruieren, dass unter normalen Einsatzbedingungen die Gefahr einer Entzündung durch elektrostatische Aufladungen auf äußeren Oberflächen oder Gehäusen vermieden wird." In der Norm werden verschiedene Techniken zur Kontrolle der Entstehung statischer Elektrizität aufgeführt. Die erste Technik besteht darin, Materialien so auszuwählen, dass ihr Oberflächenwiderstand unter 1 GΩ bei (50 ± 5) % relativer Luftfeuchtigkeit oder unter 100 GΩ bei (30 ± 5) % relativer Luftfeuchtigkeit bleibt.
In den meisten Fällen wird die parallele Anwendung dieser Techniken empfohlen. Aus Sicht der Materialauswahl ist es am einfachsten, die Anforderungen zu erfüllen, indem man sicherstellt, dass alle nicht-metallischen Materialien aus elektrisch leitfähigen oder statisch ableitenden Materialien hergestellt sind.
Ist es notwendig, elektrisch leitfähige Kunststoffe in Ex-Umgebungen zu erden?
Ja. Es ist sehr wichtig, dissipative und leitfähige Materialien zu erden, um die erzeugten Ladungen kontrolliert abzuleiten. In der Norm IEC EN 60079-0 heißt es außerdem, dass nicht geerdete, leitfähige und ableitfähige Materialien ein höheres ESD-Risiko verursachen können als isolierte Materialien.
In explosionsgefährdeten Bereichen müssen alle Metalle und andere leitende oder dissipative Materialien mit Ausnahme von sehr kleinen Gegenständen mit der Erde verbunden sein. Isolierte leitende oder dissipative Materialien können ein höheres ESD-Risiko verursachen als Isolatoren. Bei dissipativen Materialien mit einem Oberflächenwiderstand von mehr als 10 GΩ ist eine Erdung möglicherweise nicht erforderlich. Ausführliche Informationen finden Sie in der Technischen Spezifikation IEC/TS EN 60079-32-1:2013 der IEC. Die technische Spezifikation enthält Empfehlungen für die Kontrolle statischer Elektrizität auf Geräte-, Produkt- und Prozessebene. Dazu gehören z. B. die Erdung von Leitern, die Reduzierung der Aufladung und die Begrenzung der aufladbaren Bereiche von Isolatoren.
Welche anderen Anforderungen an Ex-kompatible Materialien gibt es, abgesehen von der Leitfähigkeit?
Die anderen Anforderungen an das Material sind Temperatur- und UV-Beständigkeit. Die Anforderungsbereiche werden vom Erstausrüster in der Produktentwicklungsphase festgelegt und hängen von den Betriebsbedingungen des Geräts und den Witterungseinflüssen ab. In den Abschnitten 26.8 und 26.9 der Norm IEC EN 60079-0:2017 wird beschrieben, wie die thermische Beständigkeit gegen Hitze und Kälte zu bestimmen ist.
Die Temperaturanforderungen variieren zwischen Kunststoffen und Elastomeren (Gummi und thermoplastische Elastomere). Bei Kunststoffen muss die TI, d. h. der Temperaturindex des Materials, angegeben werden, während bei Elastomeren die COT (d. h. die Dauerbetriebstemperatur) ausreicht. Die UV-Beständigkeit ist für beide Materialien erforderlich, wenn das Produkt UV-Licht ausgesetzt wird. In diesem Fall sind die mit Ruß gefüllten elektrisch leitfähigen Materialien aufgrund der hervorragenden UV-Schutzeigenschaften von Ruß die beste Wahl.
Was ist der TI-Index?
Der TI-Index, d. h. der Temperaturindex, wurde anhand der Kunststoffmaterialien in Teil 7.1.2.2 d) der Norm IEC EN 60079-0 ermittelt:
"der Temperaturindex TI, der dem 20 000-Stunden-Punkt auf der Temperaturbeständigkeitskurve entspricht, ohne dass die Biegefestigkeit um mehr als 50 % abnimmt, ermittelt nach IEC 60216-1 und IEC 60216-2 und auf der Grundlage der Biegeeigenschaften nach ISO 178. Wenn das Material bei dieser Prüfung nicht bricht, bevor es der Hitze ausgesetzt wird, wird der Index auf der Grundlage der Zugfestigkeit nach ISO 527-2 mit Probestäben des Typs 1A oder 1B ermittelt.
Alternativ zum TI kann der relative thermische Index (entweder RTI - mechanische Festigkeit oder RTI - mechanische Schlagfestigkeit) gemäß ANSI/UL 746B bestimmt werden.
Woher kann ich die Genehmigung für meine Ex-Ausrüstung erhalten?
Die Prüfung und Zertifizierung wird von einer "dritten" Zertifizierungsstelle ("Benannte Stelle") durchgeführt. Die Liste der zertifizierten benannten Stellen finden Sie unter http://ec.europa.eu/growth/tools-databases/nando/index.cfm?fuseaction=directive.notifiedbody&dir_id=153101. Die zertifizierten Geräte werden mit dem "Ex"-Symbol gekennzeichnet.
In welchen Fällen ist die UL-Flammschutzzulassung im ATEX-Bereich erforderlich?
Die ATEX-Richtlinie enthält keine Anforderung an die Flammwidrigkeitseigenschaften. Was die Temperaturbeständigkeit betrifft, so sollten die gewählten Materialien nicht brennen oder selbstverlöschend sein.
In der Norm IEC 60079-0 werden die ANSI/UL-Normen nur bei den UV-Beständigkeitsanforderungen an nichtmetallische Werkstoffe erwähnt. UV-Anforderungen, die der Norm ANSI/UL 746C entsprechen, gelten als zufriedenstellend.
Kann Premix sicherstellen, dass das Endprodukt Ex-zugelassen ist?
Kurz gesagt: Nein.
Als Materiallieferant stellt Premix ein Rohmaterial mit bestimmten Materialparametern wie Oberflächenbeständigkeit und Temperaturstabilität zur Verfügung. Die Auswahl der Rohstoffe erfolgt auf der Grundlage der von den Rohstoff- und Komponentenlieferanten bereitgestellten Informationen. Alle Materialien und Komponenten müssen den Ex-Zertifizierungsprozess des Produkts durchlaufen, der von den Geräten, den gewählten Ex-Schutzmethoden und den Betriebstemperaturen der Geräte abhängt. Auf der Grundlage dieser Informationen ist Premix in der Lage, das am besten geeignete Material zu empfehlen, aber die endgültige und offizielle Materialzulassung wird erst durch die Ex-Zertifizierungsprüfung erteilt.