BARTEC NEDERLAND b.v.

bartec.de

Introductie

Product portfolio

Explosieveiligheid

Documentatie

Nieuws

Overig

Contact

Explosieveiligheid

Zone-indeling

Materieel- en gasgroepen

Stofexplosiegevaar

Stofexplosiegevaar

1. Inleiding
2. Keuze van elektrisch materieel voor nieuwe installaties en aanpassingen aan installaties
    a. Om welke stof gaat het?
    b. In welke zone wordt het materieel ingezet?
    c. Keuze van het elektrisch materieel
3. Internationale normontwikkelingen en hun beschermingswijzen tegen ontsteking

1. Inleiding

Stofexplosies verlopen afwijkend van gasexplosies. In geval van een gasexplosie zal de opgebouwde dynamische druk heel snel de gaswolk vergroten, maar daarmee meteen ook de gasconcentratie verlagen, waardoor een verdere uitbreiding voorkomen wordt omdat de mengverhouding van het gasmengsel daarmee onder het LEL (lower explosion level) komt.

Stofexplosies daarentegen ontstaan vaak door opwerveling van kleine stofdeeltjes die in aanraking komen met een heet machineoppervlak of een vonk met voldoende ontstekingsenergie. Het verloop hiervan is veelal onvoorspelbaar doordat de drukgolf die ontstaat weer nieuw stof op kan doen wervelen waardoor de kettingreactie in gang is gezet en de gevolgen vaak niet meer te overzien.

Overal waar met brandbare poeders wordt gewerkt of waar veel stof vrijkomt in omsloten ruimten bestaat de mogelijkheid van een stofexplosie. Voorbeelden van typen bedrijven waar stofexplosies kunnen plaatsvinden zijn:

graanoverslagbedrijven,

zuivelfabrieken,

suikerfabrieken,

mengvoederbedrijven,

papierverwerkingsbedrijven,

meubelfabrieken en

kunststofverwerkende bedrijven.

In de tijd voor de ATEX richtlijnen was er alleen sprake van normering op het gebied van elektrische stofexplosie veiligheid in de algemene norm voor elektrische installaties NEN 1010. Hier was slechts één hele paragraaf gewijd aan het onderwerp stofontploffingsbeveiliging. Maar sinds de ATEX richtlijnen in 1996 (94/9/EG) en 2000 (1999/92/EG) toepasbaar werden (met een verplichte toepassing sinds 1 juli 2003 met overgangstermijn sinds 1 juli 2006 voor richtlijn 1999/92/EG) is in Nederland de regelgeving voor stofexplosieveiligheid ook vastgelegd.

2. Keuze van elektrisch materieel voor nieuwe installaties en aanpassingen aan installaties

Bij de keuze van elektrisch materieel dient u als volgt te werk te gaan:

2a. Om welke stof gaat het?

Iedere brandbare stof heeft kenmerken welke voor de keuze van explosieveilig materieel van belang zijn, zoals:

ontsteektemperatuur (temperatuur waarbij een stofwolk tot ontsteking komt)

smeultemperatuur òf glimtemperatuur (temperatuur waarbij een 5 mm dikke stoflaag gaat smeulen)

geleidend vermogen van de stof; geleidend of niet geleidend

Indien niet bekend, dan kunt u dit vast laten stellen door TNO Prins Maurits Laboratorium in Rijswijk, volgens de normen EN 50281-2-1: 1998 ‘Beproevingsmethoden – methoden voor het bepalen van de minimum ontvlammingstemperatuur van stof’ (zie OJ van richtlijn 94/9/EG) èn EN-IEC61241-2-2: ‘Beproevingsmethoden – sectie 2: methode voor de bepaling van de elektrische weerstand van stoflagen’.

Bijvoorbeeld: bruinkool, ontsteektemperatuur 380 ºC, smeultemperatuur 225 ºC, geleidend.

2b. In welke zone wordt het materieel ingezet?

Om vast te stellen in hoeverre maatregelen nodig zijn om werkzame ontstekingsbronnen te vermijden, moeten explosiegevaarlijke gebieden naar regelmaat en duur van aanwezigheid van explosiegevaarlijk stof, in zones ingedeeld worden.
Stoflagen en opeenhopingen van brandbaar stof, die al dan niet opgewerveld tot stofwolk, een explosiegevaarlijke atmosfeer kunnen vormen, moeten net als andere gevarenbronnen in acht genomen worden (ATEX richtlijn 1999/92/EG).

zone 20	een explosiegevaarlijke atmosfeer in de vorm van een brandbare stofwolk in lucht is voortdurend, gedurende lange perioden of regelmatig aanwezig
zone 21	kans op aanwezigheid van een explosiegevaarlijke atmosfeer in de vorm van een brandbare stofwolk in lucht onder normaal bedrijf is groot
zone 22	kans op aanwezigheid van een explosiegevaarlijke atmosfeer in de vorm van een brandbare stofwolk in lucht is onder normaal bedrijf gering en slechts gedurende korte tijd

2c. Keuze van het elektrisch materieel

Stel de maximaal toelaatbare oppervlaktetemperatuur van het toe te passen elektrisch materieel vast aan de hand van de kenmerken van de stof (zie punt 2a) met in acht name van enkele veiligheidsfactoren.

Tmax = glimtemperatuur - 75 K
Tmax = 2/3 van de ontvlamtemperatuur

bijv. bruinkool 225 ºC - 75 ºK = 150 ºC of
bijv. bruinkool 2/3 * 380 ºC = 254 ºC

De laagste van beide temperaturen is bepalend voor de keuze van het materieel. In ons voorbeeld mag de oppervlakte van het elektrische materieel een maximale temperatuur van 150 ºC bereiken.

Met onderstaande tabel kunt u bepalen over welke categorie uw materieel moet beschikken om geschikt te zijn voor installatie in één van de volgende zones:

soort stof	zone 20	zone 21	zone 22
geleidend	categorie 1D	categorie 2D of categorie 1D	categorie 2D of categorie 1D
niet geleidend	categorie 1D	categorie 2D of categorie 1D	categorie 3D of categorie 2D of categorie 1D

Let op:
Bij geleidende stoffen moet in zone 22 toch materieel toegepast worden dat '2D' (normaal '3D') gecertificeerd is.

Vergelijk vervolgens de eisen van uw toepassing met de typeaanduiding van het product.

bijv.

II 2D Ex tD A21 IP65 T80ºC

II
2
D
Ex tD
A21
IP65
T80ºC

materieelgroep II (bovengrondse installatie)
categorie 2
voor stof (D = Dust)
bescherming door behuizing
methode A (= gebaseerd op IP afdichting bij 5 mm stoflaag, geschikt voor zone 21)
IP afdichtingsgraad van het materieel
maximale oppervlaktetemperatuur van het materieel

Dit materieel is voor toepassing in zone 21 en 22, voor geleidende en niet geleidende stoffen toelaatbaar, waarvan de ontsteektemperatuur boven 80 ºC ligt (met in acht name van de veiligheidsfactoren).

3. Internationale normontwikkelingen en hun beschermingswijzen tegen ontsteking

Momenteel vinden er grote normontwikkelingen plaats. Eén aspect hiervan is de samenvoeging van de IEC 61241 serie normen in de IEC 60079 serie. Op Europees (EN) niveau volgt dit met een kleine vertraging. Bij de huidige installatienorm heeft dit reeds plaatgevonden in de EN 60079-14: 2008 en in de norm met algemene eisen de EN 60079-0, vindt dit in 2009 plaats. De productnormen volgen spoedig. Momenteel is er nog sprake van:

‘bescherming door behuizing’ gemarkeerd ‘Ex tD’ volgens EN-IEC 61241-1

‘inwendige overdruk’ gemarkeerd ‘Ex pD’ volgens EN-IEC 61241-4

‘intrinsieke veiligheid’ gemarkeerd ‘Ex iaD of Ex ibD’ volgens EN-IEC 61241-11

‘ingieten met gietmassa’ gemarkeerd ‘Ex maD of Ex mbD’ volgens EN-IEC 61241-18
waarbij

‘bescherming door behuizing’ reeds spoedig ‘Ex t’ wordt volgens EN-60079-31: 2008.

Verder zal voor Ex pD, Ex iaD/ibD en Ex maD/mbD spoedig een samenvoeging plaatsvinden met de overeenkomende normen voor gas, te weten EN-IEC 60079-2, EN-IEC 60079-11 en EN-IEC 60079-18.

Met de harmonisatie van deze internationale normen onder de ATEX richtlijn krijgen fabrikanten meer mogelijkheden voor wat betreft de keuze van de toe te passen beschermingswijzen tegen ontsteking.

Nog een paar opvallende zaken:
Door de internationale afkomst van deze normen wordt er in de normtekst zelf géén relatie gelegd tussen de categorieën en zones volgens de Europese ATEX wet en regelgeving maar een relatie tussen de internationaal toepasbare beschermingswijzen en Equipment Protection Levels. (zie hiertoe EN 60079-14: 2008 artikel 5.4.1.) In het voorwoord òf in een Annex van de EN norm welke gebaseerd is op de IEC norm staat dan omschreven hoe de EPL’s geïmplementeerd moeten worden bij gebruik in Europa als EN norm onder de ATEX richtlijn.
Bij ‘bescherming door behuizing’ worden een tweetal praktijkmethoden A en B gehanteerd om de maximaal toelaatbare oppervlaktetemperatuur vast te stellen. De onder de Europese norm vastgelegde Tmax = 2/3 x Tontsteek èn Tmax = Tglim – 75K vallen onder Practice A als we het vergelijken met de internationale IEC norm. Hier is met name de stoflaag bij de bepaling van de glimtemperatuur bepalend:
Practice A rekent met 5 mm stoflaag en is gebaseerd op IP geclassificeerde behuizing, Practice B met 12.5 mm stoflaag. Beide praktijkmethoden zijn bedoeld om een gelijkwaardig veiligheidsniveau te garanderen. Stel dat een Practice A gecertificeerd apparaat toch in een ruimte komt waar dikkere stoflagen dan 5mm kunnen ontstaan dan treedt er een reductie op voor de max. toelaatbare oppervlaktetemperatuur afhankelijk van de stoflaagdikte. Zie hiertoe figuur 1 behorend bij artikel 5.6.3. in EN-60079-14: 2008.

Wanneer Practice B toegepast is op een gecertificeerd product kunt u er van uitgaan dat het uiteindelijke veiligheidsniveau gelijk is aan die van Practice A, omdat de smeultemperatuur bij een 12.5mm dikke stoflaag lager zal zijn dan van een 5mm stoflaag en de praktijkmethode een formule hanteert Tmax = Tglim(12.5mm) – 25°C.

Een tweede opmerking valt te plaatsen waar het de markering betreft met een zone aanduiding achter de Practice A of B markering bij beschermingswijze Ex tD. Dit is een typisch internationale aangelegenheid. De ATEX richtlijn vereist een categorie, maar de norm waarmee de fabrikant bij de Notified Body aantoont dat aan de richtlijn wordt voldaan, vereist een zone aanduiding in de markering. Bij de komst van EN-IEC 60079-31 komt dit te vervallen. Men gaat bij beschermingswijze ‘Ex t’ nog maar uit van 1 practice, weliswaar in 3 niveau’s; te weten Ex ta voor EPL Da (lees zone 20), Ex tb voor EPL Db (lees zone 21) en Ex tc voor EPL Dc (lees zone 22).

Ten derde wordt in EN-IEC 60079-31 bevestigd dat er afwijkende regels gelden voor geleidende stoffen voor EPL Dc (lees zone 22). Voor groep IIIC (geleidende stoffen) geldt een minimum beveiligingsniveau van Ex tb met een bijbehorende minimum IP afdichting van IP6x Dit is het logische gevolg dat wanneer slechts IP5x voor Ex tc (lees zone 22 ofwel ATEX categorie 3D) materieel benodigd zou zijn en een zeer fijn geleidend stof dan in een IP5x behuizing binnendringt, het gevaar bestaat van kortsluiting bij het inwendige elektrotechnische materieel.