Hinweise zur CE-Kennzeichnung der SIMATIC S5-100U Ex EU-Richtlinie EMV 89/336/EWG
Für die in diesem Handbuch beschriebenen SIMATIC-Produkte gilt: Produkte, die das CE-Kennzeichen tragen, erfüllen die Anforderungen der EU-Richtlinie 89/336/EWG ”Elektromagnetische Verträglichkeit” und die dort aufgeführten harmonisierten europäischen Normen (EN). Die EU-Konformitätserklärungen werden gemäß der obengenannten EURichtlinie, Artikel 10, für die zuständigen Behörden zur Verfügung gehalten bei: Siemens Aktiengesellschaft Bereich Automatisierungstechnik AUT E 14 Postfach 1963 D-92209 Amberg
Einsatzbereich
Die Produkte der SIMATIC S5-100U Ex sind ausgelegt für den Einsatz im Industriebereich und erfüllen die folgenden Anforderungen. Einsatzbereich Industrie
Aufbaurichtlinien beachten
Anforderung an Störaussendung
Störfestigkeit
EN 50081-2 : 1993
EN 50082-2 : 1995
SIMATIC Produkte erfüllen die Anforderungen, wenn Sie 1. bei Installation und Betrieb die in den Handbüchern beschriebenen Aufbaurichtlinien einhalten. 2. zusätzlich die folgenden Regeln zum Einbau der Geräte, zum Arbeiten an Schaltschränken und die Hinweise zu den einzelnen Baugruppen beachten.
Einbau der Geräte
Automatisierungsgeräte der Reihe SIMATIC S5-100U Ex müssen in elektrischen Betriebsmittelräumen oder in geschlossenen Gehäusen (z. B. Schaltkästen aus Metall oder Kunststoff) installiert werden.
Arbeiten an Schaltschränken
Zum Schutz der Baugruppen vor Entladung von statischer Elektrizität muß sich das Bedienpersonal vor dem Öffnen von Schaltschränken bzw. Schaltkästen elektrostatisch entladen.
Produktinformation ”Hinweise zur CE-Kennzeichnung der SIMATIC S5-100U Ex” C79000–D8500–C960-01
1
Hinweise zur CE-Kennzeichnung der SIMATIC S5-100U Ex
Hinweise zu einzelnen Baugruppen
Für den Einsatz der folgenden Baugruppen sind zusätzliche Maßnahmen erforderlich.
Bestellnummer
Baugruppe
6ES5 437-8EA12
Digitaleingabebaugruppe
6ES5 457-8EA12
Digitalausgabebaugruppe
Aktualisierte Technische Daten
Erforderliche Maßnahmen Signalleitungen g g müssen ggeschirmt sein. Schirm der Signalleig tungen auf Schirmschiene am Schrankeintritt auflegen.
Abweichend von den Angaben in den ”Allgemeinen technischen Daten” des Handbuchs gelten für Baugruppen, die das CE-Kennzeichen tragen, die unten aufgeführten Angaben zur Elektromagnetischen Verträglichkeit. Die Angaben sind gültig für Geräte, die entsprechend den obengenannten Aufbaurichtlinien montiert sind.
Angaben zur Elektromagnetischen Verträglichkeit
Prüfwerte
Störfestigkeit gegen Entladung statischer Elektrizität Luftentladung 8 kV Kontaktentladung 4 kV
geprüft nach EN 61000-4-2 Störfestigkeit gegen Elektromagnetische Felder geprüft nach EN V 50140 (amplitudenmodulierte HF)
geprüft nach EN V 50204 (pulsmodulierte HF)
80 bis 1000 MHz 10 V/m 80% AM (1kHz) 900 MHz 10 V/m 50% ED, 200 Hz Wiederholfrequenz
Störfestigkeit gegen schnelle transiente Störspannungen (Burst) geprüft nach EN 61000-4-4 Versorgungsleitungen für AC 120/230 V Versorgungsleitungen für DC 24 V Signalleitungen (E/A- und Busleitungen) Störfestigkeit gegen eingestrahlte Hochfrequenz geprüft nach EN V 50141
2 kV 2 kV 2 kV* 0,15 bis 80 MHz 10 V 80% AM (1kHz) Quellimpedanz 150
Störaussendung geprüft nach EN 55011 Aussendung von elektromagnetischen Feldern Störaussendung über Netzleitung *
2
Grenzwertklasse A, Gruppe 1 Grenzwertklasse A, Gruppe 1
Signalleitungen, die nicht der Prozeßsteuerung dienen, z.B. Leitungen zu externen Druckern :1 kV
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Hinweise zur CE-Kennzeichnung der SIMATIC S5-100U Ex
Hinweise für den Hersteller von Maschinen Einleitung
Das Automatisierungssystem SIMATIC ist keine Maschine im Sinne der EURichtlinie Maschinen. Für SIMATIC gibt es deshalb keine Konformitätserklärung bezüglich der EU-Richtlinie Maschinen 89/392/EWG.
EU-Richtlinie Maschinen 89/392/EWG
Die EU-Richtlinie Maschinen 89/392/EWG regelt die Anforderungen an eine Maschine. Unter einer Maschine wird hier eine Gesamtheit von verbundenen Teilen oder Vorrichtungen verstanden (siehe auch EN 292-1, Absatz 3.1). Die SIMATIC ist Teil der elektrischen Ausrüstung einer Maschine und muß deshalb vom Maschinenhersteller in das Verfahren zur Konformitätserklärung einbezogen werden.
Elektrische Ausrüstung von Maschinen nach EN 60204
Für die elektrische Ausrüstung von Maschinen gilt die Norm EN 60204-1 (Sicherheit von Maschinen, allgemeine Anforderungen an die elektrische Ausrüstung von Maschinen). Die folgende Tabelle soll Ihnen bei der Konformitätserklärung helfen und zeigt, welche Kriterien nach EN 60204-1 (Stand Juni 1993) für SIMATIC zutreffen.
EN 60204-1 Absatz 4
Thema/Kriterium Allgemeine Anforderungen
Bemerkung Anforderungen werden erfüllt, wenn die Geräte nach den Aufbaurichtlinien montiert/installiert werden. Beachten Sie hierzu auch die Ausführungen in ”Hinweise zur CE-Kennzeichnung der SIMATIC S5”.
Absatz 11.2
Digitale Eingabe-/Ausgabeschnittstellen
Anforderungen werden erfüllt.
Absatz 12.3 Programmierbare Ausrüstung
Anforderungen werden erfüllt, wenn die Geräte zum Schutz vor Speicheränderungen durch unbefugte Personen in abschließbaren Schränken installiert werden.
Absatz 20.4 Spannungsprüfungen
Anforderungen werden erfüllt.
Produktinformation ”Hinweise zur CE-Kennzeichnung der SIMATIC S5-100U Ex” C79000–D8500–C960-01
3
Hinweise zur CE-Kennzeichnung der SIMATIC S5-100U Ex
4
Produktinformation ”Hinweise zur CE-Kennzeichnung der SIMATIC S5-100U Ex” C79000–D8500–C960-01
SIMATIC S5
"Ex"-Peripherie S5-100U
Handbuch Teil 1 / Teil 2
Bestell-Nr.: 6ES5 998-0EX12 Ausgabe 02
STEP® und SINEC® so wie SIMATIC® sind e ing etrag ene Wa renze ichen de r Sieme ns
AG
und
g esetzlich
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LINESTRA®
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Ware nz eichen de r Fa . OSRAM . Technische Ände runge n vo rbe ha lte n.
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Rechte
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zu
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erte ilung o de r GM-Eintra gung .
© Siemens AG 1993
6ES5 998-0EX12
Teil 1:
"Allgemeines zum Explosionsschutz"
Einführung in den Explosionsschutz
1
Rechtliche Grundlagen zum Explosionsschutz
2
Primärer Explosionsschutz
3
Sekundärer Explosionsschutz
4
Kennzeichnung ex-geschützter elektrischer Betriebsmittel
Die Zündschutzart Eigensicherheit "i"
Errichtung, Betrieb und Instandhaltung elektrischer Anlagen in ex-gefährdeten Bereichen
Systematik der Errichtung einer ex-geschützten Anlage an einem Beispiel
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5 6 7 8
1
2
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
Inhaltsverz eichnis
Inhaltsverzeichnis
1
2
Einführung in den Explosionsschutz ...................................................................... 1 - 1
1.1
Erläuterung der Begriffe ................................................................................. 1 - 1
1.2
Ex plosionsfähige Atmosphäre ....................................................................... 1 - 2
1.3
Schutzmaßnahmen ........................................................................................ 1 - 5
Rechtliche Grundlagen zum Explosionsschutz ..................................................... 2 - 1
2.1
Entwicklung innerhalb der Bundesrepublik Deutschland ............................... 2 - 1
2.2
Verordnung über elektrische Anlagen in ex plosionsgefährdeten Räumen (Elex V)............................................................................................. 2 - 4
2.3
Verordnung über Anlagen zur Lagerung, Abfüllung und Beförderung brennbarer Flüssigkeiten zu Lande (VbF)...................................................... 2 - 7
3
4
2.4
Ex plosionsschutz-Richtli nien (EX-RL) der Berufsgenossenschaft Chemie ... 2 - 8
2.5
Übersicht der Bestimmungen, Normen und Verordnungen ......................... 2 - 10
2.6
Nationale autori sierte Prüfstellen ................................................................. 2 - 13
2.7
Prüfstellen innerhalb der EG ........................................................................ 2 - 15
2.8
Prüfstellen außerhalb der EG ...................................................................... 2 - 16
2.9
Normungsgremien ....................................................................................... 2 - 16
2.10
Internationale Publizierung Europäischer Normen zum Ex plosionsschutz .. 2 - 19
2.11
Prüf- und Bescheinigungsv erfahren............................................................. 2 - 20
Primärer Explosionsschutz ...................................................................................... 3 - 1
3.1
Vermeiden brennbarer Flüssigkeiten ............................................................. 3 - 1
3.2
Heraufsetzen des Flammpunktes .................................................................. 3 - 1
3.3
Konzentrationsbegrenzung ............................................................................ 3 - 1
3.4
Inertisierung ................................................................................................... 3 - 2
3.5
Lüftung ........................................................................................................... 3 - 2
3.6
Konstruktiv e Maßnahmen .............................................................................. 3 - 2
Sekundärer Explosionsschutz ................................................................................. 4 - 1
4.1
Zoneneinteilung ............................................................................................. 4 - 1
4.2
Zündschutzarten ............................................................................................ 4 - 5
4.2.1
Allgemeine Bestimmungen (DIN EN 50014 / VDE 0170/0171 Teil 1) ....................................................... 4 - 5
6ES5 998-0EX12
i
I nhaltsverzeichnis
4.2.2
S5-100U Ex-Baugruppen
Ölkapselung "o" (DIN EN 50015 / VDE 0170/0171 Teil 2) ....................................................... 4 - 5
4.2.3
Überdruckkapselung "p" (DIN EN 50016 / VDE 0170/0171 Teil 3) ....................................................... 4 - 6
4.2.4
Sandkapselung "q" (DIN EN 50017 / VDE 0170/0171 Teil 4) ....................................................... 4 - 7
4.2.5
Druckfeste Kapselung "d" (DIN EN 50018 / VDE 0170/0171 Teil 5) ....................................................... 4 - 8
4.2.6
Erhöhte Sicherheit "e" (DIN EN 50019 VDE 0170/0171 Teil 6) ......................................................... 4 - 9
4.2.7
Eigensicherheit "i" (DIN EN 50020 / VDE 0170/0171 Teil 7) ..................................................... 4 - 11
4.2.8
Vergußkapselung "m" (DIN EN 50028 / VDE 0170/0171 Teil 9) ..................................................... 4 - 14
4.2.9
Eigensichere elektrische Sy steme "i" (DIN EN 50039 / VDE 0170/0171 Teil 10) ................................................... 4 - 15
4.3
Sicherheitstechnische Kennzahlen .............................................................. 4 - 16
4.3.1
Ex plosionsgruppen ...................................................................................... 4 - 18
4.3.2
Temperaturklassen ...................................................................................... 4 - 21
4.4
Bestimmungen zum Ex plosionsschutz außerhalb der CENELEC-Mitgliedsstaaten......................................................................... 4 - 22
5
6
Kennzeichnung explosionsgeschützter elektrischer Betriebsmittel ................... 5 - 1
5.1
Art und Weise der Kennzeichnung ................................................................ 5 - 1
5.2
Gegenüberstellung v on alter und neuer Kennzeichnung ............................... 5 - 5
5.3
Beispiele für Kennzeichnung ......................................................................... 5 - 7
Die Zündschutzart Eigensicherheit "i" .................................................................... 6 - 1
6.1
Grundlagen der Eigensicherheit .................................................................... 6 - 1
6.1.1
Funktionsprinzip ............................................................................................. 6 - 1
6.1.2
Zündgrenzkurven für den ohmschen Stromkreis ........................................... 6 - 4
6.1.3
Zündgrenzkurven für kapazi tiv e Stromkreise................................................. 6 - 6
6.1.4
Zündgrenzkurven für induktive Stromkreise .................................................. 6 - 8
6.1.5
Anwendung der Zündgrenzkurv en ............................................................... 6 - 10
6.2
Betriebsmittel im eigensicheren Stromkreis ................................................. 6 - 10
6.2.1
Unterteilung eigensicherer Betri ebsmittel .................................................... 6 - 10
6.2.2
Wirkungsweise v on Sicherheitsbarrieren..................................................... 6 - 13
6.2.3
Betriebsmittel ohne galv anische Trennung .................................................. 6 - 15
6.2.4
Betriebsmittel mit galv anischer Trennung .................................................... 6 - 16
6.3
Zusammenschaltung im eigensicheren Stromkreis /5/ ................................ 6 - 17
6.3.1
Eigensicherer Stromkreis mi t einem zugehöri gen elektrischen Betriebsmittel ........................................................................... 6 - 17
6.3.2
Eigensicherer Stromkreis mi t mehreren zugehörigen elektrischen Betriebsmitteln (Anforderungen für das Erri chten in Zone 0 und 1)............. 6 - 20
ii
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
7
Inhaltsverz eichnis
Errichtung, Betrieb und Instandhaltung elektrischer A nlagen in ex-gefährdeten Bereichen ........................................................................................ 7 - 1
8
7.1
Errichtungsbestimmungen ............................................................................. 7 - 1
7.2
Berührungsschutz und Potentialausgleich..................................................... 7 - 3
7.3
Kabel und Leitungen ...................................................................................... 7 - 4
7.4
Errichten in Zone 0......................................................................................... 7 - 5
7.5
Errichten in Zone 1......................................................................................... 7 - 6
7.6
Errichten in Zone 2......................................................................................... 7 - 7
7.7
Errichten in Zone 10 und 11........................................................................... 7 - 8
7.8
Betrieb, Wartung, Störung und Instandsetzung ............................................. 7 - 9
Systematik der Errichtung einer explosionsgeschützten A nlage an einem Beispiel ...................................................................................................... 8 - 1
8.1
Beurteilung der Ex plosionsgefahr (Beispielangaben) .................................... 8 - 1
8.2
Bestimmen der sicherheitstechnischen Kennzahlen ..................................... 8 - 1
8.3
Beurteilung des Verarbeitungsbildes ............................................................. 8 - 1
8.4
Auswahl der Ex -Schutzmaßnahmen.............................................................. 8 - 2
8.5
Zoneneinteilung ............................................................................................. 8 - 2
8.6
Auswahl elektrischer Betriebsmittel ............................................................... 8 - 2
8.7
Zusammenschaltung von elektrischen Betriebsmitteln mit eigensicheren Stromkreisen .......................................................................... 8 - 2
8.8
Auswahl v on Kabel und Leitungen................................................................. 8 - 3
8.9
Verlegen der Kabel und Leitungen ................................................................ 8 - 3
8.10
Besonderheiten .............................................................................................. 8 - 3
6ES5 998-0EX12
i ii
I nhaltsverzeichnis
iv
S5-100U Ex-Baugruppen
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppe
Abkürzungsverzeichnis
Abkürzungsverzeichnis AG
Automatisierungsgerät
ANSI
American National Standards I nstitute
BAM
Bundesanstalt für M aterialprüfung
BVS
Bergbau- Versuchsstrecke in Dortmund-Derne
CENELEC
European Commi ttee for Electrotechnical Standardization
EG
Europäische Gemeinschaft
Elex V
Verordnung über elektrische Anlagen in ex plosionsgefährdeten Räumen
EN
Europäische Normen (European Standard)
ET
Electronic Termi nator (i ntelligente Klemme)
EX-RL
Richtlinien für die Vermeidung der Gefahren durch ex plosionsfähige Atmosphäre, Ex plosionsschutz-Richtli nie
Ex Vo
Verordnung über elektrische Anlagen in ex plosionsgefährdeten Räumen
FM
Factory Mutual
IEC
I nternational Electrotechnical Commission
MESG
M axi mum ex perimental safety gap (Grenzspaltweite)
MI C
M inimum Igniting Current (Mindestzündstrom)
MSR
M essen, Steuern, Regeln
NFPA
National Fire Protection Association
PTB
Physikalisch-Technische Bundesanstalt in Braunschweig
PA
Potentialausgleichsleitung
PAA
Prozeßabbild der Ausgänge
PAE
Prozeßabbild der Eingänge
PE
Protecting earth (Schutzleiter)
SEV
Schweizer Elektrotechnischer Verein
TRbF
Technische Regeln für brennbare Flüssigkeiten
TÜV
Technischer Überwachungsverein
UL
Underwriters Laboratories
UVV
Unfallv erhütungsv orschrift
VbF
Verordnung über brennbare Flüssigkeiten
VDE
Verband Deutscher Elektrotechniker
VwV
Verwaltungsv orschrift
6ES5 998-0EX12
v
Literaturverzeichnis
S5-100U Ex-Baugruppe
Literaturverzeichnis /1/
Jeiter; Nöthlichs: Ex plosionsschutz elektrischer Anlagen, Kommentar zur ElexV. Berlin: Erich-Schmi dt-Verlag, 1980
/2/
Olenik; Rentsch; Wettstein BBC-Handbuch für Ex plosionsschutz 2. Aufl., Essen: Giradet-Verlag, 1983
/3/
Redeker; Schön Sicherheitstechnische Kennzahlen brennbarer Gase und Dämpfe, Deutscher Eichverlag, Braunschweig
/4/
Berufsgenossenschaft Chemie Ex plosionsschutz-Richtlinien der BG Chemie mit Beispielsammlung (EX-RL)
/5/
Pepperl + Fuchs GmbH, Mannheim Ex plosionsschutz durch Eigensicherheit
/6/
Hartmann & Braun A G, Frankfurt Der Ex plosionsschutz i n elektrischen M SR-Anlagen, 4. Aufl.
/7/
PTB-Bericht W-39, Oktober 1989 Zusammenschaltung nichtlinearer und linearer eigensicherer Stromkreise Wirtschaftsv erlag NW, Bremerhaven
/8/
Digi-Table, Thielen GmbH, Essen Zusammenschaltung eigensicherer Stromkreise (AN 2012)
/9/
DIN EN 50014 / VDE 0170 / Teil 1 März 1977 Elektrische Betri ebsmittel für ex plosionsgefährdete Bereiche - Allgemeine Bestimmungen
/10/
DIN EN 50020 / VDE 0170 / 0171 / Teil 7, 5.78 und Teil 7 pr, 11.89 Elektrische Betri ebsmittel für ex plosionsgefährdete Bereiche - Eigensicherheit "i"
/11/
Gewerbeordnung Gew O 24 Aufl. M ünchen C. H. Beck - Verlag, 1991
/12/
DIN VDE 0165 / 2.91 Errichten elektrischer Anlagen in explosionsgefährdeten Bereichen
/13/
EG-Ex -Rahmenrichtlinie v . Dez. 1975 (79/117/EWG)
/14/
Brenn- und Ex plosionskenngrößen von Stäuben des Berufsgenossenschaftlichen Instituts für Arbeitssicherheit und der BVS (Ausgabe 1987)
/15/
Dr. I ng. Hubert Wenzel (BVS) Staubex plosionsschutz elektrischer Betriebsmi ttel
vi
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppe
/16/
Literaturverzeichnis
Dieter Baermann, Bernd Günther, A nton Schimmele Eigensicherheit in ex plosionsgeschützten MSR-Anlagen
/17/
Hoechst A G "Nachweis der Eigensicherheit" (Projektierungshilfe)
/18/
BA SF A G "Ex -Einstufung" (Planungsunterlagen)
/19/
Heilbronner Ex-Vorträge TAH Technische Akademie Heilbronn e. V
/20/
Dr. Bauer, Dr. Göldner, Obering. Neumann Mannesmann, Hartmann & Braun A G "Der Ex plosionsschutz in elektri schen meß-, analy sen- und regelungstechnischen Anlagen"
/21/
TRbF Technische Regeln für brennbare Flüssigkeiten Deutscher Ausschuß für brennbare Flüssigkeiten Technischer Überwachungs-Vereine e.V. Essen Köln, Carl Heymanns Verlag
/22/
Elektrischer Ex plosionsschutz nach DIN VDE 0165 VDE-Schri ftenreihe 65, vde-verlag gmbh, Berlin und Offenbach
/23/
Richtlinien für die Vermeidung v on Zündgefahren infolge elektrostatischer Aufladung BC Chemie, Sankt Augustin Köln, Carl Heymanns Verlag
/24/
PTB-Bericht W - 49 Grundsatzuntersuchungen für ex plosionsgeschützte elektri sche Betriebsmi ttel Wirtschaftsv erlag NW, Bremerhaven
/25/
Gas-A tlas
Gefährliche A rbeitsstoffe GA 32
Bundesanstalt für Arbeitsschutz
6ES5 998-0EX12
v ii
Literaturverzeichnis
v ii i
S5-100U Ex-Baugruppe
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
Vorwort
Vorwort I n dieser Anleitung sind Hinweise zur Planung, Installation und Betrieb von SIMATI C-Ex -Baugruppen bei der Erri chtung v on Automatisierungssy stemen für die Steuerung und Regelung von Anlagen in ex plosionsgefährdeten Bereichen zusammengefaßt.
Hinweis Sollten
I hnen
die
Sicherheitstechnischen
Hinweise
für
den
Benutzer
und
die
Richtlinien zur Handhabung von elektrostatisch gefährdeten Bauelementen und Baugruppen, kurz EGB genannt, nicht schon bekannt sein, sollten Sie diese bevor Sie sich mit dieser Anleitung befassen, lesen. Die genaue Lektüre und Beachtung dieser
Richtli nien bewahrt
Sie
und das
Sy stem v or möglichen Schäden, v or und
während des Betri ebs!
Die v orliegende Anleitung besteht aus zwei Teilen:
• • und
einem allgemeinen Teil (Kap. 1 - 8 und Anhänge) und einem SIM ATIC-Ex -baugruppenspezifi schen Teil (Kap. 9 - 12 und Anhänge)
richtet
sich
an
Planer,
M onteure,
Projekteure
und
Betreiber
v on
SIM ATIC
S5-
und
TELEPERM M-Anlagen.
Die folgende Tabelle zeigt eine Zuordnung der Kapitel zu den jeweili gen Aufgabenbereichen, d. h. der Anwender erhält einen Überbli ck über die für i hn jeweils wichtigen Kapitel des Teil 1.
Kapitel
A rbeitsbereich Kap.1
Kap.2 2.1
1
Planer/Projekteur
Kap.3
Kap.4
Kap.5
Kap.6
Kap.7
Kap.8
3.1
bis
4
5
6
7
-
5
6
-
-
bis 3.4 2.3 8.1 1
Monteur
-
-
bis 8.8
1
Betreiber
2.4
-
-
5
-
-
-
Die heutige Entwicklung zeigt den v erstärkten Einsatz elektrischer Betri ebsmittel in Anlagen zum M essen, Steuern und Regeln (MSR-Anlagen) besonders im Rahmen der Automatisierung und Rationali sierung i n der chemi schen, petrochemischen und v erfahrenstechnischen I ndustrie. Für derartige Bereiche, können,
bilden
in
denen
elektri sche
ex plosionsfähige
Betriebsmittel,
bei
Gas/Luft- oder
Staub/Luft-Gemische auftreten
denen i m normalen
Betrieb
oder
im Fehlerfall
Funken oder gefährliche Temperaturen entstehen, eine potentielle Gefahrenquelle, wobei großer Personen- und Sachschaden die Folge sein können.
Es sind deshalb in vi elen Staaten Schutzmaßnahmen zur Vermeidung dieser Gefahren entwickelt worden. Die internationale Verflechtung v erlangt dabei eine einheitliche, internationale Übereinstimmung der Schutzmaßnahmen.
6ES5 998-0EX12
ix
Vorwort
S5-100U Ex-Baugruppen
Der erste (allgemeine) Teil des Gerätehandbuches wendet sich an Techniker und Ingenieure, die sich mit der Planung, der Erri chtung und dem Betrieb von M SR-Anlagen in ex plosionsgefährdeten Bereichen beschäftigen. Aber auch Vertriebsingenieuren und anderen interessierten Fachkräften werden ausgehend v on einer Einführung i n die Problematik des Ex plosionsschutzes eine Stoffzusammenfassung und damit ein Überblick zum Stand des Ex plosionsschutzes im nationalen und internationalen Raum geboten.
Zunächst wi rd im ersten Kapitel der Betrachtungsumfang dieser Dokumentation im Hinblick auf Ex plosionen und die Behandlung elektrischer Betriebsmittel in ex plosionsgefährdeten Bereichen festgelegt.
Grundlegende
Begriffe
zum
Ex plosionsschutz
werden
erläutert.
Grundsätzli ch
betrachtet diese Dokumentation nur elektrische Betriebsmi ttel für ex plosionsgefährdete Bereiche (Ex plosi onsgruppe
I I ).
Betriebsmittel
für
schlagwettergefährdete
Grubenbaue
(Ex plosions-
gruppe I) werden nicht behandelt.
Es folgen in Kapitel 2 die rechtli chen Grundlagen zum Ex plosionsschutz, wobei ausgehend von einer kurzen histori schen Betrachtung der Entwicklung für die Bundesrepublik Deutschland die i m nationalen
Bereich
maßgebenden
Verordnungen
und
Richtlinien
in
ihren
Schwerpunkten
besprochen werden. Übersichten stellen die zur Zeit geltenden Normen und Verordnungen sowie die ex istierenden Prüfstellen innerhalb und außerhalb der EG dar.
Die gebräuchlichen Maßnahmen zum primären Ex plosionsschutz sind in Kapitel 3 erläutert.
Die folgenden Ausführungen beziehen sich auf den sekundären Explosionsschutz. Zunächst wird die grundlegende Zoneneinteilung ex plosionsgefährdeter Bereiche vorgestellt, um anschließend für den Errichter und Betreiber die erforderlichen Maßnahmen zum Explosionsschutz behandeln zu können.
Da der Schwerpunkt dieses Handbuches in der Betrachtung der Zündschutzart Eigensicherheit "i" und damit deren Anwendung bei
MSR-Anlagen in ex plosionsgefährdeten Bereichen liegt,
erfolgt eine ausführli chere Einführung in diese Zündschutzart und damit i n den Aufbau eines eigensicheren Stromkreises.
Die anschließende Übersicht über sicherheitstechnische Kennzahlen stellt die Grundlage für die Einteilung elektri scher Betriebsmittel nach Ex plosionsgruppen und Temperaturklassen dar.
I n den Kapiteln 1 bis 4 sind die notwendigen Kenntnisse dargelegt worden, um die im Kapitel 5 erläuterte
Kennnzeichnung
ex plosionsgeschützter
elektri scher
Betriebsmittel
v erstehen
zu
können.
Als
Schwerpunkt
dieser Dokumentation erfolgt die vertiefende Behandlung der Zünschutzart
Eigensicherheit "i" im Kapitel 6. Ausgehend v on i hren Grundlagen werden die Einteilung sowie die Zusammenschaltung v on elektrischen Betriebsmitteln bis hin zu prax isnahen Applikationen dargelegt. Die Trennung von eigensicheren und nicht eigensicheren Stromkreisen spielt dabei eine wesentliche Rolle.
Nach der umfangreichen Darlegung der Problematik des Ex plosionsschutzes i n den v orangegangenen
Kapiteln
werden
abschließend
im
Kapitel
7
die
im
nationalen
Bereich
geltenden
Bestimmungen und Anforderungen zur Errichtung und Betrieb elektrischer Anlagen in ex plosionsgefährdeten Bereichen dargelegt.
Abschließend sei bemerkt, daß das Gerätehandbuch in seinem allgemeinen Teil (Kap. 1 bis 8) zur Problematik des Ex plosionsschutzes eine umfassende Einführung in dieses Thema geben möchte, den Leser aber nicht vom Studium der Ori ginaldokumente besonders hinsichtli ch der rechtlichen Grundlagen aber auch der weiterführenden Literatur entbinden kann.
x
6ES5 998-0EX12
1
Einführung in den Explosionsschutz
1.1
Erläuterung der Begri ffe
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
1
-
1
1.2
Ex plosionsfähige Atmosphäre
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
1
-
2
1.3
Schutzmaßnahmen .
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
1
-
5
6ES5 998-0EX12
.
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.
.
.
.
.
1
2
6ES5 998-0EX12
Bilder 1.1
Konzentration eines brennbaren Stoffes in der Luft (Ex plosionsgrenzen sind stoffartabhängig)
6ES5 998-0EX12
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
1
-
3
3
4
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
Einführung in den Explosionsschutz
1
Einführung in den Explosionsschutz
1.1
Erläu terung d er Begriffe
I m folgenden werden die zentralen Begriffe erläutert, die in dieser Dokumentation v erwendet werden. Die offizielle Festlegung dieser Begriffe fi nden Sie in der ElexV /1/ (Verordnung über elektrische A nlagen in explosionsgefährdeten Räumen).
Bereich
I m Rahmen des Ex plosionsschutzes wird eine Betriebsstätte betrachtet,
in der die Beurteilung
einer Ex plosionsgefahr vorgenommen wird aufgrund
• • •
der physikalisch-chemischen Grundlagen des Ex plosionsschutzes, der sicherheitstechnischen Kennzahlen einer ex plosionsfähigen Atmosphäre, der betrieblichen und der örtlichen Verhältnisse.
Hierbei wird als Betriebsstätte in den VDE-Bestimmungen ein Ort im Freien oder ein Raum angesehen, der beliebigen Betriebsarbeiten dient und nichtunterwiesenen Personen regelmäßig zugänglich ist. Mit "Orte im Freien" bzw. für das Wort "Raum" sind dabei allgemein gedanklich abgegrenzte Volumen gemeint, die wiederum in Zonen (s. A bschnitt 4.1) unterschiedlicher Gefährdung bzgl. des Explosionsschutzes aufgeteilt sein können. A ls Synonym für Betriebsstätte wird gemäß internationaler und anderer deutscher Bestimmungen im weiteren das Wort Bereich v erwendet.
Explosion
Betrachtet werden Explosionen, Abgabe von Wärme) in
die
definitionsgemäß
eine ex otherme Reaktion (d. h. unter
explosionsfähigen Gemischen oder in
explosionsfähiger Atmosphäre
v erursachen, wobei diese Reaktion aufgrund der Temperatursteigerung infolge der freiwerdenden Wärme mit großer Geschwindigkeit (Größenordnung m/s) und plötzlich verlaufender Druck- und Knallwirkung abläuft.
Von Verpuffung spricht man dagegen, wenn die A usbreitungsgeschwindigkeit der Reaktion im Bereich von cm/s liegt. Läuft die Reaktion mit höchster Druck- und Knallwirkung und mit einer Geschwindkeit von einigen km/s ab, wird sie Detonation genannt.
Explosionsgefährdeter Bereich
Dies ist ein Bereich, in
dem Ex plosionsgefahr bzw. aufgrund der örtlichen und betriebli chen
Verhältnisse eine gefährliche ex plosionsfähige Atmosphäre auftreten kann.
Elektrische Betriebsmittel
Hier werden alle Anlagenteile verstanden, die im ganzen oder teilweise dem Anwenden elektrischer Energie dienen. Hierzu gehören u. a. Anlagenteile zum Erzeugen, Fortleiten, Verteilen, Speichern,
M essen,
Regeln,
Umwandeln
und
Verbrauchen
elektri scher
Energie.
Elektrische
Anlagen werden durch Zusammenschalten elektrischer Betri ebsmittel gebildet.
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1 - 1
Einführung in den Explosionsschutz
1.2
S5-100U Ex-Baugruppen
Exp losionsfähige A tm o sphäre
Eine explosionsfähige A tmosphäre ist ein aus Luft und brennbaren Gasen, Dämpfen, Nebel oder Stäuben bestehendes Gemisch, das bei entsprechender Konzentration unter atmosphäri schen Bedingungen zündfähig ist, und bei dem sich eine Verbrennung nach Zündung v on der Zündquelle
aus
selbständig
fortpflanzt.
Als
atmosphärische
Bedingungen gelten dabei
Gesamtdruck v on 0,8 bar bis 1,1 bar und Gemischtemperaturen v on - 20
o
C bis + 60
o
ein
C.
Für die Ex plosionsfähigkeit einer Atmosphäre und deren Zündung müssen folgende Aspekte betrachtet werden:
• • • •
Dispersionsgrad der brennbaren Stoffe Konzentration der brennbaren Stoffe Vorliegen einer gefahrdrohenden M enge Wirksamkeit der Zündquelle.
Konzentration der brennbarer Stoffe
Flüssigkeiten Gase / Dämpfe: Durch Verdunsten oder Verdampfen gehen Teile eines flüssigen Stoffes i n den gasförmigen Aggregatzustand über. Deshalb bildet sich über einer freien Flüssigkeitsoberfläche ein Gemisch aus Dämpfen und Luft, das durchaus noch nicht entflammbar sein muß. Ist die Temperatur genügend hoch, entwickelt die Flüssigkeit durch Verdunsten aber so große Dampfmengen, daß diese mit der Luft über der Flüssigkeit ein entflammbares Gemisch bilden. Diese Temperatur wi rd Flammpunkt genannt und in einem geschlossenen Tiegel unter festgelegten Bedingungen mittels Fremdzündung ermittelt. Ein dauerndes Fortbrennen ist aber noch nicht möglich, da bei dieser Flüssigkeitstemperatur noch zu wenig Dämpfe nachentwickelt werden. I st die Temperatur höher und gerade ausreichend, daß das geänderte Dampf/Luft-Gemisch über der Flüssigkeit ständig weiterbrennt, wird die Temperatur als Brennpunkt bezeichnet.
Die Werte sondern
des
Flammpunktes
sogenannte
und
des
stoffspezifische
Brennpunktes
Eigenschaften
sind keine
der
Gas-Luft
physikalischen Gemische.
Konstanten
Diese
sind
als
sicherheitstechnische Kennzahlen (s. a. A bschnitt 4.3) festgelegt, da auch andere Faktoren wie Konvektion und Diffusion bei der Ermittlung der o. g. Temperaturen eine Rolle spielen. Durch Beimengungen zu brennbaren Flüssigkeiten kann der Flammpunkt beeinflußt werden.
Ob eine ex plosionsfähige Atmosphäre entsteht, hängt von der Gemischkonzentration ab, di e sich über der Flüssigkeit ausbildet. Liegt eine Gemischkonzentration vor, bei der das Gemisch gerade ex plosionsfähig ist, ist die untere Explosionsgrenze (auch untere Zündgrenze genannt) erreicht die dazugehörige Temperatur heißt unterer Ex plosionspunkt.
Wird die Gemischkonzentration erhöht, so wird schließli ch ein Grad der Konzentration errei cht, bei dem das Gemisch aufgrund des höheren Anteils an Gasen und Dämpfen zuwenig Sauerstoff besitzt und damit nicht mehr ex plosionsfähig ist; die obere Explosionsgrenze bzw. die obere Zündgrenze i st erreicht. Oberhalb dieser Grenze i st das Gemisch zu fett, kann aber i n einem Ox i dationsmittel noch abbrennen.
1 - 2
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S5-100U Ex-Baugruppen
Einführung in den Explosionsschutz
Der Konzentrationsbereich zwi schen den Ex plosionsgrenzen (Zündgrenzen) wi rd Explosionsbereich (Zündbereich) genannt (s. Bild 1.1).
Konzentration des brennbaren Stoffes
zu mageres Gemisch
zu fettes Gemisch
Explosionsbereich
100 %
Bild 1.1
100 %
obere Explosionsgrenze
untere Explosionsgrenze
0 %
0 %
Konzentration der Luft
Konzentratio n eines brennbaren Stoffes in Luft (Explo sionsgrenzen sind stoffartabhängig)
Bei einem Gemisch mit Sauerstoff li egt die obere Ex plosionsgrenze wesentlich höher als bei einem Gemisch mit Luft. Wird ein inertes Gas statt Sauerstoff oder Luft eingesetzt, ist eine Ex plosion nicht mehr möglich.
Die Zündtemperatur eines brennbaren Gases oder einer brennbaren Flüssigkeit ist die in einem Prüfgerät ermittelte niedrigste Temperatur einer erhitzten Wand, an der sich der brennbare Stoff im Gemisch mit Luft gerade noch entzündet (s. a. Tabelle 4.6). Die Zündtemperatur
der
Gase
gestattet
eine
Einteilung
in
verschiedene
Temperaturklassen
(s.
A bschnitt 4.3.2).
Stäube: Häufig kommen feste Stoffe in zerkleinerter Form, z. B. als Staub, vor. Staubablagerungen sind mit einem porösen Körper vergleichbar und besitzen einen Hohlraumanteil bis zu 90 % . Werden Stäube mit kleiner Korngröße aufgewirbelt, sind sie leichter entzündbar, da die Oberfläche mit zunehmender Zerkleinerung ansteigt. Wird die Temperatur von Staubablagerungen erhöht, kommt es zunächst zur Selbstentzündung des staubförmigen brennbaren Stoffes. Es fi ndet ein Glimm- oder Glutbrand statt, der immer bei niedrigeren Temperaturen ausgelöst
wird
Gli mmbrand
als
kann
die
Ex plosion des
i nsbesondere
bei
gleichen Staubes Aufwirbelung
der
als
Staub/Luft-Gemisch.
Staubteilchen
die
Ein
Zündquelle
solcher für
ein
Staub/Luft-Gemisch sein. Deshalb ist die Glimmtemperatur, ermittelt für die Entzündung einer Staubschicht von 5 mm Höhe, eine wichtige sicherheitstechnische Kennzahl für Stäube. Bei größeren Schichtdicken kann Glimmen unterhalb dieser Glimmtemperatur einsetzen.
Für Staub/Luft-Gemische ex istieren auch Ex plosionsgrenzen und -bereiche wi e bei den Gasen und Dämpfen. In Tabelle 4.3 finden Sie eine Übersicht über die sicherheitstechnischen Kenngrößen v on Stäuben der gebräuchlichsten Materialien.
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1 - 3
Einführung in den Explosionsschutz
S5-100U Ex-Baugruppen
Instabile Stoffe Bei
bestimmten
Anwesenheit
chemisch
v on
i nstabilen
Sauerstoff
oder
Stoffen
Luft
eine
(z.
B.
Acety len)
ex otherme
wird
Reaktion
auch
durch
ohne
Zündung
ausgelöst.
Vorliegen einer gefahrdrohenden Menge
Eine ex plosionsfähige Atmosphäre i n gefahrdrohender Menge ist eine gefährliche explosionsfähige A tmosphäre, d. h., es li egt eine derartige Menge v or, bei der im Falle einer Ex plosion auf direktem oder indirektem Weg Personen- oder Sachschaden zu erwarten ist.
I n der Regel sind bereits 10 Liter zusammenhängende ex plosionsfähige Atmosphäre in einem geschlossenen Raum unabhängig v on der Raumgröße als gefahrdrohend anzusehen. Darüber hinaus können aber auch schon geri ngere Mengen als gefahrbringend angesehen werden, zumal wenn sie sich i n der Nähe von M enschen befi nden und dort entzündet werden.
Als Faustregel gilt:
Raumv olumen
≤
10 000 x Gemischvolumen
3
Z. B. in einem Raum mit einem I nhalt v on 80 m
wären dies bereits 8 Liter.
Wirksamkeit der Zündquelle
Die Wirksamkeit einer Zündquelle und damit die Fähigkeit zum Zünden einer ex plosionsfähigen Atmosphäre
ist
abhängig
von
der
Energie
der
Zündquelle
und
v on
den
Eigenschaften
der
ex plosionsfähigen Atmosphäre.
Als Zündquellen kommen gemäß /1/ (aus den Ex plosionsschutz-Richtlinien) in Frage:
• • • • • • • • • • • • •
Heiße Oberflächen Flammen und heiße Gase Mechanisch erzeugte Funken Elektrische Anlagen Elektrische Ausgleichsströme, katodischer Korrosionsschutz Statische Elektrizität Blitzschlag Elektromagnetische Wellen Optische Strahlung Ionisierende Strahlung Ultraschall Adiabatische Kompression, Stoßwellen strömender Gase Chemi sche Reaktionen.
I n der Prax is stellen elektrische Geräte und Anlagen einen großen Anteil möglicher Zündquellen dar. Hierbei können Schaltfunken und durch hohe Ströme unzulässig erwärmte Bauteile (z. B. im Fehlerfall bei Kurzschluß) als Zündquelle wi rken.
1 - 4
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1.3
Einführung in den Explosionsschutz
Sch utzm aßn ahm en
Grundsätzlich gibt es zwei M öglichkeiten/Maßnahmen zur Vermeidung v on Ex plosionen:
1.
Verhinderung der Bildung einer gefährlichen explosionsfähigen Atmosphäre = primärer Ex plosionsschutz.
2.
Verhinderung der Zündung einer gefährlichen explosionsfähigen Atmosphäre = sekundärer Ex plosionsschutz.
M aßnahmen zur Verhinderung einer ex plosionsfähigen Atmosphäre sind nach ElexV Paragraph 7 zwingend v orgeschrieben.
Explosionsschutz primär
Unter primärem Explosionsschutz werden alle M aßnahmen v erstanden, die das Entstehen einer gefährlichen ex plosionsfähigen Atmosphäre verhindern oder einschränken (s. Kapitel 3). Dies kann z. B. erfolgen durch:
• • • •
Vermeiden v on brennbaren Flüssigkeiten, Inertisierung, Austausch brennbarer Stoffe durch nichtbrennbare Stoffe, Begrenzung der Konzentration unterhalb der unteren bzw. oberhalb der oberen Ex plosionsgrenze,
• •
geeignete Anlagenkonstruktion, natürli che und technische Lüftungsmaßnahmen.
Ausführli che
Betrachtungen
zum primären
Ex plosionsschutz
sind
im Teil E
1
"Maßnahmen,
welche eine Bildung gefährli cher ex plosionsfähiger Atmospäre verhindern oder einschränken" der Ex -RL /1/, /4/ zu entnehmen (s. auch Kap. 3).
Explosionsschutz sekundär
Es gibt jedoch eine Vielzahl v on Anwendungen, bei denen primäre Schutzmaßnahmen nicht angewendet werden können. Durch sekundäre Ex plosionsschutzmaßnahmen wird eine Zündung v erhindert, so daß die Sicherheit von Menschen und M aterial in ex plosionsgefährdeten Bereichen gewährleistet wird.
Der
sekundäre
Explosionsschutz
ex plosionsfähigen
Atmosphäre
betrachtet
v erhindern.
alle
Hierfür
Maßnahmen,
gibt
es
die
die
unterschiedliche,
Zündung genormte
einer Zünd-
schutzarten, die im Abschnitt 4.2 beschrieben werden. Im Hinblick auf elektrische Betri ebsmittel befaßt
si ch
der
sekundäre
Ex plosionsschutz
mit
der
Einhaltung
der
Baubestimmungen
für
ex plosionsgeschützte elektrischen Betriebsmi ttel. Diese sollen durch konstruktive und/oder schaltungstechnische M aßnahmen v erhindern, daß eine Ex plosion ausgelöst, bzw. im Falle einer Ex plosion im Inneren von Betriebsmi tteln die äußere, umgebende ex plosionsfähige Atmosphäre gezündet werden kann (s. auch Kap. 4).
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Einführung in den Explosionsschutz
1 - 6
S5-100U Ex-Baugruppen
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Rechtliche Grundlagen zum Explosionsschutz
2.1
Entwicklung innerhalb der Bundesrepublik Deutschland
2.2
Verordnung über elektri sche Anlagen in explosionsgefährdeten Räumen .
2.3
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-
1
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2
-
4
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2
-
7
8
Verordnung über Anlagen zur Lagerung, Abfüllung und Beförderung brennbarer Flüssigkeiten zu Lande (VbF)
2.4
2
Ex plosionsschutz-Richtli nen (EX-RL) der Berufsgenossenschaft Chemi e
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2
-
2.5
Übersicht der Bestimmungen, Normen und Verordnungen
2
-
9
2.6
Nationale autorisierte Prüfstellen .
.
2
-
13
2.7
Prüfstellen innerhalb der EG
2.8
Prüfstellen außerhalb der EG
2.9
Normungsgremien
2.10
Internationale Publizierung Europäischer Normen zum Ex plosionsschutz .
2.11
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2
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16
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Prüf- und Bescheinigungsverfahren
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20
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2
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Bilder 2.1
Zusammenhang der rechtlichen Grundlagen des Ex plosionsschutzes i n der Bundesrepubli k Deutschland .
2.2
ländern . 2.3
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2
-
11
Übergangsvorschri ften für die Elex V in den fünf neuen Bundes.
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2
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14
Zusammenwirken der Normungsgremi en .
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6
Tabellen 2.1
Verantwortlichkeiten beim Errichten und Betrieb elektrischer Anlagen in ex plosionsgefährdeten Bereichen
2.2
Ein Beispiel aus den Tabellen der Beispielsammlung der Ex plosionsschutz-Richtlinie ZH 1/10
2.3
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8
Zusammenfassung der Normen und Verordnungen für die Bundesrepublik Deutschland (Stand 09/92)
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2
2.4
Prüfstellen innerhalb der EG
2.5
Baubestimmungen (Normen) für die Errichtung ex -geschützter Betriebsmittel
2.6
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Bezeichnung Europäischer Normen zum Ex plosionsschutz in ausgewählten Ländern
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Rechtliche Grundlagen z um Explosionsschutz
Rechtliche Grundlagen zum Explosionsschutz
2.1
En twicklu ng inn erhalb der Bun desrepu blik Deutschland
Seit seiner Gründung im Jahre 1893 befaßt sich der Verband Deutscher Elektrotechniker (VDE) mit Schutzmaßnahmen v or den Gefahren des elektrischen Stromes. Die im Jahre 1943 herausgegebenen Vorschriften für schlagwetter- und explosionsgeschützte elektrische Betriebsmittel bildeten die Grundlage für die bis 1963 geltende Polizeiverordnung über elektrische Betriebsmittel in explosionsgefährdeten Räumen und Betriebsanlagen sowie in schlagwettergefährdeten Grubenanlagen v om 13.10.1943.
Die
o.
g.
A nlagen
Polizeiv erordnung in
wurde
1963
explosionsgefährdeten
abgelöst
durch
die
Räumen (ExVo). Diese
Verordnung
über
elektrische
gesetzliche Grundlage für den
Ex plosionsschutz stellte keine detailli erten Aussagen über die Beschaffenheit, den Betrieb und die Wartung v on elektrischen Anlagen i n ex plosionsgefährdeten Bereichen dar, sondern v erwi es i n zwei anhängenden Verwaltungsvorschriften auf anerkannte technische Regeln der Berufsgenossenschaft, der Chemischen I ndustrie und des VDE.
Die Verordnung führte die Pfli cht zur Begutachtung der explosionsgeschützten Betri ebsmittel durch die Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) i n Braunschweig oder die Bergbau-Versuchsstrecke (BVS) in Dortmund-Derne sowi e die Bauartzulassungspflicht durch die zuständigen Behörden des jeweiligen Bundeslandes ein.
Die
Harmonisierung
der
rechtli chen
Grundlagen
zum
Ex plosionsschutz
innerhalb
der
Euro-
päischen Gemeinschaft (EG) begann mit den EG-Ex-Rahmenrichtlinien v om 18.12.1975, für deren Erarbeitung das "Europäische Komitee für elektrotechnische Normung" (CENELEC) v erantwortli ch ist.
Die Anforderungen an Konstruktion und Bau von elektrischen Betriebsmi tteln regeln i n sogenannten Baubestimmungen die Europäischen Normen EN 50014 bis EN 50020 und EN 50028 sowie EN 50039, die in das deutsche Normenwerk als DIN EN 50014 bis 50020 und DIN EN 50028 sowie DIN EN 50039 eingingen und gleichzeitig als VDE-Bestimmungen VDE 0170/0171/5.78 gelten (VDE 0170 für Schlagwetterschutz und VDE 0171 für Ex plosionsschutz).
Die
Anpassung
der
rechtlichen
Grundlage
für
den
Ex plosionsschutz
in
der
Bundesrepubli k
Deutschland an die EG-Richtlinen erfolgte 1980 mit der Verordnung über elektrische A nlagen in explosionsgefährdeten Räumen (ElexV). Sie wurde als Rechtsverordnung i m Sinne des Paragraphen 24 der Gewerbeordnung /11/ von der Bundesregierung am 27.2.1980 erlassen. Die
ElexV
ist
die
Grundlage
sogenannter
Errichtungsbestimmungen,
denn
sie
regelt
das
Errichten und den Betri eb elektrischer Anlagen in explosionsgefährdeten Räumen.
A llgemeine Rechtsgrundlagen nach § 24 und § 25 GewO
Elektri sche Anlagen in ex plosionsgefährdeten Betriebsstätten zählen nach § 24 der Gewerbeordnung (GewO), die bundesweit Gültigkeit hat, zu den überwachungsbedürftigen Anlagen. Ein hier besonders i nteressierender Auszug aus dem Wortlaut dieses Paragraphen sei zitiert:
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Rechtliche Grundlagen zum Explosionsschutz
S5-100U Ex-Baugruppen
§ 24, Überwachungsbedürftige A nlagen
(1) Zum Schutze der Beschäftigten und Dri tter vor Gefahren durch Anlagen, die mit Rücksicht auf
ihre
Gefährlichkeit
einer
besonderen
Überwachung
bedürfen,
wi rd
die
Bundesregierung
ermächtigt, nach Anhörung der beteiligten Kreise durch Rechtsv erordnung zu bestimmen,
1.
daß die Errichtung solcher Anlagen, ihre I nbetriebnahme, die Vornahme v on Änderungen an bestehenden Anlagen und sonstige die Anlage betreffende Umstände angezeigt und der Anzeige bestimmte Unterlagen beigefügt werden müssen;
2.
daß die Errichtung solcher Anlagen, ihr Betrieb sowie die Vornahme v on Änderungen an bestehenden Anlagen der Erlaubnis einer in der Rechtsv erordnung bezeichneten oder nach Bundesrecht zuständigen oder gemäß § 155 Abs. 2 bestimmten Behörde bedürfen;
2a.daß solche Anlagen oder Teile von solchen Anlagen nach einer Bauartprüfung allgemein zugelassen und
mi t
der allgemeinen
Zulassung Auflagen zum Betrieb
oder zur Wartung
v erbunden werden können;
3.
daß solche Anlagen, insbesondere die Erri chtung, die Herstellung, die Bauart, die Werkstoffe, die Ausrüstung und die Unterhaltung sowie i hr Betrieb bestimmten Anforderungen genügen müssen;
4.
daß solche Anlagen einer Prüfung vor I nbetriebnahme, regelmäßig wiederkehrenden Prüfungen und Prüfungen auf Grund behördlicher Anordnung unterliegen;
5.
...
Überwachungsbedürftige Anlagen im Sinne des Absatzes (1) sind
1.
Dampfkesselanlagen und Druckbehälter;
2.
Anlagen zur Abfüllung v on v erdichteten, v erflüssigten oder unter Druck gelösten Gasen;
3.
Leitungen
unter
innerem Druck
für
brennbare,
ätzende
oder
giftige
Gase,
Dämpfe
oder
Flüssigkeiten;
4.
Aufzugsanlagen;
5.
elektrische Anlagen in besonders gefährdeten Räumen;
6.
Azetylenanlagen und Kalziumkarbidlager;
7.
Anlagen zur Lagerung, Abfüllung und Beförderung v on brennbaren Flüssigkeiten.
§ 24b, Duldungspflicht bei der Prüfung
Eigentümer von überwachungsbedürftigen Anlagen und Personen, die solche Anlagen herstellen oder betreiben, sind v erpfli chtet, den Sachverständigen, denen die Prüfung der Anlagen obliegt, die Anlagen zugänglich zu machen, die v orgeschriebene oder behördlich angeordnete Prüfung zu gestatten, die hierfür benötigten Arbeitskräfte und Hilfsmi ttel bereitzustellen und ihnen die Angabe zu machen und die Unterlagen vorzulegen, die zur Erfüllung ihrer Aufgabe erforderli ch sind. Das Grundrecht des Artikels 13 des Grundgesetzes wird insoweit eingeschränkt.
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Rechtliche Grundlagen z um Explosionsschutz
§ 24c, Prüfung durch Sachverständige
Die Überprüfung der überwachungsbedürftigen Anlagen werden, soweit in den nach § 24 Abs. 1 erlassenen Rechtsverordnungen nichts anderes bestimmt ist, v on amtlich oder amtlich für diesen Zweck anerkannten Sachverständigen vorgenommen. Diese sind in technischen Überwachungsorganisationen zusammenzufassen.
§ 24d, A ufsichtsbehörde
Die Aufsicht über die Ausführung der nach § 24 Abs. 1 erlassenen Rechtsv erordnung obliegt den Gewerbeaufsichtsbehörden...
§ 25, Stilllegung von A nlagen und Untersagen von Betrieben
Die zuständige Behörde kann die Stilllegung oder Beseitigung einer Anlage anordnen, wenn ohne die auf Grund einer Rechtsverordnung nach § 24 Abs. 1 Nr. 2 oder 4 erforderliche Erlaubnis oder Sachverständigenprüfung die Anlage errichtet, betrieben oder geändert wird.
Die Gewerbeordnung faßt generell sämtli che überwachungsbedürftigen Anlagen zusammen, wozu natürlich auch
Anlagen i n ex plosionsgefährdeten Bereichen zählen. Parallel zur Elex V
erhielt im Rahmen der Gewerbeordnung die Verordnung über A nlagen zur Lagerung, A bfüllung und Beförderung brennbarer Flüssigkeiten zu Lande (VbF) /21/ eine neue Fassung.
Der
Deutsche
Ausschuß
für
ex plosionsgeschützte
elektrische
Anlagen
(DEx A)
ist
gemäß
Paragraph 18 der ElexV ständiger Berater des Gesetzgebers.
I n einer Verwaltungsv orschrift zur Elex V werden weitere Bestimmungen zum Bau und Errichten v on Betriebsmi tteln festgelegt:
•
die Richtlinien für die Vermeidung der Gefahren durch explosionsfähige A tmosphäre Explosionsschutz-Richtlinie (EX-RL)
•
die VDE-Bestimmungen DIN VDE 0170/0171 Teil 1 bis Teil 7, Teil 9 und Teil 10 EN 50014 bis EN 50020, EN 50028,
50039 (Baubestimmungen)
DIN VDE 0165 (Errichtungsbestimmung)
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Rechtliche Grundlagen zum Explosionsschutz
2.2
S5-100U Ex-Baugruppen
Verordnu ng ü ber elektrische A n lagen in explo sio nsgefährdeten Räum en (ElexV)
I m folgenden werden die Schwerpunkte dieser Verordnung kurz aufgeführt, wobei die Aspekte hinsichtlich Betrieb elektrischer Anlagen im Kapitel 7 behandelt werden.
A nwendungsbereich
Für explosionsgefährdete Bereiche wird das Erri chten und der Betrieb elektrischer Anlagen, die aus einzelnen oder zusammengeschalteten elektrischen Betriebsmitteln bestehen, in der Elex V betrachtet. Diese Verordnung gilt nicht für elektrische Anlagen, die weder gewerbli chen noch wi rtschaftlichen Zwecken dienen und in deren Gefahrenbereich auch keine Arbeitnehmer beschäftigt werden. Weiterhin sind Anlagen i n Luftfahrzeugen, auf See- und Binnenschiffen sowie Anlagen der Deutschen Bundesbahn, der Bundeswehr und der Unternehmen des Bergwesens ausgeschlossen.
Beschaffenheit elektrischer A nlagen
Nach Paragraph 3 der Elex V müssen die Errichtung und der Betri eb elektrischer Anlagen in ex plosionsgefährdeten Räumen nach den allgemein anerkannten Regeln der Technik erfolgen und gehandhabt werden. Für die Beschaffenheit der Anlagen gilt somit bei ordnungsgemäßem Betri eb, daß entweder
• • •
keine zündfähigen Funken, Lichtbögen oder Temperaturen entstehen, oder eine Ex plosion bei Vorhandensein v on Zündquellen ausgeschlossen ist, oder eine entstandene Ex plosion sich nicht im Raum fortpflanzen kann.
Diese Anforderungen können z. B. durch eine der folgenden M aßnahmen erfüllt werden:
•
Einschränkung der im Stromkreis zugeführten Energie, so daß keine zündfähigen Funken oder Temperaturen auftreten können,
•
konstruktiv e Maßnahmen, die das Zusammentreffen einer ex plosionsfähigen Atmosphäre und einer Zündquelle verhindern,
•
konstruktiv e Auslegung des Gehäuses, die eine Fortsetzung einer Ex plosion im Innern des Betriebsmittels auf die äußere Umgebung v erhindert.
Bemerkenswert in der Elex V ist der Hinweis auf den primären Ex plosionsschutz, damit auch in dieser Richtung betri ebstechnisch sinnvolle M aßnahmen verlangt werden können, um v on v ornherein die Bildung einer ex plosionsfähigen Atmosphäre in gefahrdrohender Menge v erhi ndern oder einschränken zu können.
2 - 4
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Rechtliche Grundlagen z um Explosionsschutz
Einsatz von Ex-Betriebsmitteln
M it Einführung der ElexV werden die früheren Prüfungsscheine (Gutachten der Prüfstellen) und die
Bauartzulassungen
ersetzt
durch
ein
Baumusterprüfverfahren.
Es
ist
eine
wesentli che
Forderung der Elex V, daß elektri sche Betriebsmittel in ex plosionsgefährdeten Bereichen nur in Betri eb genommen werden dürfen, wenn für sie Baumusterprüfbescheinigungen vorli egen und die elektrischen Betriebsmittel entsprechend gekennzeichnet sind.
Baumusterprüfbescheinigungen im Sinne der Elex V sind:
• • •
die nationale Prüfbescheinigung, die Konformi tätsbescheinigung oder die Kontrollbescheinigung.
I n der nationalen Prüfbescheinigung erfolgt die Bestätigung der Übereinstimmung mit den Baubestimmungen VDE 0170/0171/2.61 bis 1.69; dies war bis zum 1.5.1988 möglich.
M it
einer
Konformitätsbescheinigung
wird
die
Erfüllung
der
in
den
Europäischen
Normen
EN 50014 ff. enthaltenen Baubestimmungen bestätigt.
Ei ne
Kontrollbescheinigung
kann
ausgestellt
werden,
wenn
der
Ex plosionsschutz
durch
andere, noch nicht genormte Maßnahmen mit gleicher Sicherheit erreicht wird.
Von jeder zugelassenen Ex plosionsschutz-Prüfstelle der EG-Mi tgli edsstaaten kann eine Konformitätsbescheinigung oder eine Kontrollbescheinigung ausgestellt werden. Für die Bundesrepubli k Deutschland sind derzeit die Prüfstellen Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) und Bergbauversuchsstrecke der deutschen Montantechnologie (DMT/BVS) zugelassen.
Geräte
mi t
einer
Konformitäts-
oder
Kontrollbescheinigung
werden
v om Hersteller
mit
dem
genormten Ex -Zeichen
gekennzeichnet. Diese Kennzeichnung müssen alle nach dem 1.5.1988 geprüften ex plosionsgeschützten elektrischen Betriebsmittel tragen; bis zu diesem Zeitpunkt war die Kennzeichnung dem Hersteller überlassen.
Durch die Kennzeichnung mi t dem Ex -Zeichen bestätigt der Hersteller, daß
•
das so gekennzeichnete Betriebsmi ttel mit dem Ty p übereinstimmt, für den eine Baumusterprüfbescheinigung vorli egt,
• •
im Herstellerwerk eine Stückprüfung durchgeführt wurde, er die Verpflichtungen erfüllt hat, die ihm gegenüber der Prüfstelle obliegen.
6ES5 998-0EX12
2 - 5
Rechtliche Grundlagen zum Explosionsschutz
S5-100U Ex-Baugruppen
Hinweis Die Konformi tätsbescheinigung ermöglicht den freien Warenvertrieb innerhalb der EG. Außerhalb
der
EG
sind
ggf.
weitere
Prüfungen
bei
nationalen
Prüfstellen
des
Empfängerlandes erforderlich.
Ausnahmen:
Ausgenommen elektrischen
v on
dem
Werte 1,2
V,
Baumusterprüfverfahren 0,1
A,
20
Mikrojoule
si nd oder
Betriebsmittel, 25 mW
bei
denen
keiner
überschri tten wi rd
(z.
der
B.
bei
Thermoelementen, Pt 100, elektrischen Wegfühlern). Es entfallen also bei solchen Betri ebsmitteln eine
Baumusterprüfbescheinigung
Hersteller zu
machenden
und
ebenso
eine
elektrischen Angaben (z.
normgerechte B.
Kennzeichnung.
Erwärmungsv erhalten,
Die
v om
Einhaltung
der
Baubestimmungen nach EN 50014, usw.) genügen, um solche Betri ebsmittel in explosionsgefährdeten Bereichen zu v erwenden.
Hinweis Ohne den Begriff der Zonen (s. Abschnitt 4.1) erläutert zu haben sei hier v orausgreifend bemerkt, daß in den Zonen 2, 11 und M musterprüfbescheinigung
eingesetzt
werden
auch Betriebsmittel ohne Bau-
dürfen,
wenn
sie
bestimmten
Anforderungen genügen (siehe Kap. 7.4 bis 7.7).
I n den Zonen 0, 10 und G dürfen jedoch nur Betriebsmittel verwendet werden, die hierfür besonders bescheinigt sind.
Verantwortung des Errichters
Zur
Aufteilung
der
Verantwortung
bei
Planung,
Errichtung,
Inbetriebnahme,
Wartung
und
Reparatur gibt Tabelle 2.1 Auskunft.
Tab. 2.1
Verantwo rtlichkeiten beim Errichten und Betrieb elektrischer Anlagen in explosionsgefährdeten Bereichen
A ufgabe
Planung der Anlage
Verantwortlich
Gesamtplaner, Projektleiter (Gewerbeaufsicht hinzuziehen)
Lageplan für ex plosionsgefährdete Bereiche
Betreiber
aufstellen
(zweckmäßigerweise mit Aufsichtsbehörde
(Zonen festlegen nach EX-RL)
durchführen)
Ermittlung der Ex plosionsklassen, der
Betreiber
v orkommenden Gase und Flüssigkeiten
2 - 6
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
Rechtliche Grundlagen z um Explosionsschutz
weiter Tab. 2.1
A ufgabe
Auswahl der Betriebsmittel für die
Verantwortlich
Gesamtplaner, Projektleiter
ex plosionsgefährdeten Bereiche
M ontage, Errichtung nach Elex V,
Installationsfirma
d. h. DIN VDE 0165 (in Deutschland)
Erri chtung eigensicherer Stromkreise,
rechnerischer oder meßtechnischer
Zusammenschaltung
Nachweis durch v erantwortlichen Planer oder Sachverständigen
I nbetriebnahme
Projektleiter
Prüfungen, Betri eb und I nstandhaltung der
Sachverständiger bzw. Sachkundiger des
Anlage
Betreibers
Sonderausführung
Sachverständiger
Reparatur
Hersteller oder Sachverständiger
Änderung
Sachverständiger
2.3
Verordnu ng ü ber A nlagen zur L agerun g, A bfüllun g un d Beförderun g bren nb arer F lüssig keiten zu L ande (Vb F)
I m Rahmen der Verordnungen des Paragraphen 24 der Gewerbeordnung wurde gleichzeitig mit der Elex V die VbF neu erlassen, die am 1.7.1980 in Kraft trat. Es werden in dieser Verordnung Anforderungen an den Ex plosionsschutz gestellt, da bestimmte Flüssigkeiten eine ex plosionsfähige Atmosphäre bilden können.
Entsprechend der Einteilung ex plosionsgefährdeter Bereiche in Zonen (s. Abschnitt 4.1) werden an die elektri schen Betriebsmittel bestimmte Anforderungen gestellt. Dort, wo der Ex plosionsschutz einer Anlage von der Funktionssicherheit der Geräte abhängt, z. B. bei Überfüllsicherungen oder bestimmten Grenzwertmeldern, müssen sie zusätzlich als funktionssicher v on einer Prüfstelle (z. B. PTB bzw. BVS) bescheinigt sein. Die Prüfung selbst kann v on einer entsprechend ausgerüsteten technischen Überwachung (z. B. TÜV) erfolgen.
Für bestimmte elektrische Betriebsmi ttel bzw. Einrichtungen wi rd eine Bauartzulassung durch die (örtliche) Aufsichtsbehörde benötigt. Hierzu muß der Behörde ein Gutachten von der Physi kali sch-Technischen Bundesanstalt (PTB) oder, je nach Zuständigkeit, der Bundesanstalt für M aterialprüfung (BAM) über das Betriebsmi ttel bzw. die Einri chtung v orgelegt werden. Dies gilt u. a. für die Betriebsmi ttel,
•
die in der Zone 0 eingesetzt werden (z. B. Geräte zur M eßwerterfassung wi e Flüssigkeitsanzeiger, Temperatur-, Druck- und Dichtemeßeinrichtungen),
• • •
Flammendurchschlagsicherungen, Überfüllsicherungen, Leckanzeigegeräte.
6ES5 998-0EX12
2 - 7
Rechtliche Grundlagen zum Explosionsschutz
S5-100U Ex-Baugruppen
I m Gültigkeitsbereich der VbF müssen die Anlagen durch Sachverständige v or der Inbetri ebnahme und danach in regelmäßigen Zeitabständen nach Paragraph 15 der VbF (normalerweise alle 5 Jahre) überprüft werden. Auch die ständige Überwachung durch einen v erantwortli chen I ngenieur entbindet hier nicht - im Gegensatz zu Bereichen, die der ElexV unterliegen - von dieser Prüfpflicht.
Bemerkt sei noch, daß die beiden Verordnungen Elex V und VbF für die ex plosionsgefährdeten Bereiche mi t Ausnahme der Zone 0 die gleichen Anforderungen an den Zündschutz der Betriebsmittel stellen.
2.4
Exp losionsschu tz-Rich tlinien (EX -RL ) der Berufsgeno ssenschaft Ch e mie
I n den Richtlinien für die Vermeidung der Gefahren durch explosionsfähige A tmosphäre m it
Beispielsammlung
Explosionsschutz-Richtlinien
(ausführli cher
Ti tel)
der
Berufs-
genossenschaft Chemie werden konkrete Hinweise auf die Gefahren in ex plosionsgefährdeten Bereichen gegeben und M aßnahmen zu i hrer Abwendung bzw. Minderung aufgezeigt. Hierzu dient insbesondere die Beispielsammlung, i n der diese Maßnahmen an einzelnen ex plosionsgefährdeten Prozeßanlagen der v erschiedensten Industri ezweige detailli ert aufgeführt werden. Wertv olle Anregungen oder Risikoabschätzungen stehen somit für Planer bzw. Betreiber solcher oder v ergleichbarer Prozeßanlagen zur Verfügung. Es läßt sich den Beispielen insbesondere die Anwendung primärer Ex plosionsschutzmaßnahmen (s. Kapitel 3) entnehmen und damit die Frage nach den erforderlichen sekundären Ex plosionsschutz-M aßnahmen beantworten (s. Kapitel 4).
I n der Beispielsammlung der EX-RL wird auf folgende Themen eingegangen:
• • • • •
Brennbare Gase (Gasanlagen, Gaswerke) Brennbare Flüssigkeiten (z. B. Herstellung, Lagerung, Abfüllung, Reinigung, Entfetten) Herstellung und Verwendung v on Farben, Lacken, Fußboden- und Lederpflegemi tteln Herstellung und Verarbeitung von Gummi und Kunststoffen Bearbeitung (Zerkleinern), Verarbeitung und Lagerung von Stäuben oder festen Stoffen unter Staubanfall.
2 - 8
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
Tab. 2.2
Lfd. Nr.
Rechtliche Grundlagen z um Explosionsschutz
Ein Beispiel aus den Tabellen der Beispielsamm lung der Explosionsschutz-Richtlinie ZH 1/10
Beispiel
Merkmale/Bemerkungen/
Schutzmaßnahmen nach
Voraussetzungen E1
E3
E2 in den nachstehend augef. (verbleiben d.) Zone
(Sp. 1)
(Sp. 2)
(Sp. 3)
2.3
REINIGEN UND
s. auch UVV "Chemischreinigung"
ENTFETTEN MIT
(VBG 66)
(Sp. 4)
(Sp. 5)
(Sp. 6)
BRENNBAREN FLÜSSIGKEITEN 2.3.1
Fleckenentfernung
Lösemittel in verschließbaren
mit Benzin, Aceton
Spritzflaschen, keine
usw. ausgenommen
Vorratsmengen. Im Verhältnis
Detachur in
zum Raum geringe
E1.3.4.1
Zone 2 :1 m
E1.3.4.2
Zone 1 : 5 m
Chemischreinigungen Lösungsmittelmenge.
2.3.2
Räume zum Lagern
nach oben 1 m
und Waschen von Putztüchern, die Flüssigkeiten mit einem Flammpunkt bis 100 °C enthalten 2.3.3
Räume zum
Max. Raumtemperatur 40 °C, kein
Reinigen und
Versprühen des
Entfetten von
Reinigungsmittels möglich.
Metallteilen in
a)
Anlagen
Flammpunkt des Reinigers
E1.3.4.2
b)
Flammpunkt des Reinigungs-
Zone 1 : 5 m nach oben 1,5 m
unter 40 °C
unbeheizten
E1.3.4.1
keine
E1.3.4.1
keine
mittels 40 °C und darüber
s. "Richtlinie für Anlagen zum Reinigen von Werkstücken mit Lösemitteln" (ZH 1/562) 2.3.4
Reinigen einzelner
Arbeiten von Hand.
Maschinen
Kein Versprühen des Reinigungsmittels. Verwendung kleiner Mengen von Reinigungsmitteln. Temperatur des Reinigungsmittels und der Maschinenteile unter Flammpunkt. s. "Richtlinie für Anlagen zum Reinigen von Werkstücken mit Lösemitteln" (ZH 1/562)
6ES5 998-0EX12
2 - 9
Rechtliche Grundlagen zum Explosionsschutz
2.5
In
S5-100U Ex-Baugruppen
Üb ersicht d er Bestim m un gen, Nor men u nd V erordnu ng en
Tabelle
2.3
sind
die
derzeit
in
der
Bundesrepublik
Deutschland
gültigen
Bestimmungen,
Normen und Verordnungen zusammengefaßt. Bild 2.1 zeigt die Zusammenhänge der rechtli chen Grundlagen des Ex plosionschutzes.
Baubestimmungen
Die neuen, harmonisierten Europäischen Normen EN 50014 bis
EN 50039 lösten 1980 den
Großteil der bis dahin gültigen VDE-Bestimmungen ab. Die Europäischen Normen werden als DIN EN ... in deutscher Sprache v eröffentlicht und gleichzeitig als VDE-Bestimmung gekennzeichnet. Die Übernahme in deutsches Recht erfolgt durch Bekanntmachung des Bundesarbeitsministers im Bundesgesetzblatt.
I nzwischen wurden die bestehenden Normen DIN EN 50014 bis DIN EN 50020 durch einige Änderungen, die mit A1 usw. in Tabelle 2.3 gekennzeichnet sind, ergänzt.
Errichtungsbestimmungen
Die (s.
Errichtungsbestimmungen Tabelle
2.2)
si nd
bisher
für
nur
elektrische national
Anlagen
geregelt.
In
in der
ex plosionsgefährdeten Bundesrepublik
Bereichen
Deutschland
gilt
i nsbesondere die DIN VDE 0165/2.91. Über eine europäische und i nternationale Erri chtungsbestimmung wird derzeit beraten.
2 - 10
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
Rechtliche Grundlagen z um Explosionsschutz
Gewerbeordnung §24
EG-Vertrag
G
Reichsvers. Ordnung
e s e t z
ElexV/10.90
VbF
setzt EG-Recht in nationales Recht
EG-Richtlinien
um und regelt: der Verordnung unterliegende Anlagen Baumusterprüfung
V
V
e
o
r
r
o
s
r
c
d
h
n
r
Anlagenprüfung Instandsetzung Sachverständigenwesen
VBG 1 §44
UVV en
u
Zoneneinteilung
Allg. VwV.
Anhang zu §3
i
n
f
g
t
AVV zur ElexV EX-RL
verpflichtet Behörden zur Anwendung der EX-RL
TRbF
und der VDE-Bestimmungen
EX-RL/9.90 stuft Räume, Bereiche, Anlagen - in Beispielen -
Richtlinien R
in die Zonen 0, 1, 2, 10, 11, G und M ein
RL Statische Elektrizität
T e c
h
h n
VbF/TRbF Acet V/TRAC
i c
t l
i
i
s
n
c
i
h
e
Druckbeh. V stuft Räume, Bereiche, Anlagen in Zonen ein
DIN/VDE 0165/2.91 regelt Elektroinstallation in EN-Normen
explosionsgefährdeten Räumen für die Zonen 0, 1, 2, 10, 11, G und M
e
R e g
N
e
o
l n
r m
andere Standards (z.B. VDI)
ElexV
-
Verordnung über elektrische Anlagen in explosionsgefährdeten Räumen
AVV
-
Allgemeine Verwaltungsvorschrift
EX-RL
-
Explosionsschutz-Richtlinien mit Beispielsammlung der BG Chemie
VbF
-
Verordnung über brennbare Flüssigkeiten
TRbF
-
Technische Regeln für brennbare Flüssigkeiten
Acet V
-
Acetylenverordnung
TRAC
-
Technische Regeln Acetylenanlagen und Calciumcarbid-Lager
UVV
-
Unfallverhütungsvorschrift
Bild 2.1
Zusamm enhang der rechtlichen G rundlagen des Explo sionsschutzes in der Bundesrepublik Deutschland
6ES5 998-0EX12
2 - 11
Rechtliche Grundlagen zum Explosionsschutz
Tab. 2.3
S5-100U Ex-Baugruppen
Zusamm enfassung der No rmen und Vero rdnungen für die Bundesrepublik Deutschland (Stand 12/92)
Norm/Verordnung
Bemerkung
Baubestimmungen DIN EN 50014 / VDE 0170/0171
Elektrische Betriebsmittel für ex plosionsgefährdete
Teil 1/5.78 und Änderungen: A1 bis A5
Bereiche: Allgemeine Bestimmungen
DIN EN 50015 / VDE 0170/0171
Elektrische Betriebsmittel für ex plosionsge-
Teil 2/5.78 und Änderungen: A1
fährdete Bereiche: Ölkapselung "o"
DIN EN 50016 / VDE 0170/0171
Elektrische Betriebsmittel für ex plosionsge-
Teil 3/5.78 und Änderungen: A1
fährdete Bereiche: Überdruckkapselung "p"
DIN EN 50017 / VDE 0170/0171
Elektrische Betriebsmittel für ex plosionsge-
Teil 4/5.78 und Änderungen: A1
fährdete Bereiche: Sandkapselung "q"
DIN EN 50018 / VDE 0170/0171
Elektrische Betriebsmittel für ex plosionsge-
Teil 5/5.78 und Änderungen: A1 bis A3
fährdete Bereiche: Druckfeste Kapselung "d"
DIN EN 50019 / VDE 0170/0171
Elektrische Betriebsmittel für ex plosionsge-
Teil 6/5.78 und Änderungen: A1 bis A5
fährdete Bereiche: Erhöhte Sicherheit "e"
DIN EN 50020 / VDE 0170/0171
Elektrische Betriebsmittel für ex plosionsge-
Teil 7/5.78 und Änderungen: A1 bis A5
fährdete Bereiche: Eigensicherheit "i"
DIN EN 50028 / VDE 0170/0171
Elektrische Betriebsmittel für ex plosionsge-
Teil 9/7.88
fährdete Bereiche: Vergußkapselung "m"
DIN EN 50039 / VDE 0170/0171
Elektrische Betriebsmittel für ex plosionsge-
Teil 10/4.82
fährdete Bereiche: Eigensichere elektrische Sy steme "i"
DIN VDE 0171 Teil 13/11.86
Anforderungen für Betriebsmittel der Zone 10
Errichtungsbestimmungen (einschließlich Betrieb) DIN VDE 57105 Teil 9 /
Betrieb v on Starkstromanlagen, Zusatzfestlegungen
VDE 0105 Teil 9/5.86
für ex plosionsgefährdete Bereiche
DIN VDE 0165/2.91
Erri chten elektrischer Anlagen in ex plosionsgefährdeten Bereichen
DIN IEC 601 Teil 1 /
Elektromedizinische Gräte
VDE 0750 Teil 1/12.91 DIN VDE 0848 Teil 3/3.85
Gefährdung durch elektromagnetische Felder (Ex plosionsschutz)
ElexV - Verordnung über elektrische
(ist der Gewerbeordnung zugeordnet)
Anlagen i n ex plosionsgefährdeten Räumen VbF - Verordnung über Anlagen zur Lagerung, Abfüllung und Beförderung brennbarer Flüssigkeiten zu Lande /5.82 TRbF - Technische Regeln für brenn-
120 einzelne Normen
bare Flüssigkeiten / 1.76 - 11.90 EX-RL - Richtlinien für die Vermeidung
Ex plosionsschutz-Richtlinien der
der Gefahren durch explosionsfähige
Berufsgenossenschaft Chemie mit
Atmosphäre mit Beispielsammlung -
Beispielsammlung
Ex plosionsschutz-Richtli nie (EX-RL) /3.85
2 - 12
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
2.6
Rechtliche Grundlagen z um Explosionsschutz
Natio nale autorisierte P rüfstellen
I n der Bundesrepublik Deutschland gibt es je nach Einsatzgebiet der zu prüfenden Betri ebsmittel oder Anlagen zwei Prüfstellen. Die Bergbau-Versuchsstrecke (DMT/BVS) i n Dortmund-Derne prüft elektrische Betriebsmittel für den Einsatz in der Gruppe I (Zonen 10 und 11) sowie Gruppe II
(Zone
1).
Die
Physi kalisch-Technische
Bundesanstalt
(PTB)
in
Braunschweig
i st
für
die
elektrischen Betriebsmittel der Gruppe I I (Zonen 0 und 1) zuständig.
Aufgabe des Technischen Überwachungsvereines (TÜV) ist die Sicherheitsüberprüfung kompletter
Anlagen.
Sind
Beschäftigte
des
TÜV
bestätigte
Sachverständige,
so
gelten
für
i hre
Brandenburg
und
Aufgaben die Festlegungen der Elex V (Sonderanfertigungen, Einzelprüfungen u. a.).
Neue Bundesländer
Die
zuständige
Abnahmestelle
in
Sachsen,
Sachsen-Anhalt,
Thüri ngen,
M ecklenburg-Vorpommern war das Institut für Bergbausicherheit (IfB) in Freiberg/Sachsen. der v om IfB ausgestellte Ty pprüfungsschein deckt die nach diesem Zertifikat hergestellten Geräte ab (Bild 2.2).
Geräte mit Zertifikaten anderer Prüfstellen konnten gegebenenfalls i n Abstimmung mi t dem IfB durch das
Staatliche Amt
für Technische Überwachung (TÜ)
in
Form einer Objektabnahme
zugelassen werden.
Zu einem im "Einigungsv ertrag" festgelegten Zeitpunkt wird die Elex V für Neuanlagen in den fünf neuen Bundesländern wi rksam. Für bestehende und in Errichtung befindliche Anlagen wird es auf der Basis der bisher geltenden Technischen Regeln (TGL) Übergangsregelungen geben. Dies wi rd auch der Fall sein für das Inverkehrbringen v on Betri ebsmitteln auf der Basis v on TGL-55037 für die Tätigkeit v on Sachverständigen in Werkstätten zur Reparatur v on ex plosionsgeschützten elektrotechnischen Betriebsmitteln u. a. m. Die Übergangsvorschri ften für die Elex V in den fünf neuen Bundesländern sind in Bild 2.2 angegeben.
6ES5 998-0EX12
2 - 13
Rechtliche Grundlagen zum Explosionsschutz
S5-100U Ex-Baugruppen
3.10.90
a)
31.12.
31.12.
31.12.
1991
1992
1995
ZonenFestlegung der Zonen
einteilung
10, G, M
Erforderliche Nacharbeit für die Zonen 10, G, M
Anwendung der ElexV b)
Bestehende Anlagen
d)
Weiterbetrieb unbegrenzt
Anlagen in
Inbetriebnahme
der Planung
nach dem ehemaligen
oder im Bau d)
DDR-Recht
Ausgestellte
Gültigkeit der Prüfbescheinigungen, die durch
Prüfbescheinigungen
das Inst. f. Bergbausicherheit (IfB) vom 1.1.1973 - 3.10.1990 ausgestellt wurden
e)
Ausnahmenach ehemaligem
genehmigung
DDR-Recht
f)
Anlagen nach b), c)
bei wesentlicher Änderung
oder d) sind zu ändern
- der Beschaffenheit
oder stillzulegen
- der Nutzung bei zu befürchtenden vermeidbaren Gefahren
g)
Prüfung der Anlagen Prüfung nach
nach b) und c)
ehemaligem DDR-Recht
h)
Sachverständige
§ 15 Abs. 1 der ElexV (Erweiterung)
§ 15 Abs. 3 der ElexV Werksangehörige mit Anerkennung durch Technische Überwachung der ehemaligen DDR
3.10.90
Bild 2.2
2 - 14
31.12.
31.12.
31.12.
1991
1992
1995
Übergangsvorschriften für die ElexV in den fünf neuen Bundesländern /1/
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
2.7
Rechtliche Grundlagen z um Explosionsschutz
Prüfstellen inn erhalb der EG
Durch die EG-Kommission sind die in Tabelle 2.4 aufgeführten Prüfstellen benannt worden, die gemäß der EG-Ex plosionsschutz-Richtli nien Konformitäts- oder Kontrollbescheinigungen ausstellen können.
Die Verpflichtung zur gegenseitigen Anerkennung v on Prüfscheinen der nationalen Prüfstellen gilt derzeit offiziell nur für die EG-M itgliedsstaaten, nicht jedoch für die übrigen CENELEC-Staaten (wie z. B. Österreich, Schweiz, Finnland, Norwegen, Schweden).
Tab. 2.4
Prüfstellen innerhalb der EG
Länderkennzeichen Ex plosionsgruppe (s. Abschnitt 4.3.1) Prüfstelle / Ort B (+
I + II
NL) DK
I + II
I NIEX
Institut National des Industries Ex tractiv es
(ISSEP)
Rue Grande 60; B-7340 Colfontaine
DEM KO
Danmarks elektri ske materielkontrol Lyskaer 8, DK-2730 Herlev
D
I + II
DMT/BVS
Bergbau-Versuchsstrecke
(keine Ab-
Fachstelle für Sicherheit elektri scher Betriebs-
nahme für
mittel der DMT-Gesellschaft für Forschung und Prüfung
Zone 0)
mbH, Beylingstr. 65, D-44329 Dortmund 14
II
PTB
(keine Ab-
Physikalisch-Technische Bundesanstalt Bundesallee 100, D-38116 Braunschweig
nahme für Zone 10) F
I + II
CERCHAR
Name ab
I NERIS
Centre d Etudes et Recherches des Charbonnages de France
1991: I + II
Institut National de lEnvironnement et de Risques B. P. no 2, F-60550 Verneuil-en-Halatte
LCIE
Laboratoire central des industri es électri ques PB833, Av enue du Général Leclerc, F-92260 Fontenay-aux Roses
GB
I
II
HSE (M )
Health & Safety Ex ecutiv e (MINING) Bux ton (Mi ning
(MECS)
Equipment Certifi cation Serv ice, Teil v on EECS, s. u.)
BASEEFA
Health & Safety Ex ecutiv e
(EECS)
British Approvals Service for Electrical Equipment i n Flammable Atmospheres Harpur Hill - GB-Bux ton, Derbyshire SK 17 9 JN
II
SCS
Sira Certification Service Saighton Lane, Saighton / Chester
E
I + II
LOM
CH3 6EG
Laboratorio Ofi ci al Madariaga Alenza 2, E-28003 Madrid
I
I + II
CESI
Centro Elettrotecnico Sperimentale I tali ano Via Rubattino 54, I-20134 Milano
Für spezielle Hinweise und Fragen, z. B. bzgl. Einteilung von Gemischen mit brennbaren Gasen, Dämpfen oder Nebeln in Temperaturklassen, stehen dem Anwender die Prüfstellen zur Verfügung.
6ES5 998-0EX12
2 - 15
Rechtliche Grundlagen zum Explosionsschutz
2.8
S5-100U Ex-Baugruppen
Prüfstellen auß erhalb der EG
Für europäische Länder, die nicht der EG angehören, gelten folgende Prüfstellen:
Österreich
-
ETVA, Bundesanstalt Arsenal, Wien,
-
TÜV Wien
Schweiz
-
SEV, Schweizerischer Elektrotechnischer Verein, Züri ch
Norwegen
-
NEMKO, Norges Elektriske M ateriellkontroll, Oslo
Schweden
-
SP, Statens Provningsanstalt, Boras
Finnland
-
Finnisches elektrotechnisches I nspektorat, Helsinki
Polen
-
Institut für Bergbausicherheit in M ikolow
Osteuropäische Länder erkennen die Bescheinigungen der PTB i n der Regel an.
Prüfstellen außereuropäischer Länder sind z. B.:
Kanada
USA
-
CSA, Testing Laboratories, Toronto
-
Canadian Ex plosive Atomspheres Laboratories, Fuels Research Centre, Ottawa
-
ULC, Underwriters Laboratories, Canada
-
UL, Underwriters Laboratories I nc., Chicago, New Y ork, San Francisco
-
FM, Factory Mutual Association
-
MESE
Australi en
-
SAA
(Standard Association of Australia)
Japan
-
RII S
(The Research Institute of Industri al Safety of the M inistry of Labor)
2.9
No r mu ng sgrem ien
I EC (international)
Das internationale Normungsgremium für die Elektrotechnik ist die "Internationale elektrotechnische
Kommi ssion"
(I EC),
die
v on den Nationalen
Komitees
Normenvorschläge erhält,
aus
denen sich dann I EC-Publi kationen und IEC-Normen ergeben.
Die IEC hat Publikationen für den Bau und die Erri chtung ex plosionsgeschützter elektrischer Betri ebsmittel erarbeitet, die in den IEC-Publikationen 79-0 bis 79-16 v eröffentli cht wurden.
Tab. 2.5
Zusamm enfassung der Publikatio nen für ex-geschützte Betriebsm ittel
IEC
CENELEC
DEUTSCHLA ND
79-0
DIN EN 50 014
DIN EN 50 014
Allgemeine Bestimmungen
79-6
DIN EN 50 015
DIN EN 50 015
Ölkapselung o
79-2
DIN EN 50 016
DIN EN 50 016
Überdruckkapselung p
79-5
DIN EN 50 017
DIN EN 50 017
Sandkapselung q
79-1
DIN EN 50 018
DIN EN 50 018
Druckfeste Kapselung d
79-7
DIN EN 50 019
DIN EN 50 019
Erhöhte Sicherheit e
79-11
DIN EN 50 020
DIN EN 50 020
Eigensicherheit i
79-18
DIN EN 50 028
DIN EN 50 028
Vergußkapselung m
79-3
Funkenprüfgerät für eigensichere Stromkreise
79-4
M ethode zur Bestimmung der Zündtemperatur
2 - 16
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
Rechtliche Grundlagen z um Explosionsschutz
weiter Tabelle 2.5
IEC
CENELEC
DEUTSCHLA ND
79-10
*)
Elex V
Zoneneinteilung
79-14
*)
DIN VDE 0165
I nstallationsbestimmungen für Gruppe I I
79-15
Elektri sche Geräte mit Zündschutzart "n"
79-16
Künstliche Belüftung für den Schutz v on Analy seräumen
79-12
Einteilung v on Gas- und Dampf-/ Luft-Gemischen aufgrund der ex perimentell ermittelten Grenzspaltweite und des Mindestzündstromes.
79-13
Erstellung und Betrieb v on Räumen und Gebäuden mit Überdruckkapselung
Auf der Basis dieser IEC-Publikationen wird v ersucht, eine Angleichung der unterschiedli chen europäischen und nationalen Bestimmungen zu erreichen.
CENELEC (europäisch)
Zuständig für die Erstellung der Europäischen Normen für den Bereich der EG i st das "Europäische Komitee für elektrotechnische Normung" (CENELEC). Auf der Grundlage der I EC-Normenentwürfe i m I EC-Arbeitskreis TC 31 oder aufgrund eigener Entwürfe erstellt die CENELEC die Europäischen Normen DIN EN 50... für ex plosionsgeschützte elektrische Betriebsmi ttel. Bild 2.3 zeigt das Zusammenwirken der v erschiedenen Normungsgremi en.
CENELEC-M itglieder sind die nationalen elektrotechnischen Komi tees v on Belgien, Dänemark, Deutschland,
Finnland,
Frankreich,
Griechenland,
I rland,
Italien,
Luxemburg,
Niederlande,
Norwegen, Österreich, Portugal, Schweden, Schweiz, Spanien, Vereinigtes Königreich.
6ES5 998-0EX12
2 - 17
Rechtliche Grundlagen zum Explosionsschutz
S5-100U Ex-Baugruppen
IEC erstellt IEC-Normen und IEC-Publikationen
86 Technical Committees; TC 31 zuständig für Explosionsschutz
CENELEC
EG
n oi tk rei ld
Kommission
ar
erstellt Europäische Normen (EN) oder Harmonisierungs-
e n
in Brüssel
dokumente (HD) für den Bereich der Elektrotechnik
e G
Amtsblatt
div. Technical Committees; TC 31 zuständig für Explosionsschutz
EG-Richtl.,
EN
Einzel-Richtl. f. EN
Nationale Prüfstellen (Benannte Stellen)
EG-weite Anerkennung und freier Warenverkehr
h e r
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n et
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EFTA-Länder
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Andere Länder
n
n d
d
L
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P
a p S
EG-Länder
Nationale Komitees In Deutschland: DKE (Deutsche Elektrotechnische Kommission im DIN und VDE)
Bild 2.3
2 - 18
Zusamm enwirken der Normungsgrem ien
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
2.10
Rechtliche Grundlagen z um Explosionsschutz
Internationale Pu blizierun g Europ äischer Nor men zu m Explosion sschu tz
Die Mitgliedsstaaten der CENELEC haben sich verpflichtet, die Europäischen Normen, die in drei offi zi ellen Fassungen (französisch, englisch, deutsch) erstellt werden, ohne jede Änderung i n den Status einer Nationalen Norm zu überführen. Tabelle 2.6 zeigt, wi e i n den angeführten Ländern die Europäischen Normen zum Ex plosionsschutz publiziert wurden.
Tab. 2.6
Bezeichnung Europäischer Normen zum Explosio nsschutz in ausgewählten Ländern
Land
Belgien
Dänemark
EN
EN
EN
EN
EN
EN
EN
50 014
50 015
50 016
50 017
50 018
50 019
50 020
NBN
NBN
NBN
NBN
NBN
NBN
NBN
C23-001
C23-104
C23-105
C23-106
C23-103
C23-102
C23-101
AFSNIT
AFSNIT
AFSNIT
AFSNIT
AFSNIT
AFSNIT
AFSNIT
50
50-1
50-2
50-3
50-4
50-5
50-6
Bundes-
DIN EN
DIN EN
DIN EN
DIN EN
DIN EN
DIN EN
DIN EN
republik
50 014
50 015
50 016
50 017
50 018
50 019
50 020
Deutsch-
VDE
VDE
VDE
VDE
VDE
VDE
VDE
land
0170/
0170/
0170/
0170/
0170/
0170/
0170/
0171 T. 1
0171 T. 2
0171 T. 3
0171 T. 4
0171 T. 5
0171 T. 6
0171 T. 7
Finnland
SFS
SFS
SFS
SFS
SFS
SFS
SFS
1)
4094
4095
4096
4097
4098
4099
4100
Frankreich
NF
NF
NF
NF
NF
NF
NF
C23-514
C23-515
C23-516
C23-517
C23-518
C23-519
C23-520
Groß-
BS
BS
BS
BS
BS
BS
BS
britannien
5501:
5501:
5501:
5501:
5501:
5501:
5501:
Part 1
Part 2
Part 3
Part 4
Part 5
Part 6
Part 7
Italien
CEI 31-8
CEI 31-5
CEI 31-2
CEI 31-6
CEI 31-1
CEI 31-7
CEI 31-9
Nieder-
NEN-EN
NEN-EN
NEN-EN
NEN-EN
NEN-EN
NEN-EN
NEN-EN
lande
50 014
50 015
50 016
50 017
50 018
50 019
50 020
Norwegen
NEN 110
NEN 111
NEN 112
NEN 113
NEN 114
NEN 115
NEN 116
Österreich
EN
EN
EN
EN
EN
EN
EN
1)
50 014
50 015
50 016
50 017
50 018
50 019
50 020
Schweden
SS EN
SS EN
SS EN
SS EN
SS EN
SS EN
SS EN
1)
50 014
50 015
50 016
50 017
50 018
50 019
50 020
Schweiz 1)
SEV
SEV
SEV
SEV
SEV
SEV
SEV
1068-
1069-
1070-
1071-
1072-
1073-
1074-
EN
EN
EN
EN
EN
EN
EN
50 014
50 015
50 016
50 017
50 018
50 019
50 020
UNE
UNE
UNE
UNE
UNE
UNE
UNE
21 814
21 815
21 816
21 817
21 818
21 819
21 820
1)
Spanien
1)
nicht EG-Mitglied sstaa t
6ES5 998-0EX12
2 - 19
Rechtliche Grundlagen zum Explosionsschutz
2.11
Am
S5-100U Ex-Baugruppen
Prüf- un d Bescheinig un gsverfahren
1.5.1988
endeten
die
seit
20
Jahren
gültigen
Baubesti mmungen
nach
DIN
VDE 0170/0171/2.61. Seit diesem Zeitpunkt wurden nur noch Konformi tätsbescheinigungen nach DIN EN 50014 / VDE 0170/0171 Teil 1/5.78 bis DIN EN 50020 / VDE 0170/0171 Teil 7/5.78 ausgestellt.
Für bisher bescheinigte Betriebsmi ttel gelten zur Zeit folgende Regelungen:
Prüfbescheinigungen nach VDE 0171 alt
•
Prüfscheine
gemäß
der
VDE
0171
(Ausgaben
2.61,
2.65
bzw.
1.69)
werden
seit
dem
1.5.1988 nicht mehr ausgegeben.
•
Es können keine Nachträge mehr zu diesen Prüfscheinen ausgestellt werden.
•
Für elektrische Betriebsmi ttel, die nach den alten VDE-Vorschri ften geprüft wurden, ist für das Weiterverwenden und das I nverkehrbringen bisher keine Übergangsfrist festgelegt.
Konformitätsbescheinigungen der "A "-Generation
•
Diese
Konformi tätsbescheinigungen
nach
den
Europäischen
Normen
der
1.
Generation
(Ausgabe 1977/1978) wurden nur bis zum 31.12.1987 ausgestellt.
•
Sie sind gültig bis zum 1.1.2005.
•
Nachträge werden nicht mehr ausgestellt.
Konformitätsbescheinigungen der "B"-Generation
•
Die sogenannte "B"-Generation der Konformitätsbescheinigungen schließt die im Laufe der Zeit erarbeiteten Änderungen (A1 ff.) zu den Europäischen Normen mit ein und wird durch ein
zusätzli ches
"B"
in
der
Bescheinigungsnummer
gekennzeichnet
(z.
B.
PTB
Nr.
Ex -88.B.2149).
•
Die so gekennzeichneten Betriebsmittel genügen den geltenden CENELEC-Normen.
•
Als Nachträge werden noch bis zum 31.12.1992 Konformitätsbescheinigungen dieser Generation ausgestellt.
•
Sie sind gültig bis zum 31.12.2009.
Konformitätsbescheinigungen der "C"-Generation
•
M it
der
"C"-Generation
der
Konformitätsbescheinigungen,
die
seit
1.1.1989
ausgestellt
werden, erfolgten nur geringfügige Änderungen gegenüber der "B"-Generation, weshalb ein einfaches Umschreiben der "B"- in "C"-Scheine oft möglich ist (Bescheinigungsnummer z. B. PTB Nr. Ex -91.C.2110).
2 - 20
6ES5 998-0EX12
3
Primärer Explosionsschutz
3.1
Vermeiden brennbarer Flüssigkeiten .
3.2
Heraufsetzen des Flammpunktes
3.3
Konzentrationsbegrenzung .
.
.
3.4
Inertisierung
3.5
Lüftung
3.6
Konstruktiv e M aßnahmen
6ES5 998-0EX12
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3
-
1
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3
-
1
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3
-
1
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3
-
2
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3
-
2
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3
-
2
1
2
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
3
Primärer Explosionsschutz
Primärer Explosionsschutz
M aßnahmen für den pri mären Ex plosionsschutz sind v ornehmlich i n den Ex plosionsschutz-Richtlinien der Berufgenossenschaft (BG) Chemie (EX-RL) und der Elex V /1/ gefordert und erläutert. Sie sind hauptsächlich vom Planer und Betreiber von Anlagen zu treffen und sollen vorrangi g das Entstehen explosionsfähiger Atmosphäre verhindern oder einschränken. Für diesen primären Ex plosionsschutz werden im folgenden v erschiedene Möglichkeiten aufgezeigt.
3.1
Ver meid en b renn barer Flü ssigkeiten
Hierbei wi rd geprüft, ob brennbare Stoffe durch nichtbrennbare ersetzt werden können. Beispielsweise lassen sich brennbare Lösungs- oder Reinigungsmittel mitunter durch wäßrige Lösungen ersetzen.
3.2
Heraufsetzen des F lam m pu nktes
Bei brennbaren Flüssigkeiten kann durch Beimengungen der Flammpunkt v erändert werden. I m Falle v on nichtbrennbaren Beimengungen wi rd im allgemeinen der Flammpunkt heraufgesetzt, was z. B. durch Wasserbeimengungen bei wasserlöslichen brennbaren Stoffen durchaus mögli ch i st. Als ausreichend gilt, wenn der Flammpunkt mindestens 5 K über der Verarbeitungstemperatur bzw. der Raumtemperatur li egt.
3.3
Bei
Ko nzentratio nsbeg renzu ng
dieser M aßnahme wird v ersucht, die Konzentration der brennbaren Stoffe unterhalb der
unteren oder oberhalb der oberen Ex plosionsgrenze zu halten, um somit eine Bildung einer ex plosionsfähigen Atmosphäre in gefahrdrohender M enge zu v ermeiden.
Bei Flüssigkeiten wird in der Praxi s bevorzugt v ersucht, die Konzentration unterhalb der unteren Ex plosi onsgrenze
zu
halten,
da
oft
der
apparativ e
Aufw and
für
das
Aufrechterhalten
von
Sattdampfkonzentrationen sehr hoch ist.
Für Gase läßt es
sich praktisch oft
erreichen,
die
Konzentration außerhalb des Ex plosions-
bereiches zu halten. Dabei kann allerdings der schwierige Fall auftreten, daß der Ex plosionsbereich beim Anfahren oder Abstellen einer Anlage durchfahren wird.
Bei Stäuben läßt es sich i n der Prax is sehr schwer erreichen, eine ex plosionsfähige Atmosphäre durch Konzentrationsbegrenzung zu vermeiden.
6ES5 998-0EX12
3 - 1
Primärer Explosionsschutz
3.4
S5-100U Ex-Baugruppen
Inertisierung
Die Bildung einer ex plosionsfähigen Atmosphäre wird verhindert, i ndem gasförmige nichtbrennbare
Stoffe
wi e
z.
B.
Kohlendioxy d,
Stickstoff,
Wasserdampf
oder
pulv erförmige
I nertstoffe
hinzugegeben werden.
Liegt der Volumenanteil v on Sauerstoff unter 10 %, liegt im allgemeinen keine ex plosionsfähige Atmosphäre mehr v or.
Für die Inertisierung sind Mindestwerte des Verhältnisses der Volumenanteile v on I nertgas und dem jeweiligen brennbaren Gas ermittelt worden (siehe Elex V
/1/), bei
denen bei beliebiger
Zugabe v on Luft keine ex plosionsfähige Atmosphäre mehr gebildet wird. Praktisch ist dies von Bedeutung bei undichten Apparaturen, da somi t keine zündfähigen Gemische entstehen können.
3.5
L üftung
I n der Praxi s dienen auch oft Lüftungsmaßnahmen zur Verhinderung bzw. Einschränkung der Bildung einer ex plosionsfähigen Atmosphäre.
Bei der natürlichen Lüftung geht man v on einer Lufterneuerung in Räumen jeweils
in einer
Stunde aus, während in Kellerräumen nur etwa 40 % der Luft je Stunde erneuert wird, was aber auch v on den konkreten Gegebenheiten bzgl. Konvektion abhängt. Zur Beurteilung der Konzentration
des
entstehenden
Gemisches
und
der notwendigen
Be- und
Entlüftungsmaßnahmen
müßten Kenntnisse über ausströmende M engen brennbarer Gase und Dämpfe sowie die Durchmi schungsbedingungen
v orliegen,
wozu
Lüftungsfachleute
möglichst
hinzugezogen
werden
sollten.
M it einer technischen Lüftung sind größere Luftmengen und eine gezieltere Luftführung möglich; sie v erlangt aber auch eine ständige Aufmerksamkeit und die notwendige Wartung.
3.6
Ko nstruktive M aßnah m en
Es werden hier solche M aßnahmen ergri ffen, die zwar eine Ex plosion nicht v erhindern aber sie i n i hrer Auswi rkung auf ein unbedenkliches Maß beschränken.
Bei der explosionsdruckfesten Bauweise wird derart gebaut, daß die betreffende Anlage dem max imalen Ex plosions- oder Detonationsdruck standhält.
I m Rahmen der Explosionsdruckentlastung wird beim Entstehen oder nach einer gewissen Ausweitung einer Ex plosion die ursprünglich geschlossene Apparatur kurzfri stig oder bleibend in ungefährlicher Richtung geöffnet (Druckentlastungsventil).
Bei der Explosionsunterdrückung erfolgt unmi ttelbar nach Eintritt einer Zündung die Löschung der
Flammen
mit
hierfür
geeigneten
Löschmitteln,
damit
höchstens
eine
Teilex plosion
mit
möglichst geringem Druck auftritt.
Flammendurchschlagsichere Einrichtungen werden z. B. bei nichtgasdichten Anlagenteilen eingesetzt, d. h. Armaturen werden entweder explosions-, dauerbrand- oder detonationssicher gestaltet.
3 - 2
6ES5 998-0EX12
4
Sekundärer Explosionsschutz
4.1
Zoneneinteilung .
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4
-
1
4.2
Zündschutzarten
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4
-
5
4.2.1
Allgemeine Bestimmungen .
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4
-
5
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4
-
5
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4
-
6
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4
-
7
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4
-
8
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4
-
9
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4
-
11
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4
-
14
(DIN EN 50014 / VDE 0170/0171 Teil 1) 4.2.2
Ölkapselung "o" (DIN EN 50015 / VDE 0170/0171 Teil 2)
4.2.3
Überdruckkapselung "p" (DIN EN 50016 / VDE 0170/0171 Teil 3)
4.2.4
Sandkapselung "q" (DIN EN 50017 / VDE 0170/0171 Teil 4)
4.2.5
Druckfeste Kapselung "d" (DIN EN 50018 / VDE 0170/0171 Teil 5)
4.2.6
Erhöhte Sicherheit "e" (DIN EN 50019 / VDE 0170/0171 Teil 6)
4.2.7
Eigensicherheit "i " (DIN EN 50020 / VDE 0170/0171 Teil 7)
4.2.8
Vergußkapselung "m" (DIN EN 50028 / VDE 0170/0171 Teil 9)
4.2.9
Eigensichere elektrische Systeme "i " (DIN EN 50039 / VDE 0170/0171 Teil 10) .
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4
-
15
4.3
Sicherheitstechnische Kennzahlen .
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4
-
16
4.3.1
Ex plosionsgruppen
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4
-
18
4.3.2
Temperaturklassen
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4
-
21
4.4
Bestimmungen zum Ex plosionsschutz außerhalb der .
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4
-
22
CENELEC-Mitgliedsstaaten
6ES5 998-0EX12
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1
2
6ES5 998-0EX12
Bilder 4.1
Beispiel für eine Zoneneinteilung, Tankbelüftung .
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4
-
4
4.2
Zündschutzart Ölkapselung "o" (oil-i mmersion) .
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4
-
5
4.3
Überdruckkapselung "p" (pressurization)
.
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4
-
6
4.4
Sandkapselung "q" (sandfilled appartus)
.
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4
-
7
4.5
Druckfeste Kapselung "d" (falmeproof enclosure)
.
.
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4
-
8
4.6
Leitungseinführung bei druckfester Kapselung
.
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.
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.
4
-
9
4.7
Erhöhte Sicherheit "e" (increased safety ) .
.
.
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.
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.
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.
4
-
9
4.8
Leitungseinführungen
.
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4
-
10
4.9
Eigensicherheit "i" (i ntrinsic safety)
.
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.
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.
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.
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4
-
12
4.10
Eigensicherer Stromkreis (Beispiel) .
.
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.
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.
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.
.
.
.
4
-
12
4.11
Vergußkapselung "m"
4.12
Eigensichere Sy steme "i-SY ST"
.
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4
-
15
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.
4
-
16
4.1
Zonen für brennbare Gase, Dämpfe und Nebel (/1/)
.
.
.
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.
4
-
2
4.2
Zonen für brennbare Stäube (/1/) .
.
.
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.
.
4
-
2
4.3
Brenn- und Ex plosionskenngrößen in Stäuben .
.
.
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.
4
-
3
4.4
Zonen für medizinisch genutzte Räume (/1/)
.
.
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.
4
-
3
4.5
Sicherheitstechnische Kennzahlen ausgewählter brennbarer Gase
4
-
18
4.6
Sicherheitstechnische Kennzahlen brennbarer Gase und Dämpfe
4
-
19
4.7
Prozentuale Aufteilung der Stoffe auf Temperaturklassen und
Tabellen
Stoffgruppen .
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4
-
21
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4
-
22
.
.
4
-
23
4.8
Temperaturklassen
4.9
Übersicht zur Zündschutzart Eigensicherheit "i" außerhalb der CENELEC-Mitgliedsstaaten .
6ES5 998-0EX12
.
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3
4
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
4
Sekundärer Explosionsschutz
Sekundärer Explosionsschutz
Obwohl im Rahmen des Explosionsschutzes die Möglichkeiten des primären Explosionsschutzes bevorzugt anzuwenden sind, lassen sich in vielen Bereichen Explosionsgefahren nicht vermeiden. Es kommen dann die Maßnahmen des sekundären Explosionsschutzes zur Anwendung, die in den Baubestimmungen für die verschiedenen Zündschutzarten für explosionsgeschützte elektrische Betriebsmittel festgelegt sind. Der Umfang der sekundären Explosionsschutzmaßnahmen hängt von der Wahrscheinlichkeit für das Auftreten gefährlicher explosionsfähiger Atmosphäre ab. Zunächst wird bei dieser Beurteilung von einer "Zoneneinteilung" explosionsgefährdeter Bereiche ausgegangen.
4.1
Zoneneinteilung
Explosionsgefährdete Bereiche werden nach der zeitlichen und örtlichen Wahrscheinlichkeit des Vorhandenseins einer gefährlichen explosionsfähigen Atmosphäre in unterschiedliche Zonen eingeteilt. Die Definition dieser Zonen ist in der ElexV bzw. in den Errichtungsbestimmungen DIN VDE 0165/2.91 erfolgt. Auch die Anforderungen der Baubestimmungen "Elektrische Betriebsmittel für explosionsgefährdete Bereiche" (DIN EN 50014 ff.) sind je nach Einsatz in den verschiedenen Zonen unterschiedlich. Die Unterteilung in Zonen geschieht einerseits aus sicherheitstechnischen Gründen; andererseits sind es wirtschaftliche Gründe, da eine Differenzierung im betrachteten Bereich in Abhängigkeit vom Gefährdungsgrad unterschiedlich hohe Anforderungen an die vorgesehen Geräte stellt. Das heißt, Geräte in ständig explosionsgefährdeten Bereichen unterliegen höheren, solche in weniger gefährdeten Bereichen dagegen niedrigeren Anforderungen. In der Regel sind 95 % der Anlagen in Zone 1 errichtet und nur 5 % der Geräte in Zone 0. Zur Festlegung der Zonen sollte ein Sachverständiger hinzugezogen werden. Die Zonendefinitionen sind in den Tabellen 4.1 bis 4.2 beschrieben. Ein Beispiel zeigt Bild 4.1.
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4-1
Sekundärer Explosionsschutz
Tab. 4.1
Zone
S5-100U Ex-Baugruppen
Zonen für brennbare Gase, Dämpfe und Nebel /1/
umfaßter Bereich
Beispiele
Zone 0
umfaßt Bereiche, in denen gefährliche explosionsfähige Atmosphäre ständig oder langzeitig vorhanden ist.
Im Inneren von Behältern oder Apparaturen (Verdampfern, Reaktionsgefäßen usw.)
Zone 1
umfaßt Bereiche, in denen damit zu rechnen ist, daß gefährliche explosionsfähige Atmosphäre gelegentlich auftritt.
Nähere Umgebung der Zone 0; nähere Umgebung von Beschickungsöffnungen; im Bereich um Füll- und Entleerungseinrichtungen im Bereich von leicht zerbrechlichen Apparaturen oder Leitungen aus Glas, Keramik und dgl.; der nähere Bereich um nicht ausreichend dichtende Stopfbuchsen z. B. an Pumpen, Schiebern im Inneren von Apparaturen wie Verdampfern, Reaktionsgefäßen.
Zone 2
umfaßt Bereiche, in denen damit zu rechnen ist, daß gefährliche explosionsfähige Atmosphäre nur selten und dann auch nur kurzzeitig auftritt.
Bereiche, welche die Zonen 0 und 1 umgeben; näherer Bereich um Flanschverbindungen mit Flachdichtungen üblicher Bauart bei Rohrleitungen in geschlossenen Räumen.
Tab. 4.2
Zone
Zonen für brennbare Stäube /1/
umfaßter Bereich
Beispiele
Zone 10
umfaßt Bereiche, in denen gefährliche explosionsfähige Atmosphäre langzeitig oder häufig vorhanden ist.
Inneres von Apparaturen wie Mühlen, Trockner, Mischer, Silos, Förderleitungen usw., wenn sich Staub in gefahrdrohender Menge bilden kann.
Zone 11
umfaßt Bereiche, in denen damit zu rechnen ist, daß gefährliche explosionsfähige Atmosphäre gelegentlich durch Aufwirbeln abgelagerten Staubes kurzzeitig auftritt.
Nähere Umgebung von Apparaturen, die Staub enthalten und bei denen Staub aus Undichtheiten austreten kann, sowie sich Staubablagerung in gefahrdrohender Menge bilden kann (z. B. Mühlenräume).
4-2
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S5-100U Ex-Baugruppen
Sekundärer Explosionsschutz
Einschätzung der Explosionsgefahren in den Zonen 10 und 11 Staub lagert sich ab und kann so akkumulieren. Im Falle einer Explosion durch eine nur geringe Menge staubhaltiger Atmosphäre kann durch die voreilende Explosionsdruckwelle dieser abgelagerte Staub aufgewirbelt und damit Brennstoff in großer Menge bereitgestellt werden. In der Tabelle 4.3 ist ein Auszug aus den Brenn- und Explosionsgrößen von Stäuben und darunter zum Vergleich die Mindestzündenergien für Acetylen, Methan und Wasserstoff angegeben. Daraus könnte man ableiten, daß die Explosionsgefahr bei Stäuben viel geringer als bei Gasen, Dämpfen und Nebel ist. Zu beachten ist aber, daß sich gasförmige Substanzen, die prozeßbedingt oder infolge einer Störung freigesetzt werden, meist schnell mit der anwesenden Luft verdünnen, was bei brennbaren Stäuben nicht der Fall ist.
Tab. 4.3
Brenn- und Explosionskenngrößen in Stäuben
1)
Zündtemperatur [C°]
Glimmtemperatur [C°]
Mindestzündenergie [mJ]
Braunkohle
410 - 430
230 - 250
150 - 400
Steinkohle
460 - 850
240 - 450
-
Holz
470 - 520
290 - 320
7 - 100
Stoff
Milchpulver
50 - 490
Weizenmehl
450 - 610
280 - 400
100 - 500
Methylzellulose Aluminium
390 - 430
320 - 450
> 2000
560 - 840
270 - 430
29
305
2)
Methan
595
2)
0,28
Wasserstoff
560
2)
0,016
Acetylen
1) 2)
0,019
2) 2) 2)
Auszug aus Brenn- und Explosions-Kenngrößen von Stäuben des Berufgenossenschaftlichen Instituts für Arbeitssicherheit und der BVS (Ausgabe 1987) /14/. nach Redeker, Schön: Sicherheitstechnische Kennzahlen brennbarer Gase und Dämpfe /3/
Tab. 4.4
Zonen für medizinisch genutzte Räume /1/
Zone
umfaßter Bereich
Zone G
auch als "umschlossene medizinische Gas-Systeme" bezeichnet, umfaßt – nicht unbedingt allseitig umschlossene – Hohlräume, in denen dauernd oder zeitweise explosionsfähige Gemische (ausgenommen explosionsfähige Atmosphäre) in geringen Mengen erzeugt, geführt oder angewendet werden.
Zone M
auch als "medizinische Umgebung" bezeichnet, umfaßt den Teil eines Raumes, in dem explosionsfähige Atmosphäre durch Anwendung von Analgesiemitteln oder medizinischen Hautreinigungs- oder Desinfektionsmitteln nur in geringen Mengen und nur für kurze Zeit auftreten kann.
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4-3
Sekundärer Explosionsschutz
S5-100U Ex-Baugruppen
Hinweise zur Zoneneinteilung Zone 0 und Zone 1 2 R R
3,0
Zone 1 bei Volumenstrom > 60 m 3/h Zone 2 bei Volumenstrom > 60 m 3/h
mind. 4,0
Unmittelbare Umgebung, wenn Volumenstrom ≤ 60 m 3/h
Maße in m
≥ 0,8
Domschacht = Zone 1
3 R, max. 5,0 o
Tank, innen = Zone 0 bei FI.P. < 35 C
Bild 4.1
Beispiel für eine Zoneneinteilung, Tankbelüftung
Hinweis Sollen in der Praxis die einzelnen Zonen eines explosionsgefährdeten Bereiches bzw. auch die nicht explosionsgefährdeter Bereiche in einem Ex-Zonenplan (siehe Anlage B "Projektierungshilfen") festgelegt werden, ist dabei die Beispielsammlung der EX-RL der Berufsgenossenschaft Chemie hilfreich /4/. Die Beurteilung und somit die Zoneneinteilung des explosionsgefährdeten Bereiches legt der Betreiber ggf. zusammen mit einem Sachverständigen oder der zuständigen Aufsichtsbehörde (z. B. Gewerbeaufsichtsamt, TÜV) fest.
Allgemein sei noch bemerkt, daß in den Zonen 0 und 1 nur elektrische Betriebsmittel, für die eine Baumusterprüfbescheinigung einer anerkannten Prüfstelle vorliegt, errichtet werden dürfen. Betriebsmittel für Zone 0 müssen speziell für diese Zone bescheinigt sein. Die für die Zonen 0 und 1 bescheinigten Betriebsmittel dürfen auch in Zone 2 verwendet werden. In Zone 2 dürfen darüberhinaus solche elektrische Betriebsmittel Anwendung finden, die den Anforderungen nach DIN VDE 0165/2.91 Abschnitt 6.3 entsprechen. Eine ausführliche Behandlung der Errichtungsbestimmungen für die einzelnen Zonen erfolgt in Kapitel 7.
4-4
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S5-100U Ex-Baugruppen
4.2
Sekundärer Explosionsschutz
Zündschutzarten
Nachstehend werden die einzelnen Zündschutzarten für elektrische Betriebsmittel kurz beschrieben. Diese Zündschutzarten umfassen alle besonderen konstruktiven und schaltungstechnischen Maßnahmen, durch die die Zündung einer umgebenden explosionsfähigen Atmosphäre durch Funkenbildung oder unzulässiger Erwärmung von elektrischen Betriebsmitteln verhindert wird, d. h. es soll das gleichzeitige Auftreten einer Zündquelle und einer gefahrdrohenden Menge explosionsfähigen Gemisches ausgeschlossen werden.
4.2.1
Allgemeine Bestimmungen (DIN EN 50014 / VDE 0170/0171 Teil 1)
In den Allgemeinen Bestimmungen sind Anforderungen festgelegt, die beim Bau explosionsgeschützter elektrischer Betriebsmittel für alle Zündschutzarten gelten. Dabei handelt es sich um Anforderungen an z. B. Verschlüsse, Anschlußteile, Anschlußräume, Kabelführung und Sicherungen, aber auch um Prüfbestimmungen sowie Kennzeichnungen auf dem Betriebsmittel.
4.2.2
Ölkapselung "o" (DIN EN 50015 / VDE 0170/0171 Teil 2)
Bei dieser Zündschutzart werden elektrische Betriebsmittel oder Teile von elektrischen Betriebsmitteln in Öl eingeschlossen und dadurch sicher gemacht, so daß eine explosionsfähige Atmosphäre über der Öloberfläche oder außerhalb des Gehäuses nicht gezündet wird (Bild 4.2). Ein Zünddurchschlag zu dem Bereich über der Öloberfläche ist dadurch verhindert.
Explosionsfähige Atmosphäre
Öl
schließt explosionsfähige Atmosphäre aus Funken und Erwärmung führen nicht zu einer Explosion
Bild 4.2
Zündschutzart Ölkapselung "o" (oil-immersion)
Anwendung findet diese Zündschutzart hauptsächlich bei elektrischen Betriebsmitteln der Starkstromtechnik, die betriebsmäßig oder im Fehlerfall Funken und/oder gefährdende Temperaturen erzeugen (z. B. Motoren, Transformatoren, Schaltgeräte). Bei elektrischen Betriebsmitteln in MSR-Anlagen wird diese Zündschutzart selten angewandt.
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4-5
Sekundärer Explosionsschutz
4.2.3
S5-100U Ex-Baugruppen
Überdruckkapselung "p" (DIN EN 50016 / VDE 0170/0171 Teil 3)
Bei dieser Zündschutzart wird das Eindringen einer explosionsfähigen Atmosphäre in das Gehäuse von elektrischen Betriebsmitteln verhindert, indem ein Zündschutzgas (inertes Gas, Luft o. ä.) in dem Gehäuse unter einem Überdruck (≥ 0,5 mbar) gegenüber der umgebenden Atmosphäre gehalten wird (Bild 4.3). Hierbei wird der Überdruck mit oder ohne laufende Spülung mit Zündschutzgas aufrecht erhalten.
Explosionsfähige Atmosphäre Spülung mit Frischluft oder inertem Gas
Funken und Erwärmung führen nicht zu einer Explosion
Bild 4.3
Überdruckkapselung "p" (pressurization)
Der Überdruck des Zündschutzgases ist von einem eigenständigen Gerät zu überwachen, das bei Druckabfall alle nicht eigensicheren Stromkreise sofort abschaltet. Nach Wiederherstellung des Überdrucks dürfen diese Stromkreise erst wieder eingeschaltet werden, wenn die möglicherweise explosionsfähige Atmosphäre im Gehäuse durch eine ausreichende Spülung unter die untere Explosionsgrenze verdünnt worden ist. Die Überwachungseinrichtung muß in einer geeigneten Zündschutzart bescheinigt sein. Eine Anwendung dieser Zündschutzart erfolgt bei großen, nicht explosionsgeschützten elektrischen Betriebsmitteln (z. B. Motoren, Transformatoren, Baueinheiten mit großer Leistung, Leuchten, Automatisierungsgeräten), die in einem explosionsgefährdeten Bereich betrieben werden. Es werden folgende Arten von Überdruckkapselung unterschieden • Überdruckkapselung mit ständiger Durchspülung
•
Überdruckkapselung mit Ausgleich der Leckverluste
4-6
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S5-100U Ex-Baugruppen
4.2.4
Sekundärer Explosionsschutz
Sandkapselung "q" (DIN EN 50017 / VDE 0170/0171 Teil 4)
Hier wird durch die Füllung des Gehäuses eines elektrischen Betriebsmittels mit einem feinkörnigen Füllgut erreicht, daß bei bestimmungsgemäßem Gebrauch ein im Inneren des Gehäuses entstehender Lichtbogen eine das Gehäuse umgebende explosionsfähige Atmosphäre nicht zündet. Eine Zündung darf weder durch Flammen noch durch erhöhte Temperaturen auf der Gehäuseoberfläche erfolgen (Bild 4.4). Diese Maßnahme findet häufig Anwendung bei Kondensatoren, Batterien, Transformatoren und Steuerschaltungen mit heißen oder funkengebenden Teilen.
Explosionsfähige Atmosphäre
feinkörniges Füllgut
Bild 4.4
erstickt anlaufende Explosion
Sandkapselung "q" (sandfilled apparatus)
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4-7
Sekundärer Explosionsschutz
4.2.5
S5-100U Ex-Baugruppen
Druckfeste Kapselung "d" (DIN EN 50018 / VDE 0170/0171 Teil 5)
Bei dieser Zündschutzart werden die Teile, die eine explosionsfähige Atmosphäre zünden können, in ein Gehäuse eingeschlossen. Dieses Gehäuse ist derart gestaltet, daß es im Falle der Zündung eines explosionsfähigen Gemisches im Inneren des Gehäuses den entsprechenden Druck aushält und eine Übertragung der Explosion auf die das Gehäuse umgebende explosionsfähige Atmosphäre verhindert (Bild 4.5). Hier ist also eine Explosion im Gehäuse zulässig, weshalb das Gehäuse so gestaltet sein muß, daß es dem Explosionsdruck standhält und ein Durchschlagen der Explosion nach außen durch sogenannte "zünddurchschlagsichere Spalte" verhindert. In den Bestimmungen zu dieser Zündschutzart sind Konstruktionsrichtlinien für Material, Wandstärke, Spaltweite, Spaltlänge usw. festgelegt. Diese Zündschutzart ist sehr verbreitet, und ihre Anwendung umfaßt elektrische Betriebsmittel, die betriebsmäßig Funken und/oder erhebliche Temperaturen abgeben wie z. B. Schalter, Motoren, Heizungen, Glühlampen und Analysegeräte.
Spaltlänge L
Spaltlänge L
Explosionsfähige Atmosphäre
Gehäusewand und enger Spalt begrenzen die Explosion auf das Innere des Gehäuses
Spaltweite W
Spaltweite W
Funken, Erwärmung, mit möglicher Explosion
Bild 4.5
Druckfeste Kapselung "d" (flameproof enclosure)
Anmerkungen zu "Druckfeste Kapselung": Bild 4.6 zeigt verschiedene Möglichkeiten, Leitungen über einen "Ex e"-Anschlußraum in einen "Ex d"-Raum einzuführen.
GeräteEinbauraum EEx d Anschlu"raum
LeitungsDurchführungen
EEx e StopfbuchsVerschraubung für fest verlegte Leitungen
Bild 4.6
4-8
Trompeteneinführung für nicht fest verlegte Leitungen
Leitungseinführung bei druckfester Kapselung
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S5-100U Ex-Baugruppen
4.2.6
Sekundärer Explosionsschutz
Erhöhte Sicherheit "e" (DIN EN 50019 VDE 0170/0171 Teil 6)
Im Rahmen dieser Zündschutzart werden solche Maßnahmen getroffen, die mit einem erhöhten Grad an Sicherheit die Möglichkeit unzulässig hoher Temperaturen und das Entstehen von Funken oder eines Lichtbogens im Inneren oder an äußeren Teilen elektrischer Betriebsmittel, bei denen diese im normalen Betrieb nicht auftreten, verhindern. Diese Maßnahmen haben das Ziel, die Bildung von Zündquellen völlig auszuschließen (Bild 4.7). Dabei ist es besonders wichtig, die maximal zulässige Oberflächentemperatur gemäß der angestrebten Temperaturklassen T1 bis T6 (s. Abschnitt 4.3.3) auch an allen Oberflächen innerhalb des Gehäuses einzuhalten. Damit ist diese Zündschutzart besonders für elektrische Betriebsmittel und Teile davon anwendbar, die unter normalen Bedingungen weder Funken oder Lichtbogen noch gefährliche Temperaturen annehmen bzw. deren Nennspannung den Wert 11 kV nicht überschreitet. Eine Anwendung dieser sehr häufig eingesetzten Zündschutzart erfolgt bei z. B. Asynchronmotoren mit Käfigläufer, kollektorlosen Klein- und Kleinstmotoren für Stellglieder in Regelanlagen sowie Meßwandler oder Übertrager. Aber auch Anschlußteile in Klemmkästen wie Klemmleisten, können in dieser Zündschutzart ausgeführt sein.
Explosionsfähige Atmosphäre
keine Zündquelle Sichere Verbindungen verhindern Funkenbildung trotz zündfähiger Ströme
Bild 4.7
Erhöhte Sicherheit "e" (increased safety)
a) Anmerkungen zu Motoren in "Erhöhter Sicherheit EEx e" Um eine Überschreitung der zulässigen Temperaturen zu verhindern, werden oft zusätzliche Schutzorgane wie z. B. Motorschutzschalter eingesetzt. Bei Motorschutzschaltern spielen folgende Parameter eine wichtige Rolle:
–
Anzugsstromverhältnis Ia/In
–
Zeit TE Erwärmungsphase
Motorschutzschalter sind üblicherweise außerhalb des Ex-Bereiches zu installieren. b) Anmerkungen zu Reihenklemmen in "Erhöhter Sicherheit EEx e": Ex-Reihenklemmen müssen nach der Norm DIN EN 50014 bzw. 50019 geprüft und bescheinigt sein. Es sind Betriebsmittel, die betriebsmäßig weder Funken oder Lichtbögen erzeugen noch gefährliche Oberflächentemperaturen annehmen. So fallen Reihenklemmen unter die Temperaturklasse T6, d.h. unter normalen Betriebsverhältnissen wird eine Grenztemperatur (Umgebungs-
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4-9
Sekundärer Explosionsschutz
S5-100U Ex-Baugruppen
o
temperatur + Eigenerwärmung) von 85 C nicht überschritten. Die Reihenklemmen zeichnen sich dadurch aus, daß sie -
gegen Selbstlockern gesichert sind, und so ausgeführt sind, daß ein ausreichender Kontaktdruck gesichert ist.
Hinweis An Stromkreisen, die in "Erhöhter Sicherheit" ausgeführt sind, darf im Betrieb nicht gearbeitet werden.
c) Anmerkung zu Kabeln in "Erhöhter Sicherheit EEx e": Kabel, die in der Zündschutzart EEx e im explosionsgefährdeten Bereich verlegt werden, sind an Stellen, die durch thermische, mechanische oder chemische Beanspruchungen besonders gefährdet sind, besonders zu schützen, z.B. durch die Verlegung in Schutzrohren, Kunststoffschläuchen o.ä. d) Verschiedene Möglichkeiten der Leitungseinführung: Bild 4.8 zeigt Ihnen verschiedene Möglichkeiten, Leitungen in einen EEx e-Raum einzuführen.
EEx e Verschraubung Isolierstoff
Bild 4.8
4 - 10
EEx e Verschraubung Metall
Leitungseinführungen bei Geräten mit erhöhter Sicherheit
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S5-100U Ex-Baugruppen
4.2.7
Sekundärer Explosionsschutz
Eigensicherheit "i" (DIN EN 50020 / VDE 0170/0171 Teil 7)
Ein elektrisches Betriebsmittel wird als eigensicher bezeichnet, wenn alle in ihm enthaltenen Stromkreise eigensicher sind. Ein eigensicherer Stromkreis ist dabei ein Stromkreis, bei dem Kurzschlußstrom und Leerlaufspannung so begrenzt sind, daß kein zündfähiger Funke und keine zündfähigen thermischen Effekte weder im Normalbetrieb noch im Fehlerfall auftreten können (Bild 4.9). Das bedeutet, daß die Energie in einem eigensicheren Stromkreis kleiner als die zur Zündung eines zündfähigen Gemisches erforderliche Mindestzündenergie ist.
Kategorie "ia" und "ib", Sicherheitsfaktoren Bei der Zündschutzart "Eigensicherheit" werden elektrische Betriebsmittel und eigensichere Stromkreise zugehöriger elektrischer Betriebsmittel in 2 Kategorien eingestuft. Beim Prüfen der Stromkreise auf Funkenzündung gelten Sicherheitsfaktoren entweder für die Spannung oder für den Strom oder für eine Kombination der beiden Größen. mit folgenden Sicherheitsfaktoren: 1,5 1,0
: :
im Normalbetrieb und mit einem Fehler mit einem Fehler, wenn das Betriebsmittel keine ungeschützen Schaltkontakte enthält.
Kategorie "ia" Durch folgende Betriebzustände darf keine Zündung verursacht werden:
• • •
den Normalbetrieb, einen Fehler, eine beliebige Kombination von zwei Fehlern.
Hinweis Eigensichere Stromkreise der Kategorie "ia" sind für den Einsatz in Zone 0 ausgelegt. Sie müssen für den Einsatz in Zone 0 durch eine Prüfstelle besonders bescheinigt sein.
Die Baubestimmungen für elektrische Betriebsmittel zur Verwendung in Zone 0 sind in Vorbereitung (Entwurf: DIN 57071, Teil 12).
Kategorie "ib" Durch folgende Betriebszustände darf keine Zündung verursacht werden:
• •
den Normalbetrieb, Auftreten eines Fehlers.
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4 - 11
Sekundärer Explosionsschutz
S5-100U Ex-Baugruppen
L
R
Explosionsfähige Atmosphäre
U
C
Energie des eigensicheren Stromkreises reicht für eine Zündung nicht aus
R
Bild 4.9
Eigensicherheit "i" (intrinsic safety)
Hinweis Stromkreise der Kategorie "ib" sind für die Errichtung in Zone 1 und 2 vorgesehen.
Betrachtet wird im weiteren ein vollständiger eigensicherer Stromkreis, welcher besteht aus (s. Bild 4.10): • zugehörigem elektrischen Betriebsmittel • Leitungen • eigensicherem elektrischen Betriebsmittel.
Eigensicheres elektrisches Betriebsmittel im exposionsgefährdeten Bereich (Zone 1)
Zugehöriges elektrisches Betriebsmittel im sicheren Bereich
Näherungsschalter
Ex-Digital-Eingabebaugruppe
Leitungen
Bild 4.10
4 - 12
Eigensicherer Stromkreis (Beispiel)
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S5-100U Ex-Baugruppen
Sekundärer Explosionsschutz
Eigensicheres elektrisches Betriebsmittel Bei einem solchen Betriebsmittel sind nach obiger Definition alle Stromkreise eigensicher, d. h. die Mindestzündenergie wird durch die Begrenzung der Spannungs- und Stromwerte im eigensicheren elektrischen Betriebsmittel und durch geprüfte Eigenschaften bezüglich der Energiespeicherung und Erwärmung erreicht. Eigensichere elektrische Betriebsmittel dürfen ohne eine weitere Zündschutzart im explosionsgefährdeten Bereich errichtet werden. Eigensichere elektrische Betriebsmittel werden weiter unterschieden in: passive eigensichere Betriebsmittel ohne Energiespeicher passive eigensichere Betriebsmittel mit Energiespeicher aktive eigensichere Betriebsmittel
• • •
Zugehöriges elektrisches Betriebsmittel Als zugehöriges elektrisches Betriebsmittel wird ein Betriebsmittel bezeichnet, in dem nicht alle Stromkreise eigensicher sind, sich aber mindestens ein eigensicherer Stromkreis, der in einen explosionsgefährdeten Bereich führt, befindet. Dabei wird im allgemeinen ein eigensicheres Signal in ein nicht eigensicheres umgesetzt oder umgekehrt, wobei der Stromfluß in oder aus dem explosionsgefährdeten Bereich führen kann. Damit haben zugehörige elektrische Betriebsmittel die Aufgabe der Signaltrennung (z. B. Sicherheitsbarrieren), der Signalumformung (Meßumformer, Trennschaltverstärker) oder der Versorgung (Speisegerät). Z. B. SIMATIC-ExBaugruppen sind auch als zugehörige Betriebsmittel anzusehen. Sie übernehmen sowohl signalumformende als auch speisende Eigenschaften. Bei zugehörigen elektrischen Betriebsmitteln wird unterschieden zwischen: • einem elektrischen Betriebsmittel, das noch eine andere oder mehrere in der Europäischen Norm EN 50014 aufgeführten Zündschutzarten besitzt. Es darf im explosionsgefährdeten Bereich errichtet werden, wenn es dafür bescheinigt ist, z. B. mit folgender Kennzeichnung: EEx deq [ib] IIC T5.
•
einem elektrischen Betriebsmittel, das nicht entsprechend geschützt ist und somit nicht im explosionsgefährdeten Bereich installiert werden darf. Gekennzeichnet ist es durch eine eckige Klammer um das Kennzeichen der Zündschutzart und das Fehlen der Temperaturklasse (z. B. [EEx ib] IIC).
Leitungen Bei der Auswahl und Verlegung der Leitungen ist die DIN VDE 0165/2.91 zu berücksichtigen, wobei z. B. besonders auf Kabelkennwerte wie Spannungsfestigkeit und Mindestquerschnitt sowie bei großer Kabellänge auf die Kabelkapazität und -induktivität geachtet werden muß (s. a. Kapitel 7). Die Anschlußstellen und Leitungen eigensicherer Stromkreise müssen gekennzeichnet (Leitungen hellblau) und von den übrigen Anschlußstellen und Leitungen nicht eigensicherer Stromkreise getrennt sein. Zusammenfassend sei festgestellt, daß Stromkreise in der Zündschutzart Eigensicherheit so ausgelegt sind, daß sie beim Öffnen, Schließen, bei Kurzschluß und Erdschluß, auch beim Vorliegen einer Anzahl zählbarer Fehler keinen zündfähigen Funken erzeugen können.
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4 - 13
Sekundärer Explosionsschutz
S5-100U Ex-Baugruppen
Vorteile der Zündschutzart "Eigensicherheit" Diese Zündschutzart hat für den Anwender große Vorteile und stellt für ihn eine besonders leicht handhabbare Zündschutzart dar, weil eigensichere Stromkreise wegen ihrer Eigenschaft, keine zündfähigen Funken erzeugen zu können, im Betrieb geöffnet und geschlossen werden dürfen. Das erlaubt die für den Anlagenbetreiber wichtige Möglichkeit des Komponententauschs, der Reparatur und der Anlagenerweiterung ohne Abschalten. Die Handhabung im Betrieb und bei der Wartung ist kaum unterschiedlich zu nicht explosionsgeschützten Anlagen. Außerdem sind auch die Leitungen eigensicherer Stromkreise mit in den Explosionsschutz einbezogen. Andererseits bietet die Zündschutzart Eigensicherheit wesentlich wirtschaftlichere Problemlösungen an, da die im Feld eingesetzten elektrischen Betriebsmittel keine aufwendigen Sonderkonstruktionen wie z. B. druckfeste Kapselung oder Einbettung in Vergußmassen bedürfen. Als Nachteile dieser Zündschutzart sei aber angeführt, daß die Eigensicherheit höhere Anforderungen an die Planung und Errichtung einer Anlage als andere Zündschutzarten stellt. Es müssen nicht nur die Baubestimmungen für die einzelnen Betriebsmittel eingehalten werden, sondern auch das Zusammenschalten aller Betriebsmittel im eigensicheren Stromkreis muß sorgfältig und richtig geplant werden. Darüber hinaus kommt es auf eine korrekte Installation an, um insbesondere das Einschleppen fremder Energie in den eigensicheren Stromkreis zu verhindern. Die Zündschutzart Eigensicherheit ist erst seit 1965 in Deutschland eine eigenständige Zündschutzart und hat in den letzten Jahren einen sehr hohen Stellenwert durch ihre Anwendung in elektronischen Baugruppen der MSR- und Analysentechnik aber auch der Nachrichtentechnik und Datenverarbeitung erhalten. In diesen Anwendungsgebieten kann in vielen Fällen der geforderte niedrige Pegel der elektrischen Größen unproblematisch eingehalten werden.
4.2.8
Vergußkapselung "m" (DIN EN 50028 / VDE 0170/0171 Teil 9)
Bei dieser Zündschutzart werden die Teile, die eine explosionsfähige Atmosphäre zünden können, in eine Vergußmasse, die gegenüber Umgebungseinflüssen genügend widerstandsfähig ist, eingebettet. Dadurch kann die das Betriebsmittel umgebende explosionsfähige Atmosphäre weder durch Funken noch durch unzulässige Erwärmung gezündet werden. Man unterscheidet hier grundsätzlich zwei Verfahren, um elektrische Bauteile zu umhüllen – zum einen das Umgießen und zum anderen das Vergießen der Bauteile. Als Vergußmasse kommen Duromere, Thermoplaste und Elastomere zur Anwendung. Anwendung findet diese Zündschutzart vor allem bei elektronischen Baugruppen der MSR- und Analysentechnik, wobei der Leistungs- und Energiepegel so groß ist, daß die Forderungen der Zündschutzart Eigensicherheit nicht eingehalten werden können. Dies trifft beispielsweise zu bei Klein-Transformatoren, Sicherungen, Relais und Netzgleichrichtern.
4 - 14
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S5-100U Ex-Baugruppen
Sekundärer Explosionsschutz
Explosionsfähige Atmosphäre
R, C, L
Bild 4.11
Vergußkapselung "m"
4.2.9
Eigensichere elektrische Systeme "i" (DIN EN 50039 / VDE 0170/0171 Teil 10)
Bei dieser Zündschutzart wird die Zusammenschaltung mehrerer eigensicherer Stromkreise bescheinigt, wobei die Stromkreise ganz oder zum Teil in explosionsgefährdeten Bereichen errichtet werden. Solche Systeme sind mit einer Systembeschreibung dokumentiert und müssen an einer besonders auffälligen Stelle gekennzeichnet werden mit den Buchstaben "SYST", einem Hinweis auf die Prüfstelle sowie auf die Systembescheinigung. Es wird unterschieden zwischen • bescheinigten eigensicheren elektrischen Systemen • nichtbescheinigten eigensicheren elektrischen Systemen. Bei bescheinigten eigensicheren elektrischen Systemen wird mit der Bescheinigung die Übereinstimmung des Typs des elektrischen Systems mit der Norm EN 50039 bestätigt, wobei eine Bescheinigung nicht für jedes einzelne elektrische Betriebsmittel eines eigensicheren elektrischen Systems erforderlich ist, sofern das betreffende elektrische Betriebsmittel eindeutig identifizierbar ist. Bei nichtbescheinigten eigensicheren elektrischen Systemen verfügen alle Komponenten über eine eigene Bescheinigung außer den einfachen Betriebsmitteln. Für jedes eigensichere elektrische System wird eine Systembeschreibung vom Systemplaner erstellt, in der die elektrischen Betriebsmittel, ihre elektrischen Kennwerte und die Kennwerte der Verbindungsleitungen beschrieben sind. Für den Errichter bedeutet dies, daß alle zum System gehörigen Geräte sowie deren Verkabelung genau festgelegt sind. Änderungen und Modifikationen dürfen vom Betreiber nicht vorgenommen werden. In der Praxis treten eigensichere Systeme bei Meß-, Steuerungs- und Regelungssystemen als Zusammenschaltungen eigensicherer und zugehöriger elektrischer Betriebsmittel einschließlich Zubehör und Verkabelungen auf.
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Sekundärer Explosionsschutz
S5-100U Ex-Baugruppen
Hinweis In Großbritannien werden Prüfbescheinigungen für "Eigensichere Systeme" praktiziert. In der Bundesrepublik Deutschland werden Zusammenschaltungen von eigensicheren Stromkreisen in explosionsgefährdeten Bereichen nur nach der Errichtungsbestimmung DIN VDE 0165/2.91 beurteilt und verlangen keine Systembescheinigung.
+
-
+
-
Explosionsfähige Atmosphäre
Bild 4.12
4.3
Eigensichere Systeme "i-SYST"
Sicherheitstechnische Kennzahlen
Die Einsatzbedingungen der hier betrachteten Betriebsmittel (Betriebsmittel für Grubenbaue werden hier nicht betrachtet) sind gekennzeichnet von einer Vielzahl der in Frage kommenden brennbaren Gase, die sich teilweise erheblich in ihrem chemisch-physikalischen Verhalten unterscheiden. Eine Charakterisierung und Klassifizierung der Gase erfolgt mit Hilfe sogenannter sicherheitstechnischer Kennzahlen, von denen folgende von besonderer Bedeutung sind: • Zündtemperatur • Mindestzündenergie • Mindestzündstrom (MIC) • Grenzspaltweite (MESG) • Explosionsgrenzen. Durch die Zündtemperatur wird charakterisiert, daß sich brennbare Gas/Luft-Gemische an heißen Oberflächen entzünden können (vgl. Kapitel 1.2). Dementsprechend wird sie für brenno o bare Gase in einem speziellen Prüfgerät ermittelt und reicht von unter 100 C bis über 600 C.
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S5-100U Ex-Baugruppen
Sekundärer Explosionsschutz
Durch die Mindestzündenergie wird die Energie (z. B. eines elektrischen Funkens) angegeben, die mindestens erforderlich ist, um das jeweilige Gas/Luft-Gemisch unter den zündwilligsten (d. h. kritischsten) Bedingungen zu entzünden. Der Mindestzündstrom (MIC) für ein brennbares Gas/Luft-Gemisch ist der Strom, der in einem Stromkreis das Prüfgemisch in einem Funkenprüfgerät gerade zündet. Brennbare Gas/Luft-Gemische zeigen ein unterschiedliches Flammenausbreitungsverhalten durch Gehäusespalte hindurch. Sogenannte zünddurchschlagsichere Spalte unterdrücken eine Fortpflanzung der Verbrennungsreaktion. In Abhängigkeit von der Gemischkonzentration wird in einem Prüfgerät für das jeweilige Gas/Luft-Gemisch die maximale Weite eines Spaltes – die Grenzspaltweite (MESG) – ermittelt, bei der gerade ein Flammendurchschlag (Zünddurchschlag) nicht mehr erfolgt. Die Explosionsgrenzen stellen den unteren bzw. oberen Grenzwert der Konzentration eines brennbaren Stoffes in einem Gemisch von Gasen, Dämpfen, Nebel und/oder Stäuben dar, bei denen sich nach dem Zünden eine von der Zündquelle unabhängige Flamme gerade nicht mehr selbständig fortpflanzen kann. Die stofftypischen Eigenschaften wie z. B. Zündfähigkeit und Flammendurchschlagsvermögen verlangen unterschiedliche Anforderungen beim Bau explosionsgeschützter elektrischer Betriebsmittel. Aber auch in Abhängigkeit vom vorgesehenen Einsatzbereich sind Abstufungen in den Anforderungen möglich. Die Anforderungen sind in den Baubestimmungen für die einzelnen Zündschutzarten beschrieben und drücken sich in unterschiedlichen Grenzwerten für Oberflächentemperaturen, Spaltabmessungen (bei druckfester Kapselung "d") und Zündkurven (bei Eigensicherheit "i") aus. Als Einteilungskriterien gelten deshalb die Grenzspaltweite MESG bzw. der Mindestzündstrom MIC. Für die gebräuchlichsten Stoffe sind die sicherheitstechnischen Kennzahlen (Auswahl s. Tabelle 4.5) experimentell mit einer festgelegten Versuchsanordnung ermittelt, so daß eine Gruppeneinteilung für die verschiedenen Stoffe vorgenommen werden kann. Dementsprechend werden explosionsgeschützte elektrische Betriebsmittel anwendungs- und anforderungsabhängig nach Explosionsgruppen (s. Abschnitt 4.3.2) und Temperaturklassen (s. Abschnitt 4.3.3) eingeteilt, um damit insbesondere auch wirtschaftlichen Gesichtspunkten zu genügen.
6ES5 998-0EX12
4 - 17
Sekundärer Explosionsschutz
Tab. 4.5
S5-100U Ex-Baugruppen
Sicherheitstechnische Kennzahlen ausgewählter brennbarer Gase
Zündtemperatur
Stoff
[oC]
Mindest zündenergie 1)
[uJ]
Mindestzündstrom 1)
[mA]
Grenzspalt weite 3)
[mm]
Explosionsgrenze [Vol.-% in Luft] 2)
untere
obere 1)
Aceton
540
550
-
1,02
2,5
13,0
Acetylen
305
19
24
0,37
2,3
100
Äthylether
170
190
75
0,87
1,7
36,0
Äthylen
425
82
45
0,65
2,3
32,4
Ammoniak
630
14000
-
3,17
15,4
33,6
Butan
365
250
80
0,98
1,4
9,3
Hexan
240
240
75
0,93
1,0
8,1
Methan
595
280
85
1,14
4,4
16,5
Propan
470
250
70
0,92
1,7
10,6
Schwefelkohlenstoff
95
9
-
0,34
0,6
60,0
Wasserstoff
560
16
21
0,29
4,0
77,0
1)
nach Nabert, Schön: Sicherheitstechnische Kennzahlen brennbarer Gase und Dämpfe
2)
nach IEC 79-1A/1975
3)
nach IEC/TC 31 (Secretariat) 165
4.3.1
Explosionsgruppen
Gemäß den Europäischen Normen werden zunächst zwei Gruppen von Betriebsmitteln unterschieden:
Explosionsgruppe I: • Betrifft elektrische Betriebsmittel für schlagwettergefährdete Grubenbaue und wird im weiteren nicht mehr betrachtet. Für Prüfungen und Abnahmen ist die DMT/BVS zuständig.
4 - 18
Explosionsgruppen
Prüfgas
I
Methan
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
Sekundärer Explosionsschutz
Explosionsgruppe II: • Elektrische Betriebsmittel für alle übrigen explosionsgefährdeten Bereiche
•
Infolge der großen Anzahl brennbarer Gase erfolgt eine weitere Unterteilung dieser Gruppe (gemäß Grenzspaltweite MESG für Zündschutzart Druckfeste Kapselung "d" bzw. Verhältnis des Mindestzündstroms MIC zu dem Mindestzündstrom von Methan für Zündschutzart Eigensicherheit "i") in die Explosionsgruppen:
Explosionsgruppen
Prüfgas
II A
Propan
II B
Äthylen
II C
Wasserstoff
Von der Explosionsgruppe II A nach II C nimmt die Gefährlichkeit der Gase zu, weshalb natürlich auch die Anforderungen an die elektrischen Betriebsmittel steigen. Die für die Explosionsgruppe II C zugelassenen elektrischen Betriebsmittel sind natürlich auch für die anderen Explosionsgruppen verwendbar. In Tabelle 4.6 ist für verschiedene Gase und Dämpfe die Zuordnung zu den einzelnen Explosionsgruppen dargelegt. Für nicht aufgeführte Stoffe ist eine Anfrage an die PTB oder eine andere Prüfstelle sinnvoll.
Tab. 4.6
Sicherheitstechnische Kennzahlen brennbarer Gase und Dämpfe
1)
Stoffbezeichnung
Zündtemperatur [oC]
Flammpunkt [oC]
Temperaturklasse
Explosionsgruppe
Acetaldehyd Aceton Acetylen Äthan Äthylacetat Äthylether
140 540 305 515 460 180 Peroxidbildung 425 510 425 440 Selbstzerfall 235 630 380
≤ 20 ≤ 20 (Gas) (Gas) -4 ≤ 20
T4 T1 T2 T1 T1 T4
II II II II II II
A A C A A B
12 (Gas) (Gas) (Gas)
T2 T1 T2 T2
II II II II
A /II B A B B
40 (Gas) 25
T3 T1 T2
*) II A II A
Äthylalkohol Äthylchlorid Äthylen Äthylenoxid Äthylglykol Ammoniak i-Amylacetat
1)
Auszug aus /1/ bzw. Auszug aus Anhang A, DIN VDE 0165/2.91
6ES5 998-0EX12
*)
noch nicht ermittelt
4 - 19
Sekundärer Explosionsschutz
S5-100U Ex-Baugruppen
weiter Tabelle 4.6
Temperaturklasse
Explosionsgruppe
< 21
T3
II A
220 bis 300
> 21
T3
II A
555 365 340 430 440 220 bis 300
- 11 (Gas) 35 43 13 > 55
T1 T2 T2 T2 T2 T3
II II II II II II
220 bis 300
T3
II A
485 330 220 bis 300
≤ 20 bis 60 40 49 > 55
T1 T2 T3
II A II A II A
220 bis 300
> 55
T3
II A
220 bis 300
> 65
T3
II A
240 605 595 (650) 455 625 520 360 Selbstzerfall 595 470 405 95 270 560 425
≤ 20 (Gas) (Gas) 11 (Gas) 80 189
T3 T1 T1 T1 T1 T1 T2
II A II A II A II A II A II A *)
82 (Gas) 15 ≤ 20 (Gas) (Gas) 77
T1 T1 T2 T6 T3 T1 T2
II A II A *) II C II B II B *)
6
T1 T1
II A II C
Stoffbezeichnung
Zündtemperatur [oC]
Benzine, Ottokraftstoffe Siedebeginn < 135 oC Spezialbenzine Siedebeginn > 135 oC Benzol (rein) n-Butan n-Butylalkohol Cyclohexanon 1,2-Dichlorethan Dieselkraftstoffe DIN 51 601/04.78 Düsenkraftstoffe
220 bis 300
Essigsäure Essigsäurenahydrid Heizöl EL DIN 51 603 Teil 1/12.81 Heizöl L DIN 51 603 Teil 2/10.76 Heizöle M und S DIN 51 603 Teil 2/10.76 n-Hexan Kohlenoxid Methan Methanol Methylchlorid Naphthalin Ölsäure Phenol Propan n-Propylalkohol Schwefelkohlenstoff Schwefelwasserstoff Stadtgas (Leuchtgas) Tetralin (Tetralhydronaphthalin) Toluol Wasserstoff
535 560
Flammpunkt [oC]
(Gas)
*)
A A A A A A
noch nicht ermittelt
In der Publikation 79-8 "Klassifikation der höchsten Oberflächentemperatur" wurden diese Temperaturen veröffentlicht. Sie sind auf eine Umgebungstemperatur von 40 °C beim Betrieb und der Messung der Betriebsmittel bezogen.
4 - 20
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
4.3.2
Sekundärer Explosionsschutz
Temperaturklassen
Bei dieser Art der Einteilung wird ausgegangen von der bei Gasen und Dämpfen experimentell ermittelten Zündtemperatur, d. h. der Temperatur, bei der eine Wärmezündung z. B. durch eine heiße Oberfläche eines Betriebsmittels erfolgen kann. Praktisch muß die maximale Oberflächentemperatur eines elektrischen Betriebsmittels stets kleiner sein als die Zündtemperatur des explosionsfähigen Gemisches, in dem es verwendet wird.
Tab. 4.7
Prozentuale Aufteilung der Stoffe auf Temperaturklassen und Stoffgruppen
Temperaturklasse T1 28 %
T2 37,6 % 96,5 %
T3 30,5 %
T4
T5
T6
Summe
3,1 %
0%
0,3 %
351
Explosionsgruppe IIA 80,2 %
IIB 18,1 %
IIC 0,7%
Summe 436
Für elektrische Betriebsmittel der Explosionsgruppe II sind deshalb Temperaturklassen T1 bis T6 eingeführt, in die jedes Betriebsmittel hinsichtlich seiner maximalen Oberflächentemperatur eingeordnet wird (s. Tabelle 4.8). Aber auch die explosionsfähigen Gemische kann man entsprechend der Zündtemperatur den Temperaturklassen zuordnen. Hierbei darf die maximale Oberflächentemperatur der jeweiligen Klasse die Zündtemperatur des jeweiligen explosionsfähigen Gemisches nicht erreichen, d. h. die Zündtemperatur des explosionsfähigen Gemisches muß immer höher sein als die Temperaturklasse des Betriebsmittels.
Hinweis Betriebsmittel, die einer höheren Temperaturklasse entsprechen, sind auch für Anwendungen, die nur eine niedrigere Temperaturklasse benötigen, zulässig.
Die Zuordnung verschiedener Gase und Dämpfe zu den einzelnen Temperaturklassen ist der Tabelle 4.5 zu entnehmen. Die hier zugrunde gelegte maximale Oberflächentemperatur eines elektrischen Betriebsmittels ergibt sich praktisch aus der Summe der maximalen Umgebungstemperatur und der Temperaturerhöhung durch Erwärmung (incl. Fehlerfall).
Hinweis Die niedrigste Zündtemperatur der vorliegenden explosionsfähigen Atmosphäre muß höher sein als die maximale Oberflächentemperatur. Äthylen z. B. hat eine Zündtemperatur von 510 °C, somit können Betriebsmittel der Temperaturklassen T1 ... T6 eingesetzt werden.
6ES5 998-0EX12
4 - 21
Sekundärer Explosionsschutz
S5-100U Ex-Baugruppen
Für eigensichere elektrische Betriebsmittel erfolgen in der Konformitätsbescheinigung Angaben o zur zulässigen Umgebungstemperatur nur dann, wenn diese höher als 40 C sein soll. Werden z. B. in einem Schaltschrank höhere Umgebungstemperaturen erwartet, ist die Eigensicherheit im Sinne der Bescheinigung nicht mehr gewährleistet, und eine neue Prüfung wäre notwendig. Praktisch können deshalb in einer Konformitätsbescheinigung für ein elektrisches Betriebsmittel zu verschiedenen Umgebungstemperaturen unterschiedliche Temperaturklassen bescheinigt werden. Tab. 4.8
Temperaturklassen
Temperaturklasse
Maximale Oberflächentemperatur der Betriebsmittel
Zündtemperaturen der brennbaren Stoffe
T1
450 o C
> 450 o C
T2
300 o C
> 300 o C
T3
200 o C
> 200 C
T4
o 135 C
> 135 o C
T5
o 100 C
> 100 o C
T6
85 oC
> 85 oC
4.4
o
Bestimmungen zum Explosionsschutz außerhalb der CENELEC-Mitgliedsstaaten
Außerhalb der CENELEC-Mitgliedsstaaten bilden die IEC-Empfehlungen IEC 79-0 bis 79-16 die Grundlage für die Bestimmungen zum Explosionsschutz. Nationale Institutionen und Normen legen in den einzelnen Ländern jeweils die technische Ausführung der Explosionsschutzmaßnahmen fest. Für die USA und Kanada gelten die nachfolgenden, eigenständigen Bestimmungen. Abweichend zu den Europäischen Normen erfolgt eine andere Einteilung der Zonen und der Explosionsgruppen. Dabei werden die Zonen 0 und 1 zusammengefaßt und mit Division 1 bezeichnet, während Zone 2 der Division 2 entspricht (Tabelle 4.9). Für die Explosionsgruppen gilt eine gegenüber den Europäischen Normen feinere Unterteilung. Die Temperaturklassen T1 bis T6 kommen gegenüber den europäischen Normen unverändert zum Einsatz. Für den Einsatz von Betriebsmitteln in den USA wird eine Zulassung von der Factory Mutual (FM) oder der Underwriters Laboratories (UL) gefordert. Dabei werden die Betriebsmittel mit dem möglichen Einsatzbereich entsprechend der Division 1 oder 2 und der Klassen-/Gruppeneinteilung gekennzeichnet. Die Prüfstellen FM und UL arbeiten nach eigenen Standards. Beispielsweise erfolgt die Prüfung eigensicherer Betriebsmittel von der Factory Mutual nach der FM 3610, die auf dem nationalen Standard NFPA 493 basiert. Die Underwriters Laboratories stützen sich hingegen auf die UL 913, die wiederum auf der ANSI/UL 913 basiert.
4 - 22
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
Tab. 4.9
Sekundärer Explosionsschutz
Übersicht zur Zündschutzart Eigensicherheit "i" außerhalb der CENELEC-Mitgliedsstaaten
IEC
USA und Kanada
Kategorien
Kategorie ia: eine Zündung darf nicht verursacht werden durch den Normalbetrieb, einen Fehler oder eine beliebige Kombination von zwei Fehlern. Der Einsatz ist für die Zone 0 ausgelegt, was den Einsatz in den Zonen 1 und 2 natürlich auch gestattet. Kategorie ib: Eine Zündung darf nicht verursacht werden durch den Normalbetrieb oder einen Fehler. Eigensichere Betriebsmittel sind für die Zonen 1 und/oder 2 zugelassen.
Nur eine Kategorie: Sicherheit bei bis zwei Bauelementeoder anderen Fehlern. Eigensichere Betriebsmittel können in explosionsgefährdeten Bereichen in Division 1 oder 2 angeordnet sein und mit Betriebsmitteln in anderen Bereichen in Verbindung sein.
Bereicheinstufung
Zone 0: umfaßt Bereiche, in denen gefährliche explosionsfähige Atmosphäre ständig oder langzeitig vorhanden ist. Zone 1: umfaßt Bereiche, in denen damit zu rechnen ist, daß gefährliche explosionsfähige Atmosphäre gelegentlich auftritt. Zone 2: umfaßt Bereiche, in denen damit zu rechnen ist, daß gefährliche explosionsfähige Atmosphäre nur selten und dann auch nur kurzzeitig auftritt. Zone 10: (für Stäube) umfaßt Bereiche, in denen gefährliche explosionsfähige Atmosphäre langzeitig oder häufig vorhanden ist Zone 11: (für Stäube) umfaßt Bereiche, in denen damit zu rechnen ist, daß gelegentlich durch Aufwirbeln abgelagerten Staubes gefährliche explosionsfähige Atmosphäre kurzzeitig auftritt.
Division 1: umfaßt Bereiche, in denen gefährliche Konzentrationen entzündlicher Gase oder Dämpfe bzw. brennbarer Stäube im Schwebezustand, die unter normalen Betriebsbedingungen dauernd, von Zeit zu Zeit oder regelmäßig vorhanden sind. Division 2: umfaßt Bereiche, in denen flüchtige entzündliche Flüssigkeiten oder entzündliche Gase vorhanden sind, doch normalerweise innerhalb abgeschlossener Behälter oder Anlagen, aus denen sie nur unter abnormalen Betriebs- oder Fehlerbedingungen entweichen können. Brennbare Stäube, die normalerweise nicht im Schwebezustand vorkommen und bei denen dieser Zustand auch nicht wahrscheinlich ist.
Gasmerkmale
Einzelheiten der Einstufung (C) und der Zündtemperatur (T) häufig verwendeter Gase und Dämpfe sind in den folgenden Normen enthalten: IEC 79-12 (C)
Einzelheiten der Einstufung (C) und der Zündtemperatur (T) häufig verwendeter Gase und Dämpfe sind in den folgenden Normen enthalten: NFPA 325M: (T) NFPA 497M: (CT) (einschl. Stäube) CSA C22.1: (CT)
6ES5 998-0EX12
4 - 23
Sekundärer Explosionsschutz
S5-100U Ex-Baugruppen
weiter Tabelle 4.9
Einstufung der Gase
IEC Entzündliche Gase, Dämpfe und Nebel werden nach der Funkenenergie eingestuft, die erforderlich ist, um das am leichtesten entzündliche Gemisch mit Luft zu entzünden. Betriebsmittel werden im Einklang mit den Gasen gruppiert, mit denen sie betrieben werden können. - übrige explosionsgefährdete Bereiche: Prüfgas Gruppe IIC: Acetylen (am leichtesten endzündbar) Gruppe IIC: Wasserstoff Gruppe IIB: Äthylen Gruppe IIA: Propan
USA und Kanada Entzündliche Gase, Dämpfe und Nebel sowie entzündliche Stäube, Fasern und Schwebstoffe werden entsprechend der Funkenenergie eingestuft, die erforderlich ist, um das am leichtesten entzündliche Gemisch mit Luft zu entzünden.
Prüfgas Class I, Gruppe A: Acetylen (am leichtesten endzündbar) Class I, Gruppe B: Wasserstoff Class I, Gruppe C: Äthylen Class I, Gruppe D: Propan Class II, Gruppe E: Metallstaub Class II, Gruppe F: Kohlenstaub Class II, Gruppe G: Mehl, Stärke, Getreide Class III: Faser und Schwebstoffe
- Grubenbaue: Prüfgas Gruppe I: Methan (Grubengas) Temperatureinstufung
Prüfgas Nicht eingestuft: Methan (Grubengas)
Betriebsmittel für explosionsgefährdete Bereiche werden unter Beachtung der maximalen Oberflächentemperatur unter Fehlerbedingungen bei einer Umgebungstemperatur von 40 oC eingestuft: T1 T2 T3 T4 T5 T6 450 oC 300 oC 200 oC 135 oC 100 oC 85 oC
Zulassung
Nationale Zulassungsbehörden erteilen in bezug auf zugelassene Betriebsmittel Bescheinigungen, aus denen deren zulässige Einsatzbereiche hervorgeht.
FM und UL (USA) sowie CSA (Kanada) geben Berichte heraus und veröffentlichen Listen zugelassener Betriebsmittel unter Angabe der zulässigen Einsatzbereiche.
Normen
Alle Länder in Westeuropa halten sich an die Normen EN 50020 (Betriebsmittel) und EN 50039 (Systeme). Die Mitgliedsländer der CENELEC geben auf diesen Normen beruhende Bescheinigungen aus und nehmen von anderen Mitgliedern bescheinigte Betriebsmittel. Andere Länder halten sich an ihre eigenen auf IEC 79-11 beruhenden Normen (z. B. Australien, Brasilien, Japan, GUS-Staaten) oder nehmen nach europäischen und/oder nord-amerikanischen Normen bescheinigte Betriebsmittel und Anlagen an.
FM und UL arbeiten nach eigenen Normen. FM 3610 beruht auf der US Nationalnorm NFPA 493- und UL 913 beruht auf ANSI/UL 913Kanada hält sich an die Norm CSA C22.2, Nr. 157.
Verfahrensvorschriften
IEC 79-14: DIN VDE 0165:
ANSI/ISA-RP 12.6-1987
4 - 24
6ES5 998-0EX12
5
Kennzeichnung explosionsgeschützter elektrischer Betriebsmittel
5.1
Art und Weise der Kennzeichnung .
5.2
Gegenüberstellung v on alter und neuer Kennzeichnung
5.3
Beispiele für Kennzeichnung .
6ES5 998-0EX12
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5
-
1
5
-
5
5
-
7
1
2
6ES5 998-0EX12
Bilder 5.1
Kennzeichnung einer Siemens-Analog-Ausgabebaugruppe zum Anschluß von Aktoren im ex plosionsgefährdeten Bereich
5.2
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5
-
2
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5
-
4
.
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5
-
3
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5
-
5
.
5
-
7
Kennzeichnung elektrischer Betriebsmi ttel nach alter und neuer Form .
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Tabellen 5.1
Bedeutung des Zusatzbuchstabens bei Prüfbescheinigungen (nach /3/, S. 141)
5.2
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geschützten elektri schen Betriebsmi ttels 5.3
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Code mi t Beispiel für die Kennzeichnung eines ex plosions.
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Beispiele für Kennzeichnung ex plosionsgeschützer elektrischer Betriebsmittel
6ES5 998-0EX12
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3
4
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
5
Kennzeichnung explosionsgeschützter elektrischer Betriebsmittel
Kennzeichnung explosionsgeschützter elektrischer Betriebsmittel
5.1
A rt u nd W eise der Kenn zeichn un g
In
Allgemeinen
den
Bestimmungen
der
EN
50014
ist
die
Kennzeichnung
v on
ex plosi ons-
geschützten elektrischen Betriebsmi tteln zwingend v orgeschrieben. Dies i st unabhängig dav on, ob die Betriebsmittel innerhalb oder außerhalb der EG gehandelt werden.
Es sind kurzgefaßt folgende Angaben an sichtbarer Stelle auf dem Hauptteil des Betriebsmittels notwendig:
•
Name oder Warenzeichen des Herstellers
•
Ty pbezeichnung und ggf. Seri ennummer des Betriebsmittels
•
Im Falle eines nach EN-Normen typ- und stückgeprüften Betriebsmittels Angabe des Symbols
•
Klassifizierung gemäß der Zündschutzart(en), Ex plosionsgruppe und Temperaturklasse
•
Prüfstelle
sowie
Jahr
der
Erteilung
und
Nummer
der
Baumusterprüfbescheinigung
(Konformitätsbescheinigung)
•
Bei Betriebsmi tteln der Zündschutzart Eigensicherheit möglichst Angabe der elektrischen Grenzwerte einschli eßlich der Leistungswerte.
I n Bild 5.1 ist ein Beispiel für eine v ollständige Kennzeichnung eines elektrischen Betriebsmittels v on
Siemens
angegeben.
In
Bild
5.2
ist
der
Code
für
die
Kennzeichnung
v on
ex plosions-
geschützten elektrischen Betriebsmitteln zusammenfassend dargelegt.
6ES5 998-0EX12
5 - 1
Kennzeichnung explosionsgeschützter elektrischer Betriebsmittel
F
3 + Ch 0 4 4 ... 20 mA
S5-100U Ex-Baugruppen
1
Name oder Warenzeichen des Herstellers
2
Typenbezeichnung des Betriebsmittels
3
Klassifizierung einer der Zündschutzarten
4
Prüfstelle und Nummer der Bescheinigung
5
Das Zeichen ist seit dem 1. Mai 1988 anzubringen, falls es sich um ein nach EG-Normen typ- und stückgeprüftes Betriebsmittel handelt, das Gegenstand einer Konformitätslbescheinigung ist.
7 + Ch 1 8 4 ... 20 mA R < 300 Ω
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
5 14
1
ANALOG OUTPUT
3
2
6ES5 477 - 8EC11 [EEx ib] IIC PTB Nr. Ex-91.C.2109
4
+
S
Bild 5.1
Kennzeichnung einer Siem ens-Analo g-Ausgabebaugruppe zum Anschluß von Akto ren im explosionsgefährdeten Bereich
Beispiel einer Bescheinigungsnummer:
PTB Nr. Ex
-88 B 2149
X Hinweis auf besondere Bedingungen Laufende Nr. der Prüfstelle Generation, Nachträge der EN 50... - wurden berücksichtigt Jahr der Bescheinigungsausstellung explosionsgeschütztes Betriebsmittel autorisierte Prüfstelle
Hinter der Nummer der Prüfbescheinigung kann als Ergänzung ein Buchstabe stehen (z. B. x ), dessen Bedeutung in Tabelle 5.1 angegeben ist.
5 - 2
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
Tab. 5.1
Kennzeichnung explosionsgeschützter elektrischer Betriebsmittel
Bedeutung des Zusatzbuchstabens bei Prüfbescheinigungen
Vorschrift
Buch-
Bedeutung
stabe
nach
B
VDE 0171/2.61
der Prüfungsschein enthält besondere Bedingungen. Das Gerät muß eine zusätzliche Hinweiskennzeichnung haben: "Zulassungsbescheinigung beachten."
(alte Norm) S
Betri ebsmittel enthält eigensichere Stromkreise, die in den ex plosionsgefährdeten Bereich führen können. Die Betriebsmittel sind jedoch außerhalb des ex plosionsgefährdeten Bereichs zu erri chten.
U
Unvollständige Betriebsmi ttel. Eine Bauartzulassung erfolgt hierfür nicht (z. B. bei Lampenfassungen, Vorschaltgeräten, Anschlußklemmen, Tränklacken, mechanische Ausführung v on M otoren u. dgl.). Hierfür gibt es eine "Hilfsbescheinigung". Der Buchstabe U wird aber auch für die Ausstellung einer Teilbescheinigung benutzt für unvollständige Betriebsmi ttel, z. B. bei Eigensicherheit.
nach
X
Konformitätsbescheinigung für Betriebsmittel nach den neuen
EN 50014 ...
Europäischen Normen (EN) enthält für Besonderheiten den
EN 50020/
Kennbuchstaben X anstelle des bisherigen Buchstabens B.
VDE 0171/5.78
Die Art der Einschränkungen i st dem Inhalt der Konformitätsbescheinigung zu entnehmen.
(neue Norm) U
Unvollständiges Betriebsmittel. Eine Bauartzulassung erfolgt hierfür nicht (z. B. bei Lampenfassungen, Vorschaltgeräten, Anschlußklemmen, Tränklacken, mechanische Ausführung v on M otoren u. dgl.). Diese wird erst zusammen mit dem v ollständigen Betriebsmi ttel ausgestellt. Der Buchstabe U wird aber auch für die Ausstellung einer Teilbescheinigung für unvollständige Betri ebsmittel benutzt, z. B. bei Eigensicherheit.
Nachfolgend
ist
die
Kennzeichnung
der
ex plosionsgeschützten
elektrischen Betri ebsmittel in
Bild 5.2 aufgeführt.
6ES5 998-0EX12
5 - 3
Kennzeichnung explosionsgeschützter elektrischer Betriebsmittel
Ausführungsbezeichnungen nach den europäischen Normen
EEx
d[ib]
S5-100U Ex-Baugruppen
II
C
T4
Kennzeichen für elektrische Betriebsmittel mit Bescheinigung einer EG-Prüfstelle
Symbol für elektrische Betriebsmittel, die nach Europäischen Normen gebaut sind.
Angewendete Zündschutzart(en)
o p q d e i m i, SYST
= = = = = = = =
Ölkapselung Überdruckkapselung Sandkapselung druckfeste Kapselung erhöhte Sicherheit Eigensicherheit (Kategorie ia oder ib) Vergußkapselung eigensichere Systeme
Explosionsgruppe I = Schlagwetterschutz II = Explosionsschutz
Gruppenunterteilung für druckfeste Kapselung "d"
für eigensichere Stromkreise "i"
Grenzspaltweite (MESG) [mm]
Mindestzündstromverhältnis (MIC)
A: > 0,9 B: ≥ 0,5 ... 0,9 C: < 0,5
A: > 0,8 B: ≥ 0,45 ... 0,8 C: < 0,45
Temperaturklasse
Zündtemperatur [˚C] T1 T2 T3 T4 T5 T6
Bild 5.2
5 - 4
450 300 200 135 100 85
maximale Oberflächentemperatur [˚C] 450 300 200 135 100 85
Beispiel für die Kennzeichnung eines explo sio nsgeschützten elektrischen
Betriebsmittels
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
5.2
Kennzeichnung explosionsgeschützter elektrischer Betriebsmittel
G egenü berstellun g von alter un d neuer Kenn zeichn un g
I n der Tabelle 5.2 erfolgt eine Gegenüberstellung der Kennzeichnung für Betri ebsmittel nach den alten
Bestimmungen
VDE
0170/0171/2.62
und
der
Kennzeichnung
nach
den
Europäischen
Normen EN 50014 ... 50020.
Tab. 5.2
Kennzeichnung elektrischer Betriebsmittel nach alter und neuer No rm
neue Norm:
alte Norm:
DIN EN 50014 bis
VDE 0170/0171/2.61
DIN EN 50020/5.78
2.65
Begriffe / Erläuterungen
Kennzeichnung
Ex
Ex plosionsgeschütztes elektrisches Betri ebsmittel, bauartgeprüft und v om Hersteller stückgeprüft.
Allgemeines Kurzzeichen EEx ...I
Sch
Schlagwetterschutz
EEx ...II
Ex
Ex plosionsschutz
Zündschutzart
Schutzart
o
ö
p
f
q
q
Sandkapselung
d
d
Druckfeste Kapselung
e
e
Erhöhte Sicherheit
i
i
Eigensicherheit
-
s
Sonderschutz (nur nach VDE "alt"/2.61)
m
-
Vergußkapselung (DIN EN 50028)
Kurzzeichen für
Überdruckkapselung bzw. Fremdbelüftung
Ex plosionsgruppe
Ölkapselung
Ex plosionsklasse
Zünddurchschlagsv ermögen (Funkenzündung) mit Angabe der Grenzspaltweite (MESG) bei 25 mm Spaltlänge [mm]
A
(> 0.9)
≥
( B
1
0.5 ...
(> 0.6)
≥
( 2
0.9)
0.4 ...
1)
1)
(< 0.5)
Propan Äthylen
0.6) 3a
C
Prüfgas:
3b
Wasserstoff
(< 0.4)
Schwefelkohlenstoff
3c
Acethylen
3n
alle Gase der Gruppe 3
Ex plosionsg rup pe C: Prüfga s = Wasse rstoff
6ES5 998-0EX12
5 - 5
Kennzeichnung explosionsgeschützter elektrischer Betriebsmittel
S5-100U Ex-Baugruppen
weiter Tab. 5.2
neue Norm:
alte Norm:
DIN EN 50014 bis
VDE 0170/0171/2.61
DIN EN 50020/5.78
2.65
Temperaturklasse
Zündgruppe
max imale Ober-
Zünd-
tempe-
flächen-
tempe-
tempe-
ratur [ C]
o
Zündtemperatur der Gase und Dämpfe
Zulässige
Zünd-
ratur [ C]
Begriffe / Erläuterungen
Grenz-
o
tempeo
ratur [ C]
o
ratur [ C]
T1 > 450
450
T2 > 300
300
G1 > 450
360
G2 > 300 240 ... 450 G3 > 200 T3 > 200
200
160 ... 300 G4 > 135
T4 > 135
135
110 ... 200 G5 von
T5 > 100
100
100 ...
80
135 T6 >
5 - 6
85
85
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
5.3
Kennzeichnung explosionsgeschützter elektrischer Betriebsmittel
Beispiele für Kenn zeich nu ng
I n Tabelle 5.3 werden einige Beispiele für die Kennzeichnung ex plosionsgeschützter elektrischer Betri ebsmittel und eigensicherer Stromkreise aufgeführt.
Tab. 5.3
Beispiele für Kennzeichnung explo sio nsgeschützter elektrischer Betriebsmittel
Kennzeichnung (Beispiel)
EEx ia I IC T6
Erläuterung
Eigensicheres elektri sches Betriebsmittel der Kategorie ia und Zulassung für alle ex plosionsfähigen Gemische
[EEx ib] I IC
Zugehöriges elektrisches Betri ebsmittel zur M ontage außerhalb des ex plosionsgefährdeten Bereiches zum Anschluß von eigensicheren elektrischen Betri ebsmitteln der Kategorie ib (für Zone 1 und 2); Zulassung für alle ex plosionsfähigen Gemische der Ex plosionsgruppe I IA ... II C. Bem.: Die A ngabe der Temperaturklasse entfällt.
EEx deq [ib] II B T4
Zugehöriges elektrisches Betri ebsmittel zur M ontage in der Zone 1, da zusätzlich die Zündschutzarten d, e und q v orliegen; Zulassung für ex plosionsfähige Gemische der Ex plosionsgruppen I IA und I IB mi t einer Zündtemperatur v on > 135
EEx e II C T3
o
C
Ex plosionsgeschütztes elektrisches Betriebsmi ttel der Zündschutzart "Erhöhte Sicherheit"; Zulassung für alle ex plosionsfähigen Gemische mit einer Zündtemperatur v on > 200
o
C
Hinweis Es sei nochmals auf die Bedeutung der eckigen Klammern bei der Kennzeichnung im Rahmen der Eigensicherheit "i" eingegangen.
Bei
zugehörigen
elektri schen
Betriebsmitteln,
die
nicht
im
explosionsgefährdeten
Bereich errichtet werden dürfen, umschließt die ecki ge Klammer das Symbol EEx sowie das Kennzeichen der Zündschutzart. Eine Angabe der Temperaturklasse fehlt.
Bei zugehörigen elektrischen Betriebsmitteln, die zusätzli ch für andere Zündschutzarten bescheinigt sind und somit im ex plosionsgefährdeten Bereich errichtet werden dürfen, umschließt die eckige Klammer das Symbol für die Zündschutzart Eigensicherheit gemäß der entsprechenden Kategori e. Hierbei wird zusätzlich die Temperaturklasse angegeben.
6ES5 998-0EX12
5 - 7
Kennzeichnung explosionsgeschützter elektrischer Betriebsmittel
5 - 8
S5-100U Ex-Baugruppen
6ES5 998-0EX12
6
Die Zündschutzart Eigensicherheit "i"
6.1
Grundlagen der Eigensicherhieit
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6
-
1
6.1.1
Funktionsprinzip
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6
-
1
6.1.2
Zündgrenzkurven für den ohmschen Stromkreis
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6
-
4
6.1.3
Zündgrenzkurven für kapazitiv e Stromkreise
6
6.1.4
Zündgrenzkurven für i nduktiv e Stromkreise
6.1.5
Anwendung der Zündgrenzkurven
6.2 6.2.1
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6
-
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6
-
8
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6
-
10
Betriebsmittel i m eigensicheren Stromkreis
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6
-
10
Unterteilung eigensicherer Betriebsmi ttel
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6
-
10
6.2.2
Wirkungsweise v on Sicherheitsbarrieren .
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6
-
13
6.2.3
Betriebsmittel ohne galv anische Trennung
.
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6
-
15
6.2.4
Betriebsmittel mit galvanischer Trennung
.
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6
-
16
6.3
Zusammenschaltung im eigensicheren Stromkreis
.
.
.
6
-
17
6.3.1
Eigensicherer Stromkreis mit einem zugehöri gen .
.
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6
-
17
6
-
20
.
.
elektrischen Betri ebsmittel 6.3.2
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Eigensicherer Stromkreis mit mehreren zugehörigen elektrischen Betri ebsmitteln (Anforderungen für das Errichten in Zone 0 und 1)
.
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6ES5 998-0EX12
1
6ES5 998-0EX12
2
Bilder 6.1
Prinzipschaltung zur Spannung-/Strombegrenzung bei der Zündschutzart Eigensicherheit "i" .
6.2
grenzung . 6.3
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6
-
2
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6
-
3
Ausgangskennli nien bei ohmscher und elektronischer Strombe.
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Zündgrenzkurv en für ohmsche Stromkreise der Ex plosionsgruppen I, I IA, I IB, I IC (nach DIN VDE 0171 Teil 7 (5.78 EN 50020 .
.
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6
-
5
6.4
Anhang A) .
M indestzündspannungen i n kapazitiv en Stromkreisen
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6
-
8
6.5
Zündgrenzkurv en für induktive Stromkreise nach EN 50020 .
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6
-
9
6.6
Ty pischer Aufbau einer eigensicheren MSR-Anlage
.
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6
-
10
6.7
Zusammenstellung eigensicherer Betriebsmi ttel
.
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6
-
11
6.8
Übersicht zur Anwahl v on Betri ebsmitteln für die Zone 1
.
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6
-
13
6.9
Prinzipschaltbild einer Sicherheitsbarriere
.
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6
-
14
6.10
Wi rkungsweise der Potentialausgleichsv erbindung .
.
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6
-
15
6.11
Anwendung mit galv anischer Trennung .
.
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6
-
17
6.12
Zusammenschaltung innerhalb eines eigensicheren Stromkreises
6
-
19
6.13
Sicherheitstechnische Parallelschaltung v on zwei Ausgängen (nur Stromaddition mögli ch) .
6.14
.
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6
-
22
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6
-
23
Sicherheitstechnische Reihenschaltung v on zwei Ausgängen (nur Spannungsadditition möglich)
6.15
.
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Sicherheitstechnische Reihenschaltung v on zwei Ausgängen (nur Spannungsaddition mögli ch) .
.
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6
-
24
6.16
Reihenschaltung 1 .
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6
-
25
6.17
Reihenschaltung 2 .
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6
-
26
6.18
Parallelschaltung 1
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6
-
26
6.19
Parallelschaltung 2
.
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6
-
27
6.20
Reihen- oder Parallelschaltung
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6
-
27
6.21
Grenzkurv endiagramm für Zusammenschaltung mi t elektronischer 6
-
29
6
-
31
6
-
31
6
-
32
6
-
18
6
-
28
Strombegrenzungseinrichtung .
.
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6.22
Beispiel für eine Zusammenschaltung v on drei elektr. Betriebsmi tteln
6.23
Summenausgangskennli nien der Zusammenschaltung nach Bild 6.20 .
6.24
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Grenzkurv endiagramm für Zusammenschaltung mi t elektronischer Strombegrenzungseinrichtung (Sicherheitsfaktor 1,5 eingearbeitet)
Tabellen 6.1
Vergleich der sicherheitsrelevanten Grenzwerte
6.2
Zuordnung der Zündgrenzkurvendiagramme zu den Ex plosionsgruppen und der Induktiv ität
6ES5 998-0EX12
.
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3
4
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
6
Die Zündschutzart Eigensicherheit "i"
Die Zündschutzart Eigensicherheit "i"
Bei der Erri chtung elektrischer Anlagen in ex plosionsgefährdeten Bereichen hat die Zündschutzart Eigensicherheit in den letzten Jahren immer mehr an Bedeutung gewonnen. Nicht nur das einzelne
eigensi chere
Betriebsmittel
gemäß
DIN
EN
50020
sondern
auch
die
Gesamtheit
mehrerer Betriebsmi ttel einschli eßlich der Verbindungsleitungen im eigensicheren elektrischen Sy stem sind hier v on Bedeutung und werden im folgenden zusammenfassend behandelt.
6.1
G rund lag en d er E igensicherheit
6.1.1
Die
Fu nktio nsprinzip
Grundlage
für
ex plosionsfähigen
die
Zündschutzart
Atmosphäre
eine
Eigensicherheit
bestimmte
besteht
darin,
M indestzündenergie
daß
zur
Zündung
notwendig
ist.
In
einer einem
eigensicheren Stromkreis ist weder i m normalen Betrieb noch im Fehlerfall diese Mi ndestzündenergie im explosionsgefährdeten Bereich v orhanden. Die Eigensicherheit eines Stromkreises wi rd
durch
die
Begrenzung
v on
Strom und
Spannung
erreicht.
Dami t
ist
die
Zündschutzart
Eigensicherheit "i" auf Stromkreise mi t relativ kleinen Leistungen begrenzt.
I n einem eigensicheren Stromkreis tritt also
• •
kein Funke und kein thermi scher Effekt (Erwärmung)
betriebsmäßig
oder i m Fehlerfall auf,
der
die
Zündung
einer
explosionsfähigen
Atmosphäre
v erursachen kann.
Die
sogenannte
Funkenzündung
wird
also
ausgeschlossen,
d.
h.
es
sind
weder
die
beim
betriebsmäßigen Öffnen und Schließen des Stromkreises entstehenden Funken noch solche, die bei Kurzschluß oder Erdschluß auftreten, zündfähig.
Auch tritt eine Wärmezündung i m normalen Betrieb wie auch im Fehlerfall nicht auf, da eine zu hohe Erwärmung der im eigensicheren Stromkreis
befindli chen Betriebsmittel und Leitungen
ausgeschlossen wird.
Das Pri nzi p der Zündschutzart Eigensicherheit geht aus Bild 6.1 hervor.
Zur Spannungsbegrenzung i m Fehlerfall werden in der Regel Z-Dioden eingesetzt. Sie haben die Eigenschaft, erst ab einer bestimmten Spannung leitfähig zu werden, d. h. oberhalb der sogenannten
Z-Spannung
steigt
der
Strom
durch
die
Z-Diode
stark
an,
so
daß
sich
eine
Spannungsbegrenzung ergibt.
Bei der Strombegrenzung sind zwei Fälle zu betrachten (Bild 6.2):
•
die ohmsche Strombegrenzung mit einer linearen oder trapezförmigen Ausgangskennlinie oder
•
eine elektronische Strombegrenzung mi t einer rechteckförmigen Ausgangskennlinie.
Weiterhin i st zu beachten, daß bei gemischten Stromkreisen, die sowohl I nduktiv itäten als auch Kapazitäten enthalten, die Zündwerte (Wertekombinationen v on Strom und Spannung) niedri ger sind als bei Stromkreisen mit nur induktiv en oder nur kapazitiv en Energiespeichern.
6ES5 998-0EX12
6 - 1
Die Zündschutzart Eigensicherheit "i"
S5-100U Ex-Baugruppen
Bei Vorliegen einer ohmschen Strombegrenzung kann dieser Effekt für Anwendungen in der Zone
1
v ernachlässigt
werden.
Für
Anwendungen
mi t
gemischten
Stromkreisen
in
Zone
0
müssen die Werte für Ca und La reduziert werden. Dies wird bei der Zulassung der Betri ebsmittel berücksichtigt. Bei einer elektronischen Strombegrenzung wirkt sich der Einfluß eines gemischten Stromkreises
so
stark aus,
daß
auch
schon
für
Anwendungen
der Zone
1
komplizierte
Berechnungsalgori thmen notwendig sind.
explosionsgefährdeter Bereich
R
a
L
sicherer Bereich
Ik
a
L
i
R
F
i
Erwärmung begrenzt
C
Ca
i
U0
Funken-
D
energie begrenzt
PA Legende:
= Z - Diode
U0
= Leerlaufspannung
D
IK
= Kurzschlussstrom
PA
= innerer Widerstand
Ra
= äusserer Widerstand
= innere Induktivität
L
= äussere Induktivität
= innere Kapazität
Ca
R
i
L
i
C
i
F
Bild 6.1
a
= Potentialausgleich
= äussere Kapazität
= Sicherung
Prinzipschaltung zur Spannungs-/Stro mbegrenzung bei der Zündschutzart Eigensicherheit "i"
Eine ohmsche Strombegrenzung wi rd durch den Einsatz v on Reihenwiderständen R erreicht, die aus einer sicher begrenzten Spannungsquelle gespeist werden. Die trapezförmi ge Kennlinie wi rd durch den Widerstand und eine spannungsbegrenzende Z-Diode erzeugt (Bild 6.2). Zum Vergleich ist eine Kennlinie mit elektronischer Strombegrenzung mit aufgenommen.
Eine Beeinträchtigung der Eigensicherheit kann durch Energiespeicher in einem Stromkreis wi e I nduktiv itäten oder Kapazitäten (z. B. Drehspulanzeiger, lange Leitungen) erfolgen.
I st ein Kondensator i n einen eigensicheren Stromkreis geschaltet, so speichert er i m geladenen
2
Zustand eine Energie von 1/2 CU . I m Falle eines Kurzschlusses im Stromkreis wird an der Kurzschlußstelle eine Energie frei, die sich aus der v om versorgenden Betriebsmi ttel geli eferten und der im Kondensator gespeicherten ergibt. Der Kondensator ist also bei einer Sicherheitsbetrachtung unbedingt zu berücksichtigen, denn die Gesamtenergie im Funken muß kleiner als die M indestzündenergie sein.
2
I m Falle einer Induktivität im eigensicheren Stromkreis ist die gespeicherte Energie 1/2 LI , die bei Unterbrechung des Stromkreises freigesetzt wird, bei der Prüfung der Eigensicherheit zu berücksichtigen.
6 - 2
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
R
Die Zündschutzart Eigensicherheit "i"
R
I
+ U
U
0
I +
U
-
0
U
U
D
-
U
U
I
+
P
= 1/4
max
U
0
x I
U
0
U
0
-
= 1/4
P max
k U
U
U
für
0
U
U
0
x I
D
> 0,5
k U
U
0
P max
=
U
0
x
I
k
0
R
U
R
D
oder
I
I I
Bild 6.2
I
k
I
k
(I
k
I
)
k
ohmsche Strombegrenzung
ohmsche Strombegrenzung
elektronische Strombegrenzung
(lineare Kennlinie)
(trapezförmige Kennlinie)
(rechteckförmige Kennlinie)
Ausgangskennlinien bei ohmscher und elektronischer Stro m begrenzung
Hinweis Die
Prüfung
der
Eigensicherheit
eines
Stromkreises
muß
also
hinsichtlich
der
ohmschen, der kapazitiven und der i nduktiv en Kennwerte erfolgen.
Die Gewährleistung der Eigensicherheit wi rd praktisch durch konstruktiv e Schutzmaßnahmen bzw. geeignete Schaltungsmaßnahmen sichergestellt.
M aßnahmen zur Vermeidung einer Funkenzündung bestehen darin, sicherzustellen, daß in den
eigensicheren Stromkreisen
der Betriebsmi ttel auch
im Fehlerfall nur so
geri nge Span-
nungen, Ströme bzw. Leistungen auftreten, daß damit beim Öffnen, Schließen und Erden der Stromkreise
durch
entstehende
Funken
eine
Zündung
der
umgebenden
ex plosionsfähigen
Atmosphäre v erhindert wird.
Die
Ermittlung,
entstehenden
bei
welchen
Funken
noch
Stromnicht
und
Spannungswerten
zündfähig
sind,
erfolgt
die
i m eigensicheren
ex perimentell
mi t
dem
Stromkreis genormten
Funkenprüfgerät und ist in sogenannten Zündgrenzkurven (Anhang A v on DIN EN 50020 / VDE 0170/0171 Teil 7/5.78) zur Beurteilung (einfacher) eigensicherer Stromkreise dokumentiert. Durch Spannungs- und Strombegrenzung sowie Beschränkung der max imalen äußeren Kapazität C a und Induktivi tät La auf Werte unterhalb der Zündgrenzkurv en nach DIN EN 50020 wird in einem eigensicheren Stromkreis eine Funkenzündung sicher v ermi eden.
Die Zündgrenzkurven sind für eine
3
Zündwahrscheinlichkeit v on etwa W ~ 10
aufgenommen,
d. h. im statistischen Mittel kommt es bei 1000 Funken einmal zur Zündung. Durch zusätzliches Berücksichtigen des Sicherheitsfaktors erniedrigt sich die Zündwahrscheinli chkeit um 2 bis 3 Zehnerpotenzen.
Die in EN 50020 angegebenen Zündgrenzkurven bezi ehen sich auf die bei ohmscher Strombegrenzung auftretenden li nearen Ausgangskennlinien. Schaltungen mit elektronischer Strom-
6ES5 998-0EX12
6 - 3
Die Zündschutzart Eigensicherheit "i"
S5-100U Ex-Baugruppen
begrenzung können danach nicht beurteilt werden. Sie zünden schon bei wesentlich niedri ger Wertekombination v on Strom und Spannung. Die maxi mal abgebbare Leistung P m ax bei elektronischer Strombegrenzung i st höher.
Zum A usschluß einer Wärmezündung sind die zusammenzuschaltenden Betriebsmi ttel entsprechend ihrem Erwärmungsv erhalten auszuwählen bzw. zu überprüfen. Letztlich ist die ermittelte Temperaturklasse eines Betri ebsmittels für den Einsatz maßgebend.
Da die Erwärmung eines am eigensicheren Stromkreis befindlichen Betriebsmi ttels maßgebli ch v on der zugeführten Leistung abhängig i st, dürfen den geprüften elektrischen Betriebsmitteln zur Gewährleistung der Eigensicherheit nicht mehr Strom, Spannung oder Leistung zugeführt werden, als nach deren Prüfbescheinigung zulässig i st. Dies i st für den Anwender eine einfache M öglichkeit, das Erwärmungsv erhalten eines Betriebsmittels zu beurteilen, ohne selbst Messungen v ornehmen zu müssen.
Zusammenfassung:
I nsgesamt wi rd am eigensicheren Stromkreis die durch i nduktiv e, kapazitiv e oder thermische Energiespeicher speicherbare Energie begrenzt, so daß die Gesamtenergie i m Stromkreis kleiner als die M indestzündenergie ist.
Letztlich
bestehen
auch
Schutzmaßnahmen
dahingehend,
daß
bei
der
Erzeugung
eines
eigensicheren Stromes bzw. einer eigensicheren Spannung aus dem Netz oder einer anderen Stromquelle die Eigensicherheit nicht durch den Ausfall der sie bestimmenden Bauelemente (z. B. Halbleiterbauelemente, Kondensatoren, Z-Dioden) beeinträchtigt wird.
Zur Beachtung:
Die im Folgenden angeführten Zündgrenzkurven sind der derzeit gültigen Fassung der Europanorm EN 50020 entnommen. dieser Norm mit
Jedoch ex istiert i nzwi schen schon eine v orläufi ge Neufassung
überarbeiteten Zündgrenzkurven,
bei
denen nur noch Ströme
von maxi mal
500 mA zugelassen sind, wie sie heute auch schon der Zulassungsprax is der PTB entsprechen.
6.1.2
Zü nd gren zkurven für d en oh m schen Strom kreis
Für Stromkreise
mi t v ernachlässigbar kleiner Induktiv ität und Kapazi tät auch als
ohmsche
Stromkreise bezeichnet sind in Bild 6.3 die Zündgrenzkurv en dargestellt. Die Leistung eines Kurzschlußfunkens ergibt sich hierbei aus dem Produkt v on Strom und Spannung, so daß bei großen Spannungen kleine Ströme und große Ströme bei kleinen Spannungen erlaubt sind.
Die Strom-Spannungs-Wertepaare auf der Zündgrenzkurve geben an, für welche Werte bei der Prüfung mit dem Funkenprüfgerät gerade keine zündfähigen Funken mehr entstehen.
Bei v orgegebener Max imalspannung U 0 (d. h. Leerlaufspannung) kann nun aus der Zündgrenzkurve der zugehöri ge Zündgrenzstrom ermittelt werden. Um den für einen eigensicheren Stromkreis zulässigen M axi malstrom I k (d. h. Kurzschlußstrom) zu erhalten, muß ein Sicherheitsfaktor berücksichtigt werden. Den Kurzschlußstrom I k erhält man durch Divi sion des aus der Zündgrenzkurve abgelesenen Zündgrenzstroms durch einen Sicherheitsfaktor 1,5.
6 - 4
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
Die Zündschutzart Eigensicherheit "i"
Beispiel:
Aus einer Zündgrenzkurve kann bei v orgegebener M ax imalspannung U 0 der zugehörige Zündgrenzstrom ermittelt werden. Den für den eigensicheren Stromkreis zulässigen Max imalstrom I k erhält man durch Div ision des Zündgrenzstroms durch den Sicherheitsfaktor 1,5. Dabei sind U 0 die Leerlaufspannung des eigensicheren Stromkreises und I k der Kurzschlußstrom.
Beispiel:
U 0 = 30 V
Ik =
150 1,5
mA = 100 mA
(unter Verwendung der Zündgrenzkurve für Ex plosionsgruppe II C, Bild 6.3).
I k
5 A
2 A
1 A
500 mA
200 mA
100 mA
50 mA
20 mA
10 mA 10 V
20 V
50 V
100 V
200 V
500 V
Spannung Uo
Bild 6.3
Zündgrenzkurven für ohmsche Strom kreise der Explo sionsgruppen I, IIA, I IB, II C (DIN EN 50020 v. 05.78, Anhang A)
6ES5 998-0EX12
6 - 5
Die Zündschutzart Eigensicherheit "i"
Die
bei
Funkenzündung
S5-100U Ex-Baugruppen
zugrundeli egende
Mi ndestzündenergie
ist
sehr
stoffabhängig
(vgl.
Tabelle 4.5). Die daraus abgeleitete Einteilung ex plosionsgeschützter elektri scher Betri ebsmittel i n Ex plosionsgruppen schlägt sich auch i n unterschiedlichen Zündgrenzkurven nieder.
Bei der Aufstellung der Zündgrenzkurven wird für jede Ex plosionsgruppe mit Hilfe des Funkenprüfgeräts das gefährlichste Gas der Gruppe in der zündwi lligsten Mi schung mit Luft geprüft. Praktisch läßt sich damit bei Anwendungen der Ex plosionsgruppen II B und I IA eine Reduzi erung der Anforderungen an eigensichere Stromkreise erreichen. Es sind somit höhere Spannungsund Stromwerte entsprechend der jeweili gen Zündgrenzkurve zugelassen.
6.1.3
Zü nd gren zkurven für kapazitive Strom kreise
I nduktiv itäten oder Kapazitäten sind in einem Stromkreis in der Lage, Energie zu speichern, die unterstützend auf eine Zündung wirkt. Es wird hierbei entstehenden Funken zusätzliche Energie beim Öffnen bzw. Schließen des Stromkreises zugeführt.
Kapazitäten stellen beim Schließen eines Stromkreises sehr schnell die gespeicherte Energie W = 1/2 CU hoher
2
zur Verfügung. Zu Beginn der Berührung der Kontaktflächen fließt daher sofort ein
Strom,
der
die
mi kroskopisch
kleinen
Erhöhungen
auf
der
M aterialoberfläche
zum
Schmelzen oder Verdampfen bringen kann und dami t zur Bildung sogenannter Spratzfunken beiträgt.
Die höchste i m Stromkreis auftretende Spannung, die Leerlaufspannung U0, steht i m Zusammenhang
mit
der Größe
der in
einem eigensicheren Stromkreis
zulässigen Kapazität C a . Diese
Beziehung ist ex perimentell mit einem Prüfgerät ermittelt und als Zündgrenzkurve für kapazitive Stromkreise in Anhang A der DIN EN 50020 dokumentiert.
Beim Gebrauch der Zündgrenzkurven i st ein Sicherheitsfaktor zu berücksichtigen, indem der Wert für die Leerlaufspannung U 0 zunächst mi t dem Sicherheitsfaktor v on 1,5 multipliziert und danach für diesen Wert die zulässige Kapazi tät C a aus der Zündgrenzkurve bestimmt wird.
Beispiel für kapazitive Stromkreise
Bild 6.4 zeigt die Zündgrenzkurven für kapazitive Stromkreise (Gruppe II C). Die Größe der in einem eigensicheren Stromkreis
zulässigen
Kapazität
Ca ist
abhängig
v on der höchsten im
Stromkreis auftretenden Spannung (Leerlaufspannung) U 0. Diese Spannung ist mi t dem Sicherheitsfaktor 1,5 zu multiplizieren. Beispiel für die Ex plosionsgruppe II C:
U 0 = 24 V
U0
.
1,5 = 36 V,
daraus folgt Ca = 200 nF (aus Cd-Kurv e) Ca = 500 nF (aus Sn-Kurve)
6 - 6
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
Die Zündschutzart Eigensicherheit "i"
Kapazität
10000 µF
3000 µF
1000 µF
300 µF
100 µF C+40 Ω (Cd)
30 µF C+15 Ω (Cd) 10 µF C+5,6 Ω (Cd) 3 µF
(Sn)
1.0 µF
(Cd) 0,3 µF
0,1 µF
0,03 µF
0,01 µF 1 V
3 V
10 V
30 V
100 V
300 V
1000 V Spannung
M inde stzünd sp annung en, a nz uwe nd en b ei e lektrischen Be trie bsm itte ln de r G rup pe IIC. Die mit Sn ge ke nnze ichnete Kurve ist nur b ei e lektr. Betrieb smitteln ohne Ca dm ium, Zink, M a gnesium o de r Aluminium a nz uwe nd en
Bild 6.4
Mindestzündspannungen in kapazitiven Strom kreisen (DIN EN 50020, Anhang A)
6ES5 998-0EX12
6 - 7
Die Zündschutzart Eigensicherheit "i"
6.1.4
S5-100U Ex-Baugruppen
Zü nd gren zkurven für in du ktive Strom kreise
I nduktivitäten verursachen Funkenbildung beim Öffnen eines Stromkreises. Die gespeicherte Energie W = 1/2 LI
2
bewirkt beim Öffnen v on Kontakten eine hohe Spannung, wodurch eine
beträchtliche freie Luftstrecke durch eine elektrische Entladung in Form eines Lichtbogens überbrückbar ist. Der Zusammenhang zwischen sicherheitstechnisch
max imalem Strom im Kurz-
schlußfall I k und der zulässigen Induktivi tät La ist wiederum in Zündgrenzkurv en dargelegt.
Auch hier ist bei Benutzung der Zündgrenzkurven ein Sicherheitsfaktor zu berücksichtigen, indem zunächst der Kurzschlußstrom I k mit dem Sicherheitsfaktor 1,5 multipliziert wird. Mit dem resultierenden Stromwert ist die zugehöri ge I nduktiv ität La aus der Zündgrenzkurve ablesbar (siehe Beispiel).
Allgemein sei hier für die Anwendung der Zündgrenzkurven festgestellt, daß sie nicht nur für die Prüfung einzelner elektrischer Betriebsmittel sondern auch für Zusammenschaltungen mehrerer zugehöriger Betriebsmi ttel in
einem eigensicheren Stromkreis
wichtig
sind.
Dabei
sei
darauf
hingewiesen, daß die i n den Zündgrenzkurv en v erwendeten Werte für Kurzschlußstrom I k und Leerlaufspannung U 0 nie gleichzeitig auftreten können. Tatsächli ch werden die Werte im eigensicheren Stromkreis zwangsläufig niedriger liegen. Das Bild 6.5 zeigt die Zündgrenzkurve für i nduktiv e Stromkreise.
Für Stromkreise, die Komponenten mit induktiv em Verhalten enthalten, i st der Öffnungsfunke kritisch. Die gespeicherte Energie wird hier außer v om I nduktiv itätswert auch v on der Größe des fließenden Stromes bestimmt. Sie bewi rkt beim Öffnen des Kontaktes eine hohe Spannung, die i n der Lage i st, auch noch eine beträchtliche freie Luftstrecke durch eine elektri sche Entladung (Lichtbogen) zu überbrücken. Die zulässige Induktivi tät La i st abhängig v om sicherheitstechnisch max imalen Strom I k im Kurzschlußfall. Auch hier ist wieder der Sicherheitsfaktor 1,5
zu berück-
sichtigen.
Beispiel für die Ex plosionsgruppe I IC:
I k = 20 mA,
6 - 8
I k = 20 mA
.
1,5 = 30 mA,
daraus folgt La = 85 mH
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
Die Zündschutzart Eigensicherheit "i"
Induktivität
1 H
500 mH
200 mH
100 mH
50 mH
20 mH
10 mH
5 mH
2 mH
1 mH
500
200
5 mA
10 mA
M inde stzünd strö m e, a nz uwe nd en
20 mA
be i e lektrischen
50 mA
100 mA
200 mA
500 mA
1 A
Strom I k
Betrieb smitteln m it Cad m ium, Zink,
M a gnesium o de r Aluminium m it U = 24 V.
Bild 6.5
Zündgrenzkurven für induktive Strom kreise nach DIN EN 50020, Anhang A
6ES5 998-0EX12
6 - 9
Die Zündschutzart Eigensicherheit "i"
6.1.5
S5-100U Ex-Baugruppen
A nw end un g der Zü nd gren zkurven
I m PTB-Bericht W39 wi rd ausdrückli ch darauf hingewiesen, daß die in der EN 50020 abgebildeten Zündgrenzkurven nur für elektri sche Betri ebsmittel mit li nearen Strom-/Spannungs-Ausgangskennli nien anzuwenden sind.
6.2
Betrieb s mittel im eigensicheren Strom kreis
6.2.1
Der
Unterteilung eigen sicherer Betriebsm ittel
prinzipielle
Aufbau
einer
eigensicheren
Anlage
zum
Messen,
Steuern
und
Regeln
im
ex plosionsgefährdeten Bereich wi rd i n Bild 6.6 gezeigt. Außerhalb des ex plosionsgefährdeten Bereichs z. B. in einer Meßwarte befinden sich die benötigten Automatisierungs- und Anzei gegeräte, die selbst nicht ex plosionsgeschützt sein müssen. Alle in den ex plosionsgefährdeten Bereich führenden Feldstromkreise müssen eigensicher ausgeführt sein. Trennstufen zwischen den eigensicheren Feldstromkreisen und den nicht eigensicheren Wartenstromkreisen bewirken die
notwendige
Spannungs-
und
Strombegrenzung
für
den
eigensicheren
Bereich.
Die
Errichtungsv orschriften für eigensichere Anlagen sind deshalb insbesondere auf die Feldstromkreise und die Trennstufen anzuwenden.
Die Trennstufen können als separate Betri ebsmittel ausgeführt (z. B. als Sicherheitsbarrieren, Trennübertrager) oder in SIM ATIC-Ex -Baugruppen integriert sein.
Die SI MATI C Ex -Baugruppen mi t integri erten Trennstufen haben den Vorteil, daß der Platzbedarf und die Verdrahtungskosten reduziert werden. Außerdem kann eine softwaremäßige Umv erdrahtung vorgenommen werden.
A u t o m a t i s i e r u n g s s y s t e m
h ci
et e w
nicht
r re a
eigensichere
s B
R e g l e r
s r
-
R e c h n e r
-
S P S
-
S c h r e i b e r
-
A n z e i g e g e r ä t e
Stromkreise
e er e
M . h .Bz ic s
Ex-Trennung (separat oder integriert)
r et
eigensichere
e
Stromkreise
rd h fä
E
e
h n e
ci g
T
re s oi
E A Feldgeräte
B s lo px e
G Messumformer
Stellglieder Anzeigen
Bild 6.6
6 - 10
Befehlsgeräte Geber
Meldegeräte
Typischer Aufbau einer eigensicheren MSR-Anlage
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
Schon in
Die Zündschutzart Eigensicherheit "i"
Abschnitt 4.2.7 wurden die Betriebsmi ttel im eigensicheren Stromkreis eingeteilt in
eigensichere
und
zugehörige
elektrische
Betriebsmittel.
Die
eigensicheren
Betriebsmittel
werden weiterhin unterschieden in:
• •
aktive eigensichere Betri ebsmittel passive eigensichere Betriebsmi ttel
Diese Unterscheidung i st für eine eventuell erforderliche Zulassung für die Zone 1 wesentlich. Eigensichere Betriebsmittel benötigen für die Zone 0 in jedem Fall eine Baumusterprüfung.
Aktive Betriebsmittel (Quellen)
Passive Betriebsmittel ohne Speicher
+ -
Passive Betriebsmittel mit Speicher
Anzeigeinstrument
Schalter Thermoelement
Komplexe passive Betriebsmittel
E
LED Fotoelement
Klemmenkasten
Lautsprecher
Widerstandsgeber
dynamische Mikrofonkapsel
Bild 6.7
F ... ... induktiver Fühler
Steckverbindungen
Transmitter mit komplexer Elektronik
Betriebsmittel mit Strom- oder Spannungswandlung
Zusamm enstellung eigensicherer Betriebsmittel
A ktive eigensichere Betriebsmittel enthalten eine eigene Spannungsquelle, so daß mi t geeigneten schaltungstechnischen Maßnahmen eine Begrenzung der Spannungs- und Stromwerte erreicht werden muß. Sie müssen typgeprüft und zugelassen sein, es sei denn, die elektrischen Werte 1,2 V, 0,1 A, 20
µJ
oder 25 mW (EN 50014) werden nicht überschritten. Zu diesen nicht
zu bescheinigenden Betriebsmitteln gehören beispielsweise Thermoelemente, Fotoelemente und dynamische M ikrofonkapseln.
Bei passiven eigensicheren Betriebsmitteln ohne elektrische, magnetische oder thermische Energiespeicher
muß
keine
zusätzli che
Energie
im
eigensicheren
Stromkreis
hinsichtli ch
Funkenbildung oder unzulässiger Erwärmung beachtet werden. Zu diesen Betriebsmi tteln werden beispielsweise Schalter, Steckverbindungen, Klemmkästen, Leuchtdioden, Kaltleiter und Widerstandsgeber gezählt. Sie können ohne besondere schaltungstechnische Maßnahmen als eigensichere Betriebsmittel angesehen werden und brauchen nach DIN VDE 0165 nicht bescheinigt und keiner Ty pprüfung unterworfen werden.
Natürlich müssen die elektrischen Kenndaten und das Erwärmungsv erhalten des Betriebsmittels bekannt und die Baubestimmungen nach DIN EN 50020 / VDE 0170/0171 Teil 7 eingehalten sein. Das trifft insbesondere zu auf die Verhinderung v on elektrostatischen Aufladungen, die Einhaltung v on Luft- und Kriechstrecken bzw. ausreichenden Abständen an den Anschlußteilen.
6ES5 998-0EX12
6 - 11
Die Zündschutzart Eigensicherheit "i"
S5-100U Ex-Baugruppen
Baubestimmungen nach DIN EN 50020
•
Gehäuse mindestens I P 20
•
Distanz zwischen Anschlußteilen eigensicherer Stromkreise und Anschlußteilen oder blanken Leitern nicht eigensicherer Stromkreise, mindestens 50 mm.
•
Luftstrecke zwischen Anschlußteilen eigensicherer Stromkreise und geerdeten metallischen Teilen
≥
3 mm
zwischen zwei v erschiedenen eigensicheren Stromkreisen
≥
•
6 mm.
Trennung leitfähiger Teile Spannung Kri echstrecke in Luft, mm
•
375 V
30 V
10
2
Luftstrecke, mm
6
Abstand in Verguß, mm
2
2 0,7
Isolationsspannung zwischen Teilen eigensicherer Stromkreise und Teilen, die geerdet werden dürfen, doppelte Spannung mi ndestens AC 500 V. Isolationsspannung
zwischen eigensicheren Stromkreisen
und Teilen
nicht
eigensicherer
Stromkreise 2 x U + AC 1000 V, mindestens aber AC 1500 V.
I st
bei
passiven
eigensicheren
Betriebsmitteln
mit
Energiespeicher
das
elektrische
und
thermische Verhalten eindeutig erkennbar, müssen sie nicht einer Baumusterprüfung unterzogen werden, da hier der Errichter oder der Betreiber die Verantwortung trägt.
Sind die Verhältnisse aber nicht eindeutig, sollte das elektrische und thermische Verhalten des Betri ebsmittels im Rahmen einer Baumusterprüfung ermittelt und damit bescheinigt werden. Dies trifft besonders schwer
zu
bei komplex en passiv en Betriebsmitteln zu, da hier die innere Schaltung nur
beurteilen
ist.
Beispiele
hierfür
sind
Transmitter
mit
komplex er
Elektronik
sowie
Betri ebsmittel mit Strom- oder Spannungswandlung. Bei diesen Betriebsmi tteln ist es notwendig, die Grenzkenndaten (innere I nduktiv ität, Kapazität usw.) bei der Kennzeichnung der Geräte mit anzugeben.
Die
zugehörigen
elektrischen
Betriebsmittel
erfordern
eine
Bauweise,
die
die
sichere
Trennung der eigensicheren v on den nicht eigensicheren Stromkreisen sowie die Begrenzung der Strom- und Spannungswerte für eigensichere Stromkreise gewährleistet. Derartige Betriebsmittel sind grundsätzlich einer Baumusterprüfung zu unterziehen.
Bei zugehörigen elektrischen Betriebsmi tteln sind die Anschlußteile für äußere Stromkreise so zu gestalten, daß eine Beschädigung von Bauteilen beim Anschließen ausgeschlossen wird. Um bei Anschlußarbeiten ausschließen
zu
ein
Verwechseln
können,
müssen
v on
eigensicheren
Anschlußteile
von
und
nicht
eigensicheren
eigensi cheren und
nicht
Leitungen
eigensicheren
Stromkreisen mindestens 50 mm Fadenmaß v oneinander entfernt angeordnet und besonders gekennzeichnet sein. Diese Forderung gilt aber nur für äußere
Anschlußteile, zu denen der
Betreiber Zugriff hat.
6 - 12
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
Die Zündschutzart Eigensicherheit "i"
Typprüfung notwendig?
Bescheinigung
Errichten ausserhalb
zugehörig
Elektrische
[EEx i ...]
Ex-Bereich o. weitere
Betriebsmittel?
Zündschutzart
eigensicher
nein (passiv)
Spannungsquelle enthalten?
ja (aktiv)
Werte? < 1,2 V
Kenntnis
u. < 0,1 A
und < 20 . 10
-6
nein
J
der elektr. Daten
verhaltens?
ja
jedoch:
[EEx i ...]
u. des Erwärmungs-
u. < 25 mW
Keine Bescheinigung
Bescheinigung nein
ja
Bescheinigung
Keine Bescheinigung
[EEx i ...]
erforderlich!
- Bauvorschriften - identifizierbar
Bild 6.8
Übersicht zur Anwahl von Betriebsmitteln für die Zo ne 1
6.2.2
W irkung sweise von Sicherheitsbarrieren
Sicherheitsbarrieren sind Trennstufen zwischen dem eigensicheren und dem nicht eigensicheren Teil eines Stromkreises, wobei sie eine Spannungs- und Strombegrenzung bewirken aber in der Normalausführung keine galvanische Trennung bieten.
Nachfolgend soll die Wirkungsweise einer Sicherheitsbarriere kurz erläutert werden, die aus einer Schmelzsicherung, Z-Diode und einem Widerstand besteht und deshalb auch Z-Barriere genannt wi rd
(s. Bild
6.9). Aus Sicherheitsgründen müssen dabei die Z-Dioden mi ndestens zweifach
v orhanden sein.
6ES5 998-0EX12
6 - 13
Die Zündschutzart Eigensicherheit "i"
S5-100U Ex-Baugruppen
Die Aufgabe einer Sicherheitsbarri ere i st es, den Strom und die Spannung des eigensicheren Stromkreises selbst im Fehlerfall zu begrenzen. Zwei denkbare Fehler sind hier zu beachten:
• •
unzulässig hohe Spannung auf der nicht eigensicheren Seite und Kurzschluß auf der eigensicheren Seite.
Würde auf Grund eines Fehlers auf der nicht eigensicheren Seite der Sicherheitsbarriere die Spannung U über einen zulässigen Wert ansteigen, so begrenzen die Zenerdioden die Spannung für den eigensicheren Stromkreis auf den Wert der Z-Diodenspannung. Zum Schutz der Z-Dioden i st eine Sicherung F v orgeschaltet, so daß bei zu hoher Strombelastung die Sicherung zuerst anspricht,
bevor die
Z-Dioden überlastet
bzw. zerstört
werden.
Sicherung und Z-Diode sind
anhand ihrer Strom-Zeit-Kennlinien entsprechend aufeinander abgestimmt.
Im
Falle
eines
Kurzschlusses
auf
der
eigensicheren
Seite
begrenzt
der
Widerstand
R
den
Kurzschlußstrom auf einen zulässigen Wert.
explosionsgefährdeter Bereich
sicherer Bereich
R
I
F
Messumformer
nicht eigensichere
eigensichere
Anzeiger
U0
Seite
Schalter
Regler Schreiber
Seite
SPS
zentraler Erdungspunkt
Bild 6.9
Da
alle
Prinzipschaltbild einer Sicherheitsbarriere
Bauelemente
einer
Sicherheitsbarriere
gemeinsam
den
Schutz
eines
eigensicheren
Stromkreises sicherstellen, werden sie üblicherweise auch gemeinsam vergossen.
Hinweis Es
sei
nochmals
bemerkt,
daß
Sicherheitsbarrieren
im sicheren Bereich
errichtet
werden müssen.
Sicherheitsbarrieren bereiten mi tunter Probleme, weil die interne Sicherung oft schon bei einem hinsichtlich des Ex plosionsschutzes unkri tischen Klemmenkurzschluß auslöst und die Barri ere damit i rreparabel zerstört ist.
6 - 14
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
6.2.3
Die Zündschutzart Eigensicherheit "i"
Betriebsm ittel oh ne galvan ische Tren nu ng
Schon das Bild 6.1 zeigt eine Anwendung für einen eigensicheren Stromkreis ohne galv anische Trennung.
Trotz der Spannungs- und Strombegrenzung kann es im eigensicheren Stromkreis zu unzulässig hohem Potential gegen Erde kommen. Da hier keine galv anische Trennung zwischen eigensicherem und nicht eigensicherem Stromkreis vorli egt, müssen folgende Maßnahmen ergriffen werden:
•
Potentialausgleich i m gesamten Bereich der Erri chtung des eigensicheren Stromkreises, der für den ex plosionsgefährdeten vorhanden sein muß,
•
kurze Verbindung zwischen der Erdungsklemme der Sicherheitsbarriere und dem Potentialausgleich,
• Bi ld
2
Wahl eines entsprechend hohen Leitungsquerschnittes (mindestens 1,5 mm
6.10
zeigt
die
Wirkungsweise
der
Potentialausgleichsv erbindung,
die
im
Cu).
Fehlerfall
das
Fließen v on Ausgleichsstömen über den eigensicheren Stromkreis v erhindert. Innerhalb einer Anlage werden dadurch Potentialdifferenzen zwi schen dem eigensicheren Stromkreis und leitfähigen Anlagenteilen vermieden.
Anlagenkomplex 1
Anlagenkomplex 2
PA
kein Funke
Ausgleichsstrom über PA-Leitung Erdpotential 1
Erdpotential 2
Sicherheitsbarriere mit PA-Anschluss
Bild 6.10
Wirkungsweise der Po tentialausgleichsverbindung
Ergänzend sei hier bemerkt, daß ein eigensicherer Stromkreis nur an einer Stelle geerdet werden darf. Bei der Anwendung i n erdgebundener Ausführung gemäß Bild 6.1 erfolgt hier die Erdung an der eingesetzten Sicherheitsbarriere; eine weitere Erdung, z. B. im ex plosionsgefährdeten Bereich, ist nicht erlaubt.
Nachteile von Sicherheitsbarrieren
Der Einsatz v on Sicherheitsbarri eren mit
Z-Dioden ist auch mit einigen Nachteilen behaftet.
Beispielsweise haben Barrieren einen hohen Längswiderstand,
der zudem noch temperatur-
abhängig ist. Außerdem weisen Z-Dioden Leckströme bei Eingangsspannungen im Bereich auf. Der Einsatz v on Sicherheitsbarrieren zur Spannungs-/Strombegrenzung ohne galv anische Trennung zwi schen dem eigensicheren und nicht eigensicheren Stromkreis i st für die Zone 0 nicht gestattet, auch wenn die Ausführung sonst den Forderungen der Kategorie "i a" entspricht.
6ES5 998-0EX12
6 - 15
Die Zündschutzart Eigensicherheit "i"
S5-100U Ex-Baugruppen
I n der M SR-Technik kann es Anwendungen geben, die eine unmittelbare Erdung eines eigensi cheren
Stromkreises
nicht
immer
zulassen.
Für
diese
Fälle
wurden
spezielle
Sicherheits-
barrieren für erdfreien Aufbau entwickelt.
6.2.4
Betriebsm ittel m it galvanisch er Trenn un g
Oft ist eine galvanische Trennung zwischen eigensicherem und nicht eigensicherem Stromkreis aus meßtechnischen Gründen oder aber auch aus sicherheitstechnischen Gründen zwingend erforderli ch (Bild 6.11).
I m Hinblick auf die M eßtechnik bietet die galv anische Trennung neben einer größeren Freizügigkeit bei der Zusammenschaltung mit anderen Betri ebsmitteln auch eine erhöhte Störsicherheit. Außerdem kann der Betreiber auf den Anschluß einer zusätzli chen Potentialausgleichsleitung v erzichten.
Si cherheitstechnische
Gründe
li egen
beispielsweise
v or,
wenn
im
eigensicheren
Stromkreis
liegende Sensoren geerdet sind oder die Prüfspannung v on 500 V gegen Erde nicht eingehalten werden kann. Hier ist dann die galv anische Trennung zwingend erforderlich, da ja eine Erdung des eigensicheren Stromkreises nur an einer Stelle erfolgen darf.
Für Betri ebsmittel,
deren eigensichere Stromkreise
für Zone 0 vorgesehen sind, wird in
der
Bundesrepublik Deutschland bei der Zulassung die galv anische Trennung v orausgesetzt.
Die galv anische Trennung durch Übertrager muß den Baubestimmungen der EN 50020 entsprechen, d. h. die v orgeschriebenen Kriech-Luftstrecken, die Spannungsfestigkeit v on 2500 V usw. müssen
eingehalten
werden.
Die
Maßnahmen
sichern
die
galv anische
Trennung
auch
im
Fehlerfall, wenn z. B. die volle Netzspannung am Übertrager anli egt.
Das Pri nzi p der galv anisch trennenden Sicherheitsbarrieren oder SIM ATIC S5-Ex -Baugruppen besteht
dari n,
daß
eine
angelegte
Gleichspannung
über
einen
Zerhacker
in
ein
Wechsel-
spannungssignal umgeformt wird, das über den Übertrager galv anisch getrennt auf die Ausgangsseite
übertragen
und
dort
wieder
gleichgeri chtet
wird.
Die
nachgeschaltete
Strom-
und
Spannungsbegrenzung garantiert die Eigensicherheit des Ausgangsstromkreises.
galvanische Trennung
Anlagenkomplex
1
Anlagenkomplex
(Ex-Bereich)
2
kein Ausgleichsstrom über eigensicheren Stromkreis möglich - kein PA-Anschluss notwendig - Erdung des eigensicheren Betriebsmittels erlaubt (max. ein Erdungspunkt)
Bild 6.11
6 - 16
Anwendung m it galvanischer Trennung
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
Die Zündschutzart Eigensicherheit "i"
Vorteile einer galvanischen Trennung
•
Es i st Einsatz i n der Zone 0 (Kategori e "ia") mögli ch, denn die Errichtungsbestimmungen verlangen hier galv anische Trennung.
•
Die eigensicheren Betriebsmi ttel i m Feld können betri ebsmäßig geerdet werden, so daß bei Erdung an nur einem Punkt kein Ausgleichsstrom fließen kann.
•
Es können meßtechnisch keine Fehler durch Erdpotentiale auftreten.
•
Es
i st
keine
zusätzliche
Potentialausgleichsleitung
nötig,
was
den
I nstallationsaufwand
veringert.
•
Eigensicherer Stromkreis und Auswertestromkreis können auf unterschiedlichem Potential liegen.
6.3
6.3.1
Z usam m enschaltung im eigensicheren Strom kreis /5/
Eigensicherer Strom kreis m it einem zug ehörigen elektrischen Betriebsm ittel
Zur Gewährleistung der Eigensicherheit
gelten in
einem eigensicheren
Stromkreis
höchstzu-
lässige Werte für Induktivi täten, Kapazitäten und Temperatur, die beim Anschluß eigensicherer elektrischer Betriebsmi ttel im eigensicheren Stromkreis sicherzustellen sind.
Für den Fall, daß sich nur ein zugehöriges Betriebsmittel im eigensicheren Stromkreis befindet, kann
gemäß
zulässigen
Bild
Werte
6.12 sind
v orgegangen
werden.
Die
für
den
der Baumusterprüfbescheinigung
eigensicheren
zu entnehmen,
Stromkreis
wobei
die
höchst-
zulässige
Kapazität C a v on der sicherheitstechnischen max imalen Spannung U 0 (Leerlaufspannung) und die I nduktiv ität La v om Kurzschlußstrom I k des zugehörigen Betriebsmittels abhängig ist.
Für die im ex plosionsgefährdeten Bereich v orgesehenen Betriebsmittel sowie deren Leitungen müssen die wirksame Kapazität sowie Induktiv ität (Ci und Li) ermittelt werden. Für die Gewährleistung der Eigensicherheit wird nun überprüft, ob die Werte für die wi rksame Kapazität C i bzw. I nduktiv ität Li nicht die höchstzulässigen Werte C a bzw. La überschreiten.
Bei der Ermittlung der wirksamen Kapazität von Leitungen können diese meist v ereinfacht als konzentrierte Kapazitäten behandelt werden. Bei handelsüblichen Kabeln und Leitungen kann grob v on einer Kabelkapazi tät von 200 nF/km und eine Kabelinduktiv ität von 1 mH/km ausgegangen werden.
In
der Tabelle
6.1
sind
die
zu beachtenden Bedingungen
bei
der
Zusammenschaltung
des
eigensicheren Betriebsmittels und eines zugehörigen Betriebsmittels aufgeführt. U m ax , I m ax , P m ax , C m a x und L ma x sind die Max imalwerte des Betriebsmi ttels gemäß seiner Konformitätsbescheinigung.
6ES5 998-0EX12
6 - 17
Die Zündschutzart Eigensicherheit "i"
Tab. 6.1
S5-100U Ex-Baugruppen
Vergleich der sicherheitsrelevanten G renzwerte
Feldgerät + Kabel
Vergleich
zughöriges Betriebsmittel
Um a x
≥
U0
I m ax
≥
Ik
P m ax
≥
P
C i Feld ge rät einschli eßlich + C Kab el
≤
Ca
Li Feld ge rät einschli eßlich + L Kab el
≤
La
Die Einhaltung der höchstzulässigen Temperatur wird gewährleistet, indem zunächst das eigensichere
Betriebsmi ttel der
geforderten
Temperaturklasse
musterprüfbescheinigung die Höchstwerte v on Strom I ma x Leistung P m ax
zu
entnehmen,
mit
denen
das
entspricht.
Weiterhin
und Spannung U m ax
sind der
Bau-
bzw. der zul.
eigensichere Betriebsmittel max imal betrieben
werden darf. Diese sind Grundlage für die Auswahl des zugehörigen Betriebsmittels, das die sicherheitstechnischen Werte U 0 , I k
6 - 18
und P m ax selbst im Fehlerfall einzuhalten hat.
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
Die Zündschutzart Eigensicherheit "i"
Feldgerät + Kabel
Vergleich
zughöriges Betriebsmittel
Um a x . =
15,5 V
=
52
P m ax =
169
I m ax
mA mW
C i Feld ge rät
=
125 nF
Li Feld ge rät
= 0,72 mH
+
C Ka be l
=
20
nF
+
L Ka be l
=
0,1 mH
≥
U0
=
≥
Ik
=
43
mA
≥
P
=
97
mW
≤
Ca
=
3
≤
La
=
20
10,1V
µF mH
SIMATIC S5-Ex-DigitalEingabebaugruppe
Uo
= 10,1 V
Ik
= 43 mA
P
= 97 mW
L
< 20 mH
C
a
Zugehöriges elektrisches Betriebsmittel
< 3000 nF
a
)
Uo
Leerlaufspannung
Ik
Kurzschlussstrom
La
max. abgegebene
max
0
zul. äussere Kapazität bzw. Induktivität im eigensiche-
P
m
Ca
(aktiv)
ren Stromkreis
Ri
Leistung
*
Innenwiderstand
0 1( l L Kabel
= 1 mH/km
C
= 70 nF/km
Kabel
U I
max
max
K
h
= 52 mA
L
= 0,720
i
a
Eigensicheres elektrisches Betriebsmittel
= 169 mW
C
b
= 15,5 V
P max i
*) nicht immer angegeben
e
= 125
ic
max
e B-
mH
x
Ci
das Betriebsmittel
wirksame innere Kapazität bzw. Induktivität im eigen-
betrieben werden darf
I
E
nF
Grenzwerte mit denen
U
er
(passiv)
Li
max
sicheren Stromkreis
P
max
Näherungsschalter
Bild 6.12
Zulässige Zusamm enschaltung innerhalb eines eigensicheren Stro mkreises
Für vi ele eigensicheren Betriebsmittel gibt die Baumusterprüfbescheinigung auch an, für welche max i mal
zulässi ge
Betri ebsmittel nicht
Leistung mehr
Leistungsberechnung P m ax = 1/4 U 0
x
Ik.
gilt
Je
das
Leistung bei
nach
Betriebsmittel liefern,
elektrischen Kennlinie
ausgelegt
ist.
Dann
um die Eigensicherheit Betriebsmi tteln
können
dagegen
mit
zu
darf
ohmscher
elektrische
das
zugehörige
gewährleisten.
Für die
Strombegrenzung
Betri ebsmittel
mit
elek-
tronischer Strombegrenzung bis zu P ma x = U 0 x I k liefern.
6ES5 998-0EX12
6 - 19
Die Zündschutzart Eigensicherheit "i"
6.3.2
S5-100U Ex-Baugruppen
Eigensicherer Strom kreis m it m eh reren zug ehörigen elektrischen Betriebsm itteln (A nforderung en für d as Errichten in Z on e 0 u nd 1)
Zusammenschaltung von mehreren Betriebsmitteln
In
Berechnungsverfahren nach DIN VDE 0165/2.91 bzw. PTB-Bericht W-39
der
DIN
VDE
0165/2.91
wi rd
für
Anlagen
mi t
eigensicheren
Stromkreisen
mit
mehreren
zughörigen Betriebsmi tteln gefordert, eine Sy stembeschreibung zu erstellen. Beim Zusammenschalten eigensicherer Stromkreise mit mehr als einem zugehörigen Betriebsmittel ist rechnerisch oder meßtechnisch nachzuweisen, daß die Eigensicherheit sichergestellt ist.
Die Möglichkeiten einer Stromadditition oder einer Spannungsaddition sind dabei sorgfältig zu prüfen.
Die
höchstzulässi ge
Kapazität
bzw.
Induktiv ität
ist
für
den
Summenstrom
bzw.
die
Summenspannung zu ermitteln. Für die Zone 0 genügt allerdings der rechnerische Nachweis nicht. Hier sind nur bescheinigte Zusammenschaltungen mehrerer zugehöriger Betri ebsmittel erlaubt.
Die zur Begrenzung v on Strom und Spannungen v erwendeten Bauelemente der zusammengeschalteten Betriebsmi ttel dürfen auch im Störungsfall nicht überlastet werden, worüber ein meßtechnischer oder rechnerischer Nachweis zu führen ist. In der DIN VDE 0165/2.91 ist ein Berechnungsverfahren für zugehörige elektri sche Betriebsmittel mit einer li nearen Strom-/Spannungs-Ausgangskennlinie angegeben.
Für die Zusammenschaltungen mi t aktiven Betri ebsmitteln, die nichtlineare Strom-/Spannungskennli nien besitzen, verweist die DIN VDE 0165/2.91 auf den PTB-Bericht W-39. Diese "Betriebsmittel" können i m Normalbetrieb oder nur im Fehlerfall Betriebsmittel mit aktiv en, eigensicheren Stromkreisen sein.
Welches der beiden genannten Berechnungsv erfahren anzuwenden ist, muß aus der Form der Ausgangskennlinie
aller
zusammengeschalteten
zugehöri gen
Betri ebsmittel
ermi ttelt
werden.
Das Berechnungsverfahren gemäß PTB-Beri cht W-39 gilt sowohl für lineare, trapezförmige und rechteckförmige Strom-/Spannungs-Ausgangskennlinien. Ein meßtechnischer Nachweis gemäß PTB-Beri cht W-39 i st derzeit nur v on deiner Prüfstelle durchgeführt werden.
Ermittlung der Strom-/Spannungs-A usgangskennlinie
Im
PTB-Bericht
W-39
wird
grundsätzlich
Strom-/Spannungs-Ausgangskennli nie
zwischen
li nearer,
unterschieden.
Alle
trapezförmiger
aktiv en
und
rechtecki ger
Betriebsmittel
und
deren
Ersatzschaltung sind auf einen der drei dargestellten Grundtypen zurückzuführen.
Da gemäß der DIN VDE 0165/2.91 alle Betri ebsmittel mit aktiv en eigensicheren Stromkreisen bescheinigt sein müssen, sind den jeweiligen Baumusterprüfbescheinigungen dieser Betriebsmittel die Kenngrößen: Leerlaufspannung
U0
Kurzschlußstrom
Ik
Innenwi derstand
R
max imal abgegebene Leistung
Pm a x
zu entnehmen. Anhand dieser Kennwerte sind Rückschlüsse auf die Art der Kennlinie mögli ch (Bild 6.2):
6 - 20
P ma x = 1/4 U 0 x I k
-
lineare Kennlinie
P ma x = U 0 x I k
-
rechteckförmige Kennlinie.
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
Die Zündschutzart Eigensicherheit "i"
Um dem Planer oder Betreiber die Ermi ttlung der Summen-Ausgangskennli nie zu erleichtern, geben die PTB und BVS neuerdings den Innenwi derstand R und bei nichtlinearen Kreisen auch die Kennli nienform an. Fehlen bei älteren Betriebsmitteln diese elektrischen Daten, so sind sie v om Hersteller des Betriebsmi ttels oder v on der Prüfstelle zu erfragen.
Berechnungsverfahren für lineare Strom-/Spannungskennlinien
Das Berechnungsv erfahren gemäß DIN VDE 0165/2.91 gilt nur für eigensichere Stromkreise mit zugehörigen Betriebsmi tteln, die eine li neare Strom-/Spannungskennlinie besitzen. Die Zusammenschaltung der aktiv en Betriebsmittel ist als ein einziges elektrischen Betri ebsmittel zu betrachten und der Fehlerbetrachtung nach DIN EN 50020/VDE 0170/0171 Teil 7/5.78, Abschnitt 4 zu unterziehen.
I n einem Netzwerk eigensicherer Stromkreise mit mehreren zugehörigen Betriebsmitteln müssen an jeder Stelle des Netzwerkes folgende Bedingungen eingehalten sein:
1.
Die sich aus der Vermaschung des gesamten Netzwerkes oder auch eines Teiles davon ergebende höchstmögliche Spannung darf nicht größer sein als diejenige, die sich aus DIN EN 50020/VDE 0170/0171 Teil 7/5.78 Bilder A 2.1 und A 2.2 für den mi t dem Sicherheitsfaktor 1,5 multiplizierten höchstmöglichen Kurzschlußstrom an der betroffenden Stelle ergibt.
2.
Aus dem mit dem Sicherheitsfaktor 1,5 multiplizierten Kurzschlußstrom erhält man aus DIN EN 50020/VDE 0170/0171 Teil 7/5.78 Bilder A 1.1 und A 1.2 die höchstzulässige Induktiv ität. In gleicher Weise erhält man aus den Bildern A 3.1 und A 3.2 der gleichen Norm die höchstzulässige Kapazi tät für die Spannung.
Die Vorgehensweise bei Zusammenschaltungen wi rd wie folgt v orgeschlagen:
1.
Die in der jeweiligen Zusammenschaltung (sicherheitstechnischer Reihen- oder Parallelschaltung) auftretenden Höchstwerte v on Spannung und/oder Strom sind zu ermitteln. M it diesen Werten ist zu prüfen, ob die Zusammenschaltung auch innerhalb der eigensicheren Grenzen liegt. Dazu werden U m ax oder I ma x mit dem Sicherheitsfaktor 1,5 multipliziert.
2.
Die höchstzulässige Induktiv ität ist aus der Zündgrenzkurve für induktiv e Stromkreise zu entnehmen, wobei der höchstmögliche Kurzschlußstrom der Zusammenschaltung sich aus der Summe der Strom-Höchstwerte der zugehörigen Betriebsmittel multipliziert mit dem Sicherheitsfaktor 1,5 ergibt.
3.
Die höchstzulässige Kapazität i st analog zu
2. aus der Zündgrenzkurve
für kapazitive
Stromkreise zu entnehmen. Die mögliche Summe der Spannungshöchstwerte ist ebenfalls mit dem Sicherheitsfaktor 1,5 zu multipli zi eren.
4.
Aus den so ermi ttelten max imal zulässigen Werten der äußeren Kapazität und der äußeren I nduktiv ität läßt sich z. B. die M ax imallänge der Verbindungsleitung zwischen den Betriebsmitteln ableiten. Hierbei kann man bei handelsüblichen Kabeln und Leitungen in erster Näherung mit einer Kabelkapazität von 200 nF/km und einer Kabelinduktiv ität von 1mH/km ausgehen.
Aus der sich aus der Vermaschung des gesamten Netzwerkes ergebenden höchstmögli chen Spannung
multipliziert
mit
dem Sicherheitsfaktor
1,5
ergibt
sich
aus
den
in
DIN
EN
50020
angegebenen Zündgrenzkurv en der max . zulässige Kurzschlußstrom (Anhang D).
6ES5 998-0EX12
6 - 21
Die Zündschutzart Eigensicherheit "i"
S5-100U Ex-Baugruppen
Die so errechneten sicherheitstechnischen Kennwerte sind unter der Voraussetzung ermi ttelt worden, daß für die Leerlaufspannungen und Kurzschlußströme der einzelnen Betriebsmittel die jeweiligen
Höchstwerte
gemäß
Typenschild-Aufschrift
oder
Baumusterprüfbescheinigung
wi rksam sind. Diese Betrachtungsweise sollte grundsätzlich bei einfach übersehbaren Zusammenschaltungen angewendet werden. Sie geht von den ungünstigsten Verhältnissen aus und ergibt damit ein hohes M aß an Sicherheit.
Nachweis der Eigensicherheit bei Parallelschaltung am Beispiel einer SI MA TI C S5-ExBaugruppe
explosionsgefährdeter Bereich
I k1
+ _
U
+ _
Ex i
01
Kanal 1
eigensicheres Betriebsmittel I k2
+
(passiv)
_
U
+ _
Ex i
02
Kanal 2
zugehöriges Betriebsmittel
Ik = U
Bild 6.13
0
=
I k1 +
(aktiv)
I k2
grösster Wert von
U
01
oder
U
02
Parallelschaltung vo n zwei Ausgängen (nur Strom additio n m ö glich)
Werden z. B. zwei Ausgänge der SI MATI C S5-Ex -Digital-Ausgabebaugruppe mit li nearer Kennlinie parallel mit einem eigensicheren passiv en elektrischen B etriebsmittel zusammengeschaltet, so sind auf Grund der Kenndaten des Betriebsmi ttels (I k = 43 mA, U 0 = 10,1 V, P m ax = 97,0 mW) folgende Überprüfungen anhand der Zündgrenzkurven durchzuführen:
Ik
= I k1 + I k2 = 86 mA
I k Sich
= Ik
U0
= U 0m a x . = 10,1 V (bei 2 gleichen Geräten, sonst die höhere Spannung)
.
U 0Sich = U 0
Sicherheitsfaktor 1,5 = 129 mA
.
Sicherheitsfaktor 1,5 = 15,15 V
Die unter Berücksichtigung der Sicherheitsfaktoren errechneten Strom- und Spannungswerte sind die Ausgangsbasis, um aus den Zündgrenzkurven die Werte zu ermitteln, die die Eigensicherheit gewährleisten.
Die i nduktiv e Zündgrenzkurve I IC (Bild 6.5) zeigt die Abhängigkeit L = f(I ). Aus der Kurv e kann entnommen werden, daß für
I k Sich = 129 mA
eine I nduktiv ität L
≤
5 mH
die Eigensicherheit nicht beeinträchtigt.
Die kapazi tiv e Zündgrenzkurve (Bild 6.4) zeigt die Abhängigkeit C = f(U). Aus der Kurve kann entnommen werden, daß für
6 - 22
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
U 0 Sich = 15,15 V
Die Zündschutzart Eigensicherheit "i"
≤
eine Kapazität
3
µF
die Eigensicherheit nicht beeinträchtigt.
Aus diesem Wert abzügli ch der inneren Kapazität des Betriebsmi ttels ist die maxi mal zulässige Kapazität der anzuschli eßenden Leitung abzuleiten. Leitungskapazi täten sind als konzentrierte Kapazitäten zu betrachten, wobei v on einem Kapazitätsbelag v on 200 nF/km ausgegangen wird.
Nachweis der Eigensicherheit bei Reihenschaltung am Beispiel einer SIM A TI C S5-ExBaugruppe
I n der Reihenschaltung zweier Ausgänge der
SIM ATIC S5-Ex -Digital-Ausgabebaugruppe mit
explosionsgefährdeter Bereich
I k1
+ _
U
+ _
01
Kanal 1
eigensicheres Betriebsmittel I k2
+
(passiv)
_
U
+ _
02
Kanal 2
zugehöriges Betriebsmittel
Bild 6.14
Ik =
grösster Wert von
U
U
0
=
01
+
U
I k1 oder
(aktiv)
I k2
02
Reihenschaltung vo n zwei Ausgängen (nur Spannungsaddition m öglich)
linearer Kennlinie mit umgekehrter Polarität führt die hier auftretende Spannungsaddition zu einer Erhöhung
der
Stromaddition
sicherheitstechnischen ist
hier
nicht
möglich,
Max imalspannung da
die
Ströme
(wie
im
eigensicheren
auch
die
Stromkreis.
Spannungen)
Eine
umgekehrt
gerichtet sind. Als sicherheitstechnisch max imaler Strom kann der größte der beiden Werte Ik1 und I k2 angesetzt werden.
M it diesen neu ermittelten Strom- und Spannungswerten sind die max imal zulässigen Werte für La und C a aus den Zündgrenzkurven abzulesen.
6ES5 998-0EX12
6 - 23
Die Zündschutzart Eigensicherheit "i"
S5-100U Ex-Baugruppen
Nachweis der Eigensicherheit bei Reihen- oder Parallelschaltung
explosionsgefährdeter Bereich
I k1
+ U
_
+ _
01
Kanal 1
eigensicheres Betriebsmittel I k2
+
(passiv)
U
_
02
+ _
Kanal 2
zugehöriges Betriebsmittel
Ik =
I k1
+
I k2
U
U
+
U
0
Bild 6.15
=
01
(aktiv)
02
Reihenschaltung vo n zwei Ausgängen nur Spannungsaddition m öglich, bei Parallelschaltung nur Stro maddition m öglich
Hinweis Sind die zugehörigen elektrischen Betri ebsmittel (Sicherheitsbarrieren, Trennschaltv erstärker) SIMATI C-Ex -Baugruppen nicht eindeutig potentialmäßig miteinander v erbunden (siehe Bild 6.20) oder handelt es sich um Sicherheitsbarrieren für wechselndes Potential, so kann sich je nach dem zu betrachtenden Fehler eine Reihenschaltung oder eine Parallelschaltung ergeben. In diesem Falle sind Spannungsaddition und Stromaddition getrennt zu behandeln und die ungünstigen Werte zugrunde zu legen.
Da SIM ATIC-Ex -Baugruppen keine potenialmäßig eindeutige Verbindung besitzen, müssen eine Spannungs- und Stromaddition getrennt durchgeführt und die ungünstigen Werte zugrunde gelegt werden.
Berechnungsverfahren gemäß PTB-Bericht W-39
I n der Einleitung des PTB-Berichtes W-39 wird auf einige grundsätzliche Festlegungen v erwiesen:
1.
Das im PTB-Beri cht W-39 v orgestellte Verfahren i st derzeit nur für die Ex plosionsgruppen I IB und IIC, aber für alle Ty pen der Strom-/Spannungs-Kennlinie gemäß Bild 6.2 anzuwenden.
2.
Bei Projektierung eigensicherer Stromkreise sind stets die Vermaschung und die Anzahl zusammengeschalteter Betriebsmittel so gering wie möglich zu halten.
3.
Bei der Zusammenschaltung eigensicherer Stromkreise mit mehreren Quellen, bei denen mindestens ein zugehöri ges Betriebsmittel eine nichtlineare Strom-/Spannungs-Ausgangskennli nie besitzt, sind je nach Zusammenschaltung Summenausgangskennlinien für Strom und/oder Spannung durch eine graphische Addition zu ermitteln.
6 - 24
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
4.
Die Zündschutzart Eigensicherheit "i"
Für die Zone 0 müssen alle Betriebsmittel und deren Zusammenschaltung für den Einsatz i n diesem Bereich ex tra bescheinigt sein.
5.
Die Grenzkurven in den Zündgrenzkurvendiagrammen wurden experimentell mi t dem in den EN 50020 erwähnten Funkenprüfgerät ermittelt.
6.
Bei
der
sicherheitstechnischen
Betrachtung
können
funktionell
passiv e
Eingänge
von
Schreibern, M eßumformern u. a. Betriebsmitteln i m Fehlerfall als aktiv e Quellen wirken. I hre in der Baumusterprüfbescheinigung angegebenen Höchstwerte für Leerlaufspannung und Kurzschlußstrom sind deshalb in die Sicherheitsbetrachtung einzubeziehen.
Der PTB-Bericht W-39 betrachtet fünf v erschiedene Fälle v on Zusammenschaltungen und die daraus resultierenden Summenausgangskennlinien.
I n folgenden Grafiken sind für die
• • •
Reihenschaltung 1 und 2 (Bild 6.16 und 6.17) die Summenausgangskennlinie der Spannung Parallelschaltung 1 und 2 (Bild 6.18 und 6.19) die Summenausgangskennli nie des Stromes, Reihen- oder Parallelschaltung (Bild
6.20) die Summenausgangskennlinie
für Strom und
Spannung
jeweils getrennt nach Fehlerfall dargestellt.
a) Reihenschaltung 1
I n dieser Schaltungsform ist unabhängig v on der Polarität der Quellen nur eine Spannungsaddition möglich. Die gestrichelt gekennzeichnete Summenausgangskennlinie erhält man durch eine graphische Addition, indem für jeden Stromwert I die zughörigen Spannungswerte addiert werden.
1 +
_
2
_
+
U I k1
I k2 Ex-Bereich
U 1
_ U
01
U
2
02
I +
eigensicheres Betriebsmittel
Bild 6.16
Reihenschaltung 1
6ES5 998-0EX12
6 - 25
Die Zündschutzart Eigensicherheit "i"
S5-100U Ex-Baugruppen
b) Reihenschaltung 2
Wird der gemeinsame Pol beider Quellen mit zum Verbraucher geführt, so ist eine Stromaddition nur dann auszuschließen, wenn die Polarität der Quellen in
der hier gezeichneten Richtung
sicherheitstechnisch festliegt.
1 +
_
2 +
_ U
I k2 U
Ex-Bereich
1 _
I k1
2
U
02
+
_ U
01
I +
eigensicheres Betriebsmittel
Bild 6.17
Reihenschaltung 2
c) Parallelschaltung 1
Bei
der hier gezeigten Schaltung der Quellen ist nur eine Stromaddititon mögli ch, wenn bei
zweipoligen Quellen jeweils zwei Anschlüsse miteinander verbunden werden. Eine Spannungsaddition i st in diesem Fall nicht möglich und die Summenausgangskennlinie erhält man durch graphische Addition der Einzelstromwerte.
1 +
_
I k1
2 +
_
I k2
U Ex-Bereich
U
01
2
1
U
02
+
_
I
I
eigensicheres Betriebsmittel
Bild 6.18
6 - 26
Parallelschaltung 1
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
Die Zündschutzart Eigensicherheit "i"
d) Parallelschaltung 2
Wird von jeder Quelle nur ein Pol mi t dem der anderen Quelle verbunden, so ist eine Spannungsaddition wi ederum nur dann auszuschließen, wenn die Polarität der Quellen, wie hier dargestellt, sicherheitstechnisch
festliegt. Anderenfalls
muß sowohl die Spannungs- als auch
die Strom-
addition betrachtet werden.
1 +
_
2 +
I k1
_
I k2
U Ex-Bereich
_ U
2
1
U
01
02
+
I
_ I +
eigensicheres Betriebsmittel
Bild 6.19
Parallelschaltung 2
e) Reihen- oder Parallelschaltung
Können zwischen mehreren Stromkreisen beliebige Verknüpfungen v orgenommen werden, wie hier dargestellt, so muß man sowohl mi t einer Spannungs- als auch Stromadditition rechnen. Allerdings können diese Fälle nicht gleichzeitig auftreten, sodaß man in zwei Arbeitsgängen die Summenausgangskennlinie für die Strom- und Spannungsaditition konstruieren muß.
1 +
I k1
_
2 +
_
I k2
U Ex-Bereich U _
U
01
2
1
U
02
+
I
_ I +
eigensicheres Betriebsmittel
Bild 6.20
Reihen- oder Parallelschaltung
6ES5 998-0EX12
6 - 27
Die Zündschutzart Eigensicherheit "i"
S5-100U Ex-Baugruppen
Diese Vorgehensweise ist immer dann notwendig, wenn unklare Verhältnisse in der Zusammenschaltung v orliegen, oder wenn Stromkreise mit mehr als zwei Leitern v orliegen. Das Ergebni s liegt dann immer auf der sicheren Seite.
Für die Ex plosionsgruppen IIB und II C stellt der PTB-Bericht jeweils fünf Grenzkurvendiagramme mit unterschiedlichen Gesamtinduktiv itäten des eigensicheren Stromkreises gemäß Tabelle 6.2 v or.
Tab. 6.2
Zuo rdnung der Zündgrenzkurvendiagram me zu den Explosionsgruppen und der Induktivität
Explosionsgruppe
zulässige äußere I nduktivität L
a
0,15 mH 0,5 mH I IC
1 mH 2 mH 5 mH 0,5 mH 1 mH
I IB
5 mH 10 mH 25 mH
I n Bild 6.21 i st ex emplari sch das Grenzkurvendiagramm für die Ex plosionsgruppe I IC mit einer I nduktiv ität v on max imal 1 mH im eigensicheren Stromkreis dargestellt.
Hinweis: Die übrigen acht Zündgrenzkurv endiagramme sind im PTB-Bericht W-39 enthalten /7/
I n Bild 6.24 i st das Grenzkurv endiagramm für die Ex plosionsgruppe II B mi t einer I nduktiv ität La v on max imal 1 mH im eigensicheren Stromkreis dargestellt.
6 - 28
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
Die Zündschutzart Eigensicherheit "i"
200 Gruppe IIC La
1
1mH
Ca-Zündgrenzkurven
2
lk
150 mA
La
Uo
lk
R
Ca
1: Zündgrenzkurve des induktiven Stromkreises mit elektron. Strombegrenzung
100
2: Zündgrenze des ohmschen Stromkreises mit elektron. Strombegrenzung
50
4
0,8
1,5
3
Ca ( µ F)
2
1
0,6
0,4
0,7
0,25
0,5
0,3
0,1
0,15
0,06 0,08
0,12
0,2
0,04
0,01
0,02
0,05
0,015
0,03
0 5
Bild 6.21
10
15
20
25
Uo
35
30 V
Zündgrenzkurvendiagramm für Zusamm enschaltung mit elektronischer Stro m begrenzungseinrichtung (Sicherheitsfaktor 1,5 eingearbeitet)
Jedes Zündgrenzkurvendiagramm besteht aus drei Komponenten:
• • •
Zündgrenzkurve des induktiv en Stromkreises (Kurve 1) Zündgrenzkurve des ohmschen Stromkreises (Kurve 2) Kurv enschar zur Ermi ttlung der maxi mal zulässigen Kapazität C a
Nach Festlegung der Ex plosionsgruppe und der max imalen Gesamtinduktiv ität des eigensicheren Stromkreises wird die für die jeweilige Zusammenschaltung graphisch ermittelte Summenausgangskennlinie i n das betreffende Zündgrenzkurvendiagramm eingezeichnet. Der Nachweis der Eigensicherheit erfolgt in drei Stufen:
1.
Die
Eigensicherheit des ohmschen Stromkreises
Summenausgangskennli nie
darf
die
Kurve
2
nicht
schneiden.
Je
größer
die
maxi male
Gesamtinduktiv ität La des Kreises v orgegeben ist, desto kleiner sind bei gleicher Ex plosionsgruppe die Strom- und Spannungswerte. Dies bedeutet, daß beim Schneiden der Kurve 2 durch die Summenausgangskennlinie die Induktiv ität v erkleinert werden muß, um die Eigensicherheit für den ohmschen Stromkreis zu erhalten.
2.
Die
Eigensicherheit des induktiven Stromkreises
Summenausgangskennlinie
darf
die
Kurve
1
nicht
schneiden.
I st
es
erforderlich,
unter
Wahrung der Eigensicherheit des ohmschen Stromkreises eine größere I nduktiv ität zuzulassen, so geht dies auf Kosten der zulässigen Kapazi tät i m eigensicheren Stromkreis.
6ES5 998-0EX12
6 - 29
Die Zündschutzart Eigensicherheit "i"
3.
S5-100U Ex-Baugruppen
Ermittlung der maximal zulässigen Kapazität
Die max imale Kapazität des eigensicheren Stromkreises ist aus der C a -Kurvenschar abzulesen. Die höchstzulässige Kapazi tät entspricht der Ca-Grenzkurve mit dem höchsten Ca -Wert, die noch nicht von der Summenausgangskennlinie geschnitten wird.
Beim Nachweis
der Eigensicherheit sind die ergänzenden Erläuterungen zum Kennlinienver-
fahren (Pkt. 3.3 des PTB-Beri chtes W-39) zu beachten. So darf bei rein ohmschen Stromkreisen (konzentrierte I nduktiv ität < 10
µH)
die Kurve 1 überschritten werden, nicht aber die Kurve 2.
A nwendung des Berechnungsverfahrens gemäß PTB-Bericht W-39
In
Bild 6.22 sind
die Zusammenschaltung v on drei
zugehöri gen elektri schen Betri ebsmitteln
(Netzteil, Schreiber und elektronischem Anzeigegerät) mit einem eigensicheren Betri ebsmittel (Analy segerät) sowie deren sicherheitstechnische Kennwerte angegeben. Im Normalbetrieb ist das Netzteil die aktiv e Quelle. Bei den sicherheitstechnischen Betrachtungen sind für den Fehlerfall die Kennwerte aller drei zugehörigen Betriebsmittel zu bewerten.
Je nach betrachtetem Fehlerfall sind für die Strom- und Spannungsaddition die beiden Summenausgangskennlinien zu ermitteln, die im Bild 6.23 dargestellt sind.
Beim
Ei ntragen
der
beiden
Summenausgangskennlinien
in
das
Grenzkurvendiagramm
der
Ex plosionsgruppe I IB für eine Gesamtinduktivi tät v on L a = 1 mH ergibt sich, daß dieser Stromkreis unter folgenden Höchstwerten eigensicher i st:
U0
= 28,7 V
Ik
= 264 mA
P
= 1,9 W
La
= 1 mH
Ca
= 120 nF.
Diese Werte sind Bild 6.24 zu entnehmen.
6 - 30
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
Die Zündschutzart Eigensicherheit "i"
A
B
C
Netzteil
Schreiber
Höchstwerte: [EEx ib] IIB
betriebsmässig passiv
15,7 V, 100 mA, 1,57 W
Höchstwerte: 1V, 31 mA, 10 mW
elektronische Strombegrenzung
Anzeiger betriebsmässig passiv Höchstwerte: 12 V, 133 mA, 0,4 W
lineare Kennlinie
lineare Kennlinie
rechteckförmige Kennlinie L
a
< = 1 mH
C
a
< = 650 nF
Nicht-Ex-Bereich
Ex-Bereich IIB
Zone 1
D Analysegerät mit Verstärker (eigensicheres Betriebsmittel)
Bild 6.22
Beispiel für eine Zusammenschaltung von drei zugehö rigen Betriebsmitteln m it einem eigensicheren Betriebsmittel
I
k
/mA
300
Summenausgangskennlinie für Spannung
264
Strom
U I
Spannung und Strom 200
133
100
C 31
A
B U/ V 1
Bild 6.23
10
12
15 15,7
20
25
28,7 30
Summ enausgangskennlinien der Zusammenschaltung nach Bild 6.19
6ES5 998-0EX12
6 - 31
Bild 6.24
6 - 32
lk
100
200
300 mA
400
0
Ca ( µ F)
5
5
4 3
1
10
2 1,5
15
1
0,8
0,7
2
0,6
0,5
20
0,4
0,3
0,25
25
0,2
Summen-Ausgangs-Kennlinie
0,12
Uo
0,15
1mH
La
Uo
Ca
La
R
30 V
0,1
0,08
0,06
0,05
35
0,04
0,03
2: Zündgrenzkurve des ohmschen Stromkreises mit elektron. Strombegrenzung
1: Zündgrenzkurve des induktiven Stromkreises mit elektron. Strombegrenzung
lk
Ca-Zündgrenzkurven
II B
Gruppe
Die Zündschutzart Eigensicherheit "i" S5-100U Ex-Baugruppen
Grenzkurvendiagramm für Zusammenschaltung m it elektro nischer Strom gebrenzungseinrichtung
(Sicherheitsfaktor 1,5 eingearbeitet)
6ES5 998-0EX12
7
Errichtung, Betrieb und I nstandhaltung elektrischer A nlagen in ex-gefährdeten Bereichen
7.1
Errichtungsbestimmungen
.
.
.
.
.
.
.
.
.
7
-
1
7.2
Berührungsschutz und Potentialausgleich
.
.
.
.
.
.
.
.
7
-
3
7.3
Kabel und Leitungen
.
.
.
.
.
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.
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.
.
.
.
.
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7
-
4
7.4
Errichten in Zone 0 .
.
.
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.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
7
-
5
7.5
Errichten in Zone 1 .
.
.
.
.
.
.
.
.
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.
.
.
.
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.
7
-
6
7.6
Errichten in Zone 2 .
.
.
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.
.
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.
7
-
7
7.7
Errichten in Zone 10 und 11
.
.
.
.
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.
.
.
.
.
.
7
-
8
7.8
Betrieb, Wartung, Störung und I nstandsetzung
.
.
.
.
.
7
-
9
6ES5 998-0EX12
.
.
.
.
.
.
.
1
2
6ES5 998-0EX12
Bilder 7.1
Potentialausgleich im explosionsgefährdeten Bereich
.
.
.
.
.
.
7
-
4
.
.
.
.
.
.
7
-
1
.
.
7
-
10
Tabellen 7.1
Erri chtungsbestimmungen .
7.2
Hinweise für Arbeiten an ex plosionsgeschützten elektrischen Betriebsmitteln .
6ES5 998-0EX12
.
.
.
.
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.
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.
.
3
4
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
Errichtung, Betrieb und I nstandhaltung eletrischer Anlagen in explosionsgefährdeten Bereichen
7
Errichtung, Betrieb und Instandhaltung elektrischer A nlagen in ex-gefährdeten Bereichen
7.1
Im
Errichtung sbestim m u ng en
Gegensatz
zu
den
Baubesti mmungen
CENELEC-Mi tgli edstaaten
eine
elektrischer
Harmonisi erung
Betriebsmittel,
ex isti ert,
i st
die
für
die
innerhalb
internationale
der
Normung
im
Bereich der Errichtungsbestimmungen noch nicht so weit fortgeschritten. Eine Harmonisierung i m europäischen CENELEC-Bereich i st in Vorbereitung.
Tabelle
7.1
gibt
einen
auszugsweisen
Überblick
über
die
derzeit
national
und
international
gültigen Erri chtungsbestimmungen.
Tab. 7.1
Errichtungsbestimm ungen
Land
Errichtungsbestimmungen
Europa
DIN EN 60 079 *)
Deutschland
(D)
DIN VDE 0165/2.91
Österreich
(A)
ÖVE 165
Belgien
(B)
Regl. Gen. P:NBN 716
Kanada
(CDN)
CSA Std. C22.1 (I ndustrie) C22.5 (Bergbau)
Schweiz
(CH)
SEV 1015
Frankreich
(F)
NFC 12-300/320 C 20-061 23-210 (=S.A.)
England
(GB)
BS 5345:Part4:1977
Schweden
(S)
SEN 2108.. ().69)
Russland
(SU)
PUE VII-3
Amerika
(USA)
ANS1/1SA-RP 12.6-1987 i n Präzisierung zu NEC 504-1 ... NEC 504-50
*) in Vorbereitung
I n der Bundesrepublik Deutschland sind v erschiedene nationale Bestimmungen und Verordnungen
beim
Errichten
v on
elektrischen
Anlagen
in
ex plosionsgefährdeten
Bereichen
zu
beachten (s. Tabelle 2.2). Grundlegende Verordnung ist hierbei die Elex V. Ihr zugerechnet ist die Errichtungsbestimmung DIN VDE 0165/2.91, die in diesem Kapitel im Vordergrund steht, da sie nicht
nur
besondere
die bei
Besonderheiten
hinsichtli ch
des
Ex plosionsschutzes
der Erri chtung eigensicherer Anlagen
in
beschreibt,
explosionsgefährdeten
sondern
ins-
Bereichen
zu
beachten i st.
6ES5 998-0EX12
7 - 1
Errichtung, Betrieb und I nstandhaltung eletrischer
S5-100U Ex-Baugruppen
Anlagen in explosionsgefährdeten Bereichen
Auszugsweise seien noch folgende zusätzliche VDE-Bestimmungen, die bei der Errichtung von Anlagen in ex plosionsgefährdeten Bereichen erfüllt sein müssen, angegeben:
•
VDE 0100 Bestimmungen für das Erri chten von Starkstromanlagen mi t Nennspannungen bis 1000 V
•
VDE 0101 Bestimmungen für das Errichten von Starkstromanlagen mi t Nennspannungen über 1 kV
•
VDE 0800 Bestimmungen für Errichtung und Betrieb von Fernmeldeanlagen einschließli ch Informationsverarbeitungsanlagen
• • •
VDE 0801 Bestimmungen für Installationsleitungen v on Fernmeldeanlagen VDE 0105 Teil 9 Betrieb v on Starkstromanlagen in explosionsgefährdeten Bereichen VDE 0185 Blitzschutzanlagen
Es sei hier bemerkt, daß Erri chtung und Betrieb eigensicherer A nlagen und Stromkreise nach den deutschen Errichtungsbestimmungen i m Vergleich
zu den Bestimmungen v ieler anderer
Länder sehr flex ibel sind. Es wird nur eine Prüfung und Bescheinigung einzelner Betri ebsmittel v erlangt. Die Zusammenschaltung kann i n der Bundesrepublik Deutschland v om Errichter unter Beachtung von DIN VDE 0165 i n eigener Verantwortung vorgenommen werden (ausgenommen Anwendungen in Zone 0). Im Ausland werden dagegen nur v ollständig bescheinigte Stromkrei se i m Rahmen sogenannter Systembescheinigungen zugelassen.
I n Deutschland wird die Einschaltung eigensicherer Betriebsmittel in geprüfte Stromkreise unter Beachtung der max imal zulässigen I nduktiv itäts- oder Kapazi tätswerte der Verantwortung des Errichters übertragen.
Die DIN VDE 0165/2.91 "Errichten elektrischer Anlagen i n ex plosionsgefährdeten Bereichen" behandelt folgende wesentliche Themen:
• • • • • •
Einteilung der ex plosionsgefährdeten Bereiche in Zonen Auswahl der Betriebsmi ttel Berührungsschutz zur Vermeidung von Zündgefahren Kabel und Leitungen, Auswahl und Verlegung Anforderungen für die einzelnen Zonen und Einzelbstimmungen für bestimmte Betriebsmi ttel.
Die Zoneneinteilung für ex plosionsgefährdete Bereiche wurde bereits i n Abschnitt 4.1 vorgestellt (Zonenplan -> Anhang B).
Die A uswahl der Betriebsmittel für explosionsgefährdete Bereiche ist entsprechend der v orhandenen
Zone,
brennbaren
der
Stoffe
zu
höchsten treffen.
Temperaturklasse
Sind
die
und
Ex plosionsgruppe
sicherheitstechnischen
der
Kennzahlen
v orkommenden
der
Stoffe
(siehe
Tab. 4.6) nicht bekannt, so müssen sie bei einer Prüfstelle erfragt werden.
Eine wesentliche Rolle in ex plosionsgefährdeten Bereichen spielt der Berührungsschutz zur Vermeidung
von
Zündgefahren.
Aber auch
Schutzmaßnahmen gegen
indirektes
Berühren
sollen verhindern, daß entweder bei Störung oder im normalen Betri eb Zündgefahren auftreten können.
Für
die
Auswahl
erwartenden Weise
der
von
Kabel
mechanischen,
Verlegung
und
Leitungen
chemischen
innerhalb
des
und
werden
die
thermi schen
ex plosionsgefährdeten
Anforderungen Einflüsse
bezüglich
aufgeführt.
Bereiches,
aber
Die
auch
der Art
zu
und
zum nicht
ex plosionsgefährdeten Bereich werden behandelt.
Die A nforderungen für die einzelnen Zonen werden sehr umfangreich in
der Erri chtungs-
bestimmung behandelt und sind deshalb wesentlicher I nhalt in diesem Kapitel. Dabei wird nicht weiter auf die Einzelbestimmungen für bestimmte Betriebsmittel eingegangen.
7 - 2
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
Errichtung, Betrieb und I nstandhaltung eletrischer Anlagen in explosionsgefährdeten Bereichen
7.2
Berührung ssch utz u nd Po ten tialau sgleich
Direktes Berühren Beim Schutz gegen direktes Berühren handelt es sich zunächst grundsätzlich um eine Personenschutzmaßnahme. In ex plosionsgefährdeten Bereichen hat dieser Schutz zusätzlich die Funktion der Vermeidung zündfähiger Funken.
Praktisch dürfen somit in allen Spannungsbereichen nur Betri ebsmittel mit Schutz gegen di rektes Berühren aktiv er Teile eingesetzt werden. Es kann aber auch das direkte Berühren aktiv er Teile durch die Art des Errichtens v erhindert werden, was z. B. schon die Schutzart I P 20 erfüllt.
Potentialausgleich Die Elex V bzw. DIN VDE 0165 fordern einen Potentialausgleich innerhalb von explosionsgefährdeten Bereichen der Zonen 0 und 1, dami t das Auftreten v on zündfähigen Funken oder Erwärmungen durch Potentialunterschiede vermieden wird. Die Ausführung des Potentialausgleichs ist entsprechend der Netzform nach DIN VDE 0100 Teil 410 und die Dimensionierung nach DIN VDE 0100 Teil 540 durchzuführen.
Ei n
v ollständiger
elektrischen
Potenti alausgleich
Betri ebsmittel
mittels
wird
dadurch
erreicht,
Potentialausgleichsleiter
daß mit
nicht
dem
nur
die
Gehäuse
Schutzleiter
bzw.
der
Erde
v erbunden werden, sondern auch alle anderen zugänglichen, leitfähigen Konstruktionsteile, wie Baukonstruktion, metalli sche Behälter, Rohrleitungen etc. (s. Bild 7.1). Fremde leitfähige Teile, die nicht zur Konstruktion bzw. I nstallation der Anlage gehören, bei denen nicht mit einer Potentialv erschiebung durch Fehlerströme gerechnet werden muß (z. B. Türzargen, Fensterrahmen), brauchen wenn
sie
nicht in den Potentialausgleich einbezogen zu werden. Dies gilt auch für Gehäuse, durch
ihre
Befestigung
sicheren
Kontakt
zu
schon
in
den
Potentialausgleich
ein-
bezogenen Konstruktionsteilen oder Rohrleitungen haben. Die Anschlüsse für den Potentialausgleich müssen zuverlässig, z. B. mit gesicherten Schraubverbindungen, ausgeführt sein.
6ES5 998-0EX12
7 - 3
Errichtung, Betrieb und I nstandhaltung eletrischer
S5-100U Ex-Baugruppen
Anlagen in explosionsgefährdeten Bereichen
E x p l o s i o n s g e f a h r
keine Explosionsgefahr
GebäudeRohrleitung
Stahlkonstruktion Kessel
Heizung (Ex) PA
PA
N L1
L2 M M
L3
(EX) (Ex) C1
PE
PA
(U) (V) (W)
G
N
PE C2
L1L2 L3
PE
z.B. Banderder
Bild 7.1
7.3
Potentialausgleich im explo sionsgefährdeten Bereich
Kabel u nd L eitun gen
Für Kabel und Leitungen in ex plosionsgefährdeten Bereichen gelten besondere Anforderungen, wobei zusätzliche Anforderungen für eigensichere Stromkreise gelten (s. jeweils i m Abschnitt 7.4 und 7.5).
Bei der A uswahl der Kabel und Leitungen nach der Bauart sind nur solche zu v erwenden, die den zu erwartenden mechanischen, chemi schen und thermi schen Einflüssen standhalten können. Bzgl. der mechanischen Anforderungen werden Querschnitte für Kupferleiter vorgeschrieben, die nicht unterschritten werden dürfen. Als Leiterwerkstoff ist auch Alumi nium mi t entsprechenden Anschlußteilen und Querschnitten erlaubt. Werden die Kabel oder Leitungen nicht im Erdreich oder in sandgefüllten Kanälen v erlegt, müssen äußere M äntel und Umhüllungen flammwidrig, d. h. ihr Brennverhalten nach DIN VDE 0472 Teil 804 Prüfart B nachgewi esen sein.
Beim Verlegen v on Kabeln
und Leitungen durch
Bereichen muß darauf geachtet
werden, daß die
Öffnungen zu nicht
ex plosionsgefährdeten
Durchführungsöffnungen ausreichend dicht
v erschlossen sind (z. B. Sandtassen, Mörtelv erschluß). An besonders gefährdeten Stellen sind Kabel und Leitungen gegenüber thermi schen, mechanischen oder chemi schen Beanspruchungen durch z. B. Schutzrohre, Schutzschläuche oder Abdeckungen zu schützen.
Werden für Leiterv erbindungen innerhalb eines Betri ebsmittels mehr-, fein- oder feinstdrähtige Leiter v erwendet, müssen die Enden gegen Aufspleißen der einzelnen Leiter geschützt sein (z. B. durch Kabelschuhe, Aderendhülsen).
7 - 4
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
Errichtung, Betrieb und I nstandhaltung eletrischer Anlagen in explosionsgefährdeten Bereichen
7.4
Errichten in Zo ne 0
I n Zone 0 dürfen nur solche elektrischen Betriebsmittel v erwendet werden, die hierfür besonders bescheinigt und zugelassen sind.
Auch für Kabel und
Leitungen gelten erhöhte Anforderungen.
So sind Abzweige und Ver-
bindungen im Zuge der Kabel- und Leitungsführung nicht zulässig. Auch müssen Kabel und Leitungen ständig auf den Isolationszustand ihrer Leiter gegen die metallische Umhüllung mittels eines Meßverfahrens überwacht werden. Bei Absinken des Isolationswiderstands unter 100 Ohm je Volt Nennspannung muß der betreffende Stromkreis sich selbständig und allpolig abschalten. Diese Anforderungen gelten nicht für Kabel und Leitungen eigensicherer Stromkreise.
Für A nlagen mit eigensicheren Stromkreisen gilt ebenfalls, daß die eigensicheren und zugehörigen elektri schen Betriebsmi ttel für die Zone 0 besonders bescheinigt sein müssen.
Nicht
besonders
bescheinigt
sein
müssen
hingegen
eigensi chere
Betriebsmi ttel,
die
nicht
energiespeichernd und außerhalb der Zone 0 errichtet sind (z. B. Klemmkästen, Steckv orrichtungen, Schalter).
Leitungen
v on
eigensicheren
Stromkreisen
für
die
Zone
0
müssen
so
verlegt
werden,
daß
mechanische Beschädigungen ausgeschlossen sind. I n der Zone 0 dürfen Leitungen oder Aderleitungen v on eigensicheren und nicht eigensicheren Stromkreisen nicht gemeinsam in Kabeln, Leitungen, Rohren oder Leiterbündeln geführt werden.
Die in eigensicheren Stromkreisen für Zone 1 zur Spannungs-/Strombegrenzung v erwendbaren Z-Barrieren ohne galv anische Trennung sind für Zone 0 nicht erlaubt.
Zusammenfassung der A nforderungen an die Betriebsmittel der Zone 0
Betriebsmi ttel, die besonders für die Zone 0 bescheinigt sind.
Eigensichere Betriebsmittel, die der Kategorie "ia" entsprechen. (In Anlagen mit eigensicheren Stromkreisen für die Zone 0 müssen eigensichere und zugehörige Betriebsmi ttel als Bestandteile der eigensicheren Anlage für Zone 0 bescheinigt sein.
Die Betriebsmi ttel müssen eine sichere galv anische Trennung besitzen.
Hinweis Normalerweise
li egt
in
Behältern,
Tanks
(die
der
VbF
unterli egen)
außerdem
in
direkter Umgebung v on Abfüllstationen die Zone 0 v or.
6ES5 998-0EX12
7 - 5
Errichtung, Betrieb und I nstandhaltung eletrischer
S5-100U Ex-Baugruppen
Anlagen in explosionsgefährdeten Bereichen
7.5
Errichten in Zo ne 1
Die elektrischen Betriebsmittel für die Zone 1 ausgenommen Kabel und Leitungen müssen den Anforderungen der einzelnen Zündschutzarten nach den Europäischen Normen (s. Abschnitt 4.2) entsprechen und v on einer zugelassenen Prüfstelle bescheinigt sein. Das gilt nicht für Geräte, bei denen nach Angabe des Herstellers keiner der Werte 1,2 V, 0,1 A , 20
µJ
oder 25 mW
überschri tten wi rd; sie brauchen weder bescheinigt noch gekennzeichnet zu sein.
Bei der A uswahl der Betriebsmittel für Anlagen mit eigensicheren Stromkreisen gilt, daß die eigensicheren und zugehörigen Betri ebsmittel mi ndestens der Kategori e "ib" nach EN 50020 entsprechen müssen.
Hinweis Zugehöri ge
elektrische Betri ebsmittel der
Zündschutzart
"Eigensicherheit" müssen
außerhalb des ex plosionsgefährdeten Bereiches angeordnet sein, es sei denn, sie entsprechen
noch
zusätzli ch
einer
anderen
Zündschutzart
(z.
B.
Überdruck-
kapselung).
Enthalten
eigensichere
elektri sche
Betriebsmi ttel
keine
Spannungsquelle
und
sind
die
elek-
trischen Kenndaten und das Erwärmungsv erhalten bekannt, brauchen diese Betri ebsmittel (z. B. Schalter, Steckvorrichtungen, Widerstände) nicht gemäß EN 50020 typgeprüft und gekennzeichnet zu werden. Diese Betriebsmi ttel müssen jedoch den Baubestimmungen nach DIN EN 50020 VDE 0170/0171 T7 entsprechen.
Zu den A nforderungen an Kabel und Leitungen in eigensicheren Stromkreisen gehört, daß Kabel und Leitungen grundsätzli ch isoli ert sein müssen und einer Prüfspannung Leiter gegen Leiter und Leiter gegen Erde v on mindestens 500 V AC standhalten. Der Durchmesser eines Einzelleiters i nnerhalb des ex plosionsgefährdeten Bereiches darf 0,1 mm nicht unterschreiten. Kabel und Leitungen eigensicherer Stromkreise müssen gekennzeichnet sein, z. B. durch hellblaue M äntel. Ebenso müssen die Anschlußteile der eigensicheren Stromkreise als eigensicher gekennzeichnet sein, z. B. durch hellblaue Farbe. Sind bestimmte Forderungen eingehalten (z. B. an
Leiterisolation,
Prüfspannung,
Abschirmung),
i st
das
Führen
von
mehr
als
einem eigen-
sicheren Stromkreis i n einem Kabel oder in einer Leitung erlaubt.
Weitere A nforderungen an den eigensicheren Stromkreis werden z. B. an die Erdung gestellt. Einerseits sind eigensichere Stromkreise im allgemeinen erdfrei zu errichten, andererseits werden sie aus Sicherheits- oder Funktionsgründen geerdet. Weiterhin dürfen in der Zone 1 Leiter oder Aderleitungen
v on
eigensicheren
und
nicht
eigensicheren
Stromkreisen
nicht
gemeinsam in
Kabeln, Leitungen, Rohren oder Leiterbündeln geführt werden. Aderleitungen der eigensicheren und nicht eigensicheren Stromkreise müssen i n Leitungskanälen getrennt verlegt werden, oder es ist zwi schen ihnen eine Trennung durch eine Zwischenlage aus Isolierstoff erforderlich.
Diese
zusätzli che Trennung kann z. B. bei Verwendung v on Leitungen mit entsprechender M anteli solation entfallen.
Die Eigensicherheit darf durch äußere elektrische oder magnetische Felder nicht beeinträchtigt werden; eine Verwendung von abgeschirmten und/oder v erdrillten Leitungen ist deshalb sinnvoll.
Für den Nachweis der Eigensicherheit eines Stromkreises sind die elektrischen Kennwerte, die nicht überschritten werden dürfen, auf dem Ty pschild des Betriebsmi ttels und/oder in der Baumusterprüfbescheinigung angegeben.
7 - 6
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
Errichtung, Betrieb und I nstandhaltung eletrischer Anlagen in explosionsgefährdeten Bereichen
Leitungen können als konzentri erte Kapazitäten dargestellt werden. Für eigensichere Stromkreise genügt es, die max imale Kapazität zwischen zwei benachbarten Adern zu ermitteln. Bei handelsüblichen Kabeln und Leitungen kann man grob von einer Kapazi tät v on 200 nF/km ausgehen.
Werden
eigensi chere
Stromkreise
mit
mehr
als
einem
aktiv en
Betriebsmittel
zusammenge-
schaltet, muß die "Eigensicherheit" auch mit Fehlerbetrachtungen gewährleistet sein. Hierüber i st
ein
rechnerischer oder meßtechnischer Nachweis
anzustellen. Die
neuen Kenndaten der
zusammengeschalteten eigensicheren Stromkreise sind ggf. unter Berücksichtigung von Stromund Spannungsaddition, die im Fehlerfall auftreten kann, in einer Bescheinigung zusammenzufassen (siehe auch Kap. 6.3).
Für bestimmte Betriebsmi ttel, wie z. B. Maschinen, Transformatoren, Kondensatoren und Schaltgeräte, sind in der DIN VDE 0165 gesonderte Einzelbestimmungen für die Errichtung i n Zone 1 festgelegt.
Zusammenfassung der A nforderungen an die Betriebsmittel in Zone 1
Betriebsmi ttel, die besonders für die Zone 1 bescheinigt sind.
Eigensichere Betriebsmittel, die der Kategorie "ib" entsprechen.
Die max . Oberflächentemperatur ist kleiner als die Zündtemperatur des Gas-/Luft-Gemisches.
Das Betri ebsmittel muß mit seiner Ex plosionsgruppe der des Gas-/Luft-Gemisches entsprechen.
Die Summenkenndaten aus der Zusammenschaltung der eigensicheren und zugehörigen Betriebsmittel müssen ermi ttelt werden.
7.6
Errichten in Zo ne 2
I n der Zone 2, die im Sinne der Elex V als explosionsgefährdeter Bereich mit minderer Gefahr gilt, dürfen zunächst die für die Zonen 0 oder 1 geeigneten elektri schen Betriebsmi ttel eingesetzt werden. Des weiteren sind solche elektrischen Betriebsmi ttel ohne Baumusterprüfbescheinigung erlaubt, bei denen betriebsmäßig keine zündfähigen Funken, Lichtbogen oder unzulässig hohe Temperaturen entstehen. Als unzulässig hoch ist eine Temperatur anzusehen, wenn sie gleich oder größer der Zündtemperatur des jeweiligen brennbaren Stoffes i st. Unter betriebsmäßigem Zustand wi rd der ungestörte, i nnerhalb der v om Hersteller angegebenen Grenzen erlaubte Betrieb eines Betriebsmittels verstanden.
Für bestimmte Betri ebsmittel, wie z. B. Maschinen, Transformatoren, Kondensatoren und Heizeinri chtungen, sind i n der DIN VDE 0165 gesonderte Einzelbestimmungen für die Errichtung in Zone 2 festgelegt.
Gemäß DIN VDE 0165 sind auch betri ebsmäßig funkende und nichtfunkende, nicht baumustergeprüfte Meß-, Steuer-, Regel- und Fernmeldegeräte in Zone 2 zulässig, wenn die betri ebsmäßig auftretenden
Spannungen
und
Ströme
nicht
größer
sind
als
die
für
die
Zündschutzart
"Eigensicherheit" zulässigen Höchstwerte. Die zulässigen Höchstwerte der I nduktiv itäten und Kapazitäten dieser elektrischen Betriebsmittel sind jedoch einzuhalten.
6ES5 998-0EX12
7 - 7
Errichtung, Betrieb und I nstandhaltung eletrischer
S5-100U Ex-Baugruppen
Anlagen in explosionsgefährdeten Bereichen
Zusammenfassung der A nforderungen an die Betriebsmittel in der Zone 2
Betriebsmi ttel, die für Zone 0 oder 1 geeignet sind.
Betriebsmi ttel, die betri ebsmäßig keine Funken oder Lichtbögen erzeugen.
Betriebsmi ttel, deren Gehäuse schwadensicher (IP 54) oder die in v ereinfachter Überdruckkapselung ausgeführt sind.
Betriebmittel mi t blanken, aktiven Teilen und Einsatz im Freien (mi n. IP 54) in Räumen (min. IP 40)
Betriebsmi ttel mit ausschließlich isolierten Teilen und Einsatz im Freien (min. I P 44) in Räumen (min. I P 20)
Eine Herstellererklärung für Eignung für die Zone 2 muß v orliegen.
7.7
Errichten in Zo ne 10 un d 11
Die Zonen 10
und
11 sind
durch
brennbare
Stäube ex plosionsgefährdet.
Spielen
in
diesen
Bereichen gleichzeitig noch Ex plosionsgefahren durch brennbare Gase, Dämpfe und Nebel eine Rolle, so gelten die Bestimmungen für die Zone 0 bzw. 1 zusätzlich.
I n Zone 10 dürfen nur Betriebsmittel errichtet werden, die hierfür besonders geprüft und bescheinigt sind. Für Anlagen mi t eigensicheren Stromkreisen gelten die Anforderungen für Zone 0 sinngemäß.
In
Zone
11
dürfen
elektrische
Betriebsmi ttel
ohne
besondere
Prüfbescheinigung
v erwendet
werden. Sie müssen nur ausreichend gegen Staub geschützt sein. Das bedeutet, daß i m I nnern solcher Betriebsmittel sich weder ex plosionsfähige Staub/Luft-Gemi sche noch gefährliche Staubablagerungen
bilden
dürfen.
Diese
Bedingungen
werden
erfüllt,
wenn
die
Betri ebsmittel
mindestens der Schutzart I P 54 genügen.
Auch
auf
der
Oberfläche
dürfen
sich
keine
zu
großen
Staubablagerungen
bilden,
da
ein
Wärmestau bzw. aufgewi rbelter Staub letztlich zu einer Ex plosion führen kann. Dazu müssen v erschiedene Bedingungen erfüllt sein. Beispielsweise darf die Oberflächentemperatur nur 2/3 der Zündtemperatur des betreffenden Staub/Luft-Gemisches betragen. TO berfl.
≤
2/3 x TZünd . des
Staub-/Luft-Gemi sches. Auch darf bei Oberflächen, die nicht gegen gli mmfähige Staubablagerungen
ausreichend
geschützt
sind,
die
Oberflächentemperatur
temperatur des jeweiligen Staubes minus 75 K sein, TO berfl. v on
elektrischen
Betriebsmitteln
der
Zündschutzart
≤
nicht
größer
als
die
Gli mm-
2/3 x T Glim m . - 75 K. Der Einsatz
"Eigensicherheit"
benötigt
keinen
Schutz
gegen Staubablagerung. Die Bestimmungen für die Einhaltung der Oberflächentemperatur sind aber
zu
erfüllen.
Außerdem
muß
das
Betri ebsmittel
Oberflächentemperaturen z. B. TO berfl. < 80 Auch für die
Zonen
10 und
11 sind
in
°C
DIN
mit
den
bei
Dauerbetrieb
auftretenden
gekennzeichnet werden!
VDE
0165 gesonderte Einzelbestimmungen für
bestimmte Betriebsmittel, wi e z. B. M aschinen und Leuchten festgelegt.
7 - 8
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
Errichtung, Betrieb und I nstandhaltung eletrischer Anlagen in explosionsgefährdeten Bereichen
Eigensichere, zugehörige Betriebsmittel für Sensor-/A ktor-Einsatz in Zone 10 oder 11 1.
Zugehöri ge Betri ebsmittel, z.B. ib-bescheinigte SIM ATIC S5-100U Ex -Baugruppen, dürfen ohne weitere Bescheinigung/Zulassung Betri ebsmittel in Zone 11 v ersorgen bzw. mit diesen zusammengeschlossen werden. Die angeschlossenen Betriebsmi ttel in Zone 11 müssen die Zone 11-Bedingungen erfüllen.
2.
Entsprechendes wi e unter 1. gilt für Zone 10: Zugehörige ib-bescheinigte Betriebsmi ttel dürfen Betri ebsmittel in Zone 10 v ersorgen, wenn die v ersorgten Betriebsmittel für Zone 10 bescheinigt sind.
A chtung:
Bei
Erri chtung ist
die
Trennung
zwi schen den
Zonen, z.B.
die
Staubdichtheit
der
Kabeleinführung in Zone 10, zu berücksichtigen.
7.8
Betrieb , W artung , Störun g un d Instand setzun g
Der Betrieb und die Wartung v on elektri schen Anlagen in ex plosionsgefährdeten Bereichen liegen gemäß Paragraph 13 der ElexV
in
der alleinigen Verantwortung des
Betreibers.
Das
bedeutet, daß der Betreiber die Anlage in ordnungsgemäßigem Zustand zu halten, ordnungsmäßig zu betreiben und ständig zu überwachen hat. Weiterhin hat der Betreiber die notwendigen I nstandhaltungs- und I nstandsetzungsarbeiten unverzüglich v ornehmen und die den Umständen nach erforderlichen Sicherheitsmaßnahmen treffen zu lassen.
Vor der ersten Inbetriebnahme einer Anlage i st v om Betreiber eine Prüfung durch eine Elektrofachkraft zu veranlassen. Diese Prüfung kann entfallen, wenn dem Betreiber vom Hersteller oder Errichter die ordnungsgemäße Installation der Anlage bestätigt worden i st.
Selbstverständlich sind für einen ordnungsgemäßen Betrieb die allgemein anerkannten Regeln der Technik und i nsbesondere der Elektrotechnik zu beachten. Hierzu sind auch die Bestimmungen
für
den Betri eb v on
Starkstromanlagen
mit
den
Zusatzfestlegungen
für
ex plosions-
gefährdete Bereiche (DIN VDE 57105 Teil 9 / VDE 0105 Teil 9) heranzuziehen. Die Überwachung der elektrischen Betriebsmittel solcher Anlagen auf ihren ordnungsgemäßen Zustand ist dabei eine wesentliche Forderung.
Der normale Betrieb einer Anlage umfaßt auch ihre Pflege, Wartung und Betreuung, um Ausfällen v orzubeugen. Der mechanische Zustand einer Anlage sollte i nnerhalb eines Zeitraumes von 12
M onaten
überprüft
w erden.
Dabei
geht
es
um
den
Zustand
der
Verschraubungen
von
Anschußklemmen bis hin zur Gewährleistung des IP-Schutzes v on Gehäusen.
Hinsichtlich des einwandfreien Zustandes einer Anlage wi rd nach der Elex V eine Überprüfung einer Anlage i m Zeitabstand v on mindestens 3 Jahren verlangt, falls nicht ständig eine Überwachung durch einen v erantwortlichen I ngenieur erfolgt. Für eine solche Überprüfung ist die ex plosionsfähige Atmosphäre abzustellen, da z. B. im allgemeinen die Meßgeräte nicht explosionsgeschützt sind. Auch sind alle Gehäuse zu öffnen und der mechanische und elektrische Zustand aller Teile im Inneren zu kontrollieren (Kontaktzustand, Isolationswerte). Für elektrische Betri ebsmittel der Zündschutzart "Eigensicherheit" entfällt eine solche Prüfung, da diese Betriebsmittel wartungsfrei sind.
Hinweis Die
Aufsi chtsbehörde
kann
im
Ei nzelfall
erforderliche
Überwachungsmaßnahmen
anordnen.
I m Falle einer Störung an Anlagen muß das betreffende Betriebsmittel allpolig vom Netz abgeschaltet werden. Das gilt auch für Betriebsmittel außerhalb des ex plosionsgefährdeten Bereiches, falls v on i hnen der Ex plosionsschutz abhängt (z. B. bei zugehöri gen Betri ebsmitteln).
6ES5 998-0EX12
7 - 9
Errichtung, Betrieb und I nstandhaltung eletrischer
S5-100U Ex-Baugruppen
Anlagen in explosionsgefährdeten Bereichen
Hinweis Tri tt eine Ex plosion auf, die durch den Betrieb der elektrischen Anlage verursacht sein kann, ist sie durch den Betreiber der Aufsichtsbehörde zu melden. Dabei kann die Aufsichtsbehörde eine Untersuchung zur Ursache der Ex plosion, zum Zustand der Anlage zwecks
Ausschließung der Wi ederholung einer Ex plosion und zu weiteren
Schutzvorkehrungen fordern.
I nstandsetzungsarbeiten sind nur unter Beachtung der vorgeschri ebenen Schutzmaßnahmen für ex plosionsgefährdete Bereiche erlaubt. Verboten ist z. B. das Arbeiten an unter Spannung stehenden elektri schen Betriebsmitteln in
ex plosionsgefährdeten Bereichen. Das
Arbeiten an
eigensicheren Stromkreisen bildet hierbei eine Ausnahme.
Die
Ausführung
Elektrofachkraft
der
Arbeiten
stehenden
darf
nur
Personen
von
Elektrofachkräften
durchgeführt
werden.
oder
v on
Hinweise
unter
für
Aufsicht
derartige
einer
Arbeiten
werden in Tabelle 7.2 gegeben.
Sind die Instandsetzungsarbeiten durchgeführt, darf der Normalbetrieb erst nach Sicherstellung der
Wirksamkeit
der
erforderlichen
Ex plosi onsschutzmaßnahmen
aufgenommen
werden.
Hierüber hat ein Sachverständiger eine Bescheinigung auszustellen oder sein Prüfzeichen auf dem Betriebsmittel anzubringen.
Tab. 7.2
Hinweise für Arbeiten an explo sio nsgeschützten elektrischen Betriebsmitteln
Zündschutz-
A rt der auszu-
art des Be-
führenden
triebsmittels
A rbeiten
Zone 0
Zone 1
Zone 2
EEx ia
Öffnen von
nicht erlaubt
erlaubt
Alle Arbeiten grund-
mit
Gehäuse
Zulassung für
An- und
Zone 0
Abklemmen von
A rbeiten innerhalb explosionsgefährdeter Bereiche
sätzlich erlaubt, außer bei Auftreten einer plötzlichen Explosionsgefahr
Leitungen Strom-,
erlaubt mit
erlaubt mit Betriebs-
Spannungs- und
Meßgeräten,
mitteln, die
Widerstands-
die für Zone 0
1 bescheinigt sind;
messung
bescheinigt
Bescheinigungen
sind;
der Eigensicherheit
L und C
erlaubt
für Zone
beachten!
für Zone 0 beachten!
Lötarbeiten
verboten
verboten
verboten
EEx ia/
Öffnen von
nicht zulässig!
erlaubt
alle Arbeiten grund-
EEx ib
Gehäuse
sätzlich erlaubt, außer bei Auftreten
An- und
einer plötzlichen
Abklemmen von
Explosionsgefahr
Leitungen Strom-,
erlaubt mit beschei-
Spannungs- und
nigten Betriebs-
Widerstands-
mitteln oder mit
messung
Geräten ohne
erlaubt
eingebaute Stromversorgung Lötarbeiten
verboten
erlaubt, wenn Löttemperatur unter Zündtemperatur
7 - 10
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
Errichtung, Betrieb und I nstandhaltung eletrischer Anlagen in explosionsgefährdeten Bereichen
Zündschutz-
A rt der auszu-
art des Be-
führenden
triebsmittels
A rbeiten
Zone 0
Zone 1
EEx "e"
Öffnen von
nicht zulässig!
nur im spannungs-
A rbeiten innerhalb explosionsgefährdeter Bereiche
Gehäuse
Zone 2
losen Zustand erlaubt (Ausnahme s. Spannungsmessung)
An- und Ab-
nur im spannungs-
klemmen von
losen Zustand erlaubt
Leitungen Strom-,
nur
Spannungs- und
Spannungsmessung
Widerstands-
erlaubt mit
messung
bescheinigten Geräten (Kurzzeitmessung); übrige Messungen nur nach EEx "e"Installation
Lötarbeiten EEx "p"
Gehäuse öffnen
verboten nicht zulässig!
früher (Ex )f
nur erlaubt im
Grundsätzlich alle
spannungslosen
Arbeiten erlaubt, außer
Zustand u. unter
bei Auftreten einer
Beachtung der auf
plötzlichen
dem Betriebsmittel
Explosionsgefahr
angegeb. Zeitspanne An- und
nur im spannungs-
Abklemmen von
losen Zustand erlaubt
Leitungen Messen von Strom,
nur erlaubt, wenn
Spannung und
bescheinigte
Widerstand
Prüfgeräte angeschlossen werden u. Zündschutzart EEx "p" gewährleistet ist.
Lötarbeiten EEx "d"
Gehäuse öffnen
verboten nicht zulässig!
nur erlaubt im spannungslosen Zustand u. unter Beachtung der auf dem Betriebsmittel angegeb. Zeitspanne
An- und
nur im spannungs-
Abklemmen von
losen Zustand erlaubt
Leitungen Messen von Strom,
Arbeiten nicht möglich,
Spannung und
da sie nur mit
Widerstand
geöffneter Kapsel möglich sind. Ausnahme: Bei getrenntem Anschlußraum in EEx "e".
Lötarbeiten
6ES5 998-0EX12
verboten
7 - 11
Errichtung, Betrieb und I nstandhaltung eletrischer
S5-100U Ex-Baugruppen
Anlagen in explosionsgefährdeten Bereichen
weiter Tabelle 7.2
Zündschutz-
A rt der auszu-
art des Be-
führenden
triebsmittels
A rbeiten
Zone 0
Zone 1
Zone 2
für alle
Werkzeuge
nur mit
erlaubt mit nicht
Alle Werkzeuge sind
Werkzeugen
funkenreißendem
erlaubt
erlaubt, die
Werkzeug (z. B.
betriebsm.
Kupfer-Berylium)
Zündschutzarten gilt
A rbeiten innerhalb explosionsgefährdeter Bereiche
keine Funken erzeugen mechanischeArbeite verboten
verboten sind
alle Arbeiten grund-
n (Bohren,
Funkenbildung und
sätzlich erlaubt,
Hämmern,
unzulässige
außer bei Auftreten
Schleifen,
Erwärmung
einer plötzlichen
Trennen)
7 - 12
Explosionsgefahr
6ES5 998-0EX12
8
Systematik der Errichtung einer ex-geschützten A nlage an einem Beispiel
8.1
Beurteilung der Ex plosionsgefahr (Beispielangaben)
.
.
8
-
1
8.2
Bestimmen der sicherheitstechnischen Kennzahlen .
.
.
8
-
1
8.3
Beurteilung des Verarbeitungsbildes .
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
8
-
1
8.4
Auswahl der Ex -Schutzmaßnahmen .
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
8
-
2
8.5
Zoneneinteilung .
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
8
-
2
8.6
Auswahl elektri scher Betriebsmittel
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
8
-
2
8.7
Zusammenschaltung von elektri schen Betriebsmi tteln mit
.
.
.
.
.
.
eigensicheren Stromkreisen
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
8
-
2
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
8
-
3
8.9
Verlegen der Kabel und Leitungen .
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
8
-
3
8.10
Besonderheiten .
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
8
-
3
6ES5 998-0EX12
.
.
.
.
.
.
.
.
Auswahl v on Kabel und Leitungen .
.
.
.
8.8
.
.
.
.
.
1
2
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
Systematik der Errichtung einer explosiongeschützten Anlage an einem Beispiel
8
Systematik der Errichtung einer explosionsgeschützten A nlage an einem Beispiel
An einem nur zu Darstellungszwecken ausgewählten Beispiel sollen die pri nzi pielle Vorgehensweise und einige Details der Erri chtungsbestimmung explosionsgeschützter elektrischer Anlagen noch einmal zusammenfassend dargestellt werden.
I n einem Anbau an ein vorhandenes Fabrikgebäude soll eine Schaltwarte für die Gesamtanlage und eine kleine Pumpstation für brennbare Flüssigkeiten erstellt werden. Im Zuge der Planung des technologischen Verfahrens wird entschieden, daß in dem zu errichtenden Gebäude noch ein Vorratstank als Ansetz- und Vorratsbehälter sowie ein weiterer Behälter mit einem Rührwerk aufgestellt werden sollen.
8.1
Beurteilung d er E xplosion sgefahr (Beispielangab en)
welche brennbaren Stoffe sollen v erarbeitet
Äthylacetat
werden?
in welcher M enge und mit welchem
3
max. 250 m /h
Durchsatz pro Zeiteinheit?
max imal auftretende Konzentration in Luft?
natürliche Lüftung
Art der Verarbeitung und Handhabung?
Pumpen, Mischen, Rühren, Abfüllen
Möglichkeit des Austretens v on Dämpfen?
offene Behälter
Art und Wirksamkeit der Be- und
keine
Entlüftung?
8.2
Bestim m en d er sicherheitstech nischen Kennzah len
Dichte, Dichteverhältnis (gasf.)
Flammpunkt
- 4
UEG (untere Ex plosionsgrenze)
2,1 Vol %
Zündtemperatur
460
8.3
3,04
°C °C
Beurteilung d es Verarbeitun gsbildes
tritt überhaupt in dem Gebäude
ja!
explosionsfähige Atmosphäre auf?
an welchen Stellen muß mit welchen
in diesem Fall nicht wichtig, da keine
Mengen gerechnet werden?
technische Lüftung
tritt die ex plosionsfähige Atmosphäre i n
ja!
gefahrdrohender M enge auf?
6ES5 998-0EX12
8 - 1
Systematik der Errichtung einer explosion-
S5-100U Ex-Baugruppen
geschützten Anlage an einem Beispiel
8.4
A u swahl der Ex-Sch utzm aßn ahm en
Da der Einsatz v on primären M aßnahmen des Ex plosionsschutzes nicht geplant ist, muß das Auftreten v on Zündquellen v ermieden werden.
8.5
Z on eneinteilun g
Als Hilfsmittel zur Einteilung der Zonen werden die EX-RL und die TRbF herangezogen.
Räume mit Anlagen zum Lagern, Abfüllen
Zone 1
und M ischen
Apparate, die betri ebsmäßig zum Be-
Zone 1 bis 10 m
schicken und Entleeren geöffnet werden 3
Pumpen in Räumen (Ri = 250 m /h)
Zone 1 bis 3 m
Rohrleitungen mit betriebsmäßig lösbaren
Zone 2 bis 3 m
Verbindungen in Räumen
Es wird entschieden, daß der ganze Pumpenraum als Zone 1 zu betrachten i st.
8.6
A u swahl elektrischer Betriebsm ittel
Zündschutzart
welche elektrischen Betri ebsmittel sollen
Pumpenmotor
e oder d
unbedingt in dem ex plosionsgefährdeten
Rührwerksmotor
- " -
Raum untergebracht werden?
Leuchten,
- " -
M SR-Anlagen
EEx ib
Ex plosionsgruppe?
I IA
Temperaturklasse?
T1
Art der Zonen?
Zone 1
8.7
Z usam m enschaltung vo n elektrischen Betriebsm itteln m it eig ensicheren Strom kreisen
bei der Zündschutzart Eigensicherheit wird der Ex plosionsschutz durch das Zusammenwirken mehrerer Betriebsmi ttel einschließli ch der Verbindungsleitungen bestimmt;
bezüglich des Nachweises der Eigensicherheit wird dem Erri chter oder Betreiber eine große Verantwortung übertragen;
Grundvoraussetzung bei
der Errichtung
eigensicherer
Stromkreise
ist,
daß die
zulässigen
Werte der Temperatur, Leistung und der Energiespeicher nicht überschritten werden.
bei Zusammenschaltung li nearer und nicht li nearer eigensicherer Stromkreise sind die Vorschriften nach PTB-Bericht W-39 zu beachten.
8 - 2
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
Systematik der Errichtung einer explosiongeschützten Anlage an einem Beispiel
8.8
A u swahl von Kabel u nd L eitun gen
Motoranschluß
NYY
Rührwerksmotor
da ortsv eränderli ch: H07RN-F
Leuchten
NYM
MSR-Anlage
H05RN-F
(Temperatur, Höhenstand, Durchfluß)
8.9
Verlegen d er Kabel u nd L eitun gen
auf gemeinsamer Kabelbahn
Abstand!
Durchführung zu nicht ex gefährdetem
abschotten
Raum
Kennzeichnung der eigensicheren
Farbe blau
Leitungen
Einführen und Auflegen der Leitungen
Kennzeichnen und auf Verwechslungsgefahr achten
8.10
Beson derheiten
Pumpenmotor in Zündschutzart "e"
M otorschutz anpassen
Potentialausgleich
zusätzlicher PA
Blitzschutz
erforderlich
angrenzende elektri sche Betriebsstätte
luftseitige Trennung
6ES5 998-0EX12
8 - 3
Systematik der Errichtung einer explosion-
S5-100U Ex-Baugruppen
geschützten Anlage an einem Beispiel
8 - 4
6ES5 998-0EX12
Trennblatt
C79000-D8300-C016-01
1
Trennblatt
2
C79000-D8300-C016-01
Teil 2:
"SIMATIC S5 Ex-Baugruppen mit eigensicheren Stromkreisen"
Mechanischer Aufbau eines Automatisierungssystems mit SIMATIC S5-Ex-Baugruppen
9
Kopplungsmöglichkeiten von Automatisierungssystemen mit SIMATIC S5-Ex-Aufbauten
10
SIMATIC S5-Ex-Baugruppen
11
Baugruppenadressierung
12
Anhänge
6ES5 998-0EX12
A/B/C D/E/F/ G/H/J
1
2
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis 9
Mechanischer Aufbau eines Automatisierungssystems mit Ex-Baugruppen..... 9 - 1 9.1 9.1.1 9.1.2 9.1.3 9.1.4
Beurteilung der Explosionsgefahr (Beispielangaben) .................................... 9 - 1 Aufbau einer Zeile mit Ex-Baugruppen .......................................................... 9 - 2 Erweiterung in mehrere Zeilen....................................................................... 9 - 7 Schrankeinbau ............................................................................................... 9 - 9 Senkrechter Aufbau ..................................................................................... 9 - 12
9.2 9.2.1 9.2.2
Verdrahtung eines Automatisierungssystems mit SIMATIC-Ex-Baugruppen ............................................................................ 9 - 13 Stromversorgung anschließen ..................................................................... 9 - 13 Ex-Peripheriebaugruppen anschließen........................................................ 9 - 14
9.3
Elektrischer Aufbau...................................................................................... 9 - 14
9.4
Potentialausgleich bei explosionsgeschützten Anlagen .............................. 9 - 15
9.5 9.5.1 9.5.2 9.5.3 9.5.4 9.5.5 9.5.6
Leitungsführung in Ex-Anlagen.................................................................... 9 - 17 Kennzeichnung von Kabeln und Leitungen eigensicherer Stromkreise....... 9 - 19 Leitungsführung in Kabelbetten aus Metall oder Schutzrohren ................... 9 - 20 Zusammenfassung der Anforderungen nach DIN VDE 0165/02.91 ............ 9 - 20 Auswahl der Kabel und Leitungen nach DIN VDE 0165.............................. 9 - 21 Kabelarten.................................................................................................... 9 - 22 Anforderungen an die Klemmen bei der Zündschutzart Eigensicherheit..... 9 - 25
9.6 9.6.1 9.6.2 9.6.3 9.6.4
Schirmung und Maßnahmen gegen Störspannung ..................................... 9 - 27 Geräteschirmung ......................................................................................... 9 - 27 Leitungsschirmung....................................................................................... 9 - 27 Maßnahmen gegen Störspannungen .......................................................... 9 - 29 Die wichtigsten Grundregeln zur Sicherstellung der EMV ........................... 9 - 30
9.7 9.7.1 9.7.2 9.7.3 9.7.4 9.7.5 9.7.6 9.7.7
Blitzschutz.................................................................................................... 9 - 31 Äußerer Blitzschutz/Gebäudeschirmung ..................................................... 9 - 31 Dezentralisierung von Anlagen mit SIMATIC S5-ET 100/ET 200U ............. 9 - 32 Kabel- und Gebäudeschirmung ................................................................... 9 - 34 Blitzschutz-Potentialausgleich ..................................................................... 9 - 34 Überspannungsschutz ................................................................................ 9 - 35 Geräte für den Überspannungsschutz auch bei direkten Blitzeinschlägen.. 9 - 36 Blitzschlag.................................................................................................... 9 - 38
9.8 9.8.1 9.8.2
Montagearbeiten in explosionsgefährdeten Bereichen................................ 9 - 39 Sicherheitsmaßnahmen ............................................................................... 9 - 39 Einsatz eines Ex-Aufbaus im explosionsgefährdeten Bereich..................... 9 - 41
9.9 9.9.1 9.9.2
Instandhaltung der elektrischen Betriebsmittel ............................................ 9 - 44 Austauschen von Betriebsmitteln ................................................................ 9 - 44 Instandsetzung von Betriebsmitteln ............................................................. 9 - 44
6ES5 998-0EX12
i
Inhaltsverzeichnis
10
11
S5-100U Ex-Baugruppen
Kopplungsmöglichkeiten von SIMATIC S5-Ex-Aufbauten .................................. 10 - 1 10.1
SIMATIC-SIMATIC-Kopplungen .................................................................. 10 - 2
10.2
Übersicht über Bussysteme der SIMATIC S5-Kleinsteuergeräte ................ 10 - 3
10.3
Übersicht der SIMATIC Bussysteme ET 100U und ET 200U ...................... 10 - 4
10.4
TELEPERM-SIMATIC-Kopplungen ............................................................. 10 - 6
SIMATIC S5-Ex-Baugruppen ................................................................................. 11 - 1 11.1
Ex-Baugruppen im System SIMATIC S5 ..................................................... 11 - 1
11.2
Aufbau mit eigensicheren Baugruppen........................................................ 11 - 3
11.3
Maximale Anzahl an analogen und digitalen Ex-Baugruppen in den einzelnen Systemen ......................................................................... 11 - 5 11.3.1 Stromabgabe der einzelnen Systeme ......................................................... 11 - 5 11.3.2 Adreßvolumen der einzelnen Systeme ....................................................... 11 - 5 11.3.3 Maximale Anzahl an Ex-Analog/Digital-Baugruppen ................................... 11 - 6 11.4 Stromversorgungsbaugruppe PS 935-8ME11 ............................................. 11 - 8 11.4.1 Elektrischer Anschluß der PS 935 ............................................................. 11 - 10 11.4.2 Einsatz der PS 935 in den Systemen AG S5-95U / S5-100U (feste Steckplatzadressierung) .................................................................. 11 - 10 11.4.3 Einsatz der PS 935 in den Systemen ET 100U / ET 200U (variable Steckplatzadressierung).............................................................. 11 - 13 11.4.4 Überwachung und Diagnose mit der PS 935............................................. 11 - 16 11.5
Ex-Busmodul 6ES5 700-8EA11................................................................. 11 - 16
11.6
Trennwand 6ES5 497-8EA11 .................................................................... 11 - 17
11.7 Ex-Digitalbaugruppen ................................................................................ 11 - 18 11.7.1 Ex-Digital-Eingabebaugruppe 6ES5 437-8EA12 ....................................... 11 - 18 11.7.2 Ex-Digital-Ausgabebaugruppe 6ES5 457-8EA12 ...................................... 11 - 24 11.8 11.8.1 11.8.2 11.8.3
Analogwertverarbeitung mit eigensicheren Baugruppen ........................... 11 - 28 Ex-Analog-Eingabebaugruppe 2 x 4 ... 20 mA 6ES5 467-8EE11.............. 11 - 28 Ex-Analog-Ausgabebaugruppe 2 x 4 ... 20 mA 6ES5 477-8EC11 ............ 11 - 33 Anschluß von Ex-SMART-Meßumformer an Ex-Analog-Ein- und -Ausgaben ................................................................. 11 - 37 11.8.4 Ex-Analog-Eingabebaugruppe 4 x ± 50 mV, 6ES5 467-8EA11................. 11 - 39 11.8.5 Ex-Analog-Eingabebaugruppe 2 x Pt100 (± 500 mV), 6ES5 467-8EF11 .. 11 - 47 11.8.6 Analogwert-Anpassungsbausteine FB 250 und FB 251 ............................ 11 - 55
12
ii
Baugruppendressierung......................................................................................... 12 - 1 12.1 12.1.1 12.1.2 12.1.3
Adressierung der AG S5-95U / S5-100U ..................................................... 12 - 1 Steckplatznumerierung in den AG S5-95U / S5-100U................................. 12 - 1 Adressierung von Digitalbaugruppen in den AG S5-95U / S5-100U ........... 12 - 3 Adressierung von Analogbaugruppen in den AG S5-95U / S5-100U .......... 12 - 4
12.2
Adressierung in den Systemen ET 100U / ET 200U.................................... 12 - 5
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
Inhaltsverzeichnis
A
Konformitätsbescheinigungen ................................................................................A - 1
B
Planungsunterlagen / Projektierungshilfen ............................................................B - 1
C
Anwendungsbeispiele ..............................................................................................C - 1
D
Sicherheitstechnische Betrachtung bei Zusammenschaltung eigensicherer Stromkreise ..................................................D - 1
E
Maßbilder ...................................................................................................................E - 1
F
Technische Daten...................................................................................................... F - 1
G
Fachwörter zum Thema Explosionsschutz und "Eigensicherheit" (Glossar) .... G - 1
H
Ex-Betriebsmittel und Zubehör................................................................................H - 1
J
H.1
Weitere Ex-Betriebsmittel von Siemens.........................................................H - 1
H.2
Zubehör..........................................................................................................H - 2
Index ...........................................................................................................................S - 1
6ES5 998-0EX12
iii
Inhaltsverzeichnis
iv
S5-100U Ex-Baugruppen
6ES5 998-0EX12
9
M echanischer A ufbau eines A utomatisierungssystems mit Ex-Baugruppen
9.1
Beurteilung der Ex plosionsgefahr (Beispielangaben)
9.1.1
Aufbau einer Zeile mi t Ex -Baugruppen
9.1.2
Erweiterung i n mehrere Zeilen
.
.
.
.
9.1.3
Schrankeinbau
9.1.4
Senkrechter Aufbau
9.2
Verdrahtung eines Automatisierungssystems mit SIMATI C-
.
Ex -Baugruppen .
.
9
-
1
.
.
.
.
.
.
.
9
-
2
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
9
-
7
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
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.
.
.
.
.
.
.
9
-
9
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
9
-
12
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
9
-
13
Stromv ersorgung anschließen
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
9
-
13
9.2.2
Ex -Peri pheri ebaugruppen anschließen .
.
.
.
.
.
.
.
.
.
9
-
14
9.3
Elektrischer Aufbau .
.
.
.
.
.
.
.
.
.
9
-
14
9.4
Potentialausgleich bei explosionsgeschützten Anlagen
.
9
-
15
9.5
Leitungsführung in Ex -Anlagen .
.
9
-
17
9.5.1
Kennzeichnung v on Kabeln und Leitungen eigensicherer 9
-
19
9
-
20
Stromkreise .
.
.
.
.
.
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.
.
.
Leitungsführung in Kabelbetten aus M etall oder Schutzrohren .
9.5.3
.
.
.
.
9.2.1
9.5.2
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
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.
.
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.
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.
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.
.
.
.
Zusammenfassung der Anforderungen nach DIN VDE 0165/ 02.91
.
.
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.
.
.
.
.
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.
.
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.
9
-
20
9.5.4
Auswahl der Kabel und Leitungen nach DIN VDE 0165/0815
9
-
21
9.5.5
Kabelarten
.
9
-
22
9.5.6
Anforderungen an die Klemmen bei der Zündschutzart
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Eigensicherheit
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9
-
25
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9
-
27
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9
-
27
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9
-
27
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9
-
29
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9
-
30
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9
-
31
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9
-
31
9.6
Schirmung und M aßnahmen gegen Störspannung
9.6.1
Geräteschirmung
.
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9.6.2
Leitungsschirmung
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9.6.3
Maßnahmen gegen Störspannungen
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9.6.4
Zusammenfassung der EMV-Grundregeln .
9.7
Blitzschutz
.
9.7.1
Äußerer Blitzschutz/Gebäudeschirmung .
9.7.2
Dezentralisierung von Anlagen mi t SIM ATIC S5-ET 100U/ ET 200U
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9
-
32
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9
-
34
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9
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34
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9
-
35
9.7.3
Kabel- und Gebäudeschirmung
9.7.4
Blitzschutz-Potentialausgleich
9.7.5
Überspannungsschutz
9.7.6
Geräte für den Überspannungsschutz auch bei direkten Blitzeinschlägen
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9
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36
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9
-
38
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9
-
39
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9
-
39
Einsatz eines Ex -Aufbaus im explosionsgefährdeten Bereich
9
-
41
9.9
Instandhaltung der elektrischen Betriebsmittel .
.
.
.
.
.
9
-
44
9.9.1
Austauschen v on Betri ebsmitteln
9.9.2
Instandsetzung v on Betriebsmitteln
9.7.7
Blitzeinschlag .
9.8
Montagearbeiten in ex plosionsgefährdeten Bereichen
9.8.1
Sicherheitsmaßnahmen
9.8.2
6ES5 998-0EX12
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9
-
44
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9
-
44
1
2
6ES5 998-0EX12
Bilder 9.1
Gerätezeile mit Ex -Baugruppen .
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9
-
2
9.2
Demontage der Busmodule .
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9
-
5
9.3
Einstellen des Codierelementes auf dem eigensicheren Busmodul
9
-
6
9.4
Verbindung durch Anschaltungsbaugruppen (6ES5 316-8MA12)
9
-
8
9.5
M ehrzeiliger Aufbau mit eigensicheren Baugruppen in einem 8MFSchrank
.
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9
-
10
9.6
M ehrzeiliger Aufbau i n einem Schwenkrahmen (6XK3 ...)
.
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9
-
11
9.7
Schrankeinbau mit einem Ex - und einem Nicht-Ex -Kabelkanal
.
9
-
12
9.8
Senkrechter Aufbau des AG
9.9
Aufbau des S5-100U mi t eigensicheren Baugruppen
9.10
Haupt- und Nebenpotentialausgleich gemäß VDE
.
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9
-
13
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9
-
15
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9
-
16
9.11
Beispiel eines Potentialausgleichs für MSR-Anlagen .
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9
-
17
9.12
Leitungsführung für eigensichere Stromkreise
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9
-
18
9.13
Schirmung v on Ex -Leitungen
9.14
Blitzschutzkonzept ET 100U/ET 200U
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9
-
28
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9
-
33
9.15
Überspannungsschutz im eigensicheren Stromkreis
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9
-
35
9.16
Blitz-/Überspannungsschutz einer Gasverdichterstation
.
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9
-
37
9.17
SIM ATIC Ex -Baugruppen im ex plosionsgefährdeten Bereich
9
-
41
Tabellen 9.1
M ontage, Demontage und Veränderung des AG .
.
.
.
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9
-
2
9.2
Steckplatzcodierung bei Ex -Baugruppen
.
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9
-
6
9.3
Verlustleistungen der AG/ET und Ex -Baugruppen
.
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9
-
9
9.4
I nhalt der DIN VDE 0165/02.91 .
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9
-
20
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9.5
M indestquerschnitte v on Kupferleitungen gem. DIN VDE 0165
9.6
Kabelarten .
9.7
Siemens-Kabel für die MSR-Technik gem. DIN VDE 0815
9.8
Geeignete Blitzschutzelemente für Ex -Baugruppen
9.9
Sicherheitsmaßnahmen
9.10
Arbeiten am Anlagenaufbau in der Zündschutzart:
.
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.
EE de [ib] T5...T6
6ES5 998-0EX12
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9
-
22
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9
-
22
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9
-
25
9
-
36
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9
-
40
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9
-
42
3
4
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
Mechanischer Aufbau eines Automatisierungssystems mit Ex-Baugruppen
9
Mechanischer A ufbau eines A utomatisierungssystems mit Ex-Baugruppen
Hinweis Ex -Anlagen dürfen nur durch autorisiertes Personal errichtet werden.
9.1
Beurteilung d er E xplosion sgefahr (Beispielangab en)
Außer den Peripheriebaugruppen werden alle Teile des AG/ET auf Normprofi lschienen nach DIN EN 50022-35x15 aufgeschnappt. Diese Teile des AG sind z .B.:
• •
Laststromversorgung z. B. PS 931 AG S5-95U; CPU 102/103 oder die Anschaltungsbaugruppe IM 318-8M.. (für ET 100U/ ET 200U) Zusatzstromversorgung PS 935
• • •
Nicht-Ex -Busmodule Ex -Busmodule Trennwand
Die Peripheriebaugruppen werden auf die Busmodule gesteckt:
• •
Die Nicht-Ex -Peripheriebaugruppen auf die Nicht-Ex -Busmodule die Ex -Peripheriebaugruppen auf die Ex -Busmodule.
Die Trennwand muß zwischen den Ex - und Nicht-Ex -Baugruppen angeordnet werden. Die Normprofilschiene montieren Sie auf eine Metallplatte, um ein gleiches Bezugspotential zu gewährleisten.
Unterschiedli che
Aufbauhöhen
ergeben
sich
für
Busmodule
in
SIGUT-
oder
Crimp-snap-in-Anschlußtechnik.
Bei der Montage, Demontage oder bei Veränderungen des Aufbaus dürfen Sie nur nach folgendem Schema v orgehen (Tab. 9.1):
6ES5 998-0EX12
9 - 1
Mechanischer Aufbau eines Automatisierungs-
S5-100U Ex-Baugruppen
systems m it Ex-Baugruppen
Tab. 9.1
Mo ntage, Dem ontage und Veränderung des AG /ET
Montage, Demontage und
NETZ-Zustand
Betriebsart
Lastspannung
A G/ET
A G/ET
Ex -Peri pheri ebaugruppen
NETZ-AUS
STOP
X
Nicht-Ex -Peripheriebaugruppen
NETZ-AUS
STOP
AUS
Ex -Busmodule
NETZ-AUS
X
X
NETZ-AUS
X
X
X
X
Veränderung von:
Nicht-Ex -Busmodule
Anschaltungsbaugruppen Zentralbaugruppe
Versorgungsspannung AUS
Stromv ersorgung PS 935
9.1.1
A ufbau einer Z eile m it E x-Baug rup pen
Für den Aufbau eines Automatisierungssystems mi t eigensicheren und nicht eigensicheren E/AStromkreisen benötigen Sie folgende Teile:
• • • • •
eine Laststromversorgungsbaugruppe ein AG, eine CPU bzw. Anschaltungsbaugruppe IM 318 eine Zusatzstromversorgungsbaugruppe PS 935 (bei Bedarf) Ex - und Nicht-Ex -Busmodule Ex - und Nicht-Ex -Peripheriebaugruppen
Beginnen Sie mi t dem Aufbau am linken Ende der Normprofilschiene und fügen Sie die anderen Baugruppen rechts daneben an.
Trennwand
SV
5
CPU/
3 9
I M 3188M..
S P
Ex-/ (projektierungsabhängig)
Bild 9.1
9 - 2
Nicht-Ex-Baugruppen
Gerätezeile m it Ex-Baugruppen
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
Mechanischer Aufbau eines Automatisierungssystems mit Ex-Baugruppen
Stromversorgungsbaugruppe PS 931 montieren
Die Konstruktion der Rückwand ermöglicht eine einfache Befestigung auf der Normprofilschiene.
• •
Hängen Sie die Stromv ersorgungsbaugruppe in die Normprofilschiene ein und schwenken Sie diese nach hinten, bis der Schieber einrastet.
Demontage
Schalten Sie die Eingangsspannung der PS 931 ab.
•
Lösen Sie die Verbindungen zwischen CPU und Stromv ersorgungsbaugruppe bzw. Anschaltungsbaugruppe I M 318 und Stromv ersorgungsbaugruppe,
•
drücken
Sie mi t einem Schraubendreher den
Schieber an
der Unterseite
der Stromv er-
sorgungsbaugruppe nach unten und
•
schwenken Sie die Baugruppe aus der Normprofi lschiene heraus.
A G/CPU/A nschaltungsbaugruppe I M 318 montieren
Sie v erfahren wie bei der Stromversorgungsbaugruppe.
•
Hängen Sie
das
AG
/ die
CPU
/ die
Anschaltungsbaugruppe IM
318 rechts
neben der
Stromv ersorgungsbaugruppe i n die Normprofilschiene ein und
•
schwenken Sie diese nach hinten, bis der Schieber einrastet.
Demontage des A G /
•
der CPU / der A nschaltungsbaugruppe I M 318
Schalten Sie die Versorgungsspannung des AG / der CPU / der Anschaltungssbaugruppe IM 318 ab.
•
Entfernen Sie die Peri pheri ebaugruppe bzw. Zusatzstromv ersorgung PS 935 auf dem Steckplatz "0".
•
Lösen Sie die Verbindung (Flachbandkabel) zwi schen dem AG / der CPU / der I M 318 und dem ersten Busmodul oder der PS 935.
•
Lösen Sie die Verbindungen zwi schen dem AG / der CPU / der IM 318 und der Stromv ersorgungsbaugruppe,
•
drücken
Sie
mit
einem Schraubendreher den Schieber an der Unterseite der jeweiligen
Bauguppe nach unten und
•
schwenken Sie die Baugruppe aus der Normprofi lschiene heraus.
Stromversorgungsbaugruppe PS 935 montieren
•
Stecken Sie den Stecker des Flachbandkabels in die Stiftleiste an der rechten Seite des AG / der CPU / der Anschaltungsbaugruppe IM 318.
•
Hängen Sie die Stromv ersorgungsbaugruppe in die Normprofilschiene ein und schwenken Sie diese nach hinten, bis der Schieber einrastet.
•
Verbinden Sie den DC 24 V-Anschluß (+) des AG / der CPU /
der Anschaltungsbaugruppe
mit dem DC 24 V-Anschluß der PS 935.
6ES5 998-0EX12
9 - 3
Mechanischer Aufbau eines Automatisierungs-
S5-100U Ex-Baugruppen
systems m it Ex-Baugruppen
Hinweis PS 935 immer auf den ersten Steckplatz montieren
Demontage der PS 935
• • • • •
Schalten Sie die Spannung der DC 24 V-Versorgung ab. Lösen Sie die Verbindungen der DC 24 V-Versorgung. Lösen Sie die Verbindung (Flachbandkabel) zum Busmodul. Entfernen Sie das Busmodul rechts v on der PS 935. Drücken Sie mit einem Schraubendreher den Schieber an der Baugruppe nach unten und schwenken Sie die Baugruppe aus der Normprofilschiene heraus.
•
Ziehen Sie den Stecker des Flachbandkabels aus dem AG / der CPU / der Anschaltungsbaugruppe I M 318.
Ex-Busmodul montieren
Einhängen und einschwenken wie bei den Stromv ersorgungs- und Zentralbaugruppen
• •
Seitliche Haken v erbinden die Ex -Busmodule untereinander sowi e mit
-
Nicht-Ex -Busmodulen oder
-
dem AG / der CPU / der Anschaltungsbaugruppe IM 318
zwischen die Ex -Busmodule und Nicht-Ex -Teile des AG / der Anschaltungsbaugruppe I M 318 muß immer eine Trennwand montiert werden, um 50 mm Fadenmaß zwischen eigensicheren und nicht eigensicheren Anschlußklemmen zu erhalten.
Verbinden der Ex-Busmodule untereinander oder mit Nicht-Ex-Teilen des A G / der A nschaltungsbaugruppe I M 318
• •
Ziehen Sie den Stecker des Flachbandkabels - am Busmodul links oben - aus der Halterung und stecken Sie ihn über die Trennwand (nur notwendig bei Ex - und Nicht-Ex -Busmoduln) in die Buchse des li nken Nachbar-Busmoduls,
•
oder in die Buchse an der rechten Seite des AG / der CPU / der Anschaltungsbaugruppe IM 318.
Demontage der eigensicheren Busmodule
•
Lösen Sie die Verbindungen zu den benachbarten Ex -/Nicht-Ex -Busmodulen oder zum AG / zur CPU / der Anschaltungsbaugruppe I M 318.
• •
Drücken Sie mit einem Schraubendreher den Schieber nach unten und schwenken Sie das M odul aus der Normprofilschiene heraus.
9 - 4
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
Mechanischer Aufbau eines Automatisierungssystems mit Ex-Baugruppen
1
Ex-Codierelement
3 Bild 9.2
2
4
Demontage der Busmo dule
Ex-Peripheriebaugruppen montieren
Bevor Sie eine Ex -Peri pheri ebaugruppe montieren, müssen Sie das Codierelement des Ex -Busmoduls auf den Baugruppentyp einstellen. Der Baugruppentyp muß auf dem Beschriftungsfeld des Ex -Busmoduls eingetragen werden.
Codierelement einstellen: Auf jeder Ex -Peri pheri ebaugruppe i st vorne eine Kennzi ffer aufgedruckt. Je nach Baugruppentyp i st eine Nummer v on 9 bis
16 festgelegt. Auf der Rückseite jeder Baugruppe ist ein blauer
Codierzapfen als "Schlüssel" angebracht. Er befindet sich je nach Baugruppentyp in einer anderen, unveränderlichen Stellung. Das Busmodul hat für jeden Steckplatz das Gegenstück, ein blaues, drehbares Codierelement als "Schloß" (Bild 9.2). Stellen Sie mit einem Schraubendreher das "Schloß" auf dem Busmodul entsprechend der Baugruppenkennziffer ein (Tabelle 9.2).
G efahr Beim
Austausch
einer
Ex -Baugruppe
darf
nur
eine
typgleiche
Baugruppe
auf
diesen Steckplatz gesteckt werden. Wenn trotzdem eine andere Baugruppe auf diesen Steckplatz gesteckt wi rd, dann ist die Eigensicherheit der am Ex -Busmodul angeschlossenen Stromkreise nicht mehr gewährleistet.
6ES5 998-0EX12
9 - 5
Mechanischer Aufbau eines Automatisierungs-
S5-100U Ex-Baugruppen
systems m it Ex-Baugruppen
Tab. 9.2
Steckplatzcodierung bei Ex-Baugruppen
KennzeichBaugruppe
M LFB
Baugruppenschlü
nung auf Bau-
ssel auf
gruppen-
Busmodul
rückseite
einzustellen
Ex -Digital-Eingabe (NAM UR)
6ES5 437-8EA12
F
12
Ex -Digital-Eingabe (m. Diagnose)
6ES5 437-8EA21
F
12
Ex -Digital-Ausgabe
6ES5 457-8EA12
E
13
Ex -Analog-Eingabe (Thermoelem.)
6ES5 467-8EA11
C
15
Ex -Analog-Eingabe (4 ... 20 mA)
6ES5 467-8EE11
D
14
Ex -Analog-Eingabe (Pt 100)
6ES5 467-8EF11
B
16
Ex -Analog-Ausgabe
6ES5 477-8EC11
D
14
2
14
Ex
14
14
14
Ex
16 1 5
13
Ex
10
9
3
12
1
Bild 9.3
9 - 6
Einstellen des Codierelementes auf dem Ex-Busmodul
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
Mechanischer Aufbau eines Automatisierungssystems mit Ex-Baugruppen
Peripheriebaugruppe befestigen
• • • •
Hängen Sie die Baugruppe oben am Busmodul ein, schwenken Sie diese zum Busmodul hin, drücken Sie sie fest und v erschrauben Sie die Baugruppe mit dem Busmodul.
Peripheriebaugruppe aushängen
•
Lösen Sie die Befestigungsschraube und schwenken Sie die Baugruppe nach vorn und oben heraus.
9.1.2
Erweiterun g in m ehrere Zeilen
Können Sie nicht alle Baugruppen in einer Zeile anordnen, so ist eine Erweiterung auf bis zu vi er Zeilen mögli ch. Sie dürfen max imal 16 Busmodule einsetzen. Dabei ist es gleichgültig, wieviele M odule in einer Zeile montiert werden. Zur Verbindung der einzelnen Zeilen benötigen Sie pro Zeile eine Anschaltungsbaugruppe I M 316.
Die M ontage erfolgt wie bei den Busmodulen. Die Anschaltungsbaugruppe IM 316 muß dann wi eder über die Flachbandleitung mit dem letzten Busmodul verbunden werden. Zwischen der Anschaltbaugruppe IM 316 und einem Ex -Busmodul muß immer eine Trennwand montiert werden.
Bei zweizeiligem Aufbau v erwenden Sie die Anschaltung I M 315. Sie besteht aus zwei Baugruppen, die über eine Leitung v on 0,5 m Länge fest mi teinander v erbunden sind. Bei mehrzeiligem Aufbau benutzen Sie Steckleitung
712-8 zu
die
Anschaltungsbaugruppen IM
v erbinden (Bestell-Nr.
6ES5
316.
712-8...).
Die Die
Anschaltungen sind mit Länge der
Steckleitung
der ist
abhängig v on der Strombelastung der Verbindungsleitung (siehe Kap. 11.4.2).
Beim Aufbau in v erschiedenen Schränken ist ein gemeinsames Bezugspotential der Normprofilschiene erforderlich.
6ES5 998-0EX12
9 - 7
Mechanischer Aufbau eines Automatisierungs-
S5-100U Ex-Baugruppen
systems m it Ex-Baugruppen
OUT
IN
4
2
8
5
6
7
OUT
IN
Ex
Bild 9.4
14
Ex
14
Ex
14
Ex
14
Verbindung durch Anschaltungsbaugruppen (6ES5 316-8M A12)
M ontage der A nschaltung I M 315/IM 316
• • •
Hängen Sie die Anschaltungsbaugruppe in die Normprofilschiene ein. Schwenken Sie die Baugruppe nach hinten ein. Verbinden Sie die Baugruppe über die Flachbandleitung mit dem letzten Busmodul (Wenn das letzte Busmodul ein Ex -Busmodul ist, dann die Trennwand nicht vergessen!).
• •
Verbinden Sie beide Anschaltungsbaugruppen mit einer Steckleitung 712-8. Die Leitung wird in der AG-Zeile an die Buchse "OUT" und in der Erweiterungszeile an die Buchse "I N" gesteckt.
•
Sichern Sie die Stecker der Steckleitung mit jeweils 2 Schrauben.
9 - 8
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
Mechanischer Aufbau eines Automatisierungssystems mit Ex-Baugruppen
Demontage der A nschaltungsbaugruppe I M 315/IM 316
•
Nur bei
IM
316:
Lösen
Sie
die
Befestigungsschrauben
der
Stecker
und ziehen
Sie die
Steckleitung ab.
• •
Lösen Sie die Verbindung (Flachbandleitung) zum benachbarten Busmodul, drücken Sie mit einem Schraubendreher den Schieber an der Unterseite der Anschaltungsbaugruppe nach unten und schwenken Sie die Baugruppe aus der Normprofilschiene heraus.
9.1.3
Schran keinb au
Zur Verbesserung der Störsicherheit sollte das AG/ET auf einer Metallplatte montiert werden; zumindest müssen alle Normprofi lschienen niederohmig v erbunden sein. Achten Sie beim Aufbau auf eine gute elektrische Verbindung. Neben Schränken des 8MF-Systems, gegebenenfalls mit Doppelschwenkrahmen für eine höhere Packungsdichte, können Sie auch Gerätetragbleche der 8LW- oder 8LX-Systeme v erwenden (Katalog NV
21). Der Abstand zwischen zwei
Normprofilschienen muß mindestens
210 mm
betragen. Beachten Sie dazu die Maßbilder im Anhang.
Zur besseren Wärmeverteilung sollten
• • • in
die Stromv ersorgungen PS 931 und PS 935, die CPU/Anschaltungsbaugruppe I M 318-8M.. und die Ex -Analogbaugruppen
unbelüfteten
Schränken
immer
in
der
untersten
Zeile
angeordnet
werden,
in
belüfteten
Schränken immer in der obersten.
Zur Bemessung der Schrankbelüftung bestimmen Sie die Gesamtverlustleistung als Summe aller ty pischen Verlustleistungen (Tabelle 9.3).
Tab. 9.3
Verlustleistungen der AG /ET und Ex-Baugruppen
typ. Baugruppe
Verlustleistung
max. Stromaufnahme aus dem A G Rückwandbus
AG S5-95 (6ES5 095-8MA..)
12 W
-
CPU 102 (6ES5 102-8MA..)
11,4 W
-
CPU 103 (6ES5 103-8MA..)
11,6 W
-
IM 318-A (6ES5 318-8MA..) (für ET 100U)
6 W
-
IM 318-B (6ES5 318-8MB..) (für ET 200U)
6 W
-
7,5 W
-
Ex -Digital-Eingabe (6ES5 437-8EA12)
0,45 W
50 mA
Ex -Digital-Eingabe (6ES5 437-8EA21)
0,45 W
50 mA
Ex -Digital-Ausgabe (6ES5 457-8EA12)
0,5 W
55 mA
Ex -Analog-Eingabe (6ES5 467-8EA11)
2,5 W
270 mA
Ex -Analog-Eingabe (6ES5 467-8EE11)
2,9 W
320 mA
Ex -Analog-Eingabe (6ES5 467-8EF11)
2,5 W
270 mA
3,15 W
350 mA
PS 935 (6ES5 935-8ME11)
Analog-Ausgabebaugruppe (6ES5 477-8EC11)
6ES5 998-0EX12
9 - 9
Mechanischer Aufbau eines Automatisierungs-
S5-100U Ex-Baugruppen
systems m it Ex-Baugruppen
Grundrahmen
5
1
1 3 13
MI
26 BLAU
8
5 IM
S
2
5 3 1
1 9
3
3 P
1
2
3
4
5
6
7
8
9
MI
10 11 12
BLAU
5
3
1 3 39
52
MI
BLAU
8
5 MI
S
4
5 3
1
1 9
3
3 P
27
IM
38
BLAU
5
5
1 3 65
MI
78
BLAU
8
5 MI
S
6
5 3
1
1 9
3
3 P
53
64
79
90
MI
BLAU
8
5 MI
S
7
3 1 9 3 P
BLAU
Kabelkanal
Bild 9.5
9 - 10
Mehrzeiliger Aufbau m it eigensicheren Ex-Baugruppen in einem 8MF-Schrank
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
Mechanischer Aufbau eines Automatisierungssystems mit Ex-Baugruppen
Schwenkrahmen
DC
24 V
1 8
5 MI
S
AC
230 V
3 1 9 3 P
1
2
3
4
5
6
BLAU
8
5 IM
S
2
3 1 9 3 P
7
8
9
10 11 12 BLAU
8
5 IM
S
3
3 1 9 3 P
13 14 15 16 17 18
BLAU
8
5 MI
S
4
BLAU
3 1 9 3 P 0 0 1
19 20 21 22 23 24 BLAU
X 8
5 MI
S
5
3 1 9 3 P
25 26 27 28 29 30
BLAU
6 8
5 MI
S
3 1 9 3 P
31 32 33 34 35 36
BLAU
Bild 9.6
Mehrzeiliger Aufbau in einem Schwenkrahmen (6XK3 ...)
6ES5 998-0EX12
9 - 11
Mechanischer Aufbau eines Automatisierungs-
S5-100U Ex-Baugruppen
systems m it Ex-Baugruppen
nicht-Ex-Baugruppen
210 mm + a
a
nicht-Ex-Kabelkanal Trennwand
CPU/ Anschaltung
PS935
min 45 mm
Ex-Baugruppen
Ex-Kabelkanal (blau)
Bild 9.7
Schrankeinbau m it einem Ex- und einem Nicht-Ex-Kabelkanal
9.1.4
Senkrechter A u fbau
Die Normprofilschiene kann auch senkrecht montiert werden, so daß die Baugruppen übereinander gestapelt aufgebaut sind. Die Wärmeabfuhr durch Konvektion ist in diesem Fall geringer; deshalb ist die zulässige Umgebungstemperatur auf max. 40
°C
eingeschränkt.
Bei senkrechtem Aufbau müssen die gleichen Mi ndestabstände wie bei waagerechter M ontage eingehalten werden.
Am unteren Ende der AG-Zeile muß zur mechanischen Fix ierung der Baugruppen eine Erdungsklemme (6ES5 728-8MA11) montiert werden.
9 - 12
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
Mechanischer Aufbau eines Automatisierungssystems mit Ex-Baugruppen
Trennwand
PS 935
AG
Klemme Bild 9.8
9.2
Senkrechter Aufbau des AG
Verdrahtun g eines A utom atisierung ssystem s m it SIM A TIC-Ex-Baug rup pen
9.2.1
Strom versorgu ng anschließen
Stromversorgungsbaugruppe PS 931 anschließen
• • • • •
Entfernen Sie die Abdeckung des Spannungswahlschalters Stellen Sie den Spannungswahlschalter auf die verwendete Netzspannung ein. Klappen Sie die Schutzabdeckung der Versorgungsleitung hoch. Schließen Sie das Netzkabel an die Klemmen L1, N und
an und
schließen Sie die Schutzabdeckung.
Zentralbaugruppe/A nschaltungsbaugruppe anschließen
•
Verbinden Sie die Klemmen L+ und M der Stromv ersorgungsbaugruppe PS 931 mit den entsprechenden Anschlußklemmen der CPU / der Anschaltungsbaugruppe IM 318.
•
Verbinden Sie die Klemme
der CPU / der Anschaltungsbaugruppe IM
318 mit der
Normprofilschiene.
Zusatzstromversorgungsbaugruppe PS 935 anschließen
•
Verbinden Sie die Klemme L+ CPU / der Anschaltungsbaugruppe IM 318 mit den entsprechenden Klemme der Zusatzstromv ersorgungsbaugruppe PS 935.
6ES5 998-0EX12
9 - 13
Mechanischer Aufbau eines Automatisierungs-
S5-100U Ex-Baugruppen
systems m it Ex-Baugruppen
9.2.2
Ex-Perip heriebaug rupp en an sch ließen
Die Ex -Peri pheri ebaugruppen werden auf Ex -Busmodule gesteckt. Die Versorgung der Ex -Peri pheriebaugruppen erfolgt über den Rückwandbus. Die Ex -Peripheriebaugruppen werden also nicht über die Anschlußblöcke der Busmodule v ersorgt. Die Ex -Sensoren und Ex -Aktoren werden an
die
Anschlußklemmen
der
einzelnen
Ex -Busmodule
angeschlossen.
Die
Versorgung
der
Sensoren bzw. Aktoren erfolgt über die Ex -Baugruppen bzw. über eigene eigensichere Stromv ersorgungen (z. B. Vierleiter-Meßumformer).
Hinweis Bevor ein Sensor oder Aktor an eine Ex -Baugruppe angeschlossen wi rd, ist gegebenenfalls
eine sicherheitstechnische Betrachtung dieses eigensicheren Strom-
kreises durch einen Sachverständigen durchzuführen. Formulare für die Abnahme einer
Zusammenschaltung
finden
Si e
im
Anhang
D,
"Sicherheitstechnische
Betrachtungen bei Zusammenschaltung eigensicherer Stromkreise".
9.3
Elektrischer A ufbau
Stromversorgung
Die gesamte Steuerung besteht aus getrennten Stromkreisen:
• • •
dem Versorgungsstromkreis für das AG/ET (DC 24 V) dem Steuerstromkreis für die nicht eigensicheren Signalgeber (DC 24 V) dem Laststromkreis für die nicht eigensicheren Stellglieder (DC 24 V oder AC 115/230 V).
Die Ex -Sensoren und Ex -Aktoren werden über die Ex -Peripheriebaugruppen v ersorgt. Die Versorgung der Ex -Sensoren und Ex -Aktoren und die Versorgung der Ex -Baugruppen über Rückwandbus ist galv anisch getrennt.
Versorgung des A G- / des ET-Rückwandbusses
Die Versorgung des AG- / ET-Rückwandbusses erfolgt über die CPU / Anschaltungsbaugruppe I M 318 und wird bis zu einer Gesamtstromaufnahme von 1 A sichergestellt.
Wenn die Gesamtstromaufnahme aus dem AG/ET-Rückwandbus größer als 1 A i st, dann müssen Sie die PS 935 einsetzen, die eine Stromv ersorgung bis zu 2,5 A sicherstellt.
9 - 14
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
Mechanischer Aufbau eines Automatisierungssystems mit Ex-Baugruppen
Der Laststromkreis
Die
Versorgung
der
Ex -Sensoren
und
der
Ex -Aktoren
der
Prozeßperipherie
wird
durch
die
Ex -Peripheriebaugruppen sichergestellt.
Schaltschrank
~ ~
L1
~ ~ ~ ~ ~ ~
L2 L3 N PE
Trennwand
PS
CPU
931
PS 935
AE
Bild 9.9
9.4
AE
AA
AA
Aufbau eines S5-100U m it eigensicheren Baugruppen
Po ten tialau sgleich bei explo sio nsgeschü tzten A n lagen
Zwischen den mi t Schutzleitern v erbundenen Körpern elektrischer Betriebsmi ttel und den nicht zu den elektri schen Betriebsmitteln gehörenden leitfähigen Konstruktionsteilen, Rohrleitungen usw. können Potentialdifferenzen auftreten. Bei der Überbrückung dieser Potentialdifferenzen können
zündfähige
Funken
entstehen.
Zur
Schaffung
des
Potentialausgleiches
sind
die
Berührung zugänglichen leitfähigen M etallteile miteinander und mit dem Schutzleiter zu
der v er-
binden. Der Potentialausgleich mit dem Schutzleiter wi rd am zweckmäßigsten an der Verteilung hergestellt. Der Querschnitt des Ausgleichsleiters muß mi ndestens dem des zugehöri gen Schutzleiters entsprechen. In allen anderen Fällen muß der Potentialausgleichsleiter mindestens den 2
Leiterquerschnitt v on 10 mm
Cu haben.
Die Ex -Baugruppen besitzen eine galvanische Trennung zwi schen AG- / ET-Rückwandbus und E/A-Stromkreis,
aus
diesem Grund
ist
kein
Anschluß
an
den
Potentialausgleich
notwendig.
Ausnahmen: Anschluß an den PA-Leiter wenn meßtechnisch eine Notwendigkeit besteht. Werden im eigensicheren Stromkreis Blitzschutzeinrichtungen (Kap. 9.7) gefordert, so sind diese an der gleichen Stelle wie die Schirmung der eigensicheren Stromkreise an den PA-Leiter anzuschließen.
I n Anlagen mi t Funktionskleinspannungen 1mm
Zwischenlage
(durch die feste isolierende Zwischenlage von > 1mm wird gemäss EN 50020 eine sichere Trennung der eigensicheren Leitungen erreicht)
Ex i
Bild 9.12
9 - 18
nicht Ex i
Leitungsführung für eigensichere Strom kreise
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
Mechanischer Aufbau eines Automatisierungssystems mit Ex-Baugruppen
Werden
Schlauchleitungen
geführt,
so
muß
die
eigensicherer
Schlauchleitung
und
des
nicht
eigensicherer
eigensi cheren
Kreises
Stromkreise einer
gemeinsam
Prüfspannung
von
min. AC 2000 V e ff genügen.
Auf die hohe Prüfwechselspannung v on AC 1500 V kann man v erzichten, wenn die eigensicheren oder nicht eigensicheren Stromkreise i n einem geerdeten Schirm eingeschlossen werden. Die Prüfspannung der Leitungen eigensicherer Stromkreise muß jedoch mindestens AC 500 V betragen (Leiter-Leiter-Erde).
Eigensichere
Leitungen
sind
eindeutig
zu
kennzeichnen.
Wird eine Farbe
verwendet,
so
ist
hellblau zu wählen. Ausgenommen v on dieser Regel ist die Leitungsverlegung innerhalb von Geräten, Verteilern und Schalträumen. Für andere Zwecke dürfen derart gekennzeichnete Kabel und Leitungen nicht v erwendet werden.
Eigensichere Stromkreise sind im allgemeinen isoli ert (erdfrei) zu erri chten. Eine Verbindung zur Erde über einen Wi derstand 15 kOhm, z. B. zur Ableitung elektrostatischer Aufladung, gilt nicht als Erdung. Eigensichere Stromkreise müssen geerdet werden, wenn dies aus meßtechnischen oder Sicherheitsgründen erforderli ch ist. Diese Erdung darf nur an einer Stelle durch Verbindung mit
dem Potentialausgleich
erfolgen.
Der
Potentialausgleich
muß
im
gesamten
Bereich
der
Errichtung der eigensicheren Stromkreise vorhanden sein.
I n Anlagen mi t eigensicheren und nicht eigensicheren Stromkreisen, z. B. in Meß- und Steuerschränken,
müssen
bei
den
Anschlußteilen
die
Bestimmungen
v on
DIN
EN
50020/VDE
0170/0171 Teil 7/05.78, 5.4.1 eingehalten werden. Die Anschlüsse der eigensicheren Stromkreise müssen als eigensicher gekennzeichnet (hellblau) sein.
9.5.1
Kennzeichn un g von Kabeln un d Leitung en eigen sicherer Strom kreise
Kabel und Leitungen eigensicherer Stromkreise müssen gekennzeichnet sein. Werden M äntel oder Hüllen durch Färbung gekennzeichnet, so ist als Farbe hellblau zu wählen. Für andere Zwecke
dürfen
derart
gekennzeichnete
Kabel
und
Leitungen
nicht
verwendet
werden.
Bei
Ausgleichsleitungen für Thermoelemente mit einer Umhüllung aus Kunststoff darf diese nach Art des zugehöri gen Thermoelements mit eingefärbten Längsstreifen versehen sein, und zwar:
• • • • Bei
Kupfer/Kupfer-Nickel (Kupfer/Konstantan)
braun
Eisen/Kupfer-Nickel (Eisen/Konstantan)
dunkelblau
Nickelchrom/Nickel
grün
Platin-Rhodium/Platin
weiß
Ausgleichsleitungen
für
Thermoelemente
mi t
Mi neralumhüllungen
oder
einer
M etall-
umflechtung muß zum farblichen Kennzeichnen der Eigensicherheit ein hellblaues Band ausreichender Breite mit eingewebt sein.
I nnerhalb von Meß- und Steuerschränken und im Innenraum von Schalt- und Verteilungsanlagen müssen bei Gefahr einer Verwechslung von Leitungen eigensicherer und nicht eigensicherer Stromkreise,
z.
B.
beim
Vorhandensein
eines
nach
DIN
47002
blaugefärbten
N-Leiters,
besondere Maßnahmen getroffen werden.
Als solche M aßnahmen gelten:
• • •
Zusammenfassen der Adern i n einem gemeinsamen hellblau gefärbten Schlauch, Beschriftung übersichtliche Anordnung und räumli che Trennung.
6ES5 998-0EX12
9 - 19
Mechanischer Aufbau eines Automatisierungs-
S5-100U Ex-Baugruppen
systems m it Ex-Baugruppen
9.5.2
Leitung sfüh rung in Kabelbetten aus M etall od er Sch utzroh ren
Kabelbetten aus M etall müssen in die Schutzmaßnahme gegen indirektes Berühren einbezogen werden. Dies kann durch Mi tführen eines aus Bandeisen bestehenden Erders oder auch durch gute leitfähige Verbindung der einzelnen Betten untereinander ermöglicht werden.
Bei
der
Einzelv erlegung
sind
Schutzrohre
aus
M etall
nur
noch
bei
Auftreten
besonderer
mechanischer oder thermischer Beanspruchung übli ch. I m allgemeinen werden Schutzrohre aus PVC in zwei v erschiedenen Typen, je nach der zu erwartenden mechanischen Beanspruchung, v erwendet. Beachten Sie aber, daß PVC gegenüber Metall eine etwa 8fache Längendehnung hat. Deshalb sind die Befestigungen so auszuführen, daß die Längendehnung aufgenommen wi rd.
9.5.3
Zu sam m enfassun g der A nforderun gen n ach DIN V DE 0165/02.91
Die folgende Tabelle stellt I hnen die wichtigsten Aussagen für Kabel und Leitungen der DIN VDE 165/02.91 i n übersichtlicher Form noch einmal vor.
Tab. 9.4
Inhalt der DIN VDE 0165/02.91
A nwendung
Allgemeine Anforderungen:
A nforderungen an Kabel und Leitungen
•
Auswahl entsprechend mechanischen, chemischen
zusätzliche Anforderungen für "i"
und thermischen Einflüssen
und Zone 0 beachten)
(s. DIN VDE 0298 und DIN VDE 0891)
•
Gegen Brandverschleppung schützen (Kabel z. B. in Sand v erlegen, für Leitungen Brennverhalten nach DIN VDE 0472 Teil 804, Prüfart B nachweisen)
•
Leiterwerkstoff Cu oder Al (Al nur bei mehradrigen 2
Kabeln ab 25 mm , bzw. bei einadri gen Kabeln ab 2
35 mm , (für v ieladri ge Leitungen mi t
•
geeignete Anschlußteile verwenden)
Mindestquerschnitte für Cu-Leiter: einadri ge Leitung:
mehr als 5 Adern und Leitungen für z. B. MSR geri ngere Quer-
mehradri ge Leitung: 0,75 mm feindrähtig sonst s. o.
schnitte zulässig) zulässige Bauarten
für ortsver-
•
U 2
0,28
0,28
0,6
2 (abgeschirmt)
0,28
0,28
0,6
gemäß DIN VDE 0298, Teil 1,3
-
Installationskabel und Leitungen gemäß DIN VDE 0891, Teil 1, 5, 6 für Spannungen
< AC 60 V oder
< DC 120 V
9.5.5
Kabelarten
Als Kabel für Prozeßsignale eignen sich
Installationskabel
für
Industri eelektronik
(SI MATI C-
Kabel) mit paarig v erseilten, farbcodierten Adern, die zu Bündeln zusammengefaßt sind. Die 2
Kabel mit eindrahtigen Adern (Massiv ) (Querschnitt 0,5 mm ; Durchmesser 0,8 mm) haben einen statischen Schirm. Kabel mit Litzenleiter (J-LIYCY ) haben ein Schirmgefecht (C) aus Kupferdrähten.
Tab. 9.6
Kabelarten
Kabelbezeichnung
Kabel für
A-Y (St) YY
nx 2x0,8/1,4 BdSi
Außenkabel (Erdverlegung *)
J-Y (St) Y
nx 2x0,8/1,4 BdSi
Normalanwendungen
J-LiYY
nx 2x0,5/1,6 BdSi
Kompaktwarten
J-LiYCY
nx 2x0,5/1,6 BdSi
Erschütterungs- und Stoßbeanspruchungen Steckeranschluß Bestellnummer
*)
JE-Y(St) Y
2x 2x0,8/BdSi
BL
M SR-Leitungen
V45480-F25-C25
JE-LiY CY
2x 2x0,5/BdSi
BL
M SR-Leitungen
V45483-F25-C15
Direkte Erdv erle gung ist nicht zu em p fehle n.
9 - 22
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
Mechanischer Aufbau eines Automatisierungssystems mit Ex-Baugruppen
Typenkurzzeichen für Leitungen nach harmonisierten Normen
1
2
3
4
5
6
7
1 Grundtype
2 Nennspannung
3 Isolierwerkstoff
4 Mantelwerkstoff
5 Besonderheiten
6 Leiterart
8
9
H
harmonierter Ty p
A
Nationaler Ty p
03
300/300 Volt
05
300/500 Volt
07
450/750 Volt
V
PVC
R
Gummi
S
Silikongummi
V
PVC
R
Gummi
N
Cloroprengummi
J
Glasfasergeflecht
T
Textilgeflecht
H
Flachleitung, teilbar
H2
Flachleitung, nicht teilbar
U
eindrähtig
R
mehrdrähtig
K
feindrähtig (fest verlegt)
F
feindrähtig (flex ibel)
H
feinstdrähtig
Y
Lahnlitze
7 Aderzahl
...
Anzahl der Adern
8 Schutzleiter
X
ohne Schutzleiter
G
mit Schutzleiter
...
Angabe in mm
9 Leiterquerschnitt
6ES5 998-0EX12
2
9 - 23
Mechanischer Aufbau eines Automatisierungs-
S5-100U Ex-Baugruppen
systems m it Ex-Baugruppen
Typenbezeichnung für Fernmeldekabel und Leitungen
1
2
x 3
4
5
6
x 7
8
1 Grundty pe
2 Zusatzangabe
3 I solierwerkstoff
4 Aufbaubesonderheiten
9
10
A
Außenkabel
G
Grubenkabel
J
I nstallationskabel
L
Schlauchleitung
S
Schaltkabel
B
Blitzschutzaufbau
J
I nduktionsschutz
E
Elektronik
Y
PVC
2Y
Poly äthylen
O2Y
Zell-PE
5Y
PTFE
6Y
FEP
7Y
ETFE
P
PAPIER
F
Petrolatfüllung
L
Aluminiummantel
LD
Al-Wellmantel
(L)
Aluminiumband
(ST)
M etallfoli enschirm
(K)
Kupferbandschirm
W
Stahlwellmantel
M
Bleimantel
Mz
Spezialbleimantel
B
Bewehrung
C
Jutehülle + Masse
E
M asseschicht + Band
5 M antelwerkstoff
(siehe 3. Isolation)
6 Elementzahl
n
Anzahl der Verseilelemente
7 Verseilelement
1
Einzelader
2
Paar
8 Leiterdurchmesser
...
9 Verseilelement
F
10 Verseilart
11 M antelfarbe
9 - 24
in mm Sternvierer (Eisenbahn)
St
Sternvierer (Phantom)
St I
Sternvierer (Fernkabel)
St II I
Sternvierer (Ortskabel)
TF
Sternvierer für TF
S
Signalkabel (Eisenbahn)
PiMF
geschirmtes Paar
Lg
Lagenverseilung
Bd
Bündelv erseilung
BL
blau
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
Mechanischer Aufbau eines Automatisierungssystems mit Ex-Baugruppen
Tab. 9.7
Siemens-Kabel für die M SR-Technik gemäß DIN VDE 0815
Kabelbezeichnung
Bestellnummer
JE-LIYCY
2x 2x 0,5 BD SI BL
V45483-F25-C15
JE-LIYCY
16x2x 0,5 BD SI BL
V45483-F165-C15
JE-LIYCY
32x2x 0,5 BD SI BL
V45483-F325-C55
JE-Y(ST)Y
2x 2x 0,8 BD SI BL
JE-Y(ST)Y
16x2x 0,8 BD SI BL
V45480-F165-C35
JE-Y(ST)Y
32x2x 0,8 BD SI BL
V45480-F325-C25
JE-Y(ST)Y
100x 2x0,8 BD SI BL
V45480-F25-C25
V45480-F1005-C15
Kennwerte von Leitungen für eigensichere Stromkreise
Beispiel:
Kabeltyp JE-LiY CY
Kopplung:
200 pF/100 m
bei 800 Hz
Betri ebskapazität
ca. 200 nF/km
bei 800 Hz
Betri ebsinduktiv ität
ca. 1 mH/km
M indestbiegeradius bei fester Verlegung:
6 x Leitungsdurchmesser
Temperaturbereich festverlegt:
°C bis 70 °C °C bis 50 °C
- 30
für den bewegten Zustand:
- 5
Prüfspannung:
Ader/Ader 2000 V, Ader/Schirm 500 V
Schleifenwiderstand:
ca. 80
9.5.6
Ω /km
A nforderun gen an die Klem m en b ei der Zü nd sch utzart Eigensicherheit
Sie
müssen
i dentifizierbar
sein,
z.
B.
durch
ihre
Ty pbezeichnung
und
es
müssen
folgende
Baubestimmungen eingehalten werden:
•
Der Abstand (Luft- und Kriechstrecke) gem. EN 50014/EN 50020 zwischen zwei Anschlußteilen v erschiedener eigensicherer Stromkreise muß mindestens 6 mm betragen.
•
Die Luft- und Kriechstrecken zwi schen den Anschlußteilen jedes eigensicheren Stromkreises und den geerdeten metallischen Teilen dürfen nicht kleiner als 3 mm sein.
•
Die Kennzeichnung der Anschlußteile muß eindeutig und leicht erkennbar sein. Wenn man hierfür eine Farbe v erwendet, muß diese hellblau sein.
6ES5 998-0EX12
9 - 25
Mechanischer Aufbau eines Automatisierungs-
S5-100U Ex-Baugruppen
systems m it Ex-Baugruppen
Beim Einsatz v on Klemmen ist u. a. ferner zu beachten:
Die Anschlußklemmen der eigensicheren Stromkreise müssen mindestens 50 mm von Anschlußteilen oder blanken Leitern jedes nichteigensicheren Stromkreises entfernt oder v on diesen durch eine isolierende Wand oder eine geerdete metalli sche Wand getrennt sein. Wenn solche Trennwände v erwendet werden, müssen diese mindestens bis 1,5 mm an die Gehäusewände heranreichen oder aber einen Mi ndestabstand v on 50 mm zwischen den Anschlußteilen, gemessen um die Trennwand, nach allen Richtungen sicherstellen.
Die I solation zwischen einem eigensicheren Stromkreis und dem Chassis des elektrischen Betriebsmittels oder Teilen, die geerdet werden dürfen, muß einer Wechselspannung (Effekti vwert) v on dem doppelten Wert der Spannung des eigensicheren Stromkreises, mindestens aber 500 V, standhalten.
9 - 26
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
Mechanischer Aufbau eines Automatisierungssystems m it Ex-Baugruppen
9.6
Sch irm un g un d M aß nahm en g egen Störsp annu ng
Schirmung
Das Schirmen ist eine Maßnahme zur Schwächung (Dämpfung) v on magnetischen, elektrischen oder elektromagnetischen Störfeldern. Die Schirmung läßt sich unterteilen i n
• •
Geräteschirmung Leitungsschirmung
9.6.1
G eräteschir mun g
Werden Schränke und Gehäuse zur Schirmung der Steuerung einbezogen, so achten Sie bitte auf die folgenden Hinweise:
•
Schrankabdeckungen, wie Seitenteile, Rückwände, Dach- und Bodenbleche sind bei überlappender Anordnung in ausreichendem Abstand zu kontaktieren (z. B. 50 mm).
•
Türen sind zusätzlich durch Kontaktierungsmaßnahmen mit der Schrankmasse zu v erbinden. Verwenden Sie hierzu mehrere Massebänder.
•
Leitungen, die das Schirmgehäuse v erlassen, sollten entweder geschirmt oder über Filter geführt werden.
•
Befinden sich Quellen starker Störbeeinflussung im Schrank (Transformatoren, Leitungen zu Motoren usw.), so müssen sie gegen empfindliche Elektronikbereiche durch Bleche abgeschottet werden. Die Bleche sind i mpedanzarm mehrfach mit der Schrankmasse zu v erschrauben.
Die über Nicht-Ex -Signal- und Versorgungsleitungen i n das Automatisierungsgerät eingekoppelten Störspannungen werden auf den zentralen Erdungspunkt (Normprofilschiene) abgeleitet.
2
Der zentrale Erdungspunkt ist niederohmig mit möglichst kurzem Cu-Leiter > = 10 mm
mit dem
Schutzleiter PE zu v erbinden.
9.6.2
Leitung sschir mun g
Nicht-Ex-Stromkreise
I n der Regel sind geschirmte Leitungen immer beidseitig mit dem Schrankpotential gut leitend zu v erbinden. Nur durch die beidseitige Schirmung erreichen Sie eine gute Störunterdrückung aller eingekoppelten Frequenzen.
Ex-Stromkreise
Legen Sie den Schirm nicht am AG/ET auf die Schirmschiene sondern am Sensor oder Aktor.
6ES5 998-0EX12
9 - 27
Mechanischer Aufbau eines Automatisierungs-
S5-100U Ex-Baugruppen
systems m it Ex-Baugruppen
Hinweis Bei
Erdpotentialschwankungen
kann
über
einem
beidseitig
angeschlossenen
Schirm ein Ausgleichstrom fli eßen (Ex plosionsgefahr beim Öffnen der Verbindung).
Die
Störströme
auf Kabelschirmen werden bei
SI MATI C-Steuerungen über die
Potentialaus-
gleichsleitung zur Erde abgeleitet. Dami t diese abgeleiteten Ströme nicht selbst zu einer Störquelle werden, ist auf einen niederohmigen Weg der Störströme zur Erde zu achten:
• •
Befestigungsschrauben v on Kabelsteckern und Potentialausgleichsleitungen fest anziehen. Auflageflächen von Potentialausgleichsleitungen v or Korrosion schützen.
Schirmung von Leitungen
Ex-Bereich
Nicht-Ex-Bereich SIMATIC-Ex-Baugruppe
Sensor oder Aktor
Schirm
Leiter
Kabelschirm
Isolierung Zugentlastung
Leitende Zugentlastung am Gehäuse des Sensors oder Aktors
Bild 9.13
9 - 28
Schirmung von Ex-Leitungen
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
Mechanischer Aufbau eines Automatisierungssystems m it Ex-Baugruppen
9.6.3
M aßn ahm en g egen Störspan nu ng en
Häufig werden M aßnahmen zur Unterdrückung v on Störspannungen erst dann v orgenommen, wenn
die
Steuerung
schon
in
Betrieb
ist
und
der
einwandfreie
Empfang
eines
Nutzsignals
beeinträchtigt i st. Der Aufwand für solche Maßnahmen (z. B. Spezi alschütze) läßt sich häufig wesentlich v erri ngern, wenn Sie folgende Punkte schon beim Aufbau I hrer Steuerung beachten.
Hierzu gehören:
• • • • •
günstige räumliche Anordnung von Geräten und Leitungen Massung aller inaktiv en Metallteile Filtern von Netz- und Signalleitungen Schirmung der Geräte und Leitungen Spezi elle Entstörmaßnahmen
Räumliche A nordnung von Geräten und Leitungen
M agnetische Gleich- oder Wechselfelder niedri ger Frequenz (z. B. 50 Hz) lassen sich nur mit großem finanziellen Aufwand genügend stark dämpfen. In einem solchen Fall können Sie das Problem
jedoch
häufig
schon
dadurch
lösen,
i ndem
Sie
einen
möglichst
großen
Abstand
zwischen Störquelle und Störsenke wählen.
Hinweis Die
analogen Ex -Baugruppen
arbeiten
nach
einem Verfahren,
bei
dem Fehler
durch Netzbrummen unterdrückt werden.
M assung der inaktiven M etallteile
Ein
wichtiger Faktor für den störsicheren Aufbau ist eine gut durchgeführte M assung. Unter
M assung ist die leitende Verbindung aller inaktiv en Metallteile zu verstehen (VDE 0160). Grundsätzlich ist das
Pri nzi p
der flächenförmigen Massung anzuwenden. Alle
leitfähigen inaktiven
M etallteile sind zu erden!
Beachten Sie bei der Durchführung der M assung:
• •
Alle Masseverbindungen sind impedanzarm auszuführen. Alle Metallteile sind großflächig zu verbinden. Benutzen Sie für die Verbindung immer besonders breite M assebänder. Nicht nur der Querschnitt, sondern auch die Oberfläche der Masseverbindung ist entscheidend.
•
Schraubverbindungen sind i mmer mit Federringen oder Fächerscheiben auszuführen.
Schutz gegen elektrostatische Entladung
Zum Schutz v on Geräten und Baugruppen gegen elektrostatische Entladung sollten allseitig geschlossene
M etallgehäuse
oder
-schränke
v erwendet
werden,
die
gut
leitend
mit
dem
Erdungspunkt am Aufstellort und gleichzeitig mit dem Hauptpotentialausgleich zu verbinden sind.
6ES5 998-0EX12
9 - 29
Mechanischer Aufbau eines Automatisierungs-
S5-100U Ex-Baugruppen
systems m it Ex-Baugruppen
Wenn Sie Ihre Steuerung in einen Anschlußkasten einbauen, dann v erwenden Sie möglichst Guß- oder Blechgehäuse. Kunststoffgehäuse sollten immer eine metallisierte Oberfläche haben.
Türen oder Deckel von Gehäusen müssen durch Massebänder oder Kontaktfedern mit dem geerdeten Gehäusekörper v erbunden sein.
Wenn Sie an der Anlage bei geöffnetem Schrank arbeiten, dann beachten Sie bitte die Richtlinien für Schutzmaßnahmen für elektrostatisch gefährdete Bauelemente und Baugruppen (EGB).
Elektri sche Anlagen müssen so erri chtet werden, daß Zündgefahren durch elektrostatische Aufladung nicht zu erwarten sind. Siehe auch "Richtlinien zur Vermeidung von Zündgefahren infolge elektrostatischer Aufladung" des Hauptverbandes der gewerblichen Berufsgenossenschaften.
Lassen sich die elektrostatischen Aufladungen nicht v ermeiden, so i st für eine möglichst geringe Aufladung oder eine gefahrlose Ableitung zu sorgen. Hierzu werden v or allem folgende Maßnahmen getroffen:
Elektrostatisches Erden aller leitenden Teile. Als elektrostatisch geerdet zu betrachten sind feste Stoffe, deren Ableitwi derstand an jeder Stelle nicht größer als 10 Bedingungen reichen auch 10
Verringern
des
elektrischen
8
Ω
6
Ω
i st. Unter günstigen
aus, v or allem bei kleineren Geräten geringerer Kapazität.
Widerstandes
des
bewegten
Gutes
oder
der
gegeneinander
bewegten Teile.
Einbri ngen geerdeter M etallteile i n elektrostatisch aufladbares Gut. Erhöhen der relativ en Luftfeuchtigkeit. Durch Erhöhen der relativ en Luftfeuchtigkeit auf etwa 65
%
durch
Kli maanlagen,
Sprühdosen
oder
durch
Aufhängen
feuchter
Tücher
wird
der
Oberflächenwiderstand der meisten Nichtleiter ausreichend v erri ngert. Ist jedoch die Oberfläche eines Kunststoffes hydrophob, d. h. wasserabweisend, so v ersagt diese Maßnahme.
Ionisieren der Luft.
9.6.4
Die wichtigsten G rund regeln zur Sicherstellun g der EM V
Häufig genügt zur Sicherstellung der EMV das Einhalten einiger elementarer Regeln. Beachten Sie beim Aufbau der Steuerung deshalb die folgenden fünf Grundregeln.
A chten Sie bei der M ontage der A utomatisierungsgeräte auf eine gut ausgeführte flächenhafte Massung der inaktiven Metallteile
• •
Verbinden Sie alle i naktiv en Metallteile großflächig und impedanzarm. Führen
Sie
Schraubverbindungen
an
lackierten
und eloxi erten M etallteilen entweder mit
speziellen Kontaktscheiben aus oder entfernen Sie die isolierenden Schutzschichten.
•
Verwenden Sie nach Mögli chkeit keine Aluminiumteile. Aluminium ox idiert leicht und i st für die Massung deshalb weniger gut geeignet.
•
Stellen Sie eine zentrale Verbindung zwischen der Masse und dem Erder/Schutzleitersy stem her.
A chten Sie bei der Verdrahtung auf eine ordnungsgemäße Leitungsführung
•
Teilen Sie die Verkabelung i n Leitungsgruppen ein. (Starkstromleitungen, Stromv ersorgungsleitungen, Signalleitungen Ex und Nicht Ex , Datenleitungen).
•
Verlegen
Sie
Starkstromleitungen
und
Signal-
bzw.
Datenleitungen
immer
in
getrennten
Kanälen oder Bündeln.
•
Führen Sie Signal- und Datenleitungen möglichst eng an Masseflächen (z. B. Tragholme, Metallschienen, Schrankbleche).
•
Verlegen Sie Ex - und Nicht-Ex -Signalleitungen i n getrennten Kanälen.
9 - 30
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
Mechanischer Aufbau eines Automatisierungssystems m it Ex-Baugruppen
A chten Sie auf die einwandfreie Befestigung der Leitungsschirme
• •
Datenleitungen sind geschirmt zu verlegen. Der Schirm ist beidseitig aufzulegen. Analogleitungen sind geschirmt zu v erlegen. Bei der Übertragung v on Signalen mi t kleinen Amplituden kann das einseitige Auflegen des Schirms vorteilhaft sein.
•
Legen Sie die Leitungsschirme v on Ex -Signalleitungen nur einseitig am Sensor oder Aktor auf. Führen Sie den aufgelegten Schirm ohne Unterbrechung bis zur Baugruppe weiter, aber legen Sie den Schirm dort nicht nochmals auf.
• •
Achten Sie darauf, daß der Schirm impedanzarm mi t dem Potentialausgleich v erbunden i st. Verwenden Sie für geschirmte Datenleitungen metallische oder metallisierte Steckergehäuse.
Setzen Sie in besonderen A nwendungsfällen spezielle EMV-Maßnahmen ein
•
Beschalten Sie alle I nduktiv itäten mit Löschgliedern, die nicht v on SIM ATIC S5-Baugruppen angesteuert werden.
•
Benutzen Sie zur Beleuchtung v on Schränken Glühlampen und v ermeiden Sie Leuchtstofflampen.
Schaffen
Sie
ein
einheitliches
Bezugspotential
und
erden
Sie
nach
M öglichkeit
alle
elektrischen Betriebsmittel
•
Achten Sie auf den gezielten Einsatz der Erdungsmaßnahmen. Das Erden der Steuerung dient als Schutz- und Funktionsmaßnahme.
•
Verbinden Sie Anlagenteile und Schränke mit Zentral- und Erweiterungsgeräten sternförmig mit dem Erder/Schutzleitersy stem. Sie v ermeiden so die Bildung v on Erdschleifen.
•
Verlegen Sie bei Potentialdifferenzen zwischen Anlagenteilen und Schränken ausreichend dimensionierte Potentialausgleichsleitungen.
9.7
Blitzschu tz
I n Anlagen mit ex plosionsgefährdeten Bereichen ist es nicht zuletzt aus Gründen des Ex plosionsschutzes die wichtigste Aufgabe, Überspannungen zu vermeiden und dort, wo dies nicht mögli ch i st, sie zu reduzieren und dann gefahrlos abzuleiten.
M aßnahmen des Blitzschutzes umfassen neben der Erstellung des äußeren Bli tzschutzes den i nneren Blitzschutz bzw. Überspannungsschutz. Diese M aßnahmen sind zu koordinieren mi t der gerätebezogenen EMV.
9.7.1
Äuß erer Blitzschu tz/G ebäud eschir mun g
Der äußere Blitzschutz ist eine Objektschutzmaßnahme um Gebäude- bzw. Brandschäden zu v erhindern. Für diese Aufgabe ist ein großmaschiger Drahtkäfi g, bestehend aus Auffang- und Ableitungen, ausreichend.
Bei Gebäuden mit empfi ndlicher elektronischer Ausrüstung wie z. B. Leitwarten, muß der äußere Bli tzschutz durch eine Gebäudeschirmung ergänzt werden. Zu diesem Zwecke werden nach M öglichkeit am oder im Gebäude v orhandene M etallfassaden und Armierungen v on Wänden, Böden und Decken zu Abschirmkäfi gen zusammengeschlossen. Wo dies nicht mögli ch ist, ist die Auffang- und Ableitung mit reduzi erter M aschenweite auszuführen und ggf. die Tragekonstruktion des Zwischenbodens leitend untereinander zu verbinden.
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9 - 31
Mechanischer Aufbau eines Automatisierungs-
S5-100U Ex-Baugruppen
systems m it Ex-Baugruppen
Vor
direkten
Dachebene
Blitzeinschlägen überragen.
Blitzschutzanlage
wi rd
"verschleppt",
zur
der
Bei im
müssen
elektrische
galvanischem Falle
Zerstörung
eines der
Einrichtungen
Anschluß
solcher
Bli tzeinschlages
ein
geschützt
werden,
Einrichtungen Teilstrom
überspannungsempfindlichen
in
an
das
Einri chtung
die
die
die
äußere
Gebäude
führen
kann.
Dieses Verschleppen v on Blitzteilströmen kann v erhindert werden, indem die dachüberragenden elektrischen Einri chtungen durch v on diesen isoli ert aufgestellte Fangstangen (45 Grad Schutzbereich), käfigartige Draht- oder Seilüberspannungen v or direkten Bli tzeinschlägen geschützt werden.
Die Ableitungen des äußeren Blitzschutzes, ggf. die Armierungen und Tragekonstruktionen sind an die Erdungsanlage anzuschli eßen. Jedes einzelne Gebäude hat eine eigene funktionsfähige Erdungsanlage.
Die
Erdungsanlagen
werden
untereinander
zu
einem
zusammenhängenden
Erdungsnetz vermascht. Dadurch wird die Spannung zwischen den Gebäuden reduziert.
9.7.2
Dezen tralisierung von A n lagen m it SIM A TIC S5-ET 100/ET 200U
Die Verfahrenstechnik einer Anlage (z.
B.
die Gasversorgung)
erfordert
einen weiträumigen
I nformationsaustausch zwi schen den Anlagen mi t den dezentralen Ex -Peripheriegeräten und der zentralen, elektrischen bzw. elektronischen Meß-, Steuerungs- und Regelungseinri chtung. Dies bedingt eine Vielzahl v on Kabelv erbindungen, z. T. über mehrere 100 m, im Fall v on Gasspeicheranlagen auch über mehrere 1000 m. Dadurch treten im Falle eines Blitzeinschlages Spannungsv erschleppungen mi t erheblicher Höhe auf.
Der dezentrale Aufbau v on leittechnischen Einri chtungen mit relativ kurzen Kabeln zur Anlage und das Verbinden der dezentralen E/A-Stationen untereinander und mit der zentralen Steuerung über einen Bus (SINEC L2-DP) bzw. Lichtwellenleiter i st eine wichtige Maßnahme zur Reduzierung v on Überspannungen zwi schen den Anlagenteilen.
9 - 32
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
Mechanischer Aufbau eines Automatisierungssystems m it Ex-Baugruppen
AC 120/230 V L1 L2 L3 N
PE
1
2
5
ET 100U/ET 200U
Schaltschrank 2 Stromversorgung DC 24 V M
L+ Anschaltung 318-8M..
Schaltschrank 1 GRUND-
L+ M
Anschaltung
GERÄTE
>= 6 mm
308-3..
2
Norm-
3
schiene
S
SIMATIC
AE
/S
S5-115U
AE
AA
AA
3
S5-135U
S
S5-155U
/S siehe EINZELHEIT A 10 mm 10 mm
2
2
PE
PE
16 mm
2
16 mm
2
4
Buskabel Kupferplatte
Schirmung
Befestigungsschelle
Bestell-Nr. 1
Blitzstromableiter, VGA 280/4
5 SD7 003
2
Überspannungsableiter, VM 280
2 x 5 SD7 004
3
Feinschutz
DSN: 924 017
4
Blitzductor KT (ET 100U)
DSN: 919 232
EINZELHEIT A
Typ ARE 8 V Blitzductor KT (ET 200U)
DSN: 919 270
Typ AHFD 5
Bild 9.14
Leitungsschutzautomat
Blitzschutzko nzept ET 100U / ET 200U
6ES5 998-0EX12
9 - 33
Mechanischer Aufbau eines Automatisierungs-
S5-100U Ex-Baugruppen
systems m it Ex-Baugruppen
9.7.3
Kabel- u nd G ebäu deschir mu ng
Überspannungen
zwischen
auseinanderli egenden
Anlagenteilen
oder
Gebäuden
lassen
sich
durch Vermaschung praktisch nicht vermeiden. I m Falle eines Bli tzeinschlages wi rd ein Ausgleichsstrom fließen, der sich v ornehmli ch den Weg über metallene Verbindungen zwischen den Gebäuden oder zwischen Gebäude und Peripheriegerät sucht. Kabeladern sind dazu ideal. Daher müssen dem Blitz oder Blitzteilstrom andere leitfähige Verbindungen angeboten werden. Dazu eignen
sich
besonders
Abschirmungen,
die
auf
verschiedene
Weise
v orgenommen
werden
können, z. B. durch:
•
Gewendeltes, stromtragfähiges M etallband oder Metallgeflecht als Kabelschirm, z. B. NYCY oder A2Y(K)Y.
•
Einziehen der Kabel i n durchgehend verbundene und am Anfang und Ende geerdete Rohre aus M etall.
•
Verlegen der Kabel in Kanäle aus Stahlbeton mit durchverbundener Bewehrung oder auf geschlossenen Kabelpri tschen aus Metall.
•
Verlegen v on Leitern (Schirmleitern) parallel zu Kabeln. Diese M aßnahme stellt jedoch nur eine Entlastung der Kabel v or Teilblitzströmen dar.
oder
•
Verlegen v on Lichtwellenleitern.
Damit die Ströme an den Enden der Kabel nicht überspannungsempfindli che Geräte zerstören können, müssen diese ebenfalls abgeschirmt werden. Reali siert wi rd das durch M etallgehäuse oder den Einbau der Geräte in metallene Schränke, die mit dem Erdleiter v erbunden sind.
9.7.4
Blitzsch utz-Po ten tialau sgleich
Der "innere Bli tzschutz" beinhaltet
alle
zusätzli chen M aßnahmen, die die magnetischen und
elektrischen Auswirkungen des Blitzstromes i nnerhalb des zu schützenden Gebäudes v erhindern. Hierzu gehört insbesonder der "Bli tzschutz-Potentialausgleich", der die vom Blitzstrom hervorgerufenen Potentialunterschiede reduziert.
Das
Prinzip
austretenden
des
inneren
Leitungen
Blitzschutzes in
den
ist
es,
alle
in
ein
zu
Blitzschutz-Potentialausgleich
schützendes
Volumen ein- und
einzubeziehen;
dazu
gehören
neben allen metallenen Rohrleitungen (z. B. Wasser, Gas und Wärme) alle energie- sowie alle i nformationstechnischen
Kabel,
wobei
die
Adern
über
entsprechende
Schutzgeräte
ange-
schlossen werden. Da erhebliche Blitzteilströme über solche Leitungen fließen können, bzw. von den Schutzgeräten abgeleitet werden müssen, sind diese entsprechend stoßstromtragfähig auszuwählen (Blitzstromableiter).
9 - 34
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
Mechanischer Aufbau eines Automatisierungssystems m it Ex-Baugruppen
9.7.5
Überspan nu ng sschu tz
Der Anschluß und die Leitungsführung der Überspannungsschutzgeräte ist für die Wirksamkeit v on
großer
Bedeutung.
Beim
Einsatz
der
Geräte
in
explosionsgefährdeten
Bereichen
oder
eigensicheren Stromkreisen ist die DIN VDE 0165 einzuhalten.
Da
es
sich
bei
Überspannungsschutzgeräten
um passiv e
Baugruppen nach DIN
VDE 0165
handelt, bedürfen diese i n eigensicheren Stromkreisen keiner Kennzeichnung und benötigen keine Konformitätsbescheinigung. Vom Anlagenerri chter muß jedoch die Einhaltung der nach DIN VDE
0170/0171
Teil
7/05.78
EN
50020
festgelegten
Zündgrenzkurven
sowie
die
maxi male
Erwärmung gewährleistet werden.
Überspannungsschutz im eigensicheren Stromkreis
Ei gensichere
Stromkreise
lassen
sich
schützen. Weil diese Betriebsmittel als
mi t
Überspannungsschutzgeräten
v or
Überspannung
passiv e Betriebsmittel anzusehen sind, benötigen sie
keine besondere PTB-Bescheinigung.
Bild 9.15 zeigt Ihnen den möglichen Einbauort für diese Überspannungsschutztechnik in einem eigensicheren Stromkreis.
Sicherer Bereich
Ex-Bereich
Sensor
Ex-Baugruppe Blitzductor 2
Blitzductor 1 zentraler Erdungspunkt
Bild 9.15
Überspannungsschutz im eigensicheren Strom kreis
Die sicherheitstechnische Betrachtung beschränkt sich auf den direkten Vergleich der Daten für I nduktiv ität und Kapazi tät.
Ex -Baugruppe La Ca
Vergleich
≥ ≥
Blitzductor 1
Leitung
Blitzductor 2
Sensor/Aktor
LBD1
+LLtg
+LBD2
+Li
C BD1
+CLtg
+CBD2
+Ci
Blitzductor 12
Druck-MU
Beispiel: Ex -Analog-Eingabe La = 4 mH Ca = 270 nF
Vergleich
≥ ≥
Blitzductor 1 < 0,5
µH
< 1 nF
50 m Leitung < 50
µH
< 10 nF
< 0,5 mH
< 0,6 mH
< 6 nF
< 6 nF
Die in diesem Kapitel beschri ebenen Überspannungsschutzelemente sind nur i n Verbindung mit dem äußeren Blitzschutz sinnvoll. Die äußeren Blitzschutzmaßnahmen setzen die Auswirkung eines Blitzeinschlags herunter.
6ES5 998-0EX12
9 - 35
Mechanischer Aufbau eines Automatisierungs-
S5-100U Ex-Baugruppen
systems m it Ex-Baugruppen
Tab. 9.8
Geeignete Blitzschutzelemente für Ex-Baugruppen
Ex -Baugruppe
Bestell-Nr.
Ex -Digital-Eingabe
6ES5 437-8EA12
ARE 12 V
DSN 919233
Ex -Digital-Ausgabe
6ES5 457-8EA12
ARE 12 V
DSN 919233
Ex -Analog-Eingabe
6ES5 467-8EE11
ARE 24 V
DSN 919230
Ex -Analog-Eingabe
6ES5 467-8EF11
ARE 24 V
DSN 919230
Ex -Analog-Eingabe
6ES5 467-8EA11
ARE 24 V
DSN 919230
Ex -Analog-Ausgabe
6ES5 477-8EC11
ARE 24 V
DSN 919230
9.7.6
Blitzductor
Bestell-Nr. (Siemens)
G eräte für den Übersp annu ng ssch utz auch b ei direkten Blitzeinsch läg en
Der Anschluß und die Leitungsführung der Überspannungsschutzgeräte ist für die Wirksamkeit v on großer Bedeutung. Beim Einsatz der Geräte in explosionsgefährdeten Bereichen oder eigensicheren Stromkreisen i st die DIN VDE 0165 einzuhalten.
Da
es
sich
bei
Überspannungsschutzgeräten
um passiv e
Baugruppen nach DIN
VDE 0165
handelt, bedürfen diese i n eigensicheren Stromkreisen keiner Kennzeichnung und benötigen keine Konformi tätsbescheinigung. Vom Anlagenrichter muß jedoch die Einhaltung der nach DIN VDE
0170/0171
Teil
7/05.78
EN
50020
festgelegten
Zündgrenzkurven
sowie
die
maxi male
Erwärmung gewährleistet werden.
An dem Beispiel "Bli tz-/Überspannungsschutz einer Gasverdichterstation" soll exemplarisch der Einsatz v on Schutzgeräten gezeigt werden (Bild 9.16).
9 - 36
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
Mechanischer Aufbau eines Automatisierungssystems m it Ex-Baugruppen
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Blitz-/Überspannungsschutz einer G asverdichterstatio n
6ES5 998-0EX12
9 - 37
Mechanischer Aufbau eines Automatisierungs-
S5-100U Ex-Baugruppen
systems m it Ex-Baugruppen
9.7.7
Blitzsch lag
Wenn ein Bli tz in explosionsfähige Atmosphäre einschlägt, wird diese stets gezündet. Daneben besteht eine Zündmögli chkeit auch durch starke Erwärmung der Ableitwege des Blitzes. Um schädliche Einwirkungen v on Blitzeinschlägen, die außerhalb der Zone 0, 1 und 10 erfolgen, auf die Zone 0, 1 und 10 selbst zu v erhindern, sind z. B. Überspannungsableiter an geeigneten Stellen einzubauen.
Bei
erdüberdeckten Tankanlagen aus
metallischen Werkstoffen mit elektrischen
Einrichtungen oder elektrisch leitenden Anlageteilen, die gegen den Behälter elektri sch isoliert sind, i st ein Potentialausgleich erforderlich (z. B. bei Meß- und Steuereinri chtungen sowie Füllrohren).
Hinweis Die
Bli tzschutzeinrichtungen
stellung und dann in
bzw.
die
Erdungsanlagen
prüfen zu lassen. In Anlehnung an die Anlagen
und
sind
nach
i hrer
Fertig-
regelmäßigen Abständen durch einen Sachverständigen
Blitzschutzanlagen
v on
Elex V gelten Prüffristen für elektrische
ex plosionsgefährdeten
Räumen
v on
drei
Jahren.
Zusammenfassung:
•
Verstärkter äußerer Blitzschutz (verringerte Maschenweite, erhöhte Anzahl v on Ableitungen) an allen Gebäuden und Anlagen.
•
Vermaschung der Erdungsanlagen im Gebäude zu einer Flächenerdung.
•
Vermaschung des Potentialausgleichs.
•
Einbau von Blitzstromableitern und Überspannungsableitern im energietechnischen Netz.
•
Einbau von Überspannungsfeinschutzgeräten am Anfang und Ende v on MSR-Kabeln.
•
Abschirmung der MSR-Kabel.
•
MSR-Kabel mit Adern in Paarv erseilung.
9 - 38
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
Mechanischer Aufbau eines Automatisierungssystems m it Ex-Baugruppen
9.8
M on tagearbeiten in explosion sgefäh rdeten Bereichen
9.8.1
Sicherheitsm aß nahm en
I n ex plosionsgefährdeten Anlagen bzw. Anlagenteilen, die sich im Betriebszustand befinden, darf nicht mit Werkzeugen gearbeitet werden, die zur Funkenbildung neigen. Geeignet sind Werkzeuge (z. B. Schraubendreher, Zangen, Schlüssel, M eißel und Hammer) aus Kupfer-Beryllium. Da dieses Werkzeug nicht so v erschleißfest ist, sollte sorgfältig damit umgegangen werden.
Bei mechanischen Arbeiten ist die M öglichkeit der Zündfunkenbildung
gering
- bei Schlag blanker Stahlteile aufeinander
v orhanden
- bei Anstoß oder Herabfall v on Stahlteilen
groß
- bei Schlag auf rostigen Stahl
sehr groß
- bei Schlag auf rostigen Stahl mit Leichtmetallüberzug (z. B. Alufarbe)
Die Entstehung von Zündfunken wi rd durch funkenfreie Werkzeuge sehr stark v ermindert. Ausnahme: Das Werkzeug i st härter als das Werkstück.
M aßnahmen zur Beseitigung der Explosionsgefahr:
•
Sicheres Absperren des Arbeitsgebietes (z. B. Blindscheiben).
•
Gute Belüftung und Entlüftung der Räume.
•
Spülen mi t inertem Gas. Prüfen der Wirksamkeit der Spülung (Gasprüfer, siehe EX-RL
/1/).
Danach mit normalem Werkzeug arbeiten.
Kann die Ex plosionsgefahr am Arbeitsplatz nicht beseitigt werden, sind folgende Maßnahmen zu treffen:
•
Anstoßen und Fallen v on Stahlteilen v erhindern.
•
Antistatisches Schuhwerk tragen z. B. Lederschuhe oder Verwendung v on Schuherdungsstreifen.
•
Rostansatz und Alu-Anstrich an Schlagstellen v ermeiden. I st das nicht mögli ch, Ex plosionsgefahr örtlich beseitigen z. B. durch Schutzgas.
•
Ausreichende Luftzuführung und -absaugung.
•
Leicht entzündliche Stoffe i n der Nähe entfernen oder verschließen.
•
Arbeitsstelle und evtl. auch Fußboden feucht halten.
6ES5 998-0EX12
9 - 39
Mechanischer Aufbau eines Automatisierungs-
S5-100U Ex-Baugruppen
systems m it Ex-Baugruppen
Tab. 9.9
Sicherheitsmaßnahmen
A rbeitsfeld
Sicherheitsmaßnahmen
Anlagen mit leicht entzünd-
Hier nur nach Durchführung besonderer Sicherheitsmaß-
lichen Gas- und Dampf-Luft-
nahmen und mit schriftli cher Genehmigung des Betriebs-
gemischen, z. B. Wasserstoff,
leiters arbeiten. Nur funkenfreie Werkzeuge benutzen
Leucht(Stadt)gas, Acetylen
(Werkzeug weicher als Werkstück).
und Schwefelwasserstoff Anlagen mit Gas- und Dampf
Verwendung funkenfreier Werkzeuge ausreichend.
Luftgemischen, z. B. M ethan,
Ausnahme: Bei Materi alien mi t Rostbildung und Alu-Anstrich
Propan, Butan und Benzin
oder ähnli chem besondere Schutzmaßnahmen treffen.
Anlagen mit Ex plosionsgefahr
Staubablagerungen beseitigen.
durch leicht entzündlichen
Arbeitsstelle naßhalten und gegen Staubbetrieb abschirmen.
Staub
Verwendung normaler Werkzeuge möglich.
Hinweis Arbeiten an unter Spannung stehenden elektrischen Anlagen und Betriebsmitteln sind in ex plosionsgefährdeten Betriebsstätten grundsätzlich v erboten. Darunter ist auch das Abklemmen von unter Spannung stehenden Steuerleitungen zu Prüfzwecken zu Verstehen.
Als
Ausnahmen
sind
Arbeiten
an
eigensicheren
Stromkreisen
zugelassen,
in
Sonderfällen auch Arbeiten an anderen elektri schen Anlagen, wobei der Betreiber schriftlich bescheinigt haben muß, daß für die Dauer der Arbeiten am Arbeitsort keine Ex -Gefahr herrscht.
Falls erforderlich, zusätzli ch einen Feuer-Erlaubnisschein einholen.
Erden und Kurzschließen darf in ex plosionsgefährdeten Betri ebsstätten nur v orgenommen werden, wenn an der Erdungs- und Kurzschlußstelle keine Ex -Gefahr besteht.
Spannungsfreiheit mit M eßgeräten prüfen, die für die Zonen zugelassen sind.
9 - 40
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
Mechanischer Aufbau eines Automatisierungssystems m it Ex-Baugruppen
9.8.2
Einsatz ein es Ex-A u fbaus im exp losionsg efährdeten Bereich
Es ist grundsätzlich möglich, einen SIM ATIC-Aufbau im explosionsgefährdeten Bereich Zone 1 oder 2 zu erri chten. Es müssen aber zusätzlich Maßnahmen v om Erri chter ergriffen werden, um die Baugruppen zu sichern. Der Errichter hat hierfür zwei Zündschutzarten zur Verfügung:
•
der Ex -Aufbau wird i n einem "Überdruckgekapselten Gehäuse" errichtet;
•
der Ex -Aufbau wird i n einem "Druckfest gekapselten Gehäuse" erri chtet.
Das folgende Bild zeigt einen möglichen Aufbau in einem druckfest gekapselten Gehäuse mit einem Anschlußraum, der in erhöhter Sicherheit ausgeführt ist.
"Ex i"-Baugruppen ET
PS935
"Ex d"Schrank
DC
24 V
"Ex i"-Klemmen "Ex d"-Schalter "Ex e"-Klemme
"Ex e/i"Schrank
ET-Buskabel Versorgung DC
Ex-Sensoren/Aktoren
24 V
Zone 1/2 Sicherer Bereich
Automatisierungssystem
Bild 9.17
SIM ATIC Ex-Baugruppen im explo sionsgefährdeten Bereich
Gehäuse
Der gewählte Gehäusetyp zeichnet sich dadurch aus, daß es im Inneren auftretenden Ex plosionen standhalten kann und zündfähiges Gas- oder Dampf-/Luftgemisch in der Gehäuseumgebung dabei nicht gezündet wird. Ferner wird an der Oberfläche des Gehäuses die den Temperaturklassen zugeordnete Grenztemperatur nicht überschritten. Die Stromzuführung in den druckfest gekapselten Raum muß über zünddurchschlagsichere, isoli ert i n die Gehäusewand eingesetzte Leitungsdurchführungen erfolgen.
Als Anschlußraum wird ein Gehäuse i n Zündschutzart "Erhöhte Sicherheit" eingesetzt. Die Leitungseinführungen erfolgen über spezielle Verschraubungen.
Das v erwendete Gehäuse muß v on einer Prüfbehörde entsprechend der Zündschutzart EEx d bescheinigt sein, worin die Einhaltung der entsprechenden Bauvorschriften bestätigt wird.
Ex plosionsschutz des Gehäuses: EEx de II T5 .. T6.
6ES5 998-0EX12
9 - 41
Mechanischer Aufbau eines Automatisierungs-
S5-100U Ex-Baugruppen
systems m it Ex-Baugruppen
Kabel
Die verwendeten Kabel müssen den Normen DIN EN 50014 und DIN EN 50 020 für eigensichere Stromkreise oder DIN EN 50 039 für Stromkreise in "Erhöhter Sicherheit" entsprechen.
Die Kabel zum Aufbau sollten so v erlegt sein, daß sie weder durch thermische, mechanische oder chemische Beanspruchungen gefährdet werden.
Hinweis Wenn notwendig, sollten die Kabel im Schutzrohr verlegt werden.
Klemmen
Die
Anschlußklemmen
Zündschutzart
"Erhöhte
für
das
Stromv ersorgungskabel
Sicherheit"
ausgeführt
werden.
und Die
für
das
Buskabel
Klemmstellen
der
sollten
in
der
eigensicheren
Stromkreise sollten entsprechend in "Eigensicherheit" ausgeführt werden.
Schutzeinrichtung
Die
Versorgung
des
Aufbaus
erfolgt
über
einen
DC
24
V
Versorgungskreis,
der
aus
einer
Stromv ersorgung mit sicherer elektri scher Trennung gespeist wird. Der Versorgungsstromkreis muß mit einem entsprechenden Leitungsschutzautomaten abgesichert sein. Dieser Leitungsschutzautomat i st außerhalb der Ex -Zone errichtet.
Schalter
Der Schalter, der das Freischalten der Anlage ermöglicht, sollte der Zündschutzart "EEx de II T6" entsprechen.
Tab. 9.10
Arbeiten am Anlagenaufbau in der Zündschutzart: EEx de [ib] T5 .. T6
Arbeiten innerhalb der
Zusätzliche
Zündschutzart der in
Art der
der Anlage
auszuführenden
Auflagen und
verwendeten
Arbeiten
Bemerkungen
Betriebsmittel EEx ib Gehäuse öffnen, nur
Zone 1
Zone 2
erlaubt
erlaubt
Ex i/e-Gehäuse
wenn sich keine weiterenBetriebsm ittel im Gehäuse befinden
An- und Abklemmen
erlaubt
erlaubt
Messen von Strom,
erlaubt mit
erlaubt
Spannung und
bescheinigtem
Widerstand
Betriebsmittel
Lötarbeiten
verboten
von Leitungen
erlaubt, wenn Löttemperatur unter Zündtemperatur
9 - 42
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
Mechanischer Aufbau eines Automatisierungssystems m it Ex-Baugruppen
Iweiter Ta b. 9.10
Arbeiten innerhalb der
Zusätzliche
Zündschutzart der in
Art der
der Anlage
auszuführenden
Auflagen und
verwendeten
Arbeiten
Bemerkungen
Betriebsmittel EEx e Gehäuse öffnen,
Zone 1
Zone 2
erlaubt
erlaubt
nur Ex i/e-Gehäuse
wenn sich keine weiteren Betriebsmittel im Gehäuse befinden
An- und Abklemmen
nicht zulässig, nur
nur im
von Leitungen
im spannungs-
spannungslosen
losen Zustand
Zustand und bei keiner Explosionsgefahr
Messen von Strom,
nur Spannungs-
nur Spannungs-
Spannung und
messung erlaubt
messung erlaubt
Widerstand
mit bescheinigten
mit bescheinigten
Geräten
Geräten
verboten
erlaubt im
Lötarbeiten
spannungslosen Zustand, wenn Löttemperatur unter Zündtemperatur EEx d Gehäuse öffnen, nur
verboten
Ex d-Gehäuse
erlaubt bei keiner
druckfest
Explosionsgefahr
gekapselte Betriebsmittel verlieren ihren Explosionsschutz beim Öffnen des Gehäuses
An- und Abklemmen
nicht zulässig, nur
erlaubt bei keiner
von Leitungen
im
Explosionsgefahr
spannungslosen Zustand Messen von Strom,
Arbeiten nicht
erlaubt bei keiner
Spannung und
möglich
Explosionsgefahr
verboten
erlaubt im
Widerstand Lötarbeiten
spannungslosen Zustand, wenn Löttemperatur unter Zündtemperatur
Siehe auch Kapitel 7.8 "Betrieb, Wartung, Störung und Instandsetzung", Tabelle 7.2.
6ES5 998-0EX12
9 - 43
Mechanischer Aufbau eines Automatisierungs-
S5-100U Ex-Baugruppen
systems m it Ex-Baugruppen
9.9
Instandh altun g der elektrischen Betrieb s mittel
9.9.1
A ustau sch en vo n Betriebsm itteln
Arbeiten an elektri schen Anlagen und Betriebsmi tteln dürfen nur dann ausgeführt werden, wenn der "Erlaubnisschein" vorli egt. Beim Austauschen v on elektrischen Betriebsmitteln ist auf den bestimmungsgemäßen Einsatz bezüglich Temperaturklasse, Ex plosionsgruppe und entsprechende (Ex )-Zone zu achten. Konformi tätsbescheinigungen bzw. PTB-Prüfungsscheine und die Bauartzulassung müssen vorli egen.
9.9.2
Instand setzun g von Betrieb s mitteln
I nstandgesetzte elektri sche Betriebsmittel dürfen nur dann wieder in Betri eb genommen werden, wenn sie v on einem anerkannten Sachverständigen nach Paragraph 15 der Elex V geprüft wurden und die Prüfung bescheinigt ist, es sei denn, daß der Ex plosionsschutz v on der Instandsetzung nicht betroffen war. Betri fft die Instandsetzung den Ex plosionsschutz, so sind nur Original-Ersatzteile
zu
v erwenden.
Behelfsmäßige
I nstandsetzungen,
bei
denen
der
Ex plosionsschutz
von
Betri ebsmitteln nicht mehr gewährleistet ist, sind nicht zulässig.
9 - 44
6ES5 998-0EX12
10
Kopplungsmöglichkeiten von SI MA TI C S5-Ex-A ufbauten
10.1
SIMATI C-SIMATI C-Kopplungen
10.2
Übersicht über Bussy steme der SIM ATIC S5-Kleinsteuergeräte
10.3
6ES5 998-0EX12
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10
-
2
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.
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10
-
3
Übersicht der SIM ATIC Bussy steme ET 100U und ET 200U
10.4
.
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10
-
4
TELEPERM SIM ATIC-Kopplungen .
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10
-
6
1
2
6ES5 998-0EX12
Bilder 10.1
Einsatz der SI MATI C-Ex -Baugruppe in die SIM ATIC/TELEPERM M -Umgebubg
.
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10
-
1
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10
-
2
SIM ATIC-SIM ATIC-Kopplungen (ET 100U/ET 200U))
.
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.
10
-
2
TELEPERM M-SIM ATIC-Kopplungen .
.
.
.
.
.
.
10
-
6
10.2
SIM ATIC-SIM ATIC-Kopplungen (SINEC L1/L2)
10.3 10.4
.
.
.
.
.
.
.
.
.
Tabellen 10.1
Übersicht über die Bussysteme der SI MATI C S5-Kleinsteuergeräte
10
-
3
10.2
Übersicht der dezentralen Bussysteme ET 100U und ET 200U
10
-
4
10.3
Beschreibung der TELEPERM M -SI MATI C-Kopplung AS 235
10
-
6
10
-
7
an ET 100U 10.4
.
.
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.
Beschreibung der TELEPERM M -SI MATI C-Kopplungen .
.
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6ES5 998-0EX12
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3
4
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
10
Kopplungsmöglichkeiten von SIMATIC S5-Ex-Aufbauten
Kopplungsmöglichkeiten von SIMA TIC S5Ex-A ufbauten
Die Ex -Analog- und Digitalbaugruppen können Sie einsetzen i n den AG S5-95U/S5-100U bzw. i n den Systemen ET 100U/ET 200U. Über v erschiedene SIM ATIC-Kopplungen können Sie die eigensicheren Aufbauten ohne Einschränkungen in ihrer Funktionali tät auch mi t anderen Automati sierungsgeräten
betreiben.
In
das
Automatisierungssy stem
des
Prozeßleitsy stems
TELEPERM M können ebenso Aufbauten mit Ex -Baugruppen einbezogen werden.
Einen Überbli ck über die Vernetzungsmöglichkeiten und die Anzahl der mit einem Zentralsy stem koppelbaren ET 100U/ET 200U vermittelt das Bild 10.1. Die Zahl der max. an einem S5-100USy stem anschließbaren Ex -Baugruppen entnehmen Sie bitte den Angaben i m Kapitel 11.3.
vernetzbar
mit SIMATIC S5
über
SINEC L1, L2
1)
Zone 1 u. 2 EEx ib
S5-95U
1)
P
S5-100U m = 1...63
(ET 100U)
r
m = 1...122 (ET 200U) EEx ib
AG S5-115U ET 100U
AG S5-135U
ET 200U
AG S5-155U
o z
2)
e
n = 1...4 n = 1...2
s
2)
s mit TELEPERM M
m = 1...63
(ET100U) EEx ib
AS 235
ET 100U
n = 1...4
n = Anzahl von Baugruppen m = Anzahl der ET-Stationen
Bild 10.1
Einsatz der SIM ATI C-Ex-Baugruppen in die SIM ATI C/TELEPERM M -Um gebung
6ES5 998-0EX12
10 - 1
Kopplungsmöglichkeiten von SIMATIC S5-Ex-Aufbauten
10.1
S5-100U Ex-Baugruppen
SIM A TIC-SIMA TIC-Kop plun gen
SI MATI C-SI MATI C-Kopplungen
sind
Kopplungen
der
SI M ATI C
S5-Automatisi erungsgeräte
untereinander. Die Kopplungen können Sie realisieren über
• •
SINEC L1 (Vierdrahtleiter) SINEC L2, SINEC L2-DP (Zweidrahtleiter, Lichtwellenleiter).
Es werden an dieser Stelle nur die möglichen Anschaltvarianten aufgelistet. Wie die Kopplungen aufzubauen
und
zu
programmieren
sind,
ist
in
den
entsprechenden
Gerätehandbüchern
beschrieben.
Kopplungen über SINEC L1
AG S5-115U
SINEC L1
AG S5-135U
AG S5-115U
AG S5-95U mit Ex-Baugruppen
AG S5-155U
SINEC L1
AG S5-135U
AG S5-100U (ab CPU 102) mit Ex-Baugruppen
AG S5-155U
Kopplungen über SINEC L2
AG S5-115U
SINEC L2
AG S5-135U
Bild 10.2
AG S5-95U mit Ex-Baugruppen
AG S5-155U
SIM ATIC-SIM ATI C-Kopplungen (SINEC L1/L2)
Kopplungen über ET 100U
AG S5-115U
geschirmte
AG S5-135U AG S5-155U
ET 100U IM 318-8MA . .
Zweidrahtleitung
mit Ex-Baugruppen
Kopplungen über ET 200U
AG S5-115U
Bild 10.3
10 - 2
SINEC L2-DP
ET 200U
AG S5-135U
IM 318-8MB . .
AG S5-155U
mit Ex-Baugruppen
SIM ATIC-SIM ATI C-Kopplungen (ET 100U/200U)
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
10.2
Kopplungsmöglichkeiten von SIMATIC S5-Ex-Aufbauten
Üb ersicht ü ber Bussystem e d er SIM A TIC S 5-Klein steuergeräte
Tabelle 10.1 zeigt Ihnen eine Übersicht über die Bussysteme der SIMATI C S5-Kleinsteuergeräte.
Tab. 10.1
Übersicht über die Bussysteme der SIM ATIC S5-Kleinsteuergeräte
P hysik
SIN EC L1
SI N EC L2
(AG S5-95U ,
(AG S5-95U m it L2-Schnittstelle)
CP U 102, CP U 103
Schnittstelle
RS 485
RS 485
Busleitung
4ad rige , g eschirmte Leitung
v erd rillte, ge schirmte Zwe idra htleitung/LWL-Kab el (Gla s-, Plastikfa se r)
Anschluß de r Teilne hme r an de n Bus übe r - RS 485-Te chnik
Busklem m e BT 777
Busa nschlußstecke r SINEC L2Busterminal RS 485
- LWL-Te chnik
übe r Umsetze r N de r
übe r SINEC L2FO-Buste rmina l
RS 485-Schnittstelle (ODCL-Mo dul)
- FSK-Te chnik
nein
nein Ab hä ng ig vo n Pro duktivd ienst
ma x ima le Anz ahl erre ichte r Te ilne hmer a m Bus
ST V
AGAG
ZP
- ge sa mt
31
32
32
127
- Ma ster
1
31
31
31
- Slav e
30
0
0
126
RS 485: 50 km
RS 485: b is
ma x ima le Netz ausd ehnung
LWL: 75 km
9,6 km 8,0 km
500,00 kBd
3,2 km
1500,00 kBd
1,0 km
/
Übe rtrag ungs.
93,75 kBd 187,50 kBd
9,60 kBd 19,20 kBd
ge schwindigkeit
93,75 kBd 187,50 kBd 500,00 kBd 1500,00 kBd Übe rtrag ungs-
AS 511 (Siem e ns)
pro tokoll
Pro fib us-Protokoll na ch DIN 19245, T eil 1 (imp le me ntierte Pro tokollschichte n d es ISO -7Schichtenm od ells: 1, 2 und 7)
Übe rtrag ungsart
b itserie ll
b itseriell
Zug riffsv erfa hre n
M aste r-Slav e
T oken-Passing m it
unterlag erte n M a ste r-
Slav e (nach DIN 19245, Te il 1)
6ES5 998-0EX12
10 - 3
Kopplungsmöglichkeiten von SIMATIC S5-Ex-Aufbauten
10.3
S5-100U Ex-Baugruppen
Üb ersicht d er S IMA TIC Bussyste me ET 100 U un d ET 200 U
Die Tabelle 10.2 zeigt I hnen eine Übersicht der technischen Daten der dezentralen Bussysteme.
Tab. 10.2
Übersicht der dezentralen Bussysteme ET 100U und ET 200U
ET 100U
ET 200U
Feldbus
ET 100-Bus
SINEC L2-DP
offen es B ussystem
nein
ja
Zugriffsverfahren
M a ste r-Sla ve
M aster-Slav e, T oken Passing
- SIM ATIC S5-115U
2
2
- SIM ATIC S5-115H
-
2
- SIM ATIC S5-135U
4
4
- SIM ATIC S5-155U
4
4
- SIM ATIC S5-155H
4
4
- SIM ATIC S5-115U /H
256 Byte Einga be n
756 By te Eing ab en
256 Byte Ausg ab en
756 By te Ausga be n
1 kb yte Einga be n
756 By te Eing ab en
1 kb yte Ausg ab en
756 By te Ausga be n
1 kb yte Einga be n
756 By te Eing ab en
1 kb yte Ausg ab en
756 By te Ausga be n
- gesam t
64
125
- Master
1
3
- Slav e
63
122
Adressv olum en pro Slavestation
32 By te
64 Byte
für Ein- und Ausg änge
für Ein- und Ausgä ng e
d ig ita l od er a na lo g
digital o de r analog
nein
ja
30 = 120 Ka nä le
30 = 120 Kanäle
30 = 120 Ka nä le
30 = 120 Kanäle
30 = 120 Ka nä le
30 = 120 Kanäle
3 = 12 Ka nä le
3 = 12 Kanäle
7 = 14 Ka nä le
7 = 14 Kanäle
7 = 14 Ka nä le
7 = 14 Kanäle
3 = 6 Kanäle
7 = 14 Kanäle
Schn ittstelle
ä hnlich RS 485
RS 485
Gleichlaufv erfah ren
a sy nchro n, ha lbd up le x
asynchron, halb duplex
H am m in g-Distanz
3 - 5
4
Anzahl einsetzbarer Masteransch altu ngen im ZG
- SIM ATIC S5-135U
- SIM ATIC S5-155U /H
m ax. An zahl erreich ter Teilnehm er am B us
Intellig ente P erip herie IP s Kom m unikationsprozessor CP s ein setzbar Max. Anzahl an Ex-B aug ru ppen m it Zusatzstrom versorgun g P S 935 *
Ex -Digital Eing ab e NAM UR 6ES5 437-8EA12
Ex -Digital Eing ab e NAM UR 6ES5 437-8EA21
Ex -Digital Ausg ab e DC 7 V, 2 mA 6ES5 457-8EA12
Ex -Analog Eing ab e T he rmo elem ente 6ES5 467-8EA11
Ex -Analog Eing ab e 4 ... 20 mA 6ES5 467-8EE11
Ex -Analog Eing ab e PT 100 6ES5 467-8EF11
Ex -Analog Ausga be 4 ... 20 m A 6ES5 477-8EC11
10 - 4
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
Kopplungsmöglichkeiten von SIMATIC S5-Ex-Aufbauten
weiter Tab. 10.2
Sich erheit der Daten übertragung
ET 100U
ET 200U
Da te nübe rwachung durch
Datenüb erwa chung d urch
z yklische BCH-Co de
FCS Fra m e Check Sum
(BCH Block Check Co de )
SD Sta rt Delimite r ED End Delimite r
Ü bertrag ungsprotokoll
SIEMENS
Profibus-Pro to ko ll
Pro to ko ll
na ch DIN 19 245, Te il 1 Schichte nmo de ll: 1,2
Ü bertrag ungsart
b itseriell
bitse rie ll
Ü bertrag ungsgeschw indigkeit
31,25 kB - 375 kB
9,6 kB - 1,5 M B
Ü bertrag ungsm ediu m
g eschirmte Zweidra htleitung
ge schirmte Zwe id rahtle itung Lichtwellenle ite r (LWL)
m ax. N etzausdeh unun g
b is 3 km
bis 9,6 km /93,75 kB mit RS 485 bis 23,8 km/187,5 kB (mit Re pe ater und LWL)
B usu m laufzeit
typ . 30 - 60 m s
ty p. 3 - 15 m s
Aktualisieru ng der Signalw erte
a bhängig v om Syste ma ufba u
ab hä ng ig vo m Sy stem aufb au
CPU-T yp , Anwe nd erp rog ramm,
CPU-Ty p, Anwende rpro gra mm,
Verhalten bei Störungen des B u sses
R edu ndanz
Ausb augra d und Busge schwind igkeit
Ausba ug rad und Busg eschwindig ke it
b ei Störung se rke nnung we rde n d ie
be i Stö rungserkennung werd en die
T ele gra m me zwe imal wied erholt!
Te leg ram m e z weima l w ie de rho lt!
Ausg änge werd en se lb stä nd ig
(pa ram e trie rba r)
rückge se tz t!
Ausgä ng e p ara m etrierb ar!
ja
ja
übe r SIMATIC H-Sy stem e
üb er SIMAT IC H-Syste me
(hot sta nd by od er 2 vo n 3 Betrieb )
(ho t standb y o de r 2 v on 3 Be trie b) zusä tz lich Ka be l- und Re pe aterRed unda nz
Diag nose
Sa m me ld iag no se ,
Sta tio nsdia gnose,
Stationsd iag no se
Baugrupp endiag no se , E/A-Dia gnose
Qu ittung sv erzu g
ja (e inste llb ar)
ja (einstellba r)
Kom p aktstation I P 65
nein
ja
Kom p aktstationen IP 20
nein
ja
Frem dgeräte
ja
ja
6ES5 998-0EX12
10 - 5
Kopplungsmöglichkeiten von SIMATIC S5-Ex-Aufbauten
10.4
S5-100U Ex-Baugruppen
TELE PERM -SIM A TIC-Ko pp lun gen
SI MATI C-übergreifend SI M ATI C-Aufbauten
zu
besteht
die
v erbinden.
Mögli chkeit, Über
die
TELEPERM
Systeme
Anschaltbaugruppe
6DS1
mit
eigensicheren
327-8AA
können
angekoppelt werden
•
das Sy stem ET 100U (mit Ex -Baugruppen)
•
andere SI MATI C S5-Aufbauten
Anschaltung TELEPERM M
ET 100U
TELEPERM AS 235
IM 318-8MA..
6DS1 327-8AA
mit Ex-Baugruppen
Bild 10.4
TELEPERM M -SIM ATIC -Ko pplungen
Beschreibung der Anschaltungsbaugruppe 6DS1 327-8AA.
Tab. 10.3
Beschreibung der TELEPERM M -SIM ATIC-Ko pplung AS 235 an ET 100U
Prozeßleitsystem
A nschaltungsbaugruppe 6DS1 327-8A A
dezentrale Peripherie ET 100U
10 - 6
1 kBy te Eingaben/Ausgaben
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
Tab. 10.4
Kopplungsmöglichkeiten von SIMATIC S5-Ex-Aufbauten
Beschreibung der TELEPERM M -SIM ATIC-Ko pplungen
Anschaltung sbaugrup pe 6DS1 327-8AA
6DS1 327-8AA
an ET 100U
an ET 200U
Feldbus
ET 100-Bus
SINEC L2-DP
offen es B ussystem
nein
ja
Zugriffsverfahren
M a ste r-Sla ve
Token Passing mit unterlag erte n M a ste r-Sla ve (na ch DIN 19 245)
Anzahl einsetzbarer
4
Masteransch altu ngen im AS 235 Adressv olum en pro Anschaltun g
1 kb yte
m ax. An zahl erreich ter Teilnehm er am B us - gesam t
64
125
- Master
1
3
- Slav e
63
122
Adressv olum en pro Slavestation
32 By te
64 Byte
für Ein- und Ausg änge
für Ein- und Ausgä ng e
d ig ita l od er a na lo g
dig ita l o de r analo g
30 = 120 Ka nä le
30 = 120 Ka nä le
30 = 120 Ka nä le
30 = 120 Ka nä le
30 = 120 Ka nä le
30 = 120 Ka nä le
3 = 12 Ka nä le
3 = 12 Ka nä le
7 = 14 Ka nä le
7 = 14 Ka nä le
7 = 14 Ka nä le
7 = 14 Ka nä le
3 = 6 Kanäle
7 = 14 Ka nä le
Schn ittstelle
ä hnlich RS 485
RS 485
Gleichlaufv erfah ren
a sy nchro n, ha lbd up le x
asynchron, ha lb duple x
H am m in g-Distanz
3 - 5
4
Sich erheit der Daten übertragung
Da te nübe rwachung durch
Date nübe rwachung durch
z yklische BCH-Co de
FCS Fra me Che ck Sum
(BCH Block Check Co de )
SD Start Delimiter
Ex-Digital Eing abe N AM U R 6ES5 437-8EA12
Ex-Digital Eing abe N AM U R 6ES5 437-8EA21
Ex-Digital Ausgab e DC 7 V, 2 m A 6ES5 457-8EA12
Ex-An alo g Eing abe Thermoelem ente 6ES5 467-8EA11
Ex-An alo g Eing abe 4 ... 20 m A 6ES5 467-8EE11
Ex-An alo g Eing abe P T 100 6ES5 467-8EF11
Ex-An alo g Ausgab e 4 ... 20 m A 6ES5 477-8EC11
ED End Delimiter Ü bertrag ungsprotokoll
Siem ens Pro to ko ll
Ü bertrag ungsart
b itseriell
bitse riell
Ü bertrag ungsgeschw indigkeit
31,25 kB - 375 kB
9,6 kB - 1,5 MB
Ü bertrag ungsm ediu m
g eschirmte Zweidra htleitung
ge schirmte Zwe idra htleitung Lichtwellenleiter (LWL)
B usu m laufzeit
typ . 30 - 60 m s
m ax. N etzausdeh nung
b is 3 km
bis 9,6 km/93 kB m it RS 485 bis 23,8 km/187,5 kB (mit Rep ea te r und LWL)
6ES5 998-0EX12
10 - 7
Kopplungsmöglichkeiten von SIMATIC S5-Ex-Aufbauten
S5-100U Ex-Baugruppen
weiter Tab. 10.4
Anschaltung sbaugrup pe
Aktualisieru ng der Signalw erte
6DS1 327-8AA
6DS1 327-8AA
an ET 100U
an ET 200U
a bhängig v om Syste ma ufba u CPU-T yp , Anwe nd erp rog ramm, Ausb augra d und Busge schwindig ke it
Verhalten bei Störungen des B u sses
b ei Störung se rke nnung we rde n d ie
be i Stö rungserkennung werd en die
T ele gra m me zwe imal wied erholt!
Teleg ram m e z weima l w ie de rho lt!
Ausg änge pa ram e trie rba r 0 o de r
(pa ram etrierb ar)
letz te n We rt halten!
Ausgä ng e p ara me trie rba r!
R edu ndanz
nein
ja
Diag nose
Sa m me ld iag no se ,
Stationsd ia gnose,
Stationsd iag no se
Baugrupp endia gnose, E/A-Dia gnose
Qu ittung sv erzu g
10 - 8
ja (e inste llb ar)
ja (e inste llb ar)
6ES5 998-0EX12
11
SIM A TI C S5-Ex-Baugruppen
11.1
Ex -Baugruppen im Sy stem SI MATI C S5
.
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11
-
1
11.2
Aufbau mit eigensicheren Baugruppen .
.
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11
-
3
11.3
M ax imale Anzahl an analogen und digitalen Ex Baugruppen in den einzelnen Sy stemen
.
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11
-
5
11.3.1
Stromabgabe der einzelnen Sy steme
.
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11
-
5
11.3.2
Adreßvolumen der einzelnen Systeme
.
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11
-
5
11.3.3
M ax imale Anzahl an Ex -Analog/Digital-Baugruppen
.
.
.
11
-
6
11.4
Stromv ersorgungsbaugruppe PS 935-8ME11
11.4.1
Elektri scher Anschluß der PS 935
11.4.2
Einsatz der PS 935 in den Sy stemen AG S5-95U /
.
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.
S5-100U (feste Steckplatzadressierung) 11.4.3
.
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11
-
8
.
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11
-
10
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11
-
10
.
.
.
Einsatz der PS 935 in den Sy stemen ET 100U / ET 200U .
.
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11
-
13
11.4.4
Überwachung und Diagnose mit der PS 935 .
.
.
.
.
.
.
11
-
16
11.5
Ex -Busmodul 6ES5 700-8EA11
11.6
Trennwand 6ES5 497-8EA11 .
11.7
Ex -Digitalbaugruppen
(variable Steckplatzadressierung) .
.
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11
-
16
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11
-
17
.
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.
.
11
-
18
11.7.1
Ex -Digital-Eingabebaugruppe 6ES5 437-8EA12
.
.
.
.
.
11
-
18
11.7.2
Ex -Digital-Ausgabebaugruppe 6ES5 457-8EA12 .
.
.
.
.
11
-
24
11.8
Analogwertverarbeitung mit eigensicheren Baugruppen
.
11
-
28
11.8.1
Ex -Analog-Eingabebaugruppe 2 x 4 ... 20 mA 6ES5 467-8EE11
11.8.2
.
.
.
.
6ES5 998-0EX12
.
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±
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11
-
28
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11
-
33
.
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11
-
37
.
.
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11
-
39
.
.
11
-
47
.
11
-
55
50 mV, .
.
.
.
Ex -Analog-Eingabebaugruppe 2 x Pt100 ( 6ES5 467-8EF11
11.8.6
.
.
Ex -Analog-Eingabebaugruppe 4 x 6ES5 467-8EA11
11.8.5
.
.
Anschluß v on Ex -SMART an Ex -Analog-Ein- und Ausgaben
11.8.4
.
.
Ex -Analog-Ausgabebaugruppe 2 x 4 ... 20 mA 6ES5 477-8EC11
11.8.3
.
.
.
.
.
.
±
.
500 mV), .
.
.
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.
.
Analogwert-Anpassungsbausteine FB 250 und FB 251
1
2
6ES5 998-0EX12
Bilder 11.1
Aufbau eines AG S5-100U mi t der PS 935 und Ex -Baugruppen
11
-
3
11.2
Bedien- und Anzeigeelemente der PS 935 .
.
.
.
.
.
.
.
.
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.
11
-
8
11.3
Stromversorgungsbaugruppe PS 935 montieren
.
.
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.
.
.
.
.
.
11
-
9
11.4
Anschluß von Stromversorgungs- und Zentralbaugruppe
.
.
.
.
11
-
10
11.5
Einzeili ger Aufbau eines AG S5-95U / S5-100U mit Ex - und NichtEx -Baugruppen
.
.
.
.
.
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.
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.
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11
-
11
11.6
Stromaufnahme i n der Erweiterungszeile .
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
11
-
11
11.7
Ermittlung der max . Stromaufnahme in der Erweiterungszeile .
.
11
-
12
11.8
M ehrzeiliger Aufbau eines AG S5-95U / S5-100U mit Ex - und Nicht11
-
13
11
-
14
Ex -Baugruppen 11.9
.
.
.
.
.
.
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.
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.
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.
.
M ehrzeiliger Aufbau mit ET 100U / ET 200U mit Ex - und Nicht-Ex Baugruppen
.
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.
.
.
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.
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.
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11
-
15
.
.
.
.
.
11
-
15
.
.
.
.
.
.
11
-
16
.
.
.
.
.
.
11
-
17
.
.
.
11
-
18
11.11
Beispiel einer Adreßvergabe bei Einsatz einer PS 935
11.12
Aufbau des Diagnosebytes der PS 935 .
.
.
.
.
.
.
.
11.13
Ex -Busmodul 6ES5 700-8EA11 .
.
.
.
.
.
.
.
11.14
Trennwände 6ES5 497-8EA11 zwischen ET 100U und
.
.
.
.
Ex -Busmodul sowie zwischen Ex - und Nicht-Ex -Busmodul 11.15
.
Einzeili ger Aufbau mit ET 100U / ET 200U mit Ex - und Nicht-Ex Baugruppen
11.0
.
.
.
Zweileiter-Anschluß von Gebern an die Ex -Digital.
.
.
.
.
.
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.
.
.
.
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.
.
.
11
-
20
11.16
Eingabebaugruppe 437
Zusammengeschaltete NAMUR-Geber
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
11
-
21
11.17
Eingangskennlinien der Ex -Digital-Eingabebaugruppe 437
11
-
24
11.18
Zweileiter-Anschluß einer Signalleuchte an Kanal 1 der Ex -DigitalAusgabebaugruppe 457 .
.
.
.
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11
-
25
.
.
11
-
27
.
.
11
-
28
11.19
Ausgangskennli nien der Ex -Digital-Ausgangsbaugruppe 457
11.20
Anschluß von Zweileiter-Meßumformern
11.21
Anschluß von Vierleiter-M eßumformern an die Ex -Analog-Eingabebaugruppe (6ES5 467-8EE11)
11.22
.
.
.
.
.
.
.
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.
.
.
.
.
.
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.
23
.
.
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.
.
.
.
11
-
29
Eingangskennlinien der Ex -Analog-Eingabebaugruppe .
.
.
.
.
.
.
11
-
30
11.23
6ES5 467-8EE11
Anschluß einer Last an die Ex -Analog-Ausgabe 477 .
.
.
.
.
.
.
.
11
-
33
11.24
Ausgangskennli nie der Ex -Analog-Ausgabebaugruppe .
.
.
.
.
.
11
-
34
.
.
.
11
-
37
6ES5 477-8EC11 11.25
.
.
.
.
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.
.
Anschluß eines EX-SMART-Meßumformers an Ex -Analogbaugruppen
11.26
.
.
.
.
.
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.
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.
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.
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.
.
.
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.
.
.
Stromkreis mi t einem Ex -SMART-Meßumformer und einer Ex -Analog-Eingabe (4 ... 20 mA)
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
11.27
Anschluß von Thermoelementen und Spannungsgebern
11.28
Anschluß von Thermoelementen und Kompensationsdose
11.29
Anschluß von Thermoelementen bei baugruppeninterner Vergleichsstelle
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
11
-
38
.
.
.
11
-
40
.
.
.
11
-
40
.
.
.
.
.
.
11
-
41
.
.
.
.
.
.
11
-
43
Anschluß von Wi derstandsthermometern in 4-Leiter-Schaltung
.
11
-
48
11.32
Anschluß von Wi derstandsthermometern in 2-Leiter-Schaltung
.
11
-
48
11.33
Anschluß von Wi derstandsthermometern in 3-Leiter-Schaltung
.
11
-
49
11.34
Anschluß von Spannungsgebern
11.35
Sicherheitstechnische Kennlinie und Ersatzschaltbild
11.30
Sicherheitstechnische Kennlinie und Ersatzschaltbild
11.31
6ES5 998-0EX12
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
. .
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.
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11
-
49
.
.
.
.
.
.
11
-
50
3
Bilder 11.36
Normi erungsschema FB 250
11.37
Schematischer Aufbau des Beispiels "Anzeige Nachfüllmenge eines Tanks"
.
.
.
.
.
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.
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.
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.
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.
.
.
.
.
.
.
.
11
-
56
.
11
-
57
11
-
58
11.39
Transformation des Analogwertes i n den Nennbereich .
.
11
-
59
11.1
M axi male Stromabgabe der S5-Sy steme auf dem Rückwandbus
11.2
Adreßvolumen der einzelnen Systeme
11.3
M ax. Anzahl der Ex -Analog/Digital-Baugruppen
11.4
Funktionsübersicht und Fehleranzeige der Ex -Digital-Eingabebau-
.
.
.
Transformation des Nennbereiches in den festgelegten Bereich . .
.
.
11.38
.
.
.
.
Tabellen
gruppe 437 11.5
.
.
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.
.
.
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11
-
5
.
.
.
.
.
.
.
.
.
11
-
6
.
.
.
.
.
.
.
.
.
11
-
6
11
-
23
11
-
26
.
.
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.
.
Einstellungen am Schalter "operating mode" für Ex -Analog-Eingabebaugruppe 467-89EE11 .
.
.
.
.
11
-
31
11.7
Darstellung eines Ex -Analog-Eingangswertes als Bitmuster
.
.
.
11
-
31
11.8
Wertdarstellung der Ex -Analog-Eingabebaugruppe 6ES5 467-8EE11 (Betragsdarstellung) .
33
-
35
11.11
Ausgegebene Ströme bei Ex -Analog-Ausgabebaugruppe 477 .
.
.
.
.
.
.
.
.
.
11
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
Darstellung eines Ex -Analog-Ausgangswertes als Bitmuster .
.
.
.
11.10
.
.
.
32
.
.
.
-
.
.
.
-
.
.
.
11
.
.
.
11
.
.
.
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.
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.
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.
Fehleranzeige der Ex -Analog-Eingabebaugruppe 467-8EE11
.
.
.
11.9
(unipolar)
.
.
.
.
.
.
.
.
11
-
35
11.12
Fehleranzeigen der Ex -Analog-Ausgabebaugruppe 477
.
.
.
.
.
11
-
36
11.13
Verri ngerung der Thermospannungen bei Abweichung der .
.
Vergleichsstellentemperatur v on der Bezugstemperatur 0 °C
11
-
42
11.14
Parametri erung der Ex -Analog-Eingabebaugruppe 6ES5 467-8EA11
11
-
44
11.15
Darstellung eines Analog-Eingangswertes als Bitmuster .
11
-
45
11.16
Wertedarstellung der Baugruppe 467-8EA11 (Betragsdarstellung)
11
-
45
11.17
Fehleranzeige für einen Kanal der Ex -Analog-Baugruppe 467-8EA11 .
4
.
Funktionsübersicht und Fehleranzeige der Ex -Digital-Ausgabebaugruppe 457
11.6
.
.
.
.
.
.
.
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.
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.
.
11
-
46
11.18
Parametri erung der Ex -Analog-Eingabebaugruppe 6ES5 467-8EF11
11
-
51
11.19
Darstellung eines Analog-Eingangswertes als Bitmuster .
11
-
52
11.20
Wertedarstellung der Baugruppe 467-8EF11 (Betragsdarstellung)
11
-
53
11.21
Fehleranzeige für einen Kanal der Ex -Eingabebaugruppe 467-8EA11
11
-
54
11.22
Aufruf und Parametri erung des FB 250 .
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
11
-
55
11.23
Aufruf und Parametri erung des FB 251 .
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
11
-
56
.
.
.
.
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
SIMATIC S5-Ex-Baugruppen
11
SIMA TIC S5-Ex-Baugruppen
11.1
Ex-Baugrup pen im S yste m SIM A TIC S 5
Die speicherprogrammierbaren Automatisierungsgeräte (AG) der SI MATI C
S5-Fami lie
bieten
wi rtschaftliche Lösungen für einfache bis komplex e Steuerungsaufgaben. Für die Erri chtung von Automatisierungssy stemen zur Steuerung und Regelung von Anlagen in ex plosionsgefährdeten Bereichen stehen mehrere E/A-Baugruppen, bescheinigt für die Zündschutzart [EEx ib] II C, zur Verfügung, um eigensichere Prozeßgeräte bzw. Betriebsmittel mi t eigensicheren Stromkreisen direkt an die Automatisierungsgeräte S5-95U und S5-100U sowie dezentral an die entsprechenden Erweiterungsgeräte ET 100U und ET 200U anschli eßen zu können.
Es handelt sich um folgende E/A-Baugruppen einschli eßlich integri erter Ex -Trennung, die als zugehörige
elektrische
Betriebsmittel
zur
Montage
außerhalb
des
ex plosionsgefährdeten
Bereiches zum Anschluß v on eigensicheren elektrischen Betriebsmitteln der Kategorie ib (für Zone 1 u. 2) bescheinigt sind.
• • • • • •
Ex -Digital-Eingabebaugruppe (für NAM UR-Geber) 6ES5 437-8EA12 Ex -Digital-Ausgabebaugruppe (für Magnetv entile, LED) 6ES5 457-8EA12 Ex -Analog-Eingabebaugruppe (4 bis 50 mA für Thermoelemente) 6ES5 467-8EA11 Ex -Analog-Eingabebaugruppe (4 bis 20 mA) 6ES5 467-8EE11 Ex -Analog-Eingabebaugruppe (2 bis Pt100) 6ES5 467-8EF11 Ex -Analog-Ausgabebaugruppe (4 bis 20 mA) 6ES5 477-8EC11
Zum Aufbau eines AG mit Ex -Peripheriebaugruppen benötigen Sie außerdem:
• • •
Ex -Busmodule, 6ES5 700-8EA11 Trennwand 6ES5 497-8EA11 zur Trennung v on Ex - und Nicht-Ex -Baugruppen, sowie bei Bedarf die Stromv ersorgungsbaugruppe PS 935, 6ES5 935-8ME11.
Alle Ex -Baugruppen können auf spezielle Busmodule mit blauen Anschlußleisten gesteckt werden, die Bestandteil der AG S5-95U und S5-100U sowie der Erweiterungsgeräte ET 100U/200U sind. Ex -Baugruppen sind bescheinigte Betriebsmittel, die außerhalb des Ex -Bereiches erri chtet werden müssen und die eine galvanische Trennung besitzen. Deswegen ist keine Potentialausgleichsleitung zwischen AG/ET-Rückwandbus und Gebern/Aktoren notwendig.
Eigenschaften der Ex-Peripheriebaugruppen
• • • • • • • •
Galv anische Trennung auf Baugruppe. Einsparung v on Sicherheitsbarrieren, Trennverstärkern und Transmitterspeisegeräte. Verzicht auf Rangierverteiler. Reduzierung der Planungs-, Installations- und Dokumentationskosten. Gleiche Sy stemtechnik wi e Nicht-Ex -Betriebsmi ttel. Verwechselungssicherheit durch Codierung. Vorteile eines dezentralen Aufbaus Es sind Messungen an einem eigensicheren spannungsführenden Stromkreis mögli ch.
6ES5 998-0EX12
11 - 1
SI MATIC S5-Ex-Baugruppen
S5-100U Ex-Baugruppen
A utomatisierungs- und Erweiterungsgeräte
Die speicherprogrammierbaren Automatisierungsgeräte SI MATI C S5-95U/S5-100U gehören zu den kompakten, kleinsten und preiswertesten Steuerungen der SIM ATIC S5-Fami lie. Sie eignen sich besonders für kleine und einfache zentrale Automatisierungsaufgaben. Dabei sind diese leistungsstark und flex ibel. I hr Einsatz wird bereits wirtschaftlich, wenn fünf Hilfsschütze ersetzt werden sollen. Die handlichen, robusten Geräte arbeiten ohne Filter. Die peripheren Baugruppen werden auf Busmodule gesteckt und dort rüttelfest v erschraubt. Busmodule werden auf eine Normprofilschiene aufgeschnappt.
•
A G S5-95U
Dieses leistungsstarke Steuergerät löst bereits Aufgaben, wie z. B. die Verarbeitung von Analogwerten. Über eine Schnittstelle kann es an das Bussystem SINEC L1/L2 angeschlossen werden und mit anderen AG kommunizi eren. Das AG S5-95U enthält in der Grundausstattung neben dem Prozessor und der Schnittstelle 16 Digitalein- und 16 Digitalausgänge, 8 Analogeingänge und einen Analogausgang, 4 Alarm- sowie 2 Zähleingänge. Eine modulare Erweiterbarkeit direkt am AG erlaubt den Anschluß von Baugruppen der S5-100U-Reihe mit max imal 256 Digitaleinund -ausgängen.
•
A G S5-100U
Der modulare Aufbau erlaubt - je nach CPU - einen Ausbau bis max imal 256 digitale E/A. Deshalb eignet sich das AG S5-100U auch für M aschinensteuerungen sowie zur Prozeßautomatisierung und -überwachung v on Anlagen bis zu mittlerer Größe. Durch die feinstufige Ausbaumöglichkeit und die unterschiedlichen Baugruppentypen wird erreicht, daß ein AG S5-100U optimal an die Steuerungsaufgabe angepaßt werden kann. Das AG S5-100U kann ein- oder mehrzeilig, senkrecht oder waagrecht aufgebaut werden.
Das Bild 11.1 zeigt einen Aufbau des Automatisierungsgerätes S5-100U mi t
• • • • • •
CPU Stromv ersorgungsbaugruppe PS 935 3 Ex -Baugruppen 2 Ex -Busmodulen 2 Trennwänden 1 Nicht-Ex -Busmodul
11 - 2
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
SIMATIC S5-Ex-Baugruppen
Ex
Bild 11.1
Ex
14
14
Ex
14
Aufbau eines AG S5-100U m it PS 935 und Ex-Baugruppen
Als Programmiersprache wird STEP 5 mit einem umfangreichen Befehlsv orrat benutzt. Es stehen die Darstellungsarten Kontaktplan, Funktionsplan und Anweisungsliste sowie beim AG S5-100U ab der CPU 103 die Darstellungsart GRAPH 5 zur Verfügung.
•
Erweiterungsgeräte ET 100U / ET 200U
Die Erweiterungsgeräte ET 100U und ET 200U (ET = Electronic Terminate = Intelligente Klemme) si nd
modulare
Sy steme,
Peripheriebaugruppen
die
den
erlauben.
dezentralen
Sie
Anschluß
ermöglichen
den
über
größere
prozeßnahen
Entfernungen
direkten
Anschluß
von von
Gebern, Stellgliedern, Ventilen und Lampen. Verkabelungs- und Montagekosten können durch Wegfall der Rangierv erteiler sowi e durch Einsatz eines dezentralen Busses (serielle ZweileiterVerbindung
zum
Geräten aus
Automatisierungsgerät)
erheblich
reduziert
explosionsgefährdeten Bereichen stehen
auch
werden.
Für
hier die
Ex -E/A-Baugruppen mit
den
Anschluß
von
eigensicheren Ein- und Ausgängen zur Verfügung.
Die ET 100U i st feinstufig modular ausbaubar. Die Baugruppen bestehen aus robusten Blöcken, die
auf
einer
erforderlich.
35
Zur
mm
Normprofi lschiene
Kopplung
mit
einem
montiert
AG
oder
werden.
mit
Ein
Gehäuse
TELEPERM
M
dient
ist
nicht
die
unbedingt
Zentralgeräte-
Anschaltung (ZG-AS 318), die links zuerst auf der Schiene anzubri ngen i st.
Das System ET 200U basiert auf dem Kommunikations-Standard PROFIBUS (DIN 19245, Teil 1), so daß für den Aufbau des Sy stems auch SINEC L2-Komponenten genutzt werden können. Der Feldbus, der dem System ET 200U zugrunde liegt, ist eine Variante des SINEC L2 mit dem Namen "SINEC L2-DP" (DP = Dezentrale Peripherie). Diese Variante ist ausgelegt auf kürzeste Reaktionszeiten bei der Kommunikation mit dezentral angeordneter Peripherie.
11.2
A u fbau m it eigen sicheren Baug rupp en
Ex -Baugruppen können Sie in die SI MATI C-Umgebung der AG S5-100U-Baugruppen einbinden, ohne dabei die Funktionali tät untereinander zu beeinträchtigen. Ein Anschluß an TELEPERM M i st ebenfalls möglich.
6ES5 998-0EX12
11 - 3
SI MATIC S5-Ex-Baugruppen
S5-100U Ex-Baugruppen
Die Kommunikation zwi schen den Systemen erfolgt über
•
Rechnerkopplungen
•
Punkt zu Punkt-Kopplungen (CP 521 -> ... )
•
Teleservice (TK 858)
•
SINEC L1
•
SINEC L2
•
SINEC L2-DP
11 - 4
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
11.3
SIMATIC S5-Ex-Baugruppen
M axim ale A nzah l an analogen u nd d igitalen E x-Baug rup pen in den einzelnen System en
11.3.1
Strom ab gabe der ein zeln en S yste me
Die Anzahl der nutzbaren Steckplätze ist abhängig vom Verbrauch der betreffenden Baugruppen und v om zur Verfügung stehenden Strom auf dem Rückwandbus. Die folgende Tabelle gibt eine Übersicht über die Stromabgabe in den verschiedenen Systemen auf S5-Rückwandbus und zwar
•
ohne PS 935
•
und mit PS 935
Tab. 11.1
Maximale Strom abgabe der S5-Systeme auf dem Rückwandbus
System/
Stromabgabe bei
Stromabgabe mit
Station
PS 935
40
°C
60
°C
40
1)
°C
bei
60
Steckplätze Steckplatzmax.
vergabe
°C
AG S5-95U
ca. 1,0 A
ca. 2,5 A
32
fest
AG S5-100U
ca. 1,0 A
ca. 2,5 A
32
fest
CPU 100 CPU 102 CPU 103 pro ET 100U
ca. 0,9 A
ca. 0,7 A
ca. 2,5 A
32
v ari abel
pro ET 200U
ca. 0.9 A
ca. 0,7 A
ca. 2,5 A
32
v ari abel
1) CPU 100 nicht mit PS 935 b etre ib ba r
11.3.2
A dreß volum en d er einzelnen System e
Neben der Stromli eferung kann auch das Adreßvolumen des betreffenden Sy stems die Anzahl der nutzbaren Steckplätze begrenzen. Die folgende Tabelle gibt eine Übersicht über das Adreßv olumen in den v erschiedenen Sy stemen.
6ES5 998-0EX12
11 - 5
SI MATIC S5-Ex-Baugruppen
Tab. 11.2
S5-100U Ex-Baugruppen
Adreßvo lumen der einzelnen Systeme
System/
Steckplätze
Steckplätze
A dreßvolumen
A dreßvolumen
Station
(Digital-Baugr.)
(A nalog-Baugr.)
(Digital-Baugr.)
(A nalog-Baugr.)
AG S5-95U
max . 32
max . 8 E/A
max . 32 byte
max . 32 byte
CPU 100
max . 32
max . 8 E/A
max . 32 byte
max . 32 byte
CPU 102
max . 32
max . 8 E/A
max . 32 byte
max . 32 byte
CPU 103
max . 32
max . 8 E/A
max . 32 byte
max . 64 byte
pro ET 100U
max . 32
max . 8
AG S5-100U
Station
max . 32 byte Ein- und Ausgänge
Steck-
digital/analog
plätze bei 4 byte pro Steckplatz
pro ET 200U
max . 32
max . 16
Station
max . 32 byte Ein- und
Steck-
plätze bei 4 byte
32 byte Ausgänge
pro
digital/analog
Steckplatz
(davon 8 Einund Ausgänge)
11.3.3
M aximale A n zahl an Ex-A nalog /Dig ital-Baug rup pen
Die folgende Tabelle gibt Auskunft über die max imal steckbare Anzahl von Ex -Analog/DigitalBaugruppen in den v erschiedenen Sy stemen.
Tab. 11.3
Max. Anzahl an Ex-Analog/Digital-Baugruppen
System/
Ex-Digital-Baugruppen
Ex-A nalog-Baugruppen
Station ohne PS 935 DE AG S5-95U
DA
mit PS 935 DE
DA
max. 30
max. 30
ohne PS 935 AE
AA
max. 3
max. 2
max.
max. 2
mit PS 935 AE
max. 6
AA
max. 20
max. 18
max. 6
max. 20
max. 18
-
max. 20
max. 18
max. 30
max. 30
max. 3
max. 2
max. 6
max. 6
max. 20
max. 18
max. 30
max. 30
max. 3
max. 2
max. 6
max. 6
max. 30
max. 30
max. 2 bei 40
max. 7
max. 3
max. 7
max. 7
AG S5-100U CPU 100 CPU 102 CPU 103 pro ET 100U
pro ET 200U
max. 18
bei 40
max. 14
bei 60
max. 18
bei 40
max. 14
bei 60
°C °C °C °C
max. 16
-
max. 12 max. 16 max. 12
3
max. 2 bei 60 max. 30
max. 30
max. 2 bei 40 max. 2 bei 60
°C °C °C °C
-
-
Bei der genauen Bestimmung des Verhältnisses an Ex -Baugruppen ist sowohl eine Überprüfung der Strombilanz als auch der Adressbilanz für die einzelnen Sy steme durchzuführen.
11 - 6
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
Beispiel:
SIMATIC S5-Ex-Baugruppen
Ermittlung der Anzahl der i n einer Station ET 200U noch max imal steckbaren Ex Analog-Baugruppen (mit bereits gesteckter PS 935 und 8 digitalen Ex -Baugruppen).
1. Strombilanz
Baugruppe
Stromaufnahme aus
dem
A nzahl der
Summe
A G S5-100U-Rückwandbus
Baugruppen
Ex -Digital-Eingabe 437
50 mA
2
100 mA
Ex -Digital-Ausgabe 457
55 mA
6
330 mA
I nnerhalb einer ET 200U Station haben Sie 2500 mA auf dem Rückwandbus zur Verfügung, d. h. i m Beispielfall ist noch ein Reststrom von 2070 mA nutzbar. Bei einem Strombedarf von 260 bis 350 mA je Analog-Baugruppe ergibt sich der mögliche Ausbau nach folgender Bezi ehung:
2070 mA
:
350 mA
^
=
6 Ex -Analog-Baugruppen
2. A dreßbilanz
I nnerhalb dieser ET 200U können Sie maxi mal 32 byte Eingänge und 32 byte Ausgänge für die Adressierung v erwenden.
Baugruppe
A dreßbedarf
A nzahl der
Bytes
Bytes
pro Baugruppe
Baugruppen
Eingang
A usgang
Ex -Digital-Eingabe 437
1 byte * Eingang
2
2
-
Ex -Digital-Ausgabe 457
1 byte * Ausgang
6
-
6
2 byte Eingänge
1
2
-
Zusatzstromv ersorgung 935
I nnerhalb dieser ET 200U Station stehen I hnen abzüglich der bereits v ergebenen Bytes jetzt noch 28 byte Eingänge und 26 byte Ausgänge für Ex -Analog-Baugruppen zur Verfügung.
Baugruppe
Stromaufnahme (mA )
A dreßbedarf pro Baugruppe
steckbare Baugruppe
Ex -Analog-Eingabe 467-8EE11
320
4 byte Eingänge
max . 7
Ex -Analog-Eingabe 467-8EA11
260
8 byte Eingänge
max . 3
260
4 byte Eingänge
max . 7
350
4 byte Eingänge/
max . 6
(Thermoelemente) Ex -Analog-Eingabe 467-8EF11 (Pt 100) Ex -Analog-Ausgabe 477-8EC11 (4 ... 20 mA)
6ES5 998-0EX12
4 byte Ausgänge
11 - 7
SI MATIC S5-Ex-Baugruppen
11.4
S5-100U Ex-Baugruppen
Strom versorgun gsbau grupp e PS 935-8M E11
Die Stromv ersorgungsbaugruppe PS 935 müssen Sie dann einsetzen, wenn Sie ein AG/ET mit Ex -Analog-Baugruppen (4 bis 20 mA) aufbauen, deren Stromaufnahme den max imal im Sy stem zur Verfügung stehenden Strom (Tab.11.1) übersteigt. Der Ausgangsstrom mit PS 935 auf dem AG/ET-Rückwandbus von 2,5 A ermögli cht den Betrieb v on bis zu 7 analogen Ex -Baugruppen. Die PS 935 können Sie einsetzen
in den Systemen AG S5-95U/S5-100U (nicht CPU 100) sowie
ET 100U/ ET 200U. Montiert wi rd die PS 935 auf die Normprofilschiene immer rechts neben dem AG / der CPU bzw. rechts neben der Anschaltungsbaugruppe I M 318.
•
Bedien- und A nzeigelemente der PS 935
SIMATIC S5-100U PS 935
1 ON OFF
DC 24 V DC 9 V 2,5A 6ES5 935-8ME11 1 2 3 4 5 6
2
L+ DC 24 V
3 DC 9 V
4
Bild 11.2
FAULT
Bedien- und Anzeigeelemente der PS 935
(1)
Ein-/Ausschalter für die 9 V-Peripheriebusv ersorgung
(2)
Anschlußklemme für DC 24 V-Versorgungsspannung
(3)
9 V-LED (leuchtet bei störungsfreiem Betri eb)
(4)
Fault-LED für Fehlermeldungen
11 - 8
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
SIMATIC S5-Ex-Baugruppen
M ontage und Demontage der PS 935
M ontage der PS 935
•
Stecken Sie den Stecker des Flachbandkabels in die Stiftleiste an der rechten Seite des AG / der CPU / der Anschaltungsbaugruppe IM 318.
• •
Hängen Sie die Stromv ersorgungsbaugruppe in die Normprofilschine ein und v erbinden Sie den DC 24 V-Anschluß (+) des AG
/ der CPU / der Anschaltungsbaugruppe
mit dem DC 24 V-Anschluß der PS 935 (Bild 11.3)
Bild 11.3
Strom versorgungsbaugruppe PS 935 m ontieren
Demontage der PS 935
• • • •
Schalten Sie die Spannung der DC 24 V-Versorgung ab. Lösen Sie die Verbindungen der DC 24 V-Versorgung. Lösen Sie die Verbindung (Flachbandkabel) zum Busmodul. Drücken Sie mit einem Schraubendreher den Schieber an der Baugruppe nach unten und schwenken Sie die Baugruppe aus der Normprofilschiene heraus.
•
Ziehen Sie den Stecker des Flachbandkabels aus dem AG / der CPU / der Anschaltungsbaugruppe I M 318.
6ES5 998-0EX12
11 - 9
SI MATIC S5-Ex-Baugruppen
11.4.1
S5-100U Ex-Baugruppen
Elektrisch er A n sch luß der PS 935
Klappen Sie die Schutzabdeckung hoch.
•
Schließen Sie das Kabel v on der DC 24 V-Versorgung an die Klemme L+ an (Bild 11.4).
•
Schließen Sie die Schutzabdeckung.
4
3
2 1
Bild 11.4
Anschluß vo n Stro m verso rgungs- und Zentralbaugruppe
11.4.2
Einsatz der PS 935 in d en S yste men A G S5-95U / S 5-100U (feste Steckplatzad ressierun g)
Steckplatzbelegung PS 935
Die Stromv ersorgungsbaugruppe PS 935 wird rechts neben dem AG S5-95U bzw. neben der CPU 102/103 auf die Normprofilschiene gesteckt. Obwohl die PS 935 nicht auf ein Busmodul gesteckt wird, belegt sie 2 Steckplätze. Von der Steckplatzadresse sind 2 Bits für Diagnosemeldungen an die CPU reserviert. Diese Diagnosebits können Sie im Anwenderprogramm auswerten (Kap. 11.4.4).
11 - 10
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
SIMATIC S5-Ex-Baugruppen
Einzeiliger A ufbau im A G S5-95U / S5-100U
Das folgende Bild zeigt eine mögliche Aufbauvari ante mit einer M ischung von Ex - und Nicht-Ex Baugruppen.
AG/CPU
PS 935
L + nicht eigensichere Stromkreise
Bild 11.5
nicht eigensichere Stromkreise
eigensichere Stromkreise
Einzeiliger Aufbau eines AG S5-95U / S5-100U m it Ex- und Nicht-Ex-Baugruppen
Die Baugruppen, die den Anschluß v on eigensicheren E/A-Stromkreisen zulassen, müssen Sie abgrenzen
v on
den
anderen
Baugruppen.
Dazu
stecken
Sie
zwischen
die
entsprechenden
Busmodule eine Trennwand 497-8EA11 auf die Normprofilschiene (Kap. 11.6).
M ehrzeiliger A ufbau im A G S5-95U / S5-100U
M ax imal 30 m darf die Entfernung zwischen den Anschaltungen I M 316 der ersten und letzten Zeile eines mehrzeiligen Aufbaus betragen. Ein mehrzeiliger Aufbau kann aus bis zu 4 Zeilen bestehen. In Bild 11.6 ist die max imale Stromaufnahme in der Erweiterungszeile i n Abhängigkeit v on der Entfernung aufgetragen.
2,4
Stromaufnahme in der Erweiterungzeile (A)
Siemens-Kabel: 6ES5 712-8xxx0
2,0
Adern: Adernquerschnitt: Widerstand pro Meter: Kapazitätsbelag pro Meter:
14polig 0,14 mm 0,14 Ohm/m 0,16 nF/m
1,6
1,2
0,8
0,4
0,0 0
5
10
15
20
25 Entfernung
Bild 11.6
30
(m)
Strom aufnahm e in der Erweiterungszeile
6ES5 998-0EX12
11 - 11
SI MATIC S5-Ex-Baugruppen
S5-100U Ex-Baugruppen
Beispiel:
Für
den
nachfolgenden
Aufbau
soll
die
max imale
Stromaufnahme
in
der
Erweiterungszeile
ermittelt werden.
?
IM 316
Stromaufnahme
Erweiterungszeile 6ES5 712-8CB00 L = 10 m
PS 935
AG
DA Ex
DA Ex
DA Ex
DA Ex IM 316
Bild 11.7
Zentralzeile
Ermittlung der m ax. Stro maufnahme in der Erweiterungszeile
Die PS 935 ist in der Lage max . 2,5 A auf den AG/ET-Rückwandbus zu treiben. Die v ier digitalen Ex -Baugruppen entnehmen dem Rückwandbus 4 x 55 mA = 220 mA.
Bei
10 m Entfernung zwischen Zentral und Erweiterungszeile ist der Wert ca. 1
A
aus
der
Kennli nie (Bild 11.6) zu entnehmen, d. h. in der Erweiterungszeile könnten z. B. drei analoge Ex -Baugruppen gesteckt werden (3 x 320 mA).
Welcher Reststrom ist in der Zentralzeile noch verfügbar?
Strombilanz: Gesamtstrom Zentralzeile
2500 mA 220 mA
Erweiterungszeile
1000 mA
Reststrom
1280 mA
I n der Zentralzeile stehen noch 1280 mA Reststrom zur Verfügung.
Hinweis Analoge eigensichere Baugruppen sollten nur i n der ersten Zeile des Aufbaus montiert werden.
11 - 12
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
Das
folgende Bild zeigt
SIMATIC S5-Ex-Baugruppen
eine mögli che Aufbauvariante eines mehrzeiligen Aufbaus mit einer
M ischung v on eigensicheren und nichteigensicheren Baugruppen.
eigensichere Stromkreise AG/CPU
PS 935
L + eigensichere Stromkreise
Bild 11.8
Mehrzeiliger Aufbau eines AG S5-95U/S5-100U m it Ex- und Nicht-Ex-Baugruppen
Die Baugruppen, die den Anschluß v on eigensicheren E/A-Stromkreisen zulassen, müssen Sie abgrenzen
v on
den
anderen
Baugruppen.
Dazu
stecken
Sie
zwischen
die
entsprechenden
Busmodule eine Trennwand 6ES5 497-8EA11 auf die Normprofilschiene (Kap. 11.6).
A dressierung der PS 935 im A G S5-95U / S5-100U
Die PS 935 belegt das Eingangsbyte "0" und das Eingangsbyte "1". Damit ergeben sich folgende Adressen für die Baugruppe rechts neben der PS 935:
Digitalbaugruppe:
By te-Adresse "2"
Analogbaugruppe, CP/IP:
By te-Adresse "80"
11.4.3
Einsatz der PS 935 in d en S yste men E T 100U / ET 200U (variable Steckplatzad ressierun g)
Steckplatzbelegung PS 935
Die
Stromv ersorgungsbaugruppe
PS
935
wird
rechts
neben
der
Anschaltungsbaugruppe
I M 318-8M.. auf die Normprofilschiene gesteckt. Obwohl die PS 935 nicht auf ein Busmodul gesteckt wird, belegt sie 2 Steckplätze. Von der Steckplatzadresse der PS 935 sind 2 Bits für Diagnosemeldungen
reserviert. Diese Diagnosebits können Sie im Anwenderprogramm aus-
werten (Kap. 11.4.4).
6ES5 998-0EX12
11 - 13
SI MATIC S5-Ex-Baugruppen
S5-100U Ex-Baugruppen
Einzeiliger A ufbau in den Systemen ET 100U / ET 200U
Das folgende Bild zeigt eine mögliche Aufbauvari ante mit einer M ischung von Ex - und Nicht-Ex Baugruppen.
IM 318
PS 935
L + eigensichere Stromkreise
nicht eigensichere Stromkreise
Bild 11.9
nicht eigensichere Stromkreise
Einzeiliger Aufbau m it ET 100U / ET 200U m it Ex- und Nicht-Ex-Baugruppen
Die Baugruppen, die den Anschluß v on eigensicheren E/A-Stromkreisen zulassen, müssen Sie abgrenzen
v on
den
anderen
Baugruppen.
Dazu
stecken
Sie
zwischen
die
entsprechenden
Busmodule eine Trennwand 6ES5 497-8EA11 auf die Normprofilschiene (Kap. 11.6).
M ehrzeiliger A ufbau in den Systemen ET 100U / ET 200U
M ehr als 30 m darf die Entfernung zwischen den Anschaltungen IM 316 der ersten und letzten Zeile eines mehrzeiligen Aufbaus nicht betragen (Bild 11.6).
Analoge eigensichere Baugruppen sollten nur in der ersten Zeile des Aufbaus montiert werden. Das
Bild
11.10
zeigt
eine
mögli che
Aufbauvariante
eines
mehrzeili gen
Aufbaus
mit
einer
M ischung v on Ex - und Nicht-Ex -Baugruppen.
Die Baugruppen, die den Anschluß v on eigensicheren E/A-Stromkreisen zulassen, müssen Sie abgrenzen
v on
den
anderen
Baugruppen.
Dazu
stecken
Sie
zwischen
die
entsprechenden
Busmodule eine Trennwand 6ES5 497-8EA11 auf die Normprofilschiene (Kap. 11.6).
11 - 14
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
SIMATIC S5-Ex-Baugruppen
eigensichere Stromkreise IM 3188M..
PS 935
L + eigensichere Stromkreise
Bild 11.10
Mehrzeiliger Aufbau m it ET 100U / ET 200U m it Ex- und
Adressierung in den Systemen ET 100U /
Nicht-Ex-Baugruppen
ET 200U
I n den Sy stemen ET 100U und ET 200U gibt es keine feste Steckplatzadressierung wie bei den AG S5-95U / S5-100U. Sie müssen den Baugruppen i hre Adressen per COM-Software zuweisen. Bei der Adreßvergabe müssen Sie die PS 935 mit berücksichtigen, d. h. die PS 935 müssen Sie als 2 x 4kanalige Eingabebaugruppe konfigurieren. Die Adreßkennung ist 2 x 4
DE; bei ET 200U
auch 2 x 008 möglich (siehe auch Kap 12.2).
2
0/1
Steckplätze:
3
467-8
IM 318-
4
477-8
5
437-8
457-8
PS 935
8M..
Adresskennung: COM-Software
COM ET 100
4DE 4DE
2AE
2AX
4DE
4DA
4DE 4DE
2AE
2AX
4DE
4DA
008 008
013
029
008
016
COM ET 200
Bild 11.11
Beispiel einer Adreßvergabe bei Einsatz einer PS 935
6ES5 998-0EX12
11 - 15
SI MATIC S5-Ex-Baugruppen
Anmerkung:
11.4.4
Auf
S5-100U Ex-Baugruppen
I m System ET 200U i st keine nibbelweise (4 Bit) Adreßvorgabe möglich.
Überwachun g un d Diagno se m it der PS 935
der
Frontseite
der
PS
935
befinden
sich
zwei
Anzeige-LEDs,
eine
9
V-LED
und
eine
FAULT-LED.
• • •
Leuchtet die grüne 9 V-LED, dann ist die Stromversorgungsbaugruppe in Ordnung. Leuchtet die rote FAULT-LED, dann wird ein gestörter Betrieb signalisiert. Leuchtet
die rote FAULT-LED
und blinkt
gleichzeitig die grüne 9 V-LED, dann li egt am
Ausgang zum 9 V-Peripheriebus Überlast an.
Das Eingangsbyte der PS 935 dient als Diagnosebyte und Sie können es zur Fehlerdiagnose im Steuerungsprogramm auswerten.
Bild 11.12 zeigt Ihnen die Bitbelegung des Eingangsbytes.
7
6
5
4
3
2
1
0
Bit
Bild 11.12
0:
DC 24 V-Eingangsspannung unterschritten
1:
DC 24 V-Eingangsspannung vorhanden
0:
9 V-Ausgangsspannung für Peripheriebus fehlt
1:
9 V-Ausgangsspannung für Peripheriebus vorhanden
Aufbau des Diagno sebytes der PS 935
Sobald mindestens eines der Bits 0 oder 1 zurückgesetzt ist, leuchtet auch die rote FAULT-LED. Bei Überlast am 9 V-AG/ET-Rückwandbus blinkt zusätzli ch die 9 V-LED.
11.5
Ex-Busm o du l 6ES5 700-8EA 11
Wenn Sie Ex -Analog- oder Digitalbaugruppen einsetzen, dann müssen Sie diese auf Ex -Busmodule
monti eren.
Die
Unterschiede
zwischen
den
Ex -Busmodulen
und
den
Nicht-Ex -
Busmodulen 6ES5 700-8MA11 (SIGUT) sind:
• •
blaue Kennzeichnung des Anschlußblocks und der Codierelemente eine andere Ausführung der Codierelemente.
Wie bei den Nicht-Ex -Busmodulen erfolgt
• • •
die Montage des
Busmoduls 6ES5 700-8EA11 auf die Normprofilschiene,
die Demontage von der Normalprofi lschiene, die Verbindung über Flachbandkabel zwischen den Busmodulen bzw. v om Busmodul zur PS 935, CPU oder Anschaltung.
11 - 16
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
Bild 11.13
11.6
SIMATIC S5-Ex-Baugruppen
Ex-Busmodul 6ES5 700-8EA11
Trenn wan d 6ES5 497-8EA 11
Die Trennwand 6ES5 497-8EA11 müssen Sie einbauen
•
zwischen Ex - und Nicht-Ex -Busmodulen
•
sowie zwi schen Ex -Busmodulen und Geräten mit nichteigensicheren Stromkreisen.
Die
Trennwand
si chert
die
erforderlichen
Abstände
von
50
mm
Fadenmaß
zwischen
den
Anschlußklemmen der eigensicheren E/A-Stromkreise und Anschlußklemmen nichteigensicherer E/A-Stromkreise.
6ES5 998-0EX12
11 - 17
SI MATIC S5-Ex-Baugruppen
Bild 11.14
S5-100U Ex-Baugruppen
Trennwände 6ES5 497-8EA11 zwischen ET 100U und Ex-Busmo dul so wie zwischen Ex- und Nicht-ExBusmo dul
11.7
Ex-Digitalbaug rupp en
Hinweis Diese Baugruppen dürfen nur außerhalb des Ex -Bereiches eingesetzt werden.
Zusätzlich müssen Sie die Ex -Digital-Baugruppen mi t einer Trennwand 6ES5 497-8EA11 von Nicht-Ex -Baugruppen abgrenzen (Kap. 11.6).
11.7.1
Ex-Digital-Eing abebaug rupp e 6ES5 437-8EA 12
Die vierkanalige Ex -Digital-Baugruppen v erarbeitet digitale Eingangssignale aus dem Ex -Bereich und stellt sie dem Automatisierungssy stem über den S5-Bus zur Verfügung.
Die Ex -Digital-Eingabebaugruppe 437 ist als zugehöriges Betriebsmittel bescheinigt unter der Zündschutzart [EEx i b] II C. Diese Ex -Digital-Eingabebaugruppe müssen Sie zusammen mit dem Ex -Busmodul 6ES5 700-8EA11 einsetzen (Kap. 11.5).
11 - 18
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
SIMATIC S5-Ex-Baugruppen
A nschluß der Ex-Digital-Eingabebaugruppe 6ES5 437-8EA 12
Die Norm DIN 19234 legt die technischen Daten der Schnittstelle zwischen einem Näherungsschalter nach NAMUR und der digitalen Ex -Eingabebaugruppe fest. Die Verbindung erfolgt über eine zweiadrige Leitung. Über diese wird der Näherungsschalter auch mi t Strom versorgt. Die Ex -Digital-Eingabebaugruppe wird über die durch äußere Einflußnahme v eränderliche Stromaufnahme des Näherungsschalters gesteuert.
Zusammenwirken zwischen einem Näherungsschalter und der Baugruppe
Damit ein sicheres Zusammenwirken zwi schen Näherungsschalter (Bild 11.15a) und der Ex -Digital-Eingabebaugruppe gewährleistet i st, sind für die Baugruppe folgende Werte festgelegt:
1.
2.
Stromv ersorgung für den Steuerstromkreis Leerlaufspannung U 0 :
ca. 7 V
Kurzschlußstrom I k :
ca. 7 mA
Stromabhängige Schalt- bzw. Überwachungspunkte a)
Schaltpunkt
Der Schaltpunkt der Ex -Digital-Eingabebaugruppe liegt im Bereich einer Stromaufnahme des Näherungsschalters v on 1,2 mA bis 2,1 mA. b)
Leitungskurzschlußüberwachung
Überschreitet die Stromaufnahme des Näherungsschalters einen Wert v on 5,5 mA, muß davon ausgegangen werden, daß ein Leitungskurzschluß oder ein entsprechender Fehler i m Näherungsschalter v orliegt. Die vi er Kanäle der Baugruppe sind von Ch 0 bis Ch 3 numeriert. Jedem Kanal ist ein Klemmenpaar am Anschlußblock zugeordnet. Die Zuordnung und das Anschlußbild sind auf der Frontplatte der Baugruppe aufgedruckt. Die Eingänge der v ier Kanäle sind eigensicher. Sie sind galv anisch v oneinander und gegen den S5-Bus getrennt.
Beispiel
Ein Geber soll an die Eingabebaugruppe auf den Steckplatz 3 an den Kanal 2 (Adresse E 3.2) angeschlossen werden (Bild 11.15).
6ES5 998-0EX12
11 - 19
SI MATIC S5-Ex-Baugruppen
S5-100U Ex-Baugruppen
+ 1
+
3
_
2
+
5
4
+
7
9
_
6
_
_
8
10
Ex-Bereich
a)
b) _
+
_
+
R1 oder
Bild 11.15
R2
R1 = 9 ... 11
kOhm
R2 = 1 ... 1,5
kOhm
Zweileiter-Anschluß von G ebern an die Ex-Digital-Eingabebaugruppe 437
Zusammenwirken eines beschalteten Kontaktes und der Baugruppe
Um das Zusammenwirken zwischen einem Kontakt und der Ex -Digital-Eingabe zu gewährleisten, muß der Kontakt mit einer entsprechenden Widerstandsbeschaltung versehen sein (Bild 11.15a). Durch diese Beschaltung wird ein NAMUR-Geber simuli ert.
Nachbildung eines NA M UR-Gebers
Durch die Beschaltung eines Kontaktes mi t entsprechenden Widerständen ist es mögli ch, einen NAM UR-Geber nach DIN 19234 nachzubilden.
R1 = 9 ... 11 kOhm
R2 = 1 ... 1,5 kOhm
Bild 11.15a
Kontakt
11 - 20
Widerstand
Bus-
[kOhm]
signal
offen
9 ...11
1
geschlossen
0,9 ... 1,3
0
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
SIMATIC S5-Ex-Baugruppen
Hinweis Diese Baugruppen dürfen nur außerhalb des Ex -Bereiches eingesetzt werden.
Wird an die Baugruppe nur ein Kontakt ohne Widerstandsbeschaltung angeschlossen, dann wird ein Fehler v on der Baugruppe gemeldet.
LED-A nzeigen auf der Frontplatte (Diagnosefunktionen)
Die grünen LED zeigen die Schaltzustände der Geber an. Die rote LED zeigt Fehler an. Als Fehler werden v on der Ex -Digital-Eingabebaugruppe 437 erkannt:
• •
Kurzschluß Überlast
Zusammengeschaltete Sensoren an der Ex-Digitaleingabe
Bei besonderen Appli kationen ist es notwendig, daß Sensoren zusammengeschaltet werden (Bild 11.16).
1
3
5 6
4
2
Nicht Ex-Bereich (1)
Ex-Bereich _
+
1
Bild 11.16
_
+
2
Zusamm engeschaltete NAMUR-Geber
Bei dieser Applikation i st es denkbar, daß ein Kurzschluß i n der Zuleitung (1) auftritt und der NAM UR-Geber
2
das
Signal 1
führt.
Bei
dieser
Kombination
aus
einem Fehler
und
einem
regulären Betri ebszustand kann es zu einer Stromaddition in der Zuleitung kommen. Weil Appli kationen, die in der Zone 1 eingesetzt werden, mi t einem Fehler noch sicher beherrscht werden müssen, i st folgende sicherheitstechnische Betrachtung durchzuführen (siehe auch Kapitel 6.3.2 "Eigensicherer Stromkreis mi t mehreren zugehörigen elektri schen Betriebsmi tteln").
6ES5 998-0EX12
11 - 21
SI MATIC S5-Ex-Baugruppen
S5-100U Ex-Baugruppen
Beispiel: Vorgehensweise bei Betriebsmi tteln mit linearer Strom-/Spannungskennlinie
1.
Den durch die Vermaschung höchstmögli chen Strom ermitteln:
IK
= I K1 + I K2
I K1
= 43 mA + 43 mA = 86 mA
IK
=neuer Kurzschluß
I K1
= Kurzschlußstrom des Kanals 1
I K2
= Kurzschlußstrom des Kanals 2 aus Konformitätsbescheinigung PTB Nr. 88.B.2149X
2.
Den max. Strom der Zusammenschaltung ermitteln:
I m ax = I K * 1,5 = 86 mA * 1,5 = 129 mA
I m ax
= max . Strom
1,5
= Sicherheitsfaktor nach DIN VDE 0165
D.h., die angeschlossenen Sensoren müssen einen Strom von 129 mA standhalten.
3.
Die max . Spannung der Zusammenschaltung ist zu ermitteln. Weil es sich bei dieser Zusammenschaltung um ein Parallelschalten v on Eingängen handelt, erhöht sich die Spannung nicht.
U0
= U 01 = U 02
U0
= 10,1 V = 10,1 V = 10,1 V
U0
= neue Spannung
U 01
= Leerlaufspannung des Kanals 1
U 02
= Leerlaufspannung des Kanals 2 aus Konformitätsbescheinigung PTB Nr. 88.B.2149X
4.
Die max . Spannung der Zusammenschaltung beträgt:
Um a x
= U 0 * 1,5 = 10,1 V * 1,5 = 15,15 V
D.h., die angeschlossenen Sensoren müssen für eine Spannung v on 15,15 V ausgelegt sein.
5.
Die höchstzulässige I nduktiv ität des Stromkreises i st zu ermitteln. Diese ergibt sich aus der Kennli nie in Bild 6.5 "Zündgrenzkurven für i nduktiv e Stromkreise nach EN 50020".
I m ax = 129 mA (aus der Kennlinie L a
6.
5 mH)
Die höchstzulässige Kapazi tät des Stromkreises ist zu ermitteln. Diese ergibt sich aus der Kennli nie in
Bild 6.4 "Zündgrenzkurven für kapazitive Stromkreise nach EN 50020".
U m a x = 15,15 V (aus der Kennlinie Ca
7.
≈
≈
2
µF)
Durch die Zusammenschaltung der Betriebsmittel ergeben sich neue sicherheitstechnische Werte im eigensicheren Stromkreis:
Um a x
= 15,15 V
I m ax
= 129 mA
La m ax C a m ax
= 5 mH
11 - 22
= 2
µF
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
Tab. 11.4
SIMATIC S5-Ex-Baugruppen
Funktionsübersicht und Fehleranzeige der Ex-Digital-Eingabebaugruppe 437
Eingangsstrom
Geberzustand
Bussignal
mA
0,15 ... 1,2
1.2 ... 2,1
LED
LED
grün
rot
offen/bedämpft
0
aus
aus
geschlossen/
1
ein
aus
1
ein
ein
nicht bedämpft
ca. > 5
Kurzschluß
Hinweis Werden
die
Wi derstände
R1
und
R2
im
Ex -Bereich
errichtet,
so
muß
deren
Erwärmungsv erhalten berücksichtigt werden.
6ES5 998-0EX12
11 - 23
SI MATIC S5-Ex-Baugruppen
S5-100U Ex-Baugruppen
Funktions-Kennlinie U(I), typisch
UE [V]
4,8 k Ω
8 7
log. "0"
Toleranzbereich Kurzschlußmeldung
log. "1"
6 5 4 Drahtbruch
3 2 1 0,0 0
1
2
3
4
5
6
7
8
I E [mA] U Sicherheitstechnische Kennlinie Elektr. Daten aus der Konformitätsbescheinigung: 10,1 V
PTB Nr. U0 Ik P La Ca
Ex-88.B.2149 X = 10,1 V = 43 mA = 97 mW = 20 mH = 3 µF
43 mA I
Bild 11.17
Eingangskennlinien der Ex-Digital-Eingabebaugruppe 437
11.7.2
Ex-Digital-A usgab ebaug rup pe 6ES5 457-8EA 12
Die
Ex -Digital-Ausgabebaugruppe
457
formt
digitale
Ex -Ausgabe-Signale
des
Automati-
sierungssystems in normierte, eigensichere, für den Ex -Bereich zulässige Prozeßsignale um.
Die Ex -Digital-Ausgabebaugruppe ist als zugehöriges Betri ebsmittel bescheinigt unter der Zündschutzart [EEx
ib] I IC. Diese Ex -Digital-Ausgabebaugruppe müssen Sie
zusammen mit dem
Ex -Busmodul 6ES5 700-8EA11 einsetzen (Kap. 11.5). Zusätzlich müssen Sie die Ex -Digital-Ausgabebaugruppe mit einer Trennwand 6ES5 457-8EA11 v on nicht Ex -Baugruppen abgrenzen (Kap. 11.6).
11 - 24
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
SIMATIC S5-Ex-Baugruppen
A nschluß der Ex-Digital-A usgabebaugruppe
Die v ier Kanäle der Baugruppe sind v on Ch0 bis Ch3 numeriert. Jedem Kanal ist ein Klemmenpaar am Anschlußblock zugeordnet. Die Zuordnung und das Anschlußbild sind auf der Frontplatte der Baugruppe aufgedruckt. Die eigensicheren Ausgänge der vi er Kanäle sind galv anisch gegeneinander und gegen den S5-Bus getrennt.
Beispiel:
Ein eigensicheres Magnetventil soll an die Ausgabebaugruppe auf dem Steckplatz 1 an den Kanal 3 (Adresse A 1.3) angeschlossen werden (Bild 11.18).
+ 1
+
3
+
5
_ 2
+
7
9
_
4
6
_ 8
_ 10
Ex-Bereich
oder
Bild 11.18
Zweileiter-Anschluß einer Signalleuchte an Kanal 1 der Ex-Digital-Ausgabegruppe 457
Zusammenwirken zwischen der Baugruppe und einem angeschlossenen M agnetventil
Die
Verbindung
erfolgt
über
eine
zweiadrige
Leitung.
Über
diese
Leitung
wird
z.
B.
das
eigensichere M agnetventil angesteuert. Dami t ein sicheres Zusammenwirken zwischen eigensicherem M agnetventil und der Ex -Baugruppe gewährleistet ist, sind folgende Werte festgelegt:
1.
2.
Kennwerte des Steuerstromkreises Leerlaufspannung U 0 :
9 V
Nennstrom:
max. 3,5 mA
Kurzschlußstrom I k :
10 mA
Stromabhängige Arbeits- bzw. Überwachungspunkte a)
Arbeitspunkt
Der Arbeitspunkt der Ex -Baugruppe liegt bei ca. DC 7,0 V/2 mA b)
Leitungskurzschlußüberwachung
Überschreitet die Stromaufnahme einen bestimmten Wert, muß davon ausgegangen werden, daß ein Leitungskurzschluß oder ein entsprechender Fehler im M agnetventil v orliegt. Die Kurzschlußüberwachung spricht i n einem Strombereich > 3,5 mA an, der ei-
Ω
nem Ersatzwiderstand des Magnetventils v on < 1,65 k
6ES5 998-0EX12
entspricht.
11 - 25
SI MATIC S5-Ex-Baugruppen
S5-100U Ex-Baugruppen
LED-A nzeigen auf der Frontplatte (Diagnosefunktion)
Die grünen LED zeigen den Schaltzustand der Kanäle an. Die rote Sammelfehler-LED zeigt Fehler
an.
Als
Fehler
erkennt
die
Ex -Digital-Ausgabebaugruppe
Überlast.
Solange
Überlast
anliegt, leuchtet die rote LED.
Tab. 11.5
Funktionsübersicht und Fehleranzeige der Ex-Digital-Ausgabebaugruppe 457
A usgangsstrom
A ktorzustand
Bussignal
mA
LED
LED
grün
rot
0
-
0
aus
aus
2 - 3,5
betätigt
1
ein
aus
> 5
Kurzschluß
1
ein
ein
Fehlermeldungen
der Ex-Digital-A usgabebaugruppe 6ES5 457-8EA 12
Die Ex -Digital-Ausgabebaugruppe kann zusätzlich zur Störungsanzeige (rote LED) Fehler an das AG/ET melden.
A G S5 95/100U
Die Fehlermeldung kann auf dem Eingangskanal E X.0 abgefragt werden (nicht CPU 100). Adresse
Fehlerart
E X.0
Kurzanschluß auf einem Ausgangskanal
ET 100U
Die Fehlermeldung kann über das Diagnosebyte der Slave-Station ausgewertet werden, das entsprechende Bit führt dann den Signalzustand "1" F1:
Ausgangskurzschluß nach M Die Ex -Baugruppe meldet, daß mindestens ein Ausgang einen Kurzschluß nach M aufweist.
ET 200U
Die Fehlermeldung kann über das Diagnosewort der Sammeldiagnose der Slave-Station ausgewertet werden, das entsprechende Bit führt dann den Signalzustand "1" Bit 3:
Ausgangskurzschluß nach M
11 - 26
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
SIMATIC S5-Ex-Baugruppen
Funktions-Kennlinie U(I), typisch max. 3,5 k Bürde
UA [V]
min. 1,65 k Ω Bürde
Ω
10 9
< 2 mA
8 Toleranzbereich Kurzschlußmeldung
7 6 5
Drahtbruch 2 1 0,0 0
1
2
3
4
5
6
7
8
10
I A [mA] U Sicherheitstechnische Kennlinie
Elektr. Daten aus der Konformitätsbescheinigung: PTB Nr. Ex-88.B.2149 X = 10,1 V = 43 mA = 97 mW = 20 mH = 3 µF
10,1 V
43 mA I
Bild 11.19
Ausgangskennlinien der Ex-Digital-Ausgabebaugruppe 457
6ES5 998-0EX12
11 - 27
SI MATIC S5-Ex-Baugruppen
11.8
S5-100U Ex-Baugruppen
A n alo gw ertverarbeitun g m it eig ensich eren Bau grupp en
11.8.1
Ex-A n alo g-Eing abebaug rupp e 2 x 4 ... 20 m A 6ES5 467-8EE 11
Die Ex -Analog-Eingabebaugruppe 467 formt analoge Prozeßsignale in digitale Werte um, die von der CPU v erarbeitet werden können.
Die Ex -Analog-Eingabebaugruppe ist als zugehöriges Betriebsmittel bescheinigt unter der Zündschutzart [EEx
ib] I IC. Diese Ex -Analog-Eingabebaugruppe müssen Sie zusammen mit dem
Ex -Busmodul
6ES5
700-8EA11
einsetzen
(Kap.
11.5).
Zusätzlich
müssen
Sie
die
Ex -Analog-Eingabebaugruppe mit einer Trennwand 6ES5 497-8EA11 von Nicht-Ex -Baugruppen abgrenzen (Kap. 11.6). Die Eingänge der zwei Kanäle sind eigensicher. Sie sind gegen den S5-Bus galv anisch getrennt, nicht jedoch gegeneinander.
An
die
Ex -Analog-Ei ngabebaugruppe
können
Si e
Zweileiter-
und
Vierleitermeßumformer
anschließen. Die Baugruppe wandelt den zugeführten Strom v on 4 ... 20 mA in ein 12 bit breites Digitalsignal um.
A nschluß von Zweileiter- und Vierleiter-M eßumformern
Die Speisung der Zweileiter-Meßumformer erfolgt bei der Ex -Analog-Eingabebaugruppe über die Baugruppe selbst. Der Zweileiter-M eßumformer wandelt dann die zugeführte Spannung i n einen Strom von 4 ... 20 mA um.
• • • •
Bei der Ex -Analog-Eingabebaugruppe sind die Klemmen 1 und 2 nicht zu beschalten. Die Anschlußklemmen von nicht benutzten Eingängen sollten nicht kurzgeschlossen werden. Die Kanäle in aufsteigender Reihenfolge belegen. Die zulässige Potentialdifferenz der Bezugspotentiale der Eingänge gegeneinander darf 1 V nicht überschreiten. Die Bezugspotentiale der Geber auf ein gemeinsames Bezugspotential legen.
Die Verdrahtung sehen Sie in Bild 11.20.
Aktive Ex-Baugruppe
1
3
+
5
7
+
9
_
_
2
4
6
8
+
-
+
-
10
Ex-Bereich
Passiver 2-Leiter-Messumformer
Bild 11.20
11 - 28
T
L
Anschluß vo n Zweileiter-Meßum formern
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
SIMATIC S5-Ex-Baugruppen
Zusammenwirken der Ex-A nalog-Eingabebaugruppe mit einem Zweileiter-Meßumformer
Damit
ein
sicheres
Zusammenwirken
zwischen
Zweileiter-Meßumformer und
Ex -Baugruppen
gewährleistet ist, sind folgende Werte festgelegt:
1.
2.
Stromv ersorgung für den Meßumformer Leerlaufspannung U 0 :
12 ... 16 V
Kurzschlußstrom I k :
22 mA
Stromabhängige Überwachungspunkte a)
Leitungsbruchüberwachung
Unterschreitet die Stromaufnahme des Zweileiter-Meßumformers einen bestimmten Wert, wird davon ausgegangen, daß ein Leitungsbruch oder ein entsprechender Fehler i m Zweileiter-Meßumformer v orliegt. Die Leitungsbruchüberwachung spricht im Strombereich v on < 2 mA an. b)
Leitungskurzschlußüberwachung
Überschreitet die Stromaufnahme des Zweileiter-Meßumformers einen Wert von 22 mA, dann meldet die Baugruppe Leitungskurzschluß.
Zusammenwirken der Ex-A nalog-Eingabebaugruppe mit einem 4-Leiter-Meßumformer
Falls
Sie
Vierleiter-Meßumformer
v erwenden,
müssen
Sie
diese
wie
folgt
anschließen
(Bild 11.21).
Passive Ex-Baugruppe
1
3
5
+ 2
4
7
9
_
+
6
8
_ 10
Aktiver 4-Leiter-MU
Ex-Bereich
mit Ex i-Stromversorg.
+
_
+
_ VierleiterMessumformer
Bild 11.21
Anschluß vo n Vierleiter-Meßumformern an die Ex-Analog-Eingabebaugruppe 6ES5 467-8EE11
Beachten Sie, daß Vierleiter-M eßumformer eine getrennte eigensichere Spannungsversorgung benötigen
und
daß
Anschluß
des
Klemmenblocks
der
"Plus"-Anschluß
des
v erbunden
Vierleiter-Meßumformers
werden
muß
(eine
mit
dem
gegenüber
zugehörigen
dem
Zweileiter-
M eßumformer "vertauschte" Anschlußtechnik)!
6ES5 998-0EX12
11 - 29
SI MATIC S5-Ex-Baugruppen
S5-100U Ex-Baugruppen
Funktionskennlinie Kennlinie U(I), typisch 20
Toleranzbereich Drahtbruch
U [mV]
Toleranzbereich Kurzschluß
15
10
5
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
3,5
U
20
22 21 I [mA]
Sicherheitstechnische Kennlinie Elektr. Daten aus der Konformitätsbescheinigung:
18 V
PTB Nr. Ex-91.C.2110 = 18 V = 82 mA = 600 mW i = 354 Ω a = 4 mH = 270 nF
354 Ω
82 mA I
Ersatzschaltbild i
Bild 11.22
n
Eingangskennlinien der Ex-Analog-Eingabebaugruppe 6ES5 467-8EE11
I nbetriebnahme der Ex-A nalog-Eingabebaugruppe 6ES5 467-8EE11
Bei der Ex -Analog-Eingabebaugruppe müssen Sie die vorgesehene Funktionsweise am Schalter "operating-mode" einstellen. Der Schalter befindet sich rechts oben auf der Frontseite der Baugruppe.
11 - 30
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
Netzfrequenz:
SIMATIC S5-Ex-Baugruppen
Stellen Sie mit den Schaltern 1 und 4 die Baugruppe auf die v orhandene Netzfrequenz ein. Damit wi rd die I ntegrationszeit der A/D-Wandler für optimale Störspannungsunterdrückung gewählt.
Betrieb:
Netzfrequenz 50 Hz
I ntegrationszeit
20 ms
Netzfrequenz 60 Hz
I ntegrationszeit
16,66 ms
Stellen Sie mit den Schaltern 2 und 3 ein, wi evi ele Kanäle der Ex -AnalogEingabebaugruppe Sie belegen.
Drahtbruch:
Bei Drahtbruch einer der Leitungen zum Geber oder des Gebers selbst leuchtet die rote LED. Gleichzeitig wird das Drahtbruch-Fehlerbit 0 im By te 1 für den fehlerhaften Kanal gesetzt.
Kurzschluß:
Bei Kurzschluß einer der Leitungen zum Geber oder des Gebers selbst leuchtet die rote LED. Gleichzeitigt wird das Kurzschluß-Fehlerbit 0 im By te 1 für den fehlerhaften Kanal gesetzt.
Tab. 11.6
Einstellungen am Schalter "o perating mo de" für Ex-Analo g-Eingabebaugruppe 467-8EE11
Funktion
Einstellungen am Schalter "operating mode"
50 Hz
Netzfrequenz
Betrieb
60 Hz 4
4
3
3
2
2
1
1
1kanalig (Ch0)
2kanalig (Ch0 u. Ch1) 4
4
3
3
2
2
1
1
A nalogwert-Darstellung der Ex-A nalog-Eingabebaugruppe 6ES5 467-8EE11
Jedes analoge Prozeßsignal muß in eine digitale Form gebracht werden, damit es v on der CPU v erarbeitet werden kann. Die analogen Signale werden dazu in eine Dualzahl umgeformt, die in zwei
By tes
(Tab. 11.7).
Tab. 11.7
geschrieben
ist.
Die
2er-Potenzen
stehen
an
bestimmten
Stellen
im
Bitmuster
Analogwerte werden i m Zweierkomplement dargestellt.
Darstellung eines Analog-Eingangswertes als Bitmuster
High-Byte
Bit-Nummer Analogwert-
7 VZ
6 2
5 11
2
4 10
2
3 9
2
Low-Byte
2 8
2
1 7
2
0 6
2
7 5
2
6 4
2
5 3
2
4 2
2
3 1
2
0
2
1
0
X
X
Ü
Darstellung
VZ
Vorzeichenbit
0 = "+", 1 = "-"
X
irrelevante Bits
0 = Betrag des M eßwertes höchstens 4095 Einheiten
Ü
Überlaufbit
1 = Betrag des M eßwertes größer oder gleich 4096 Einheiten
6ES5 998-0EX12
11 - 31
SI MATIC S5-Ex-Baugruppen
Die
folgende
Tabelle
zeigt
S5-100U Ex-Baugruppen
die
Analogwertdarstellung
der
Ex -Analog-Eingabebaugruppe
im
2-byte-Format.
Tab. 11.8
Wertdarstellung der Ex-Analog-Eingabebaugruppe 6ES5 467-8EE11 (Betragsdarstellung)
Einheiten
M eßwert
High-Byte
Low-Byte
Bereich
in mA
> 4095
> 32,769
0 1
1
1
1
1
1
1
1 1
1
1
1
0
0
1
Überlauf
4095
31,992
0 1
1
1
1
1
1
1
1 1
1
1
1
0
0
0
Übersteuerungs-
2561
20,008
0 1
0
1
0
0
0
0
0 0
0
0
1
0
0
0
bereich
2560
20,0
0 1
0
1
0
0
0
0
0 0
0
0
0
0
0
0
2048
16,0
0 1
0
0
0
0
0
0
0 0
0
0
0
0
0
0
512
4,0
0 0
0
1
0
0
0
0
0 0
0
0
0
0
0
0
511
3,992
0 0
0
0
1
1
1
1
1 1
1
1
1
0
0
0
384
3,0
0 0
0
0
1
1
0
0
0 0
0
0
0
0
0
0
Übersteuerungs-
0,0
bereich
0 0
0
0
0
0
0
0
0 0
0
0
0
0
0
0
- 0,008
1 1
1
1
1
1
1
1
1 1
1
1
1
0
0
0
- 32,769
1 0
0
0
0
0
0
0
0 0
0
0
1
0
0
1
0 - 1
≤
≤
- 4095
Nennbereich
M eßumformer zerstört
*)
Der g ewa nd elte We rt kann a uch im neg ative n Be reich lieg en (z. B. FFF8H -> Einheit: - 1). Diese Ab weichunge n sind b ed ingt d urch T ole ranze n d er in d er Ba ug rup pe einge se tz ten Baute ile .
Fehlermeldungen der Ex-A nalog-Eingabebaugruppe 6ES5 467-8EE11
Fehler zeigt die Ex -Analog-Eingabebaugruppe über die rote Fehler-LED an der Frontseite der Baugruppe
an.
Ein
Fehler
tritt
auf,
wenn
der
Nennbereich
v erlassen
wird,
d.
h.
wenn
der
Eingangsstrom
• •
einen Wert v on ca. 2 mA unterschreitet oder einen Wert von ca. 22 mA überschreitet.
Bli nkt die rote Fehler-LED, so liegt eine Störung auf einem Kanal v or. Leuchtet die Fehler-LED kontinuierlich, so sind beide Kanäle gestört.
Drahtbruch:
Bei Drahtbruch einer der Leitungen zum Geber oder des Gebers selbst leuchtet die rote LED. Gleichzeitig wird das Drahtbruch-Fehlerbit 0 Byte 1 für den fehlerhaften Kanal gesetzt.
Kurzschluß:
Bei Kurzschluß einer der Leitungen zum Geber oder des Gebers selbst leuchtet die rote LED. Gleichzeitigt wird das Kurzschluß-Fehlerbit 0 im By te 1 für den fehlerhaften Kanal gesetzt.
11 - 32
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
Tab. 11.9
SIMATIC S5-Ex-Baugruppen
Fehleranzeige der Ex-Analog-Eingabebaugruppe 467-8EE11
LED
Bit-Nr. im Low-Byte
Bedeutung
rot
2
1
0
aus
X
X
0
kein Fehler
ein
X
X
1
Leitungsbruch
< 2 mA
ein
X
X
1
Überlauf
> 22 mA
11.8.2
Ex-A n alo g-A usgab ebaug rup pe 2 x 4 ... 20 m A 6ES5 477-8EC11
Die Ex -Analog-Ausgabebaugruppe 477 wandelt das v on der CPU ausgegebene Bitmuster in analoge Ausgangsströme um.
Die Ex -Analog-Ausgabebaugruppe ist als zugehöri ges Betriebsmittel bescheinigt unter der Zündschutzart [EEx ib] II C. Die Ex -Analog-Ausgabebaugruppe müssen Sie zusammen mi t dem Ex Busmodul
6ES5
700-8EA11
einsetzen
(Kap.
11.5).
Zusätzli ch
müssen
Sie
die
Ex -
Analog-Ausgabebaugruppe 477 mit einer Trennwand 6ES5 497-8EA11 v on Nicht-Ex -Baugruppen abgrenzen (Kap. 11.6). Die Versorgung der Aktoren geschieht durch die Baugruppe.
A nschließen von A ktoren an die Ex-A nalog-A usgabebaugruppe 6ES5 477-8EC11
Wenn Sie Aktoren an die Ex -Analog-Ausgabebaubruppe anschließen, sind keine Einstellungen erforderli ch. Vor dem Anschließen der Aktoren müssen Sie beachten:
• •
zulässige Potentialdifferenz der Ausgänge gegeneinander max . AC 60 V nicht benutzte Ausgänge werden "offen" gelassen.
Bild 11.23 zeigt, wie Aktoren an die Stromausgänge der Baugruppe 477 angeschlossen werden.
1
3
5
+ 2
4
7
_ 6
9
+ 8
_ 10
Ex-Bereich
Bild 11.23
Anschluß einer Last an die Ex-Analo g-Ausgabebaugruppe 477
6ES5 998-0EX12
11 - 33
SI MATIC S5-Ex-Baugruppen
S5-100U Ex-Baugruppen
Funktionskennlinie Kennlinie U(I), typisch 16 U [V]
Toleranzbereich Kurzschluß
14 12 Toleranzbereich Drahtbruch
10 8 6
e R max Bürd
4
0Ω = 30
Einsatzbereich
2
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
I [mA] U
Sicherheitstechnische Kennlinie Elektr. Daten aus der Konformitätsbescheinigung: PTB Nr. Ex-91.C.2109
= = = i = a = =
354 Ω
18 V
18 V 82 mA 600 mW 354 Ω 4 mH 270 nF
82 mA I
Ersatzschaltbild
i
Bild 11.24
11 - 34
Ausgangskennlinie der Ex-Analog-Ausgabebaugruppe 6ES5 477-8EC11
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
SIMATIC S5-Ex-Baugruppen
A nalogwert-Darstellung der Ex-A nalog-A usgabebaugruppe 6ES5 477-8EC11
Wie der auszugebende Analogwert i m PAA hinterlegt sein
muß, können Sie der Tabelle 11.10
entnehmen.
Tab. 11.10
Darstellung eines Ex-Analo g-Ausgangswertes als Bitmuster
High-Byte
Bit-Nummer
7
Analogwert-
6
VZ
2
5 10
2
4 9
3
28
2
Low-Byte
2 7
2
1 6
0
25
2
7 4
2
6 3
2
5 2
2
4 1
2
0
3
2
1
0
X
X
X
X
Darstellung
X = Fehle rbits (siehe T ab elle 11.12)
Die folgende Tabelle zeigt die Ströme, die den Bitmustern jeweils zugeordnet sind.
Tab. 11.11
Ausgegebene Ström e bei Ex-Analog-Ausgabebaugruppe 477 (unipolar)
Einheiten
A usgangs-
High-Byte
Low-Byte
werte [mA ]
(PA A )
(PA A )
Bereich
1280
24,0
0 1
0
1
0
0
0
0
0 0
0
0
x
x
x
x
Übersteuerungs-
1025
20,016
0 1
0
0
0
0
0
0
0 0
0
1
x
x
x
x
bereich
1024
20,0
0 1
0
0
0
0
0
0
0 0
0
0
x
x
x
x
512
12,0
0 0
1
0
0
0
0
0
0 0
0
0
x
x
x
x
1
4,016
0 0
0
0
0
0
0
0
0 0
0
1
x
x
x
x
0
4,0
0 0
0
0
0
0
0
0
0 0
0
0
x
x
x
x
3,984
1 1
1
1
1
1
1
1
1 1
1
1
x
x
x
x
- 256
0,0
1 1
1
1
0
0
0
0
0 0
0
0
x
x
x
x
- 512
- 4,0
1 1
0
0
0
0
0
0
0 0
0
0
x
x
x
x
- 1024
- 12,0
1 1
0
0
0
0
0
0
0 0
0
0
x
x
x
x
- 1280
- 16,0
1 0
1
1
0
0
0
0
0 0
0
0
x
x
x
x
- 1
Nennbereich
Übersteuerungsbereich
Diagnosefunktionen der Ex-A nalog-A usgabebaugruppe 6ES5 477-8EC11
Fehler zeigt die Ex -Analog-Ausgabebaugruppe 477 über die rote Fehler-LED an der Frontseite der Baugruppe an. Zusätzli ch wird, für jeden Kanal getrennt, der entsprechende Fehler über den S5-Bus rückgemeldet. Diese Informationen können über das Steuerungsprogramm (PAE) ausgewertet werden.
Kurzschluß:
Kurzschlüsse im Ausgangsstromkreis werden nicht überwacht.
Drahtbruch:
Bei Drahtbruch einer Leitung zum Aktor oder des Aktors selbst leuchtet die rote LED. Gleichzeitig wird das Drahtbruch-Fehlerbit 0 By te 1 für den fehlerhaften
Kanal gesetzt.
Die Bedeutung der Fehlerbits zeigt die folgende Tabelle:
6ES5 998-0EX12
11 - 35
SI MATIC S5-Ex-Baugruppen
S5-100U Ex-Baugruppen
Die Diagnosemeldung der Ex -Analog-Ausgabebaugruppe i st im PAE hinterlegt.
Tab. 11.12
Fehleranzeigen der Ex-Analo g-Ausgabebaugruppe 477
LED
Bit-Nr. im Low-Byte
rot
(PA E)
Bedeutung
3
2
1
0
aus
0
0
0
0
kein Fehler
ein
0
0
0
1
Leitungsbruch (< 3,7 mA)
ein
0
1
0
0
Überlauf-Ersatzwert (21,98 mA)
ein
0
1
0
0
Vorzeichen-Ersatzwert (4 mA)
ein
0
1
0
0
interner Stromv ersorgungs-Fehler
ein
0
1
0
1
Leitungsbruch + Ersatzwert
Hinweis
Die rücklesbaren Diagnosedaten der Ex -Analog-Ausgabegruppe müssen als digitale Signale ausgewertet werden. Der Funktionsbaustein FB 250 kann hierfür nicht benutzt werden.
Verhalten bei falscher Programmierung
Wird die Ex -Analog-Ausgabebaugruppe v om Anwender so programmiert, daß
• •
ein Strom kleiner 4 mA ein negativer Strom
am Ausgang zur Verfügung stehen müßte, dann wi rd v on der Baugruppe ein Ersatzwert v on 4 mA ausgegeben.
Soll die Ex -Analog-Ausgabebaugruppe einen Strom > 22 mA = 1151 Einheiten haben, so meldet die Baugruppe einen Fehler und hält diesen Stromwert v on 22 mA.
11 - 36
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
11.8.3
SIMATIC S5-Ex-Baugruppen
A nschluß vo n Ex-SM A RT-M eß um form er an Ex-A nalog -Ein - un d -A u sgaben
Ex -Zweidraht-SMART-Meßumformer können an die Ex -Analog- Ein- und -Ausgabebaugruppe angeschlossen werden. Es ist ebenfalls möglich, i m Betrieb die SM ART-M eßumformer zu parametrieren (siehe Bild 11.25). d.h., die Ex -Analogbaugruppen sind HART-verträglich. Eine Parametrierung über die Ex -Analogbaugruppen ist nicht mögli ch. Bei der Ex -Analogeingabebaugruppe muß aber zusätzlich ein ex terner Widerstand in den Stromkreis geschaltet werden (s. Bild 11.26).
S5-100U Ex-Analog-Baugruppe
Prozessleitebene Ex
4 ... 20 mA
PD
Handterminal
Feldebene
Prozess
(ABK)
PD
HART-Feldgerät
Bild 11.25
1.
Anschluß eines EX-SM ART-Meßum formers an Ex-Analogbaugruppen
Betrieb eines Ex -SMART-Meßumformers mi t:
a)
Ex -Analog-Ausgabebaugruppe (6ES5 477-8EC11) Die Ex -Analog-Ausgabe arbeitet störungsfrei mit Ex -SMART-Meßumformern zusammen, auch bei der Parametrierung des Meßumformers mittels eines Handterminals wird das Ausgangssignal im Betrieb nicht v erfälscht.
b)
Ex -Analog-Eingabebaugruppe (6ES5 467-8EE11) Wird ein an einer Ex -Analog-Eingabebaugruppe angeschlossener Ex -SMART Meßumformer mittels eines Handtermi nals über das HART-Protokoll parametriert, i st zu beachten, daß aufgrund der Niederohmigkeit des Stromeinganges der S5-100 Ex Analog-Eingabe ein 200 Ohm/1,0 W Widerstand in Serie geschaltet werden muß. Außerdem beträgt die max. Versorgungsspannung (UiMU ) durch den Einbau des Widerstandes nur noch 11 V,
dies sollte bei der Wahl des SMART-Meßumformers
mit berücksichtigt werden. Erläuterungen zum Zusatzwiderstand: Nach der HART-Spezifikation (ROSEMOUNT) sollte der Wi derstand des Stromkreises zum Meßumformer ca. 250 Ohm betragen. Der Wi derstand des Stromkreises setzt sich zusammen aus: - Eingangswiderstand der Ex -Analog-Eingabe (RiAE ); - Leitungswiderstand (R L1/L2 ); - I nnenwiderstand des M eßumformers (RiMU ); Der Eingangswiderstand der Ex -Analog-Eingabe beträgt 31,5 Ohm und der Widerstand der Leitung kann mit ca. 10 Ohm angenommem werden. Hieraus ergibt sich der zusätzliche ex terne Widerstand v on 200 Ohm/1,0 W (R HART ).
6ES5 998-0EX12
11 - 37
SI MATIC S5-Ex-Baugruppen
S5-100U Ex-Baugruppen
R
L1
U0 R
iMU
U
iMU
R L2
Ex-SMART-
AE
R
iAE
RHART
Leitung
Messumformer Bild 11.26
U
=
Ex-Analogeingabe 6ES5 467-8EE11
Strom kreis m it einem Ex-SM ART-Meßumfo rmer und einer Ex-Analog-Eingabe (4 .. 20 mA)
Legende: U0
= Leerlaufspannung der Ex-Analog-Eingabe
UAE
= Betriebsspannung der Ex-Analog-Eingabe
UiMU
= Versorgungsspannung des Meßumformers
RiMU
= Innenwiderstand des Meßumformers
RiAE
= Eingangswiderstand der Ex-Analog-Eingabe
RL1/L2 = Leitungswiderstand RHART = Zusatzwiderstand für den HART-Betrieb (200 Ohm/1,0 W)
2.
Einsatz des ex ternen Widerstandes in der Ex -Zone 1 oder 2 Wird dieser Wi derstand i m ex plosionsgefährdeten Bereich eingesetzt, so muß unbedingt eine Berechnung der max. zulässigen Temperatur durchgeführt werden. Diese Berechnung muß mi t dem Kurzschlußstrom I K aus der Konformi tätsbescheinigung der Ex -Analog-Eingabe erfolgen. Je nach Erwärmung des Widerstandes ist dann die entsprechende Temperaturklasse zwi schen T1 - T6 (450 °C - 85 °C) v om Errichter festzulegen. Eine Wärmeprüfung kann entfallen, wenn der ex terne Wi derstand außerhalb des Ex Bereiches eingesetzt wird. Die PTB-Bescheinigung der Ex -Analog-Eingabe bleibt auch mit dem ex ternen Widerstand gültig. Der gesamte Stromkreis ist nach Einbau des Widerstandes auch weiterhin nach der Zündschutzart EEx i b I IC eigensicher.
Hinweis zu SMA RT-Meßumformern Die Ex -SMART-Meßumformer wandeln nicht nur eine physikalische Größe i n einen dazu proportionalen Strom im Bereich 4 - 20 mA um, sondern können darüber hinaus auch mittels eines Handterminals über die Signalleitungen parametriert werden. Dazu wi rd dem vom Ex -Meßumformer gelieferten Stromsignal ein aus zwei Frequenzen bestehender Datenstrom überlagert.
11 - 38
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
11.8.4
SIMATIC S5-Ex-Baugruppen
Ex-A n alo g-Eing abebaug rupp e 4 x
±
50 m V , 6ES5 467-8EA 11
Die Ex -Analog-Eingabebaugruppe Ty p 467-8EA11 formt analoge Prozeßsignale, wie sie beispielsweise von Thermoelementen geli efert werden, in digitale Werte um, so daß diese von zentralen
Baugruppen
der
Systeme
AG
S5-95U/100U
und
ET
100U/200U
weiterverarbeitet
werden können.
Die Analog-Eingabebaugruppe ist als zugehöriges Betriebsmi ttel der Zündschutzart [EEx ib] I IC bescheinigt. Um die Baugruppe in einem Sy stem zu betreiben, müssen Sie diese in ein Ex -Busmodul 6ES5 700-8EA11 einsetzen (
→
Kap. 11.5). Zusätzlich müssen Sie die Ex -Baugruppen mit
einer Trennwand 6ES5 497-8EA11 v on Nicht-Ex -Baugruppen abgrenzen (
→
Kap. 11.6). Die vi er
Eingangskanäle (Klemmen 3 ... 10) und der Kompensationseingang (Klemmen 1/2) sind eigensicher. Sie sind gegen den S5-Bus galv anisch getrennt, nicht jedoch gegeneinander.
Die Ex -Analog-Eingabebaugruppe können Sie 1-, 2- oder 4-kanalig betreiben. Beim Anschluß v on Thermoelementen als Meßwertgeber bestehen v erschieden Mögli chkeiten zur Kompensation der Vergleichsstellentemperatur:
• •
Stabilisierung der Vergleichsstellentemperatur (z.B. 0°C); Messung der Vergleichsstellentemperatur (z.B. mit Pt 100) und rechneri sche Kompensation per Programm;
• •
Anschluß einer Kompensationsdose; Benutzung der Baugruppe als Vergleichsstelle mit interner Temperaturkompensation.
Die Analog/Digital-Wandlung der Meßwerte wird mit Hilfe eines integri erenden Verfahrens (DualSlope) ausgeführt. Gegebenenfalls durch das Netz verursachte Störspannungen werden dadurch unterdrückt.
A llgemeines zum A nschluß von M eßwertgebern an die Baugruppe 467-8EA 11
Beim Anschluß v on Thermoelementen oder anderen Spannungsgebern sind folgende Regeln zu beachten:
•
An die Baugruppe 467-8EA11 können folgende Thermoelemente angeschlossen werden:
DIN 43710, Ausgabe 12.85
DIN IEC 584, Ausgabe 1.84
Cu - Cu Ni
Ty p U(-200 ... +600 °C)
Cu/Cu Ni
Ty p T (-200 ... 400 °C)
Fe - Cu Ni
Ty p L (-200 ... +900 °C)
Fe/Cu Ni
Ty p J (-210 ... 1200 °C)
Ni Cr/Ni
Ty p K (-270 ... 1370 °C)
Pt 10%/Rh/Pt
Ty p S (-50 ... 1760 °C)
Pt 13%/Rh/Pt
Ty p R (-50 ... 1760 °C)
Pt 30%/Rh/Pt 6% Rh
Ty p B (0 ... 1820 °C)
•
Bei mehrkanaligem Betrieb der Baugruppe sollten die Kanäle in aufsteigender Reihenfolge belegt werden. Dadurch v erkürzt sich der Datenzyklus.
• •
Die Klemmen 1 und 2 sind für den Anschluß einer Kompensationsdose vorgesehen. Die Anschlußklemmen v on nicht benutzten Eingängen (auch am Kompensations-Eingang) müssen kurzgeschlossen werden.
•
Die zulässige Potentialdifferenz der Eingänge untereinander und gegenüber dem zentralen Erdungspunkt darf nicht überschritten werden.
6ES5 998-0EX12
11 - 39
SI MATIC S5-Ex-Baugruppen
S5-100U Ex-Baugruppen
A nschluß von Thermoelementen und Spannungsgebern
An die Baugruppe können sowohl Thermoelemente als auch andere Spannungsgeber angeschlossen werden.
Beim
Anschluß
v on
Spannungsgebern
dürfen
nur
solche
Geber
v erwendet
werden,
die
als
"eigensicher" oder als "zugehöriges Betriebsmittel" bescheinigt sind. Die Maßgaben der Konformitätsbescheinigung der Baugruppe (siehe Anhang A) sind dabei unbedingt einzuhalten.
1
3
5
4
2
+
7
6
9
8
10
_
+
_ U
Vergleichsstelle
Bild 11.27
Anschluß vo n Thermo elem enten und Spannungsgebern
A nschluß von Thermoelementen mit Kompensationsdose
Die Kompensationsdose liefert eine Korrekturspannung, die abhängig ist v on der Temperaturdifferenz der Vergleichsstelle zur Bezugstemperatur. Sie muß dem zum Einsatz kommenden Thermoelementetyp
entsprechen.
In
dieser Betriebsart dürfen Sie
daher an eine Baugruppe
nur
Thermoelemente v om gleichen Typ anschli eßen. Die Parametri erschalter S5/S6 an der Gerätefrontplatte
sind
auf
die
Betriebsart
"Kompensation
der
Vergleichsstellentemperatur
-
ex tern"
einzustellen.
Hinweis: Da die Kompensationsdose an die eigensicheren Stromkreise der Baugruppe angeschlossen wi rd (Bild 11.28), dürfen Sie nur eine Ausführung dieser Kompensationsdose v erwenden,
die
in
für
den
Ei nsatzort
erforderli cher
Zündschutzart
als
"zugehöriges
Betriebsmittel"
bescheinigt ist.
1
3
5
7
2
4
6
8
9
10
Vergleichsstelle Cu +
Cu
Cu
Cu
Cu
Cu
_
Kompensations-
thermische Kopplung
dose
Bild 11.28
11 - 40
Anschluß vo n Thermo elem enten und Ko m pensationsdose
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
SIMATIC S5-Ex-Baugruppen
A nschluß von Thermoelementen mit baugruppeninterner Vergleichsstelle
Wenn Sie Thermoelemente direkt an den Klemmenblock der Baugruppe anschließen, können Sie den Baugruppen-Klemmenblock selbst als Vergleichsstelle benutzen. In diesem Falle muß die Differenz zwischen der Temperatur des Klemmenblocks und der Bezugstemperatur kompensiert werden.
Dazu stellen Sie die Parametrierschalter S5/S6 an der Baugruppenfrontplatte auf den benutzten Thermoelementetyp ein. Ein interner Temperatursensor korrigiert dann den M eßwert entsprechend der aktuellen Temperatur des Klemmenblocks. I n dieser Betriebsart dürfen Sie ebenfalls an eine Baugruppe nur Thermoelemente v om gleichen Typ anschließen.
1
3
5
7
9
2
4
6
8
10
Klemmblock ist Vergleichs+
stelle
Bild 11.29
_
+
_
Anschluß vo n Thermo elem enten bei baugruppeninterner Vergleichsstelle
Korrektur der Vergleichsstellentemperatur
Die in den DIN-Normen angegebenen Thermospannungen der genormten Thermoelemente sind auf eine Vergleichsstellentemperatur v on 0 °C bezogen. Abhängig v on der Art der Korrektur der Vergleichsstellentemperatur sind zur Bestimmung des schiedli che Rechnungen notwendig, die
in STEP
gemessenen
Temperaturwertes unter-
5 programmiert und dami t auf komfortable
Weise vom Automatisierungssystem ausgeführt werden können. I m folgenden wird für jedes Korrekturverfahren ein Berechnungsbeispiel angegeben.
•
Stabilisierung der Vergleichsstellentemperatur
Wird mi t einer stabilisierten Temperatur der Vergleichsstelle v on 0 °C gearbeitet, dann müssen Sie den v on der Baugruppe angezeigten digitalen Meßwert mit der Empfindlichkeit der Baugruppe multiplizieren, um den Wert für die gemessene Thermospannung zu erhalten. Mit diesem Wert kann direkt aus den Normblättern die zugehörige Meßstellentemperatur abgelesen werden.
Beispiel:
Digitaler M eßwert
MW = 400He x = 1024 Einheiten
Thermoelement
Ty p J
Vergleichsstellentemperatur
TV = 0 °C
Empfindlichkeit d. Baugr.
E = 24,41
M eßspannung
U M = M W * E = 1024 Einh. * 24,41
µV/Einheit µV/Einh.
= 24996
µV
Aus der DIN I EC 584 (Grundwerte der Thermospannungen) wird für das Thermoelement v om Typ J eine Temperatur v on 457 °C abgelesen.
6ES5 998-0EX12
11 - 41
SI MATIC S5-Ex-Baugruppen
S5-100U Ex-Baugruppen
I st die Vergleichsstellentemperatur auf einen anderen Wert als 0 °C stabilisiert, dann ist wi e i m nächsten Punkt bei "Messung der Vergleichsstellentemperatur" vorzugehen. Für die Vergleichsstellentemperatur TV ist der stabili sierte Temperaturwert einzusetzen.
•
Messung der Vergleichsstellentemperatur
Wenn die Temperatur der Vergleichsstelle nicht stabilisiert ist, muß sie beispielsweise mi t einem Widerstandsthermometer Pt 100 gemessen und eine rechnerische Korrektur des Meßwertes v orgenommen werden.
Beispiel:
MW = 400He x = 1024 Einheiten
Digitaler M eßwert Thermoelement
Ty p J
Thermokoeffizient Ty p J
kT h = 51,41
Vergleichsstellentemperatur
TV = 40 °C
Empfindlichkeit d. Baugr.
E = 24,41
µV/grd
(bei 20
°C)
µV/Einheit µV/Einh. = 24996 µV µV/grd * 40 grd = 2056 µV 24996 µ V + 2056 µ V= 27052 µ V
M eßspannung
U M = M W * E = 1024 Einh. * 24,41
Korrekturspannung
U k = kTh * TV = 51,41
Korrig. Spannung
U ko rr = U M + U k =
Aus der DIN I EC 584 wird für das Thermoelement v om Ty p J eine Temperatur von 494 °C abgelesen.
Tab. 11.13
Verringerung der Thermo spannungen bei Abweichung der Vergleichsstellentem peratur vo n der Bezugstem peratur 0 °C
Vergleichsstellentem-
Verringerung der Thermospannungen Typ T
Typ U
Typ J
Typ L
Typ K
Typ S
Typ R
Typ B
mV
mV
mV
mV
mV
mV
mV
mV
20 °C
0,789
0,80
1,019
1,05
0,798
0,113
0,111
-0,003
50 °C
2,035
2,05
2,585
2,65
2,022
0,299
0,296
0,002
60 °C
2,467
2,48
3,115
3,19
2,436
0,365
0,363
0,006
70 °C
2,908
2,91
3,649
3,73
2,850
0,432
0,431
0,011
peratur
•
Verwendung einer Kompensationsdose
Wird eine Kompensationsdose verwendet, so wird der Meßspannung eine Korrekturspannung überlagert, die der Differenz der Vergleichsstellentemperatur zur Bezugstemperatur 0 °C entspricht.
Die Auswertung des M eßwertes erfolgt dann wie im Abschnitt "Stabili sierung der Vergleichsstellentemperatur auf 0 °C (siehe oben).
•
Interne Kompensation der Vergleichsstellentemperatur
Die Baugruppe bietet die M öglichkeit, eine interne Kompensation der Vergleichsstellentemperatur durchzuführen. Dabei
erfaßt ein
eingebauter Temperatursensor die absolute Temperatur der
Vergleichsstelle (in diesem Fall die Temperatur des Klemmenblocks der Baugruppe) und erzeugt eine v om eingestellten Thermoelementetyp abhängige Korrekturspannung (Achtung: Einstellparameter), die der M eßspannung überlagert wird. Die Korrekturspannung beträgt für Thermoelemente vom Ty p J und L 52,06
µV/K
und für die Thermoelementtypen K, T, U 40,98
µV/K.
Da die
Vergleichsstellentemperatur absolut gemessen wird, ist eine v on der Bezugstemperatur abhängige Korrektur vorzunehmen. Beträgt die Bezugstemperatur 0 °C, dann ist eine Korrektur um -273 grd erforderlich.
11 - 42
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
SIMATIC S5-Ex-Baugruppen
Beispiel:
MW = 400He x = 1024 Einheiten
Digitaler M eßwert Thermoelement
Ty p J
Thermokoeffizient Ty p J
kT h = 52,06
Vergleichsstellentemperatur
wird automatisch erfaßt
Empfindlichkeit d. Baugr.
E = 24,41
µV/grd
(bei 20
°C)
µV/Einheit
M eßspannung
U M = M W * E = 1024 Einh. * 24,41
µV/Einh.
Korrekturspannung
U k = kThBg r * Tkorr = 52,06
(-273) grd = 14212
Korrig. Spannung
U ko rr = U M + U k = 24996
µV/grd
µV
*
+ (-14212)
= 24996
µV=
10784
µV µV
µV
Aus der DIN I EC 584 wi rd für das Thermoelement v om Ty p J jetzt eine Temperatur v on 200 °C abgelesen.
U
Sicherheitstechnische Kennlinie Elektr. Daten aus der Konformitätsbescheinigung:
= 17,22 V
PTP Nr. = = = a = =
Ex-94.C.2037 17,22 V 20 mA 86 mW 20 mH 340 nF
20 mA
I
Ersatzschaltbild i
Bild 11.30
k
Sicherheitstechnische Kennlinie und Ersatzschaltbild
I nbetriebnahme der Ex-A nalog-Eingabebaugruppe 6ES5 467-8EA 11
Die Parametrierung der Baugruppe nehmen Sie an den beiden Dreifach-DIL-Schaltern auf der Frontplatte v or. Die Schalter sind jeweils durch "operating mode" bezeichnet und von 1 ... 3 bzw. 4 ... 6 numeri ert.
Betrieb
Stellen Sie ein, wieviele Kanäle der Analog-Eingabebaugruppe Sie belegen. Die Stellung der Schalter 1 und 2 bestimmt die Zahl - 1, 2, 4 - der aktiv en Kanäle entsprechend der Anzahl der angeschlossenen Meßwertgeber. Bei weniger als 4 Kanälen wird ein geringerer Adreßraum belegt und die Meßwerte werden schneller aktualisiert.
6ES5 998-0EX12
11 - 43
SI MATIC S5-Ex-Baugruppen
Netzfrequenz
S5-100U Ex-Baugruppen
Am Schalter 3 stellen Sie die vorhandene Netzfrequenz -50 oder 60 Hz- ein. Dami t wird die Integrationszeit der A/D-Wandler für optimale Störungsspannungsunterdrückung gewählt.
→ →
Netzfrequenz 50 Hz Netzfrequenz 60 Hz
Drahtbruch
Integrationszeit 20 ms; Integrationszeit 16 2/3 ms
Wenn Sie die Drahtbruchmeldung aktiv iert haben, leuchtet bei Unterbrechung einer der Leitungen zum Geber (Thermoelement) oder des Gebers selbst die rote LED über dem Funktionswahlschalter. Gleichzeitig wird das Drahtbruchfehlerbit F (Bit 1, Byte 1) für den fehlerhaften Kanal gesetzt.
Die Baugruppe "erkennt" einen Drahtbruch, i ndem sie einen Prüfstrom auf die Eingangsklemmen schaltet und die sich einstellende Spannung auf einen Grenzwert überprüft. Wenn das Signal am Eingang mi t einem Digitalv oltmeter gemessen wird, kommt es durch die Prüfstromimpulse zu scheinbaren Schwankungen des Signals. Dieser Prüfstrom wird durch Abschalten der Drahtbruchmeldung nicht abgeschaltet.
Thermoelementtyp
Schalter 6 und 5 dienen zur Einstellung des angeschlossenen Thermoelementtyps, wenn Thermoelemente direkt angeschlossen werden und die Baugruppe selbst als Vergleichsstelle benutzt wi rd (Bild 11.29). Wird eine ex terne Vergleichsstelle benutzt, sind Schalter 5 und 6 auf die Funktion "extern" zu schalten.
Tab 11.14
Parametrierung der Ex-Analo g-Eingabebaugruppe 6ES5 467-8EA11
Funktion
Einstellungen am Schalter "operating mode"
1 Kanal (Ch 0) Kanäle
2 Kanäle (Ch 0,1) 1
1
1
2
2
2
3
3
3
50 Hz Netzfrequenz
60 Hz 1
1
2
2
3
3
"ein" Drahtbruchprüfung
Kompensation der Vergleichsstellentemperatur
11 - 44
4 Kanäle (Ch 0..3)
"aus" 4
4
5
5
6
6
extern oder Typ B
intern
intern
Typ K, T, U
Typ J, L
nicht erlaubt!
4
4
4
4
5
5
5
5
6
6
6
6
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
SIMATIC S5-Ex-Baugruppen
A nalogwertdarstellung der Ex-A nalog-Eingabebaugruppe 467-8EA 11
Jedes
analoge
Prozeßsignal muß
zur
weiteren Verarbeitung
in
eine
digitale
Form gebracht
werden. Die analogen Spannungsmeßwerte werden deshalb von der Baugruppe in entsprechende digitale Zahlenwerte gewandelt und diese in einem 2-Byte Dualwort im Zweierkomplement dargestellt. Das 16 Bit breite Datenwort umfaßt 12 Bits für den M eßwert, 1 Vorzeichenbit und 3 Bits zusätzliche Informationen (z.B. zur Fehlerkennung).
Tab. 11.15
Darstellung eines Analog-Eingangswertes als Bitmuster
High-Byte
Bit-Nummer
7
Analogwert-
VZ
6 2
5 11
2
4 10
2
3 9
2
Low-Byte
2 8
2
1 7
2
0 6
2
7 5
2
6 4
2
5 3
2
4 2
2
3 1
2
0
2
1
0
X
F
Ü
Darstellung
VZ
Vorzeichenbit
X
irrelevante Bits
0 = "+", 1 = "-"
Ü
Überlaufbit
F
Fehlerbit
0 = Betrag des M eßwertes höchstens 4095 Einheiten 1 = Betrag des M eßwertes größer oder gleich 4096 Einheiten 0 = kein Fehler 1 = Fehler
Die
folgende
Tabelle
zeigt
die
Digitalwertdarstellung
der
Ex -Analog-Eingabebaugruppe
im
2-byte-Format. Tab. 11.16
Wertedarstellung der Baugruppe 467-8EA11 (Betragsdarstellung)
Einheiten
M eßwert
High-Byte
Low-Byte
in mV
≥
≤
≥
100.000
0000
0000
0000
00x 1
Überlauf
4095
99.976
0111
1111
1111
10x 1
Übersteuerungs-
2049
50.024
0100
0000
0000
10x 0
bereich
2048
50.000
0100
0000
0000
00x 0
1024
25.000
0010
0000
0000
00x 0
512
12.500
0001
0000
0000
00y0
1
0.02441
0000
0000
0000
10x 0
0
0.00
0000
0000
0000
0000
-1
- 0.02441
1111
1111
1111
10x 0
-1024
- 25.000
1110
0000
0000
00x 0
-2048
- 50.000
1100
0000
0000
00x 0
-2049
- 50.024
1010
0000
0000
00x 0
Übersteuerungs-
-4095
- 99.976
1000
0000
0000
10x 0
bereich
- 100.000
0000
0000
0000
00x 1
Überlauf
xxxx
xx x x
x xx x
x x 1x
Drahtbruch
4096
- 4096
≤
6ES5 998-0EX12
Nennbereich
11 - 45
SI MATIC S5-Ex-Baugruppen
S5-100U Ex-Baugruppen
Zur Normierung und Linearisierung des Analogwertes können die Standardfunktionsbausteine z.B. FB 250 (Analogwert einlesen) und z.B. 117 (Poly gonzug) v erwendet werden.
I n FB 250 ist der Kanalty p y = 6 "Festpunktzahl bipolar" einzustellen. M it dem FB 117 kann die nichtlineare Temperatur/Spannungs-Kennlinie der Thermoelemente über Stützpunkte linearisiert werden. Die Stützpunkte entnehmen Sie bitte der Normkennli nie des jeweiligen Thermoelementetyps aus der DIN IEC 584 bzw. DIN 43710.
Fehlermeldungen der Ex-A nalog-Eingabebaugruppe 467-8EA 11
Fehler zeigt die Baugruppe auf zwei Arten an: -
einmal über die roten Fehler-LED auf der Frontplatte; zum anderen durch M eldung an das System über die Fehlerbits im Low-By te des Datenwortes.
Die
Fehler
werden
kanalspezi fisch
erkannt
und
gemeldet.
Die
Baugruppe
erkennt
folgende
Fehlerarten: -
Überlauf des M eßbereiches: Eingangsspannung
-
Drahtbruch, (für ca.
≤
≥
+100 mV oder
≤
-100 mV;
100 nF).
Drahtbruch wird gemeldet, wenn der Eingangswi derstand ca. 6 k
Ω
überschreitet. Nachstehende
Tabelle zeigt eine Zusammenstellung der Fehlermeldungen durch die Baugruppe.
Tab. 11.17
Fehleranzeige für einen Kanal der Ex-Analo g-Eingabebaugruppe 467-8EA11
LED rot
Bit-Nr. i m Low-Byte 3
2
1
0
Bedeutung Schalter 4
aus
X
X
0
0
ein
kein Fehler
ein
X
X
1
0
aus
Drahtbr.prüfung abgeschaltet
ein
X
X
1
X
ein
Drahtbruch
aus
X
X
X
1
-
Überlauf
Hinweis
Der Schalter 4 - Drahtbruchprüfung ein/aus - ist im Normalbetrieb i mmer auf "ein" zu stellen (an Frontplatte der Baugruppe). Zu Wartungs- oder Testzwecken kann die Drahtbruchprüfung aber auch abgeschaltet werden. I n diesem Fall reagiert die Baugruppe wie bei Drahtbruch.
11 - 46
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
11.8.5
SIMATIC S5-Ex-Baugruppen
Ex-A n alo g-Eing abebaug rupp e 2 x P t100 (
±
500 m V),
6ES5 467-8EF11
Die Ex -Analog-Eingabebaugruppe Typ 467-8EF11 formt elektrische Widerstandswerte - insbesondere v on Widerstandsthermometern Pt100 - in digitale Werte um, so daß diese von zentralen Baugruppen der Sy steme AG 95/100 und ET 100/200 weiterv erarbeitet werden können.
Die Analog-Eingabebaugruppe ist als zugehöriges Betriebsmi ttel der Zündschutzart [EEx ib] I IC bescheinigt. Um die Baugruppe in einem Sy stem zu betreiben, müssen Sie diese in ein Ex -Busmodul 6ES5 700-8EA11 einsetzen (
→
Kap. 11.5). Zusätzlich müssen Sie die Ex -Baugruppe mit
einer Trennwand 6ES5 497-8EA11 v on Nicht-Ex -Baugruppen abgrenzen (
→
Kap. 11.6). Die
beiden Eingangskanäle sind eigensicher. Sie sind gegen den S5-Bus galvanisch getrennt, nicht jedoch gegeneinander.
An die Ex -Analog-Eingabebaugruppe können Sie einen oder zwei Meßwertgeber anschli eßen. Die
Baugruppe
besitzt
Bereich 0 ... 200 (400)
eine
Ω
präzise
2,5-mA-Stromquelle zur
Messung v on
Widerständen
im
(-200 ... +850 °C bei Pt100). Die an dem Widerstandsthermometer
entstehende Spannung wi rd im Kelvi n-Verfahren gemessen. Dadurch wird eine hohe Genauigkeit der Meßergebnisse erreicht.
Die Widerstände können in 2-, 3- oder 4-Leiterschaltung angeschlossen werden. Ein zweiter M eßbereich, als Klimabereich bezeichnet, ermöglicht M essungen mit einer höheren Auflösung i m Bereich 60 ... 140
Ω
(-100 ... +100 °C bei Pt100). Der Klimabereich steht nur bei Zwei- oder
Vierleiter-Schaltung zur Verfügung.
Die Analog/Digital-Wandlung der Meßwerte wird mit Hilfe eines integri erenden Verfahrens (DualSlope) ausgeführt. Gegebenenfalls durch das Netz verursachte Störspannungen werden dadurch unterdrückt.
A llgemeines zum A nschluß von M eßwertgebern an die Baugruppe 467-8EF11
Beim
Anschluß
v on
Widerstandsthermometern
Pt100
oder
anderen
Widerstandsgebern sind
folgende Regeln zu beachten:
•
Bei einkanaligem Betri eb der Baugruppe sollte der Kanal 0 benutzt werden. Dadurch v erkürzt sich der Datenzyklus.
•
Die Anschlußklemmen v on nicht benutzten Eingängen müssen kurzgeschlossen werden.
•
Die zulässige Potentialdifferenz der Eingänge untereinander und gegenüber dem zentralen Erdungspunkt darf nicht überschritten werden.
6ES5 998-0EX12
11 - 47
SI MATIC S5-Ex-Baugruppen
S5-100U Ex-Baugruppen
Widerstandsthermometer Pt100 in 4-Leiterschaltung
M0+
1
M1+
3
5
M0-
M1-
4
2
Ic0+
Ic1+
7
6
Ic0-
8
9 Ic1-
10
Belegung: (3/4) Messleitung M0 (5/6): Messleitung M1 (7/8): Konstantstromleitung Ic 0 (9/10):Konstantstromleitung Ic 1
Bild 11.31
Anschluß vo n Widerstandsthermo m etern in 4-Leiter-Schaltung
Widerstandsthermometer Pt100 in 2-Leiterschaltung
M0+
1
2
Bild 11.32
11 - 48
M1+
Ic0+
3
5
M0-
M1-
4
6
Ic1+
7 Ic0-
8
9 Ic1-
10
Anschluß vo n Widerstandsthermo m etern in 2-Leiter-Schaltung
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
SIMATIC S5-Ex-Baugruppen
Widerstandsthermometer Pt100 in 3-Leiterschaltung
M0+
1
M1+
3
Ic0+
Bild 11.33
7
5 M0-
2
Ic1+
M1-
4
9
Ic0-
6
Ic1-
8
10
Anschluß vo n Widerstandsthermo m etern in 3-Leiter-Schaltung
Spannungsmessung mit der Baugruppe 467-8EF11
Außer zum Anschluß von Wi derstandsgebern kann die Analog-Eingabebaugruppe auch zum M essen v on Spannungen im Nennbereich
M0+
1
+
500 mV eingesetzt werden.
M1+
Ic0+
3
5
M0-
M1-
6
4
2
_ U
Bild 11.34
±
+
Ic1+
7 Ic0-
8
9 Ic1-
10
_ U
Anschluß vo n Spannungsgebern
6ES5 998-0EX12
11 - 49
SI MATIC S5-Ex-Baugruppen
U
S5-100U Ex-Baugruppen
Sicherheitstechnische Kennlinie Elektr. Daten aus der Konformitätsbescheinigung:
= 17,22 V
PTP Nr. = = = a = =
= 33 mA I
Ersatzschaltbild i
Bild 11.35
Ex-94.C.2036 17,22 V 33 mA 142 mW 10 mH 340 nF *)
*) Bei Anschluß an Geber mit den Höchstwerten U = +- 1 V, I = 20 mA, die eine Spannungs- bzw. Stromaddition um diese Werte bewirken: L a = 10 mH, C a = 240 nF
k
Sicherheitstechnische Kennlinie und Ersatzschaltbild
I nbetriebnahme der Ex-A nalog-Eingabebaugruppe 467-8EF11
Die Parametrierung der Baugruppe nehmen Sie an den beiden Dreifach-DIL-Schaltern auf der Frontplatte v or. Die Schalter sind jeweils durch "operating mode" bezeichnet und von 1 ... 3 bzw. 4 ... 6 numeri ert.
Betrieb
Stellen Sie ein, wi evi ele Kanäle der Analog-Eingabebaugruppe Sie belegen. Die Stellung der Schalter 1 und 2 bestimmt die Zahl -1oder 2 der aktiven Kanäle entsprechend der Anzahl der angeschlossenen M eßwertgeber.
11 - 50
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
Netzfrequenz
SIMATIC S5-Ex-Baugruppen
Am Schalter 3 stellen Sie die vorhandene Netzfrequenz - 50 oder 60 Hz - ein. Dami t wird die Integrationszeit der A/D-Wandler für optimale Störungsspannungsunterdrückung gewählt. Netzfrequenz 50 Hz Netzfrequenz 60 Hz
Drahtbruch
→ →
Integrationszeit 20 ms; Integrationszeit 16 2/3 ms
Wenn Sie die Drahtbruchmeldung (Schalter 4) aktiv iert haben, leuchtet bei Unterbrechung einer der Leitungen zum Geber oder des Gebers selbst die rote LED über dem Funktionswahlschalter. Gleichzeitig wird das Drahtbruchfehlerbit F (Bit 1, By te 1) für den fehlerhaften Kanal gesetzt.
Die Baugruppe "erkennt" einen Drahtbruch, i ndem sie einen Prüfstrom auf die Eingangsklemmen schaltet und die sich einstellende Spannung auf einen Grenzwert überprüft. Wenn das Signal am Eingang mi t einem Digitalvoltmeter gemessen wird, kommt es durch die Prüfstromimpulse zu scheinbaren Schwankungen des Signals. Dieser Prüfstrom wi rd durch Abschalten der Drahtbruchmeldung ebenfalls abgeschaltet.
M eßbereich
Der Schalter 5 dient zur Festlegung des Meßbereiches (Standard- und Klimabereich s.o.)
Geberanschluß
Mi t dem Schalter 6 wird die Anschlußart des Meßwertgebers (4/2- oder 3-Leiter-Betrieb) eingestellt.
Für Spannungsmessungen ist die Baugruppe auf die Betriebsart "4/2-LeiterBetrieb" und "Standard-Meßbereich" einzustellen.
Tab 11.18
Parametrierung der Ex-Analo g-Eingabebaugruppe 6ES5 467-8EF11
Funktion
Einstellungen an "0perating mode"
1 Kanal (Ch 0) Kanäle
1
1
2
2
3
3
50 Hz Netzfrequenz
60 Hz 1
1
2
2
3
3
"aus" Drahtbruchprüfung
"ein" 4
4
5
5
6
6
Standardbereich Messbereich
Geber-
6ES5 998-0EX12
Klimabereich
4
4
5
5
6
6
3-Leiterschaltung
anschluss
2 Kanäle (Ch 0,1)
4/2-Leiterschaltung
4
4
5
5
6
6
11 - 51
SI MATIC S5-Ex-Baugruppen
S5-100U Ex-Baugruppen
A nalogwert-Darstellung der Ex-A nalog-Eingabebaugruppe 467-8EF11
Jedes
analoge
Prozeßsignal muß
zur
weiteren Verarbeitung
in
eine
digitale
Form gebracht
werden. Die analogen Spannungsmeßwerte werden deshalb von der Baugruppe in entsprechende digitale Zahlenwerte gewandelt und diese in einem 2-Byte Dualwort im Zweierkomplement dargestellt. Das 16 Bit breite Datenwort umfaßt 12 Bits für den M eßwert, 1 Vorzeichenbit und 3 Bits zusätzliche Informationen (z.B. zur Fehlerkennung).
Tab. 11.19
Darstellung eines Analog-Eingangswertes als Bitmuster
High-Byte
Bit-Nummer Analogwert-
7 VZ
6 2
5 11
2
4 10
2
3 9
2
Low-Byte
2 8
2
1 7
2
0 6
2
7 5
2
6 4
2
5 3
2
4 2
2
3 1
2
0
2
1
0
X
F
Ü
Darstellung
VZ
Vorzeichenbit
X
irrelevante Bits
Ü
Überlaufbit
F
Fehlerbit
0 = "+", 1 = "-"
0 = Betrag des M eßwertes höchstens 4095 Einheiten 1 = Betrag des M eßwertes größer oder gleich 4096 Einheiten 0 = kein Fehler 1 = Fehler
Tabelle 11.20 zeigt die Digitalwertdarstellung der Ex -Analog-Eingabebaugruppe 467-8EF11 im 2-By te-Format für den Standardbereich und für den Klimabereich, d.h. höhere Genauigkeit im Bereich -100 °C bis +103 °C, (Parametri erung mit Schalter 5).
Basis für die Zuordnung Temperatur/Grundwerte des M eßwertwi derstandes bildet die Norm DIN 43760 "Elektrische Thermometer".
11 - 52
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
Tab. 11.20
SIMATIC S5-Ex-Baugruppen
Wertedarstellung der Baugruppe 467-8EF11 (Betragsdarstellung)
Standardbereich Pt100
Einheiten
Grad C
Ohm
mV
High-Byte
Low-Byte (TFÜ)
≥
4096
undefi niert
≥
400.00
≥
1000.0
0000
0000
0000
00x 1
4095
undefi niert
399.90
999.76
0111
1111
1111
10x 0
3997
undefi niert
390.33
975.83
0111
1100
1110
Überlauf
10x 0
Übersteuerungs-
3996
850.00
390.26
975.65
0111
1100
1110
00x 0
bereich
2049
266.69
200.10
500.24
0100
0000
0000
10x 0
2048
266.42
200.00
500.00
0100
0000
0000
00x 0
0.00
100.00
250.00
0010
0000
0000
00x 0
512
-125.14
50.00
125.00
0001
0000
0000
00y0
189
-200.00
18.49
46.23
0000
0101
1110
10x 0
1024
188
undefi niert
18.36
45.89
0000
0101
0000
00x 0
1
undefi niert
0.61035
0.24414
0000
0000
0000
00x 0
0
undefi niert
0.00
0.00
0000
0000
0000
00y0
Nennbereich
undefiniert
Kli mabereich Pt100
Einheiten
Grad C
Ohm
mV
High-Byte
Low-Byte (TFÜ)
≥
4096
undefi niert
≥
140.00
≥
100.00
0000
0000
0000
00x 1
Überlauf
4095
103.92
139.99
99.976
0111
1111
1111
10x 0
Übersteuerungs-
2049
51.60
120.01
50.024
0100
0000
0000
10x 0
bereich
2048
51.58
120.00
50.000
0100
0000
0000
00x 0
1024
25.69
110.00
25.000
0010
0000
0000
00x 0
512
12.82
105.00
12.500
0001
0000
0000
00x 0
1
0.025
100.01
0.02441
0000
0000
0000
10x 0
0
0.00
100.00
0.00
0000
0000
0000
00x 0
-1
-0.025
99.99
-0.02441
1111
1111
1111
10x 0
-512
-12.77
95.00
-12.500
0001
0000
0000
00x 0
-1024
-25.49
90.00
-25.000
1110
0000
0000
00x 0
-2048
-50.78
80.00
-50.000
1100
0000
0000
00x 0
Nennbereich
-2049
-50.80
79.99
-50.024
1010
0000
0000
00x 0
Übersteuerungs-
-4095
-100.60
60.01
-99.976
1000
0000
0000
10x 0
bereich
≤
≤
-100.000
0000
0000
0000
00x 1
Überlauf
-4096
-100.63
6ES5 998-0EX12
≤
-60.00
≤
11 - 53
SI MATIC S5-Ex-Baugruppen
S5-100U Ex-Baugruppen
Zur Normierung und Lineari sierung des Analogwertes bei M essung mi t Pt100 können die Standardfunktionsbausteine z.B. FB 250 (Analogwert einlesen) und z.B. 117 (Poly gonzug) v erwendet werden.
I n FB 250 i st der Kanaltyp y = 4 "unipolare Darstellung" einzustellen. M it dem FB 117 kann die nichtlineare Temperatur/Wi derstands-Kennlinie des Pt100 über Stützpunkte linearisiert werden. Die Stützpunkte entnehmen Sie bitte der Normkennlinie des Pt100 aus der DIN I EC 751.
Fehlermeldungen der Ex-A nalog-Eingabebaugruppe 467-8EF11
Fehler zeigt die Baugruppe auf zwei Arten an: -
einmal über die roten Fehler-LED auf der Frontplatte; zum anderen durch M eldung an das System über die Fehlerbits im Low-By te des Datenwortes.
Die Fehler werden kanalspezifi sch erkannt und gemeldet. Leuchtet eine der Fehler-LED, so liegt auf dem zugehöri gen Kanal ein Fehler v or. Die Baugruppe erkennt folgende Fehlerarten: -
Überlauf des M eßbereiches: Eingangsspannung
-
Drahtbruch.
≥ ±
1 V;
Nachstehende Tabelle zeigt eine Zusammenstellung der Fehlermeldungen durch die Baugruppe.
Tab. 11.21
Fehleranzeige für einen Kanal der Ex-Analo g-Eingabebaugruppe 467-8EA11
LED rot
Bit-Nr. i m Low-Byte 3
2
1
0
Bedeutung Schalter 4
aus
X
X
0
0
ein
kein Fehler
ein
X
X
1
0
aus
Drahtbr.prüfung abgeschaltet
ein
X
X
1
X
ein
Drahtbruch
aus
X
X
X
1
-
Überlauf
Hinweis
Der Schalter 4 -Drahtbruchprüfung ein/aus- ist im Normalbetrieb immer auf "ein" zu stellen (an Frontplatte der Baugruppe). Zu Wartungs- oder Testzwecken kann die Drahtbruchprüfung aber auch abgeschaltet werden. I n diesem Fall reagiert die Baugruppe wie bei Drahtbruch.
11 - 54
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
11.8.6
SIMATIC S5-Ex-Baugruppen
A nalog wert-A n passun gsbau steine F B 250 un d FB 251
A nalogwert einlesen und normieren -FB 250-
Dieser Funktionsbaustein liest einen Analogwert einer Ex -Analog-Eingabebaugruppe und li efert am Ausgang einen Wert XA i n einem v om Anwender festgelegten (normi erten) Bereich.
Die Art der Analogwertdarstellung der Baugruppe (Kanaltyp) muß im Parameter KNKT angegeben werden. Mit den Parametern Obergrenze OGR und Untergrenze UGR legt der Anwender den gewünschten Bereich fest.
Tab. 11.22
Aufruf und Parametrierung des FB 250
Parameter
Bedeutung
A rt
BG
Steckplatznummer
D KF
KNKT
Kachelnummer
D KY
Belegung
0 ... 7
KY = x ,y x = 0 ... 3 y = 3 ... 6
Kanaltyp
3:
Betragsdarstellung (4 ... 20mA)
4:
unipolare Darstellung
5:
Betragszahl bipolar
6:
Festpunktzahl bipolar
OGR
Obergrenze des
D KF
-32768 ... +32767
D KF
-32768 ... +32767
A WL
; SPA FB 250 NAME: RLG:AE BG : KNKT : OGR : UGR : EINZ : XA FB BU
: : :
Ausgangswertes UGR
Untergrenze des Ausgangswertes
EINZ XA
nicht relevant Ausgangswert
A W
normi erter Analogwert I st "0" bei Drahtbruch
FB
Fehlerbit
A BI
I st "1" bei Drahtbruch, bei ungültiger Kanaloder Steckplatznummer oder bei ungültigem Kanalty p
BU
Bereichsüberschreitung
A BI
I st "1" bei Überschreitung des Nennbereichs
6ES5 998-0EX12
11 - 55
SI MATIC S5-Ex-Baugruppen
S5-100U Ex-Baugruppen
Normierungsschema
Nennbereich Darstellung der Ex-Analog-Eingabebaugruppe
vom Anwender normierter Bereich UGR
Bild 11.36
OGR
Normierungsschema FB 250
A nalogwert ausgeben -FB 251-
M it diesem Funktionsbaustein lassen sich Analogwerte an Ex -Analog-Ausgabebaugruppen ausgeben. Dabei werden Werte aus dem Bereich zwischen den Parametern Untergrenze "UGR" und Obergrenze "OGR" auf den Nennbereich der jeweiligen Baugruppe umgerechnet.
Tab. 11.23
Aufruf und Parametrierung des FB 251
Parameter
XE
Bedeutung
auszugebender
A rt
E W
Analogwert
Belegung
Eingangswert (Zweierkomplement) im Bereich
A WL
; SPA FB 251 NAME: RLG:AA
UGR ... OGR BG
Steckplatznummer
D KF
KNKT
Kachelnummer
D KY
0 ... 7 KY=x ,y x = 0;1 y = 0;1
Kanaltyp
0:
unipolare Darstellung
1:
Festpunktzahl
XE : BG : KNKT : OGR : UGR : FEH :
bipolar OGR
Obergrenze des
D KF
-32767 ... +32767
BU
:
D KF
-32767 ... +32767
BU
:
A BI
I st "1", wenn
BU
:
Ausgangswertes UGR
Untergrenze des Ausgangswertes
FEH
Fehler bei der Grenzwertvorgabe
UGR = OGR, bei ungültiger Kanal- oder Steckplatznummer oder
ungültigem
Kanaltyp
11 - 56
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
SIMATIC S5-Ex-Baugruppen
weiter Tab. 11.23
Parameter
BU
Bedeutung
A rt
Belegung
A BI
Eingangswert
A WL
Bei "1" li egt XE außer-
überschreitet
halb (UGR; OGR) XE
UGR oder OGR
nimmt den
Grenzwert
an
Beispiel: Anzeige der Nachfüllmenge eines Tanks
3
Die Nachfüllmenge eines zylinderförmi gen 30 m -Tanks soll auf einem 3stelligen Anzeigenfeld angezeigt werden. Die einzelnen Ziffern müssen BCD-codiert angesteuert werden.
Die Füllhöhe wird durch eine Reflex ions- und Echomessung mit einem Erfassungsbereich von 80 ... 2000 cm mit M eßumformer (4 ... 20 mA) ermittelt.
Zone 2 nicht explosionsgefährdet
L
Zone 1
80 cm
PS CPU Abstand
(2) AE AA
DA DA
Zone 0 2 000 cm I = 4...20 mA
(3)
(1) Füllstand
1
0.
5
m
3
3stelliges Anzeigenfeld mit BCD-Ansteuerung
Bild 11.37
(1)
Schematischer Aufbau des Beispiels "Anzeige Nachfüllmenge eines Tanks"
Der Füllstandsmeßumformer stellt einen dem Abstand Sensor - Flüssigkeit proportionalen Konstantstrom i m Bereich 4 ... 20 mA zur Verfügung. Der Strom wird der Ex -Analog-Eingabebaugruppe auf Steckplatz 0, Kanal 0 zugeführt.
(2)
3
Der FB 250 transformi ert den Bereich 4 ... 20 mA i n den Bereich 0 ... 30 m . Dieser Wert wird als Festpunktzahl im M erkerwort 1 abgelegt. Die Parametrierung erfolgt i m aufrufenden Baustein. Mi t dem FB 241 wird die Festpunktzahl in eine BCD-Zahl umgewandet.
6ES5 998-0EX12
11 - 57
SI MATIC S5-Ex-Baugruppen
4 mA
S5-100U Ex-Baugruppen
12 mA
20 mA
Nennbereich der Ex-Analog-Baugruppe
vom Anwender festgelegter Bereich 0 m
3
Bild 11.38
3
15,0 m
3
30,0 m
Transformation des Nennbereiches in den festgelegten Bereich
Programmsegment zur Umformung des Meßsignals in physikalische Einheiten
A WL
unbedingter Aufruf
SPA FB 250 Name
Erläuterung
: RLG:AE
BG
: 0
Steckplatz 0
KNKT
: 0.3
Kanal 0, Kanaltyp 3
OGR
: 300
obere Grenze: 30,0 m
3
3
UGR
: 0
untere Grenze: 0.0 m
EI NZ
:
ohne Bedeutung
XA
: MW1
Nachfüllmenge in Merkerwort 1 als Fest-
FB
: M0.0
"1", wenn Drahtbruch
BU
: M0.1
"1", wenn Tank zu voll
punktzahl ablegen
SPA FB 241
Umwandlung Festpunktzahl in BCD-Zahl
. . .
(3)
Die BCD-Zahl i st in den M erkerbytes 11 ... 13 abgelegt. Die Ausgabe erfolgt über zwei 8kanalige Digital-Ausgabebaugruppen auf den Steckplätzen 2 und 3. Die BCD-Tetraden 5 und 6, in Merkerbyte 11 abgelegt, brauchen aufgrund der nur 3stelligen Zahl nicht ausgegeben zu werden.
Programmsegment zum A uslesen der BCD-Zahl
A WL
Erläuterung
. . . L MW12
Tetraden 0 ... 3 der BCD-Zahl lesen und
T AW2
an die Ausgabebaugruppen übergeben.
BE
11 - 58
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
SIMATIC S5-Ex-Baugruppen
Ermittlung des Tankinhaltes
Aus der Nachfüllmenge wird der Tanki nhalt bestimmt.
A WL
Erläuterung
L KF +300
max imaler Tankinhalt
L MW1
Nachfüllmenge
-F
Differenz bilden
T MW 20
Tankinhalt in MW 20 ablegen
. . .
Tankinhalt 0,0 m
4 mA
Bild 11.39
3
3
30,0 m
20 mA
Transformation des Analogwertes in den Nennbereich
Die Parameter UGR und OGR des FB251 bezi ehen sich auf den Nennbereich der Ex -AnalogAusgabebaugruppe. Deshalb muß der Parameter UGR mit dem Wert -300 belegt werden.
A WL
Erläuterung
. . . SPA FB 251 Name
unbedingter Aufruf
: RLG:AA
XE
: MW20
Tankinhalt
BG
: 1
Steckplatz 1
KNKT
: 0.1
Kanal 0, Kanaltyp 1
OGR
: 300
obere Grenze: 30,0 m
UGR
: -300
untere Grenze: - 30.0 m
FEH
: M0.2
"1", wenn Drahtbruch
BU
: M0.3
"1", wenn Tank zu voll
3 3
BE
6ES5 998-0EX12
11 - 59
SI MATIC S5-Ex-Baugruppen
11 - 60
S5-100U Ex-Baugruppen
6ES5 998-0EX12
12
Baugruppenadressierung 12.1
.
.
12
-
1
12.1.1 Steckplatznumerierung in den AG S5-95U / S5-100U .
Adressierung der AG S5-95U / S5-100U
.
.
.
.
.
.
.
12
-
1
12
-
3
12.1.2 Adressierung v on Digitalbaugruppen in den AG S5-95U / S5-100U
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
12.1.3 Adressierung v on Analogbaugruppen i n den AG S5-95U / S5-100U 12.2
6ES5 998-0EX12
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
Adressierung i n den Sy stemen ET 100U / ET 200U
.
.
.
12
-
4
.
.
12
-
5
1
2
6ES5 998-0EX12
Bilder 12.
Adressenzuordnung .
12
-
1
12.1
Fortlaufende Numeri erung der Steckplätze bei einzeiligem Aufbau
12
-
2
12.3
Steckplatznumerierung bei mehrzeiligem Aufbau .
.
.
.
.
.
.
.
.
12
-
2
12.4
Aufbau einer Digital-Adresse
12.5
Adressenzuordnung für Analogbaugruppen
6ES5 998-0EX12
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
12
-
3
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
12
-
4
3
4
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
Adressierung
12 Baugruppendressierung Damit die Ein- und Ausgänge gezielt angesprochen werden können, müssen ihnen bestimmte Adressen zugeordnet werden. Die Zuordnung der Adressen geschieht bei den AG S5-95U und AG S5-100U bzw. ET 100U/ET 200U auf unterschiedliche Weise:
• •
AG S5-95U / AG S5-100U:
feste Steckplatzadressierung
ET 100U / ET 200U:
variable steckplatzunabhängige Adressierung
12.1
A d ressierun g der A G S5-95U / S5-100U
Die Adressen der Peripherie
orientieren sich am Steckplatz der Baugruppen. Das bedeutet,
sobald Sie eine Baugruppe auf einen Steckplatz eines Busmoduls aufgeschnappt haben, ist der Baugruppe eine Steckplatznummer und damit eine feste Byte-Adresse i n einem oder beiden Prozeßabbildern zugeordnet.
Sensoren und Aktoren werden am Anschlußblock des Ex -Busmoduls angeschlossen.
M it der Wahl der Anschlußklemme legen Sie die Kanalnummer fest.
Peripheriebaugruppe
Prozessabbilder
Steuerungsprogramm
in der CPU
Steckplatznummer +
Adresse im Prozess-
Adresse
abbild der Eingänge =
in einer
Adresse im ProzessKanalnummer
Anweisung
abbild der Ausgänge
Datenrichtung Baugruppe - CPU
Bild 12.1
Adressenzuordnung
12.1.1
Steckplatzn um erierung in den A G S 5-95 U / S5-100U
Das
kann
AG
in
maxi mal v ier
Zeilen
aufgebaut
werden.
Sie
können
bis
zu 16
Busmodule
(32 Steckplätze) v erwenden. Die Steckplätze werden fortlaufend numeriert. Die Numeri erung beginnt mit dem Steckplatz rechts neben der CPU mi t der Steckplatz-Nummer "0". Die Numeri erung ist unabhängig davon, ob eine Baugruppe gesteckt ist oder nicht.
6ES5 998-0EX12
12 - 1
Adressierung
S5-100U Ex-Baugruppen
Steckplatznummern
CPU
Bild 12.2
Wird
das
0
1
0
30
1
31
Fortlaufende Numerierung der Steckplätze bei einzeiligem Aufbau
Automati sierungsgerät
in
mehreren
Zeilen
aufgebaut,
wird
die
Numerierung
der
Erweiterungszeilen mit dem äußersten linken Steckplatz fortgesetzt.
Steckplatznummern
26
27
18
19
8
9
CPU
Bild 12.3
28
29
30
31
20
21
22
23
10
0
11
12
1
2
13
3
24
14
4
25
15
5
16
6
17
7
Steckplatznumerierung bei m ehrzeiligem Aufbau
Bei einer Erweiterung fügen Sie die hinzukommenden Busmodule stets in der obersten Zeile und zwar rechts v om letzten Busmodul an. Andernfalls verändern Sie die Steckplatznummerierung. Dies müßten Sie dann im Steuerungsprogramm berücksichtigen.
12 - 2
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
Adressierung
Hinweis Prüfen Sie nach jeder Erweiterung, ob die Adressierung im Steuerungsprogramm mi t dem tatsächlichen Aufbau übereinstimmt!
12.1.2
A dressierung vo n Digitalbaug rupp en in d en A G S5-95U / S 5-100U
Digitalbaugruppen
sind
auf
allen
Steckplätzen
(0
bis
31)
steckbar.
Pro
Kanal
können
zwei
I nformationszustände ("0" oder "1", "AUS" oder "EIN") v on einer oder an eine Digitalbaugruppe übermittelt werden.
Jeder Kanal einer Digitalbaugruppe wird also durch ein Bit dargestellt. Deshalb muß jedem Bit eine eigene Nummer zugeordnet werden. Es ergibt sich für eine Digital-Adresse folgende Form:
x
. y
Bit-Nr. (Kanalnummer)
Byte-Nr.
Bild 12.4
Aufbau einer Digital-Adresse
Die Adresse X.Y setzt sich aus zwei Komponenten zusammen:
Byte-A dresse X (Steckplatznummer X)
Die By te-Adresse ergibt sich aus der Steckplatznummer, auf der die Baugruppe gesteckt ist.
Kanalnummer Y (Bit-A dresse Y)
Die Kanalnummer ergibt sich aus dem Anschluß der Stellglieder oder Geber an die Anschlußklemmen des Anschlußblocks. Die Zuordnung v on Kanalnummer und Nummer der Anschlußklemme ist auf der Frontplatte der Baugruppe aufgedruckt.
Hinweis 4kanalige Digitalbaugruppen können nur mit den Kanalnummern 0 bis 3 angesprochen werden. Die auf den Frontplatten aufgedruckten Kanalnummern 4 bis 7 sind nur im System ET 100U relevant.
6ES5 998-0EX12
12 - 3
Adressierung
12.1.3
S5-100U Ex-Baugruppen
A dressierung vo n A nalog baug rupp en in d en A G S5-95U / S 5-100U
Analogbaugruppen sind nur auf den Steckplätzen 0 bis 7 einsetzbar. Während von einer oder an eine Digitalbaugruppe pro Kanal nur die Information "0" oder "1" ("AUS" oder "EIN) übermi ttelt wi rd (Speicherbedarf 1 Bit), können von einer oder an eine Analogbaugruppe pro Kanal 65536 v erschiedenartige Informationen (Speicherbedarf 16 Bit = 2 Byte = 1 Wort) übermittelt werden. Die Baugruppen werden byte- oder wortweise mit Lade- oder Transferoperationen angesprochen.
Der erhöhte Speicherbedarf wi rd beim Stecken einer Analogbaugruppe v om AG berücksichtigt:
• • • •
Pro Steckplatz werden acht Byte (= v ier Worte) reserviert). Pro Kanal sind damit zwei By te (= ein Wort) reserviert. Der Adreßbereich des Steckplatzes wird umgeschaltet. Der zulässige Adreßraum reicht von By te 64 (Steckplatz 0, Kanal 0) bis Byte 127 (Steckplatz 7, Kanal 3).
Steckplatz-Nr.
CPU
0 64+65
1 72 ...
2 80 ...
3 88 ...
4
5
6
7
96 ...
104 ...
112...
120 ...
66+67
Bild 12.5
0 1 2
68+69
70+71
Kanal-Nr.
... 79
... 87
... 95
...103
... 111
... 119
... 127
3
Adressenzuordnung für Analogbaugruppen
Beispiele:
1.
2.
Byte 88 + 89 = Analogbaugruppe auf Steckplatz 3, Kanalnummer 0
Adresse des Kanal 1 einer Analogbaugruppe auf Steckplatz 5? Lösung:
By te 106 + 107
Hinweis Analog- und Digitalbaugruppen sind auf den Steckplätzen 0...7 beliebig kombinierbar.
12 - 4
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
12.2
Adressierung
A d ressierun g in den System en ET 100 U / ET 200U
Die Adreßzuweisung der Ex -Baugruppen im ET 100U bzw. ET 200U erfolgt jeweils über COM ET 100 bzw. COM ET 200 (Gerätehandbuch "ET 100U" bzw. "ET 200U"). Im folgenden erhalten Sie einige Hinweise zur Adressierung einer Station ET 100U / ET 200U.
Bevor Sie eine Slave-Station (ET 100U / ET 200U) konfi guri eren, müssen Sie:
•
die Adreßbereiche für Digital- und Analogbaugruppen trennen, damit es nicht zu Adreßüberlappungen kommt!
•
den Aufbau der einzelnen Stationen festlegen (nachträgliche Änderungen und Erweiterungen führen zu unübersichtlichen Adreßbelegungen).
Beispiel für die Aufteilung des Digital- und Analog-Peripheriebereiches:
•
Übernehmen Sie die Adresse "0" als erste freie Adresse für Digital-Baugruppen.
•
Geben Sie für Analog-Baugruppen jeweils "128" als erste freie Adresse ein.
Diese
Aufteilung
des
Peripheriebereiches
entspricht
der
Simatic-übli chen
Aufteilung
des
P-Bereiches, kann aber auch indiv iduell gestaltet werden.
Konfigurieren
Die Nummern über den Eingabefeldern im "Konfi gurationsfeld" kennzeichnen die Steckplätze der ET 100U/ET 200U-Station.
•
Vergeben Sie für jede Baugruppe in der ET 100U/ET 200U-Station die dafür v orgesehene Adreßkennung (Tabelle 12.1). Die Steckplätze müssen i n aufsteigender Reihenfolge belegt werden; es darf kein Steckplatz übersprungen werden. Wenn auf einen Steckplatz keine Baugruppe gesteckt werden soll, geben Sie dort die Adreßkennung "000" Leerplatz ein.
•
Wenn Sie über Kacheln adressieren, müssen Sie auf folgendes achten: Bei Kacheladressierung ist das Peri pheri ebyte 255 für die Auswahl der Kachel belegt.
Die Adreßkennung geben Sie ein als
Baugruppenschlüssel (z. B. 4DE). I m ET 200U i st als
Adreßkennung ebenfalls eine Dezimalzahl mögli ch (z. B. 008).
6ES5 998-0EX12
12 - 5
Adressierung
Baugruppe
S5-100U Ex-Baugruppen
A dreß-
A dreß-
A dreß-
A dreß-
A dreß-
Strom
kennung
umfang
kennung
umfang
bereich
auf-
ET 100U
(Byte)
ET 200U
(Byte)
nahme (mA )
Digital-Eingabebaugruppe
4DE
1/2
4DE oder 008
1
digital
50
8DE
1
8DE oder 009
1
digital
50
4DA
1/2
4DA oder 048
1
digital
55
1kanalig:
1AE
2
analog
270
2AE
4
analog
320
analog
270
4A + 4E analog
350
6ES5 437-8EA12 Digital-Eingabebaugruppe (mit Diagnose) 6ES5 437-8EA21 Digital-Ausgabebaugruppe 6ES5 457-8EA12 Analog-Eingabebaugruppe
1kanalig:
4 x Thermoelement
1AE
6ES5 467-8EA11
2kanalig:
2
oder 012 4
2AE 4kanalig:
oder 013 8
4 AE Analog-Eingabebaugruppe
1kanalig:
2 x 4 ...20 mA
1AE
6ES5 467-8EE11
2kanalig:
1kanalig:
2 x Pt 100
1AE
6ES5 467-8EF11
2kanalig:
2
2AX
2 x 4...20 mA
8
1kanalig:
1AE
2
2AE
4
1AE
2
2AE
4
oder 012 4
2kanalig: oder 013
2
1kanalig: oder 012
4
2AE Analog-Ausgabebaugruppe
4kanalig: 4AE oder 015
2AE Analog-Eingabebaugruppe
2kanalig:
2kanalig: oder 013
4A + 4E 2AX oder 029 *)
*)
6ES5 477-8EC11 Stromv ersorgungsbaugruppe 4DE/4DE 6ES5 935-8ME11
*)
1
4DE/4DE oder
2
digital
-
008/008
Der Ad reßum fang wird sowo hl für d ie Eing änge als auch für die Ausgä ng e b enötigt. D. h., we nn de r Adre ßumfa ng 2 By tes be trä gt, werd en 2 By tes für die Eingä ng e und 2 By tes für die Ausgä ng e g eb raucht. Da de r CO M ET 100U/ 200U d ie Ad resse n für d iese Ba ug rup pe n frei v erg ib t, könne n Eingä ng e und Ausgä ng e unterschied liche Anfangsad resse n hab en.
12 - 6
6ES5 998-0EX12
Trennblatt
C79000-D8300-C016-01
1
Trennblatt
2
C79000-D8300-C016-01
B
Planungsunterlagen
6ES5 998-0EX12
1
2
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
B
Planungsunterlagen / Projektierungshilfen
Planungsunterlagen / Projektierungshilfen
Bei der Projektierung Ihrer MSR-Anlagen können Sie zur "Ex -Einstufung" d. h. zur Ermittlung des erforderli chen Ex plosionsschutzes auf beiliegende Formblätter zurückgreifen.
Für das Beispiel einer Tankanlage sind diese bereits (teilweise) ausgefüllt. Es li egt jedoch für jedes der folgenden Blätter auch ein "Leerformular" bei.
•
Basisblatt für die Ex -Einstufung
E01
•
Für die Einstufung maßgebende Stoffe (Gase/Stäube)
E02
•
Für die Einstufung maßgebende Einzelheiten
E03
•
Ex -Zonenplan der Anlage
E04
•
Installationsbescheinigung
E05
6ES5 998-0EX12
B - 1
Planungsunterlagen / Projektierungshilfen
S5-100U Ex-Baugruppen
Ex-Einstufung progress
SIEMENS
in automation: Siemens
Bau
Tankanlage
Abt.:
E-Technik
Blatt Nr.
1
Name:
Meier
Blattzahl
3
Tel.:
4711
Bilder
1
B
Bau-Nr.:
Ex-Einstufung: Lfd.-Nr.
Anlage:
1
Anmerkungen: Bau Bau
Fassung:
vom
Änderung:
vom
23.01.92
geändert/neu: Änderung:
vom
geändert/neu: Änderung:
vom
geändert/neu:
K 1
Tankbefüllung
e
VbF
i
Bau Bau Bau
s
Bau
J=ja
(* = mit Abweichungen)
Stoffe siehe Blatt
Zusätzlich gültige Notizen:
N=nein
p
Einzelheiten siehe Blatt
und folgende.
Datum:
Anlage Nr.:
Datum:
Anlage Nr.:
Datum:
Anlage Nr.:
i
Sonstige Festlegungen und bisherige Fassungen werden hiermit ungültig.
e
Der Betreiber der Anlage ist verpflichtet, bei Verwendung weiterer oder anderer Stoffe sowie bei Änderung der betrieblichen oder räumlichen Gegebenheiten, die Einfluss auf die getroffene Ex-Einstufung haben könnten, die Ex-Einstufung zu überprüfen. Änderungen sind schriftlich festzuhalten und erforderlichenfalls eine neue Ex-Einstufung durchzuführen.
l
Einverständnis:
Datum
Unterschrift
Code
Name
Datum
Unterschrift
Code
Name
Datum
Unterschrift
Code
Name
Verteiler:
Abt. MSR 1)____________
4)____________
7)____________ 10)__________
2)____________
5)____________
8)____________ 11)__________
3)____________
6)____________
9)____________ 12)__________ E01
B - 2
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
Planungsunterlagen / Projektierungshilfen
Ex-Einstufung
SIEMENS
Stoffe
progress in automation: Siemens
Für die Einstufung massgebende Stoffe:
B
Stoff a
Stoff b
Bau
Datum:
Tankanlage
29.01.1992
Blatt Nr.
2
Fassung:
Blattzahl
3
Änderung:
Gefahren-
Flamm-
Zündtem-
Tempera-
Ex-
punkt
peratur
turklasse
Gruppe
- 35
148
o
o
o
e
o
o
145
C
485
C
o
o
o
C
o
C
o
C
1
C
T4
C
T4
klasse n. VbF
C C C
i
Weitere Stoffdaten siehe Blatt ____ und ____
Bilder und Zeichnungen: Bild-Nr.
Zeichnungs-Nr.
1
Ex 01 123
Änderung
s
Objekt
Lageplan (Ex-Zonenplan)
p i e l Weitere Anlagen:
E02
6ES5 998-0EX12
B - 3
Planungsunterlagen / Projektierungshilfen
S5-100U Ex-Baugruppen
Bau
Tankanlage
Datum:
29.01.1992
Ex-Einstufung
SIEMENS
progress in automation:
Einzelheiten
Siemens
1
Blatt Nr.
3
Fassung:
Blattzahl
3
Änderung:
Ausgangsdaten für das Vermeiden von Zündquellen: Gas- (Dampf) Luft-Gemisch
Flammpunkt
B
Zündtemperatur
Staub-Luft-Gemisch
Temperaturklasse
Explosionsgruppe
145
T4
IIB
485
T4
IIB
e
Glimm-
Zünd-
Staub-
Temperatur
Temperatur
Ex-Klasse
Grundlagen der Einstufung:
Ort K 10 Tankbefüllung
i
Bild 1
Pos.Nr.
Zone
1
s
Technische Voraussetzungen Prim. Ex-Schutz Massnahmen
Beispiel
Bildung von g.e.A. betriebsmässig mög-
EX-RL
lich. Ausbreitung verschütteter Flüssig-
2.1.3.1
keiten ist verhindert.
p i e l Bemerkung:
E03
B - 4
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
Planungsunterlagen / Projektierungshilfen
Ex-Einstufung
SIEMENS
progress in automation:
Zonenplan
Siemens
Bau
Datum:
Tankanlage
29.01.1993
Blatt Nr.
1
Fassung:
Blattzahl
1
Änderung:
1
B e i
Abfüllstation
Zone 1
s p i
e l Mass-
Objekt
Zeichnungs-Nr.
stab C79458-B2573-C01
Abteilung
Datum
Name
Abteilung
Bau:
5
Bild:
1
gezeichnet geprüft
E04
6ES5 998-0EX12
B - 5
Planungsunterlagen / Projektierungshilfen
B - 6
S5-100U Ex-Baugruppen
6ES5 998-0EX12
Fassung:
Ex-Einstufung progress in automation: Siemens
vom
Bau
Änderung: vom geändert/neu:
Abt.:
Blatt Nr.
Änderung:
Name:
Blattzahl
Tel.:
Bilder
SIEMENS
Ex-Einstufung:
Bau-Nr.:
Lfd.-Nr.
Anlage:
vom
geändert/neu: Änderung: vom geändert/neu:
VbF
Anmerkungen: Bau Bau Bau Bau Bau Bau
J=ja
(* = mit Abweichungen)
N=nein
Stoffe siehe Blatt
Einzelheiten siehe Blatt
Zusätzlich gültige Notizen:
und folgende.
Datum:
Anlage Nr.:
Datum:
Anlage Nr.:
Datum:
Anlage Nr.:
Sonstige Festlegungen und bisherige Fassungen werden hiermit ungültig.
Der Betreiber der Anlage ist verpflichtet, bei Verwendung weiterer oder anderer Stoffe sowie bei Änderung der betrieblichen oder räumlichen Gegebenheiten, die Einfluß auf die getroffene Ex-Einstufung haben könnten, die Ex-Einstufung zu überprüfen. Änderungen sind schriftlich festzuhalten und erforderlichenfalls eine neue Ex-Einstufung durchzuführen.
Einverständnis: Datum Code
Unterschrift Name
Datum Code
Unterschrift Name
Datum Code
Unterschrift Name
Verteiler:
1)____________ 2)____________ 3)____________
4)____________ 5)____________ 6)____________
7)____________ 8)____________ 9)____________
10)__________ 11)__________ 12)__________ E01
Ex-Einstufung
SIEMENS
progress in automation: Siemens
Stoffe
Bau
Datum:
Blatt Nr.
Fassung:
Blattzahl
Änderung:
Für die Einstufung maßgebende Stoffe: Flammpunkt
Zündtemperatur
o C
o C
o C
o C
o C
o C
o C
o C
o C
o C
Temperatur- ExGruppe klasse
Gefahrenklasse n. VbF
Weitere Stoffdaten siehe Blatt ____ und ____ Bilder und Zeichnungen: Bild-Nr.
Zeichnungs-Nr.
Änderung
Objekt
Weitere Anlagen:
E02
Ex-Einstufung
SIEMENS
progress in automation: Siemens
Einzelheiten
Bau
Datum:
Blatt Nr.
Fassung:
Blattzahl
Änderung:
Ausgangsdaten für das Vermeiden von Zündquellen: Staub-Luft-Gemisch
Gas- (Dampf) Luft-Gemisch Flammpunk
Zündtemperatur
Temperaturklasse
Explosionsgruppe
Glimmtemperatur
Zündtemperatur
StaubEx-Klasse
Grundlagen der Einstufung:
Ort
Bild
Pos.Zone Nr.
Technische Voraussetzungen Prim. Ex-Schutz Maßnahmen
Beispiel
Bemerkung:
E03
SIEMENS
progress in automation: Siemens
Ex-Einstufung Zonenplan
Bau
Datum:
Blatt Nr.
Fassung:
Blattzahl
Änderung:
Maß-
Objekt
Zeichnungs-Nr.
stab
Datum
Name
Abteilung
Bau
Bild
gezeichnet geprüft E04
Bestätigung
SIEMENS
progress in automation: Siemens
nach § 12 Absatz 4 der Verordung über elektrische Anlagen in explosionsgefährdeten Räumen (ElexV)
An
(Anschrift des Auftraggebers)
Es wird bestätigt, daß die elektrische Anlage
(Genaue Angabe über Art und Aufstellungsort)
den Bestimmungen der Verordnung über elektrische Anlagen in explosionsgefährdeten Räumen (ElexV) entsprechend beschaffen ist. Diese Bestätigung dient ausschließlich dem Zweck, den Betreiber davon zu entbinden, die elektrische Anlage vor der ersten Inbetriebnahme zu prüfen bzw. prüfen zu lassen (§ 12 Abs. 1,4 der ElexV). Zivilrechtliche Gewährleistungs- und Haftungsansprüche werden durch diese Bestätigung nicht geregelt.
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT
, den
E05
C
Anwendungsbeispiele
6ES5 998-0EX12
1
2
6ES5 998-0EX12
Bilder C.1
Signalstromkreis Ex -Digital-Eingabebaugruppe Näherungsindikator M eßkreis Ex -Digital-Eingabebaugruppe und Nährungsinitiator .
C.2
.
C
-
2
Eigensicherer Steuerstromkreis einer Ex -Digital-Ausgabe.
.
.
.
.
.
.
C
-
3
C.3
baugruppe mit Magnetventil .
Ausgangskennli nie der Ex -Digital-Ausgabebaugruppe
.
.
.
.
.
.
C
-
4
C.4
M eßkreis Ex -Analog-Eingabebaugruppe mit Meßumformer und Pt 100
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
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.
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.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
C
-
6
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
C
-
6
.
C
-
8
C
-
9
C
-
10
C
-
13
C.5
Thermoelement
C.6
M eßkreis Ex -Analog-Eingabebaugruppe mit Meßumformer und Thermoelement
C.7
.
.
.
.
.
.
.
mit Füllstand Meßumformer C.8
.
.
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.
.
.
.
.
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.
.
.
.
.
.
.
.
.
Hilfsenergie-/Siganlstromkreis der Ex -Analog-Ausgabebaugruppe mit I /P-Umformer i n Zweileitertechnik .
C.9
.
Hilfsenergie-/Signalstromkreis der Ex -Analog-Eingabebaugruppe
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
Ex -Digital-Ausgabe mit LED
Tabellen C.1
Vergleich Feldgerät + Kabel / zugehöriges Betri ebsmittel
C.2
Vergleich Ex -Digital-Eingabebaugruppe / Näherungsschalter
C.3
Vergleich Ex -Digital-Ausgabebaugruppe / M agnetventil (Fa. SAMSOMATIC Ty p 3963-17)
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
C
-
1
.
.
C
-
2
.
.
C
-
4
C.4
Vergleich Ex -Analog-Eingabebaugruppe/Meßumformer SI TRANS T
C
-
5
C.5
Vergleich Ex -Analog-Eingabebaugruppe/Meßumformer SI TRANS T
C
-
8
C.6
Vergleich Ex -Analog-Eingabebaugruppe /Meßumformer für Füllstand (Ty p Siemens 7)
C.7
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
Vergleich Ex -Analog-Ausgabebaugruppe/IP-Umformer
6ES5 998-0EX12
.
.
.
.
.
.
C
-
9
.
.
.
.
.
C
-
10
3
4
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
Anwendungsbeispiele
C Anwendungsbeispiele In
diesem
Abschnitt
w erden
sechs
typische
Appli kationsbeispiele
für
den
Ei nsatz
von
SI MATI C S5-100U Ex -Baugruppen v orgestellt.
Die Auswahl v on Betriebsmitteln mi t eigensicheren Stromkreisen zur Errichtung in ex plosionsgefährdeten Bereichen muß unter zwei wi chtigen Aspekten erfolgen:
• •
Die Beurteilung des Einsatzortes (z.B. Zone 1 I IB T4) der Betriebsmi ttel. Zum einen ist eine sicherheitstechnische Beurteilung aller Betri ebsmittel bei der Projektierung v on eigensicheren Stromkreisen durchzuführen.
•
Zum anderen ist eine funktionelle Beurteilung für eine richtige und fehlerfreie Funktion sicherzustellen.
Die sicherheitstechnische Beurteilung berücksichtigt bereits die Anforderungen aus Kapitel 6.3 bei der Zusammenschaltung v on mehreren zugehörigen elektrischen Betriebsmi tteln und damit die Einhaltung der sicherheitstechnischen M axi malwerte i n eigensicheren Stromkreisen.
Tab. C.1
Vergleich Feldgerät + Kabel / zugehöriges Betriebsmittel
Feldgerät + Kabel
Vergleich
zugehöriges Betriebsmittel
Um a x
≥
U0
I m ax
≥
Ik
≥
P
C i Feldgerät
+ C Kabel
≤
Ca
Li Feldgerät
+ L Kabel
≤
La
P m ax
Hinweise zur Darstellung der Appli kationsbeispiele:
•
Bei der Darstellung der einzelnen Problemlösungen wird von der üblichen Norm DIN 19227 Sinnbilder für die Verfahrenstechnik ausgegangen.
•
Eigensichere Stromkreise sind in der Regel erdfrei zu errichten, weshalb auch alle Problemlösungen i m erdfreien Aufbau dargelegt werden.
1.
Erfassung von binären Signalen von I nitiatoren oder Kontakten (Bild C.1)
Für den Anschluß von binären Signalgebern z. B. v on NAM UR-Gebern (Normenarbeitsgemeinschaft für Meß- und Regelungstechnik in der Chemischen I ndustrie), kapazi tiv en oder induktiven I nitiatoren sowie speziell beschalteten Kontakten i st die Ex -Digital-Eingabebaugruppe geeignet. Diese Baugruppe besitzt eine galv anische Trennung zwi schen Peri pheri ebusseite und eigensicherer Eingangsseite.
Sowohl Kontakte als auch Initiatoren nach DIN 19234 benötigen normalerweise keine Bescheinigung einer Prüfstelle, denn diese Betriebsmittel sind als passive eigensichere Betriebsmittel unter Beachtung der Grenzwerte i n Zone 1 oder Zone 2 einsetzbar.
6ES5 998-0EX12
C - 1
Anwendungsbeispiele
S5-100U Ex-Baugruppen
Für die sicherheitstechnische Beurteilung eines Initiators müssen dessen Grenzwerte U, I, P, C i und L i bekannt sein. Die Beurteilung der sicherheitstechnischen Werte liegt in der Gegenüberstellung der sicherheitstechnischen Grenzwerte. Die Differenz C a - C i zwischen der zulässigen äußeren Kapazität C a und der i nneren Kapazität C i des Initiators bestimmt die zulässige Leitungslänge.
Sicherheitstechnische Daten:
Tab. C.2
Vergleich Ex-Digital-Eingabebaugruppe / Näherungsschalter
Näherungsschalter
Vergleich
Ex-Digital-Eingabebaugruppe
3RG 4623-1NA 00
6ES5 437-8EA 12
U
≤
15,5 V
≥
U0
= 10,1 V
I
≤
52 mA
≥
Ik
= 43 mA
P
≤
170 mW
≥
P
= 97 mW
Li
≤
48
≤
La
≤
20 mH
Ci
≤ 100
≤
Ca
≤
3000 nF
µH nF
Zulässige Leitungskapazi tät C L bzw. Länge:
^ ca. 14,5 km Leitungslänge. C i = C a - C i = 3000 nF - 100 nF = 2900 nF =
Ex-Bereich (Zone 1)
Nicht-Ex-Bereich
G Näherungsschalter
Ex-Digital-Eingabebaugruppe
nach DIN 19 234 Ri
Bild C.1
2.
Die
[EEx ib]
IIC
ca. 1 kOhm
Signalstro m kreis Ex-Digital-Eingabebaugruppe und Näherungsinitiator
A usgabe von binären Signalen an M agnetventile (Bild C.2)
am
häufigsten
benutzten
Aktoren
sind
neben
Signalgebern
(z.
B.
LED)
leistungsarme
M agnetventile. Mi t diesen Ventilen können einfach oder doppelt wirkende pneumatische Antriebe angesteuert werden. Bei der funktionellen Betrachtung des Mangetv entils i st der leistungsarme elektrische Stromkreis entscheidend. Um eine genaue Beurteilung durchführen zu können, wi rd noch
die
Ausgangskennli nie
der
v erwendeten
Ex -Digital-Ausgabebaugruppe
herangezogen
(Bild C.3).
C - 2
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
Anwendungsbeispiele
A ufbau und Funktion eines eigensicheren Magnetventils
Eigensichere Magnetventile mit geringer elektrischer Leistungsaufnahme (ca. 20 mW) bestehen aus zwei Teilen, dem E/P-Umformer und dem nachgeschalteten Verstärkerventil. Der E/P-Signalumformer
setzt
stärkerventil
das
elektri sche
schaltet
in
die
Binärsignal
in
federbestimmte
ein
pneumatisches
Ruhelage
zurück.
Binärsignal
Wenn
um.
elektri sch
Das
ein
Ver-
L-Signal
ansteht, wird durch den erregten Magneten eine Auslaßdüse verschlossen. Das Magnetventil ändert seine Arbeitslage.
Diese Technik hat sich bewährt und sie erreicht im rauhen Betrieb Standzeiten von ca. 10 Jahren. Eigensichere
M agnetventile
gibt
es
als
3/2-,
5/2-
oder
6/2-Wege-Verstärkerventile
mit
z.
B.
NAM UR-Anschlußbild für M ontage an Schwenkantri ebe.
r) e h ci s n e
Ex -Digital-Ausgabebaugruppe
(e
[EEx ib]
ig
IIC
A m 0 2. .. 4
Nicht-Ex-Bereich PE
PE
P
R
Ex-Bereich (Zone 1) eigensicheres Magnetventil EEx ib IIC T6
+ -
Bild C.2
(z. B. Fa. SAMSOMATIC
E
Frankfurt, Typ 3963-17..)
A
Eigensicherer Steuerstrom kreis einer Ex-Digital-Ausgabebaugruppe m it M agnetventil (Beispiel einer Schnellentlüftung)
6ES5 998-0EX12
C - 3
Anwendungsbeispiele
S5-100U Ex-Baugruppen
Kennlinie Magnetventil
U[V]
> 3,5 mA (Kurzschluß)
max. 3,5 kOhm Bürde
10
min. 1,65 kOhm Bürde < 2 mA
9
8
7
AP (Arbeitspunkt)
Toleranzbereich Kurzschlußmeldung
6
5
4
3
2 1
1
3
2
6
5
4
9
8
7
Kurzschluß
Bild C.3
Der
10
I [mA]
Ausgangskennlinie der Ex-Digital-Ausgabebaugruppe
Vergleich
mit
den
Werten
des
Magnetv entils
bestätigt
die
Zulässigkeit
der
Zusammen-
schaltung.
Tab. C.3
Vergleich Ex-Digital-Ausgabebaugruppe / M agnetventil (Fa. SAMSO M ATIC Typ 3963-17..)
Magnetventil
Vergleich
Ex-Digital-A usgabebaugruppe
(Fa. SA M SOMA TI C Typ 3963-17..)
6ES5 457-8EA 12
≥
U0
= 10,1 V
≥
Ik
= 43 mA
P
≥
P
= 97 mW
Li (v.k.) + L Ltg
≤
La
≤
20 mH
C i (v.k.) + C Ltg
≤
Ca
≤
3,0
U m a x = 28 V I m ax
= 110 mA
µF
Bei diesem Beispiel wird die zul. Leitungslänge v on der Ex -Digital-Ausgabebaugruppe bestimmt.
3.
Erfassung von Temperaturen mit Widerstandsthermometer (Bild C.4)
Widerstandsthermometer können i n drei v erschiedenen Varianten beschaltet werden. Nach Anwendungsfall und Genauigkeit der Meßschaltung kommen Zwei-, Drei- oder Vierleiterschaltungen i n Frage. Hier wird das Erfassen v on analogen M eßsignalen v on einem Temperaturmeßumformer (SITRANS T) mit Pt 100 betrachtet.
C - 4
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
Anwendungsbeispiele
Bei einer Zweileiterschaltung li egt der Leitungswiderstand i n Reihe mit dem Meßwiderstand. Der Leitungswiderstand muß in der Regel auf einen genau definierten Wert abgeglichen sein. Durch temperaturbedingte Wi derstandsänderungen können Fehler i n die M essung eingehen.
Der Einfluß des Leitungswiderstandes bei der Dreileiterschaltung auf den M eßwert wird mit Hilfe einer dritten Anschlußleitung erfaßt und kompensiert.
M it einem konstanten Strom (ca. 2 mA) wird der Meßwi derstand bei einer Vierleiterschaltung gespeist. Der Spannungsabfall am Pt 100 wird über ein weiteres Adernpaar abgegriffen. Der Leitungswiderstand beeinflußt die Genauigkeit der Messung praktisch nicht.
Je nach Anforderung läßt der Meßumformer SITRANS T eine Zwei-, Drei- oder Vierleiterschaltung zu.
Nachfolgend
wird
eine
Applikation
zur
Temperaturerfassung
bestehend
aus
Ex -Analog-
Eingabebaugruppe und M eßumformer in Zweileiterschaltung betrachtet (Bild C.4). Bei dieser Appli kation übernimmt das AG S5-100U die Speisung des Meßumformers.
Die sicherheitstechnische Betrachtung besteht aus zwei Teilen.
Zum einen ist die Zusammenschaltung v on Ex -Analog-Eingabebaugruppe mi t dem Meßumformer zu untersuchen. Der Vergleich der sicherheitstechnischen Daten ergibt:
Tab. C.4
Vergleich Ex-Analo g-Eingabebaugruppe / M eßumfo rmer SITRANS T
Meßumformer SI TRA NS T
Vergleich
Ex-A nalog-Eingabebaugruppe 6ES5 467-8EE11
= 30,0 V
≥
U0
= 100 mA
≥
Ik
= 82 mA
≥
P
= 600 mW
1 mH
≤
La
≤
4 mH
6 nF
≤
Ca
≤
270 nF
Um a x I m ax
P m ax = 750 mW Li
≤
Ci
≤
= 18,0 V
Zulässige Leitungskapazi tät C L zwi schen Ex -Digital-Eingabebaugruppe und M eßumformer
^ C i = C a - C i = 270 nF - 6 nF = 264 nF = ca. 1,3 km
Die sicherheitstechnischen Daten des Meßumformers auf der Aufnehmerseite (Pt 100) sind:
Ik
= =
Ca
= 59
La
= 72 mH
UL
6 V 20 mA
µF
Zum Anschluß an den Meßumformer gelten folgende Werte
I
= =
Ci
= 12
Li
= 9 mH
U
2 V 20 mA
6ES5 998-0EX12
µF
C - 5
Anwendungsbeispiele
S5-100U Ex-Baugruppen
Nicht-Ex-Bereich
Ex-Bereich (Zone 1)
4...20 mA
Pt 100
Bild C.4
Messumformer
Ex-Analog-Eingabebaugruppe
EEx ib IIC T6
[EEx ib] IIC
Meßkreis Ex-Analog-Eingabebaugruppe m it Meßumformer und Pt 100
Anmerkung: Der Messumformer SI TRANS T läßt auch den Anschluß von Pt 500, Pt 1000, Ni 100 oder Cu 100 zu.
4.
Erfassung von Temperaturen mit Thermoelementen (Bild C.6)
A ufbau und A rbeitsweise von Thermoelementen
Ein Thermoelement besteht aus
• •
dem Thermopaar (Meßfühler) und den jeweils erforderlichen Einbau- und Anschlußteilen.
Das Thermopaar setzt sich aus zwei Drähten zusammen, die aus unterschiedlichen M etallen oder M etallegierungen
bestehen
und
deren
Enden
miteinander
v erlötet
oder
v erschweißt
sind
(Bild C.5).
˚C
1 2
3 4 +
5
6
7
Bild C.5
C - 6
1
Abgleichwiderstand
2
Zuleitung
3
Vergleichstelle
4
Ausgleichsleitung
5
Anschlußstelle
6
Thermopaar mit Plus- und Minus-Thermoschenkeln
7
Meßstelle
Thermoelement
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
Anwendungsbeispiele
Wird die M eßstelle einer anderen Temperatur ausgesetzt als die freien Enden des Thermopaares, entsteht zwischen den freien Enden eine Spannung, die Thermospannung (Seebeck-Effekt). Die Höhe der Thermospannung hängt von der Differenz zwischen der Temperatur der Meßstelle und der Temperatur an den freien Enden ab sowi e v on der Art der Werkstoffkombination des Thermopaares. Da mi t einem Thermopaar immer eine Temperaturdifferenz erfaßt wird, müssen zum Bestimmen der Temperatur der M eßstelle die freien Enden an einer Vergleichsstelle auf gleichbleibender und bekannter Temperatur gehalten werden.
Die Thermopaare werden v on ihrer Anschlußstelle aus durch A usgleichsleitungen bis zu einer Stelle mi t möglichst gleichbleibender Temperatur (Vergleichsstelle) v erlängert.
Die Ausgleichsleitungen haben die gleichen Kennfarben wie die zugehörigen Thermopaare; der Pluspol ist rot gekennzeichnet. Auf polrichtigen Anschluß ist zu achten, da sonst große M eßfehler entstehen. Bis 200
°C gelten für die Ausgleichsleitungen die gleichen Grundwerte und Toleranzen
wi e für die entsprechenden Thermopaare.
Der Einfluß v on Temperaturschwankungen an der Vergleichstelle kann durch eine A usgleichsschaltung kompensiert peratur beträgt 0
°C
werden,
oder 20
z.
B. durch eine Ex-Kompensationsdose. Die Bezugstem-
°C.
Die Vergleichstellen können aber auch mit einem Thermostat (für mehrere Meßstellen) auf einer konstanten Temperatur von 50, 60 oder 70
°C
gehalten werden. Auf Grund der Tatsache, daß
die Thermospannungen sehr klein sind, ist grundsätzlich ein erdfreier Aufbau der M eßschaltung zu empfehlen. So werden Meßfehler durch Potentialdifferenz, Störspannung oder Leckströme sicher v ermi eden. Zusätzlich sollte die Meßleitung geschirmt und am Einbauort geerdet sein. Ist die Vergleichsstelle im M eßumformer integriert, so muß die Ausgleichsleitung bis zur Vergleichsstelle v erlegt werden.
Das Thermoelement wird zwar als aktiv es Betri ebsmittel mit eigener Spannungsquelle angesehen.
Thermoelemente
benötigen
auf
Grund
der
niedrigen
Kenn-
bzw.
Höchstwerte
keine
Bescheinigung für den Einsatz i n Zone 1 und 2 (s. DIN EN 50014 und Bild 6.9).
Die Auswahl des M eßumformers erfolgt aufgrund v erschiedener Auswahlkri terien:
• • • • • • •
Thermoelement nach DIN 43710 oder I EC 584-1 Meßbereich interne oder externe Vergleichsstellenkompensation Bezugstemperatur bei ex terner Kompensation Fühlerbruchüberwachung gewünschtes Ausgangssignal Spannungslinearität oder parametrierbare Linearisierungsfunktion
Nachfolgend
wi rd
ein
Meßkreis
mit
Ex -Analog-Eingabebaugruppe,
M eßumformer
in
Zwei-
leiterschaltung und Thermoelement dargestellt. Bei dieser Appli kation übernimmt die Ex -AnalogEingabebaugruppe die Speisung des Meßumformers.
Die sicherheitstechnische Betrachtung besteht aus zwei Teilen.
Zum
einen
w ird
die
Zusammenschaltung
v on
Ex -Analog-Eingabebaugruppe
mit
dem
Meß-
umformer untersucht, wobei folgender Vergleich der sicherheitstechnischen Daten vorzunehmen i st:
6ES5 998-0EX12
C - 7
Anwendungsbeispiele
Tab. C.5
Vergleich
S5-100U Ex-Baugruppen
Ex-Analo g-Eingabebaugruppe / M eßumfo rmer SITRANS T
Meßumformer SI TRA NS T
Vergleich
Ex-A nalog-Eingabebaugruppe 6ES5 467-8EE11
U m a x = 30,0 V = 100 mA
I m ax
≤
Ci
Zum
≤
U0
= 18,0 V
≥
Ik
= 82 mA
≥
P
= 600 mW
1 mH
≤
La
≤
4 mH
6 nF
≤
Ca
≤
270 nF
P m ax = 750 mW Li
≥
anderen
muß
eine
si cherheitstechnische
Beurteilung
des
M eßkreises
zwischen
Meß-
umformer und Thermoelement erfolgen, z. B. für einen Zone 0-Einsatz mit folgenden Höchstwerten des Gebers (der Meßumformer ist i n Zone 1 eingesetzt):
UL
= 2
Ik
= 20 mA
Ci Li
≤ ≤
V
0,5
µF
1 mH
Weil eine galv anische Trennung innerhalb der Ex -Analog-Eingabebaugruppe und i nnerhalb des M eßkreises des Meßumformers besteht, entfällt die Anbindung an den Potentialausgleich.
Ex-Bereich (Zone 1)
Nicht-Ex-Bereich
4...20 mA
Pt 100
Bild C.6
5.
Messumformer
Ex-Analog-Eingabebaugruppe
EEx ib IIC T6
[EEx ib] IIC
Meßkreis Ex-Analog-Eingabebaugruppe m it Meßumformer und Thermoelement
Erfassen von M eßsignalen mit eigensicheren M eßumformern in Zweileitertechnik (Bild C.7)
Um Druck, Differenzdruck, Durchfluß und Füllstand sowie Temperatur von Chemikalien o. ä. erfassen zu können, werden sehr häufig Meßumformer in Zweileitertechnik eingesetzt. Diese M eßumformer können im Feld auch im ex plosionsgefährdeten Bereich (Zone 1) errichtet werden. Als eigensichere Betri ebsmittel benötigen sie eine Zulassung v on einer Prüfstelle.
Gemeinsames M erkmal von M eßumformern in Zweileitertechnik ist, daß Hilfsenergie und Signalstrom i m selben Stromkreis fli eßen. Abhängig v on der Meßgröße prägen diese Umformer dem Stromkreis einen Strom v on 4 bis 20 mA ein.
C - 8
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
Anwendungsbeispiele
Betrachtet wird das Erfassen v on analogen M eßsignalen eines Zweileitermeßumformers durch die Ex -Analog-Eingabebaugruppe mi t gleichzeitiger M eßumformerspeisung.
Der
Ei nsatz
der
Ex -Analog-Ei ngabebaugruppe,
die
gleichzeitig
die
Funktion
eines
Meß-
umformerspeisegerätes besitzt, i st in Verbindung mit Zweileitermeßumformern relativ einfach. Sowohl die funktionelle als auch die sicherheitstechnische Betrachtung beschränkt sich auf den Vergleich der Daten des M eßumformers mit der Ex -Analog-Eingabebaugruppe.
Tab. C.6
Vergleich Ex-Analo g-Eingabebaugruppe / M eßumfo rmer für Füllstand (Typ Siemens SITRANS P 7MF 4620
M eßumformer für Füllstand
Vergleich
Ex-A nalog-Eingabebaugruppe
Typ Siemens SITRA NS P 7MF 4620
6ES5 467-8EE11
U0
= 30 V
≥
U0
= 18,0 V
Ik
= 100 mA
≥
Ik
= 82 mA
≥
P
= 0,6 W
Li
= 0,6 mH
≤
La
≤
4 mH
Ci
= 6 nF
≤
Ca
≤
270 nF
P
= 0.75 W
Die Kapazität und Induktivi tät der Leitung sind zusätzlich zu berücksichtigen.
Ex-Bereich (Zone 1)
Nicht-Ex-Bereich
4...20 mA
Zweileiter-Messumformer
Ex -Analog-Eingabebaugruppe
EEx ia
[EEx ib]
IIC T6
IIC
(Messumformerspeisegerät)
Bild C.7
6.
Hilfsenergie-/Signalstrom kreis der Ex-Analo g-Eingabebaugruppe m it einem Füllstandsm eßum former
A usgabe von analogen Signalen an Stellglieder (Bild C.8)
Die am häufigsten benutzten Stellglieder haben pneumatischen Stellantriebe, die im Vergleich zu elektrischen Stellantrieben preisgünstiger sind. Mi t einem I/P-Umformer wi rd der Strom (4 bis 20 mA) in ein pneumatisches Einheitssignal (0,2 bis
1 bar) umgeformt. Diese Betri ebsmittel
benötigen eine Zulassung, wenn sie als eigensichere Betriebsmi ttel im ex plosionsgefährdeten Bereich eingesetzt werden sollen.
I n dieser Applikation wi rd die Ausgabe von analogen Signalen durch die Ex -Analog-Ausgabebaugruppe an einen I /P-Umformer in Zweileitertechnik betrachtet. Durch den Einsatz der Ex -AnalogAusgabebaugruppe kann der Stellsignalstromkreis erd- und potentialfrei aufgebaut werden.
6ES5 998-0EX12
C - 9
Anwendungsbeispiele
S5-100U Ex-Baugruppen
Die sicherheitstechnische Betrachtung beschränkt sich auf den direkten Vergleich der Daten des I /P-Umformers und der Ex -Analog-Ausgabebaugruppe:
Tab. C.7
Vergleich
Ex-Analo g-Ausgabebaugruppe / I/P-Um fo rmer
I/P-Umformer
Vergleich
Ex-A nalog-A usgabebaugruppe
Typ 6DR3000-1E/2E
6ES5 477-8EC11
U m a x = 30 V
Die
≥
U0
= 18 V
I m ax
= 100 mA
≥
Ik
= 82 mA
P
= 1000 mW
≥
P
= 600 mW
Li
= v. k.
≤
La
≤
4 mH
Ci
= v. k.
≤
Ca
≤
270 nF
zulässige
Leitungslänge
wird
nur
durch
die
äußere
Kapazität
Ca
der
Analog-Ausgabe-
baugruppe begrenzt.
Ex-Bereich (Zone 1)
Nicht-Ex-Bereich
4...20 mA
A I/P-Umformer
Ex-Analog-Ausgabebaugruppe
SIPART PS
[EEx ib]
EEx ib
Bild C.8
C - 10
IIC
T6
IIC
(Messumformerspeisegerät)
Hilfsenergie-/Signalstrom kreis der Ex-Analo g-Ausgabebaugruppe m it I/P-Um fo rmer in Zweileitertechnik
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
7.
Anwendungsbeispiele
A usgabe von M eldesignalen über eine Leuchtdiode
I n der chemi schen und petrochemischen Industrie setzt man Leuchtmelder auf Halbleiterbasis ein. Dabei handelt es sich um Licht emitierende Dioden auch LEDs genannt. Die Vorteile dieser Technik gegenüber Glühlampen sind:
-
bei einer mittleren Lebensdauer von ca. 10 Jahren entfallen die notwendigen Lampenwechsel;
-
die Lebensdauer einer LED wird durch Vibrationen nicht beeinträchtigt;
-
der bis zu 18-fache Einschaltstrom einer Glühlampe tri tt bei einer LED nicht auf;
-
die Verlustleistung einer LED ist geringer als bei einer Glühlampe;
-
die Abmaße einer LED sind geri nger.
Sollen diese Leuchtmelder in einem ex plosionsgefährdeten Bereich installiert werden, müssen sie einer Zündschutzart nach DIN EN 50 014 ... 50 020 entsprechen. Seit längerem werden derartige Leuchtmelder in der Zündschutzart "Druckfeste Kapselung", kombiniert mit der Zündschutzart "Erhöhte Sicherheit" hergestellt und eingesetzt. Mi t der Zündschutzart "Eigensicherheit" bietet sich eine zusätzliche Lösung an.
Gemäß den Errichtungsbestimmungen DIN VDE 0165 brauchen eigensichere elektrische Betriebsmittel dann nicht einer Ty pprüfung und Kennzeichnung nach DIN EN 50 020 unterworfen zu werden, wenn sie keine Spannungsquelle enthalten und wenn eine eindeutige Kenntnis der elektrischen Kenndaten und des Erwärmungsv erhaltens vorli egt.
Hinweis
Nach DIN VDE 0165 02.91 Abs. 6.1.3.1.3 müssen einzelne Halbleiterbauelemente keiner Ty pprüfung unterworfen werden, wenn das Erwärmungsverhalten der Halbleiter bekannt ist. Dies gilt z.B. für:
- Schalter - Steckvorri chtungen - Klemmkästen - M eßwiderstände - einzelne Halbleiterbauelemente z.B. LED - Spulen (Drehspulengeräte) - Kondensatoren - elektrische Wegfühler nach DIN 19 234 (bedingt)
Um einzelne LEDs zu betreiben, bietet sich der Einsatz einer S5-Ex -Digital-Ausgabebaugruppe 457 an. M it dieser Baugruppe können bis zu 4 LEDs direkt v on einer SPS angesteuert werden.
Zusammenwirken einer LED mit der Ex-Digital-A usgabe
Der Ausgang der Ex -Digital-Ausgabebaugruppe hat eine betriebsmäßige Ausgangsspannung von max . 7,0 - 7,5 V.
Elektri sche Kenndaten aus der Konformi tätsbescheinigung (6ES5 437-8EA12) (nach PTB Nr. EX-88.B.2140x und Nachtrag):
U0
= 10,1 V
IK
= 43 mA
P m ax
= 97 mW
6ES5 998-0EX12
C - 11
Anwendungsbeispiele
S5-100U Ex-Baugruppen
Berechnung des Innenwi derstandes der Ex -Baugruppe:
RI
= U ma x / I m ax = 10,1 V/43 mA = 237 Ohm
Der Innenwi derstand der Ex -Baugruppe, der zur Strombegrenzung dient, beträgt ca. 240 Ohm.
Beschreibung zur Leuchtdiode
Handelsübliche Leuchtdioden arbeiten normalerweise mi t einem Nennbetriebsstrom v on 10 - 20 mA und einer Nennbetriebsspannung (U F ) v on 1,6 V ... 2,0 V, hierbei kann die absolute Sperrschichttemperatur zwi schen 70 °C ... 100 °C betragen. Da die Sperrschicht unter Verguß liegt, ist die an die LED nach außen wirkende Erwärmung vernachlässigbar.
Elektri sche Kenndaten der LED (z.B. Siemens 5-mm-Leuchtdiode Ty p: LR 5460):
Betri ebstemperatur
-55 °C ... 100 °C
Sperrschichttemperatur
+100 °C
Durchlaßstrom
45 mA
Verlustleistung Ptot
150 mW
Wärmewiderstand: Sperrschicht/Luft
500 K/W
Durchlaßspannung
ty p. 1,6 V (max . 2 V)
Erwärmungsverhalten der LED
Für die LED LR 5460 gilt:
R thJ-L = 500 K/W (laut Datenblatt) R thJ-G = 250 K/W
damit
R thG-L = R thJ-L - R thJ-G = 500 K/W - 250 K/W = 250 K/W
Die
∆Τ =
max. Erwärmung für das Gehäuse der Leuchtdiode ist somit R thG-L x P m a x = 250 k/W x 97 mW = 25 K
M ax . Gehäusetemperatur: TG = TU +
∆T
= 60 °C + 25 °C = 85 °C
Es ergibt sich bei einer Umgebungstemperatur v on 60 °C eine max . Oberflächentemperatur v on 85 °C. Diese Temperatur läßt Applikationen der Temperaturklasse T5 (100 °C) zu.
Hinweis
Bei LEDs die in einem M etallgehäuse eingebaut sind reduziert sich die Erwärmung noch einmal.
Der eigensichere Stromkreis genügt somit Applikationen der Kennzeichnung EEx i b I IC T5.
C - 12
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
Anwendungsbeispiele
Berechnung des LED Vorwiderstandes
Die Leuchtdiode arbeitet bei einer Nennbetriebsspannung von 1,6 V bis 2,0 V, hieraus ergibt sich ein Betri ebsstrom der angeschlossenen Leuchtdiode v on:
I B = (U A - U LED ) / R I = (7,25 V - 2,0 V) / 240 Ohm = 22 mA
Um nicht die Kurzschlußüberwachung der Ex -Digital-Ausgabebaugruppe auszulösen, darf der max . Strom v on 5 mA nicht überschritten werden. Das bedeutet es muß zusätzlich ein Vorwiderstand
in
den
eigensicheren
Stromkreis
eingebracht
werden.
Der
Wert
des
Vorwi derstandes
berechnet sich wie folgt:
-
Spannungsabfall am Vorwiderstand U Rvo r = U B - U F = 7,5 V - 1,5 V = 6 V R vo r
= U Rvo r / I B = 6 V / 5 mA = ca. 1,2 kOhm
Um Bauteiletoleranzen auszugleichen sollte der Vorwi derstand i n einem Bereich v on 1,4 ... 1,6 kOhm liegen.
Erwärmung des Vorwiderstandes
Die Erwärmung des Vorwiderstandes ist abhängig v on der im Fehlerfall max . abgebbaren Lei stung (max . 97 mW) der Ex -Digital-Ausgabe. Wird v om Erri chter ein 0,5 W Wi derstand ausgew ählt,
so
ist
die
Erwärmung
des
Vorwiderstandes
auch
bei
hohen
Temperaturen
v ernachlässigbar.
Ex-Bereich (Zone 1)
Nicht-Ex-Bereich
R vor
Leuchtdiode
Bild C.9
Ex-Digital-Ausgabe m it LED
6ES5 998-0EX12
C - 13
Anwendungsbeispiele
C - 14
S5-100U Ex-Baugruppen
6ES5 998-0EX12
D
Sicherheitstechnische Betrachtung bei Zusammenschaltung eigensicherer Stromkreise
6ES5 998-0EX12
1
2
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
Sicherheitstechnische Betrachtung bei Zusammenschaltung eigensicherer Stromkreise
D
Sicherheitstechnische Betrachtung bei Zusammenschaltung eigensicherer Stromkreise
An die SIMATIC S5-Ex-Baugruppen anschließbare Ex-Sensoren/-Aktoren in Zone 1/2 Me ssg rö ße / Ste llg rö ße
S e n so r/Akto r b zw. Me ß me th o d e
PTB-Bescheinig u n g n o tw e n d ig ?
Ex-Baugruppe
Schaltpunkt K o n ta ktla g e
In itia to r - in d u ktiv - ka p a zitiv
ja
E x-Dig ita l-Ein g a b e b a u g ru p p e 6ES5 437-8EA12/21
1 xxx
- p o te n tia lfre ie r Ko n ta kt
n e in , we il p a ssive s Be trie b smitte l *)
Stellung/Posit. (AUF/ZU) Signalwert (EIN/AUS)
- Ma g n e tve n til - E/P-Ve n til
ja
E x-Dig ita l-Au sg a b e b a u g ru p p e 6ES5 457-8EA12
2 xxx
- L ED, Leuchte - Ele ktro lu min e sze n z
n e in , we il p a ssive s Be trie b smitte l *)
Te mp e ra tu r
Me ßu mfo rme r - Wid e rsta n d sg e b e r (Pt 1 0 0 , N i 1 0 0 ) - Th e rmo e le me n te
ja
E x-An a lo g -E in g a b e b a u g ru p p e 6ES5 467 8EA11/8EF11 (in Zwe ile ite rte ch n ik)
4 xxx
Druck
ja Me ß u mfo rme r mit e la stisch e m E le me n t fü r Ab so lu t- u n d D iffe re n zd ru ck u n d ka p a zitive r, in d u ktive r o d e r p ie zo e le ktrisch e r S ig n a lu mw a n d lu n g
E x-An a lo g -E in g a b e b a u g ru p p e 6ES5 467 8EE11 (in Zwe ile ite rte ch n ik)
5 xxx
F ü llsta n d , Dichte
Me ß u mfo rme r mit S e n so r fü r - h yd ro sta tisch e Me ß me th o d e - ra d io me trisch e Me ß me th o d e - e le ktrisch e u . e le ktro n . Me th o d e n - Re fle xio n sme ssu n g
Durchfluß, Ma sse stro m
Me ßu mfo rme r mit - ma g n e tisch -in d u ktive r Sig n a lw a n d lu n g
ja
B e isp ie l **) (APPLI-Nr.)
6 xxx
ja
7 xxx
- Ultra sch a ll-Me ß ve rfa h re n - Wirkd ru ckve rfa h re n Stoffg rö ßen in F lü ssig ke ite n
Me ß u mfo rme r fü r d ie Erfa ssu n g vo n - L e itfä h ig ke it - p H-We rt - Visko sitä t - Re d o xp o te n tia l
ja
8 xxx
Stellung/Posit. (ste tig )
S te llu n g sre g le r - e le ktro p n e u ma tisch - e le ktro h yd ra u lisch
ja
E x-An a lo g -A u sg a b e b a u g ru p p e 3 xxx 6ES5 477-8EC11 (in Zwe ile ite rte ch n ik)
Signalwert (ste tig )
Signalumfo rmer - e le ktro p n e u ma tisch Anze iger - e le ktrisch e Ve rfa h re n - e le ktro n isch e Me th o d e n
*)
9 xxx
n e in , we il p a ssive s Be trie b smitte l *)
D a s Erwä rmu n g sve rh a lte n , d ie in n e re Ka p a zitä t u n d In d u ktivitä t mu ß b e ka n n t se in . D ie EN 5 0 0 1 4 /5 0 0 2 0 mu ß vo m B e trie b smitte l e in g e h a lte n we rd e n , z. B . 5 0 0 V Prü fsp a n n u n g g e g e n E rd e , Ge h ä u se sch u tzkla sse min d e ste n s IP 2 0 .
**) S ch a ltu n g se mp fe h lu n g fü r zu lä ssig e Z u sa mme n sch a ltu n g e ig e n sich e re Stro mkre ise
6ES5 998-0EX12
D - 1
D - 2
SIEMENS
#
Induktiver Nährungsschalter BERO 3RG4 nach NAMUR und DIN 19234
200 m
Schaltschrank Nicht-Ex-Bereich
3RG46..-1NA00 PTB Nr. Ex- 88.B.2145 Hoechstwerte des Betriebsmittels: = 15,5 V Uo = 52 mA I k = 169 mW P = 48 µ H Li = 100 nF Ci
SIEMENS
zul. Leitungslänge:
6ES5 437 - 8EA21 [ EEx ib ] IIC PTB Nr. Ex- 94.X.xxxx
Ex-Digital-Eingabebaugruppe
6ES5 437 - 8EA12 [ EEx ib ] IIC PTB Nr. Ex- 88.B.2149 X U o = 10,1 V I k = 43 mA P = 97 mW L a = 20 mH Ca = 3 µF
SIEMENS
Anschluß eines induktiven Näherungsschalters
Sicherheitstechnische Betrachtung bei
Zusammenschaltung eigensicherer Stromkreise
S5-100U Ex-Baugruppen
Anlage Ex - Bereich
APPL
1001
6ES5 998-0EX12
6ES5 998-0EX12
APPL
SIEMENS
/ 0,5 W
R2
z.B. 3SB1
=
=
v. k.
v. k.
v. k. = vernachlässigbar klein
Ci
Li
PTB Nr. nicht notwendig, weil passives Betriebsmittel. Die max. zul. Belastung von R1 bzw. R2 ist zu beachten.
Drucktaster
200 m
Nicht-Ex-Bereich
R2 = 1...1,5 kOhm
R1
SIEMENS
zul. Leitungslänge:
6ES5 437 - 8EA21 6ES5 437 - 8EA12 [ EEx ib ] IIC [ EEx ib ] IIC PTB Nr. Ex- 88.B.2149 X PTB Nr. Ex- 94.X.xxxx U o = 10,1 V I k = 43 mA P = 97 mW L a = 20 mH Ca = 3 µ F
Ex-Digital-Eingabebaugruppe
Schaltschrank
R1 = 9...11 kOhm / 0,5 W
#
SIEMENS
Anschluß eines Kontaktgebers
S5-100U Ex-Baugruppen Zusammenschaltung eigensicherer Stromkreise
Sicherheitstechnische Betrachtung bei
Anlage Ex - Bereich
1002
D - 3
D - 4
SIEMENS
#
457 - 8EA12
Ex-Digital-Ausgabebaugruppe
200 m
z.B. 3/2 Wege-Magnetventil Typ: 3963-17..
APPL
v. k. = vernachlässigbar klein
Nicht-Ex-Bereich
U max = 28 V I max = 110 mA = v. k. Li = v. k. Ci
Schaltschrank
EEx ia IIC T6 PTB Nr. Ex- 90.C.2100 Höchstwerte des Betriebsmittels:
Fa. Samsomatic Frankfurt
zul. Leitungslänge:
[ EEx ib ] IIC PTB Nr. Ex- 88.B.2149 X U o = 10,1 V I k = 43 mA P = 97 mW L a = 20 mH Ca = 3 µF
6ES5
SIEMENS
Anschluß eines eigensicheren Magnetventils
Sicherheitstechnische Betrachtung bei
Zusammenschaltung eigensicherer Stromkreise
S5-100U Ex-Baugruppen
Anlage Ex - Bereich
4...20 mA (eigensicher)
2001
6ES5 998-0EX12
6ES5 998-0EX12
SIEMENS
z. B. RED
200 m
LH 5424-Q0 (S), 150 mW bei 25
o
= =
UF IF Li
APPL
R thJ-G =
= Ci = P tot =
=
UR
250 K/W
150 mW
v. k.
v. k.
45 mA
ca. 1,75 V
3 V
C
Schaltschrank
PTB Nr. nicht notwendig, weil passives Betriebsmittel Höchstwerte des Betriebsmittels:
SIEMENS
zul. Leitungslänge:
Nicht-Ex-Bereich
R1 = 1,2 kOhm R1
#
457 - 8EA12
Ex-Digital-Ausgabebaugruppe
[ EEx ib ] IIC PTB Nr. Ex- 88.B.2149 X U o = 10,1 V I k = 43 mA P = 97 mW L a = 20 mH Ca = 3 µF
6ES5
SIEMENS
Ansteuerung einer LED
S5-100U Ex-Baugruppen Zusammenschaltung eigensicherer Stromkreise
Sicherheitstechnische Betrachtung bei
Anlage Ex - Bereich
2002
D - 5
D - 6
SIEMENS
R1
o
C
APPL
R thJ-G =
250 K/W
150 mW
v. k.
= P tot =
45 mA v. k.
IF Li Ci
ca. 2,0 V =
=
UF
5 V
=
=
Schaltschrank
UR
PTB Nr. nicht notwendig, weil passives Betriebsmittel Höchstwerte des Betriebsmittels:
z. B. RED LS 3341-MQ, 150 mW bei 25
200 m
SIEMENS
zul. Leitungslänge:
Nicht-Ex-Bereich
R1 = 1,2 kOhm
#
457 - 8EA12
Ex-Digital-Ausgabebaugruppe
[ EEx ib ] IIC PTB Nr. Ex- 88.B.2149 X U o = 10,1 V I k = 43 mA P = 97 mW L a = 20 mH Ca = 3 µF
6ES5
SIEMENS
Ansteuerung einer LED
Sicherheitstechnische Betrachtung bei
Zusammenschaltung eigensicherer Stromkreise
S5-100U Ex-Baugruppen
Anlage Ex - Bereich
2003
6ES5 998-0EX12
6ES5 998-0EX12
SIEMENS
#
477 - 8EC11
Ex-Analog-Ausgabebaugruppe
= = = = = 18 V 82 mA 600 mW 4 mH 270 nF
APPL
30 V 100 mA 1 W v. k. v. k. v. k. = vernachlässigbar klein
= = = = =
Nicht-Ex-Bereich
U max I max P max Li Ci
Schaltschrank
EEx ib IIC T6 PTB Nr. Ex- 91.C.2138 Höchstwerte des Betriebsmittels:
Stellungsregler SIPART PS 6 DR 300 - 1E / 2E
200 m
SIEMENS
zul. Leitungslänge:
R i = 354 Ohm
Uo I k P La Ca
[ EEx ib ] IIC PTB Nr. Ex- 88.B.2149 X
6ES5
SIEMENS
Anschluß eines Stellungsreglers
S5-100U Ex-Baugruppen Zusammenschaltung eigensicherer Stromkreise
Sicherheitstechnische Betrachtung bei
Anlage Ex - Bereich
3001
D - 7
D - 8
SIEMENS
SITRANS T 7NG3022-3J
200 m
Nicht-Ex-Bereich
EEx ia / ib IIC T6 PTB Nr. Ex-91.C.2078X Höchstwerte auf der Ausgangsseite: U max = 30 V I max = 100 mA Pmax =< 750 mW = 1 mH Li Ci nF =< 6
SIEMENS
zul. Leitungslänge:
Schaltschrank
Höchstwerte auf der Geberseite: U = 2 V I = 20 mA C a =< 12 µF L a =< 9 mH
#
Ex-Analog-Eingabebaugruppe
6ES5 467 - 8EE11 [ EEx ib ] IIC PTB Nr. Ex- 91.C.2110 U = 18 V o I = 82 mA k P = 600 mW R = 354 Ohm i L = 4 mH a Ca = 270 nF
SIEMENS
Erfassung von Temperaturen mit Pt 100
Sicherheitstechnische Betrachtung bei
Zusammenschaltung eigensicherer Stromkreise
S5-100U Ex-Baugruppen
Anlage Ex - Bereich
APPL
4001
6ES5 998-0EX12
6ES5 998-0EX12
SIEMENS
U I La Ca
APPL
= 6 nF
= 2 V = 20 mA = 12 µ H
SITRANS T 7NG3022 - 3J
200 m
Nicht-Ex-Bereich
EEx ia/ib IIC T6 PTB Nr. Ex-91.C.2078X Höchstwerte auf der Ausgangsseite U max = 30 V I max = 100 mA P max =< 750 mW < Li = 1 mH < 6 nF Ci =
SIEMENS
zul. Leitungslänge:
Schaltschrank
Hoechstwerte auf der Geberseite
#
Ex-Analog-Eingabebaugruppe
6ES5 467 - 8EE11 [ EEx ib ] IIC PTB Nr. Ex- 91.C.2110 U = 18 V o I = 82 mA k P = 600 mW L = 4 mH a C = 270 nF a R i = 354 Ohm
SIEMENS
Erfassung von Temperaturen mit Thermoelementen
S5-100U Ex-Baugruppen Zusammenschaltung eigensicherer Stromkreise
Sicherheitstechnische Betrachtung bei
Anlage Ex - Bereich
4002
D - 9
D - 10
#
Ex-Analog-Eingabebaugruppe
= = = = = =
Meßumformer für Temperatur 7NG2202 - * ++ 43 - Z
U max = I max = P max < = Li = Ci =
1
-
1
3
5
7
9
2
4
6
8
10
+
Ch0
F - 8
+
Ch1
+
Ch2
+
-
eigensichere Stromkreise
Ch3
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
Technische Daten
wei ter E x - Di gi tal- A u s gabe bau g ru p p e 4 x D C 7 V /2 m A
(6 ES 5 4 5 7 -8E A 1 2)
Te c h n i s c h e D aten
Adreßkennung für ET 100U
4 DA
für ET 200U
4 DA / 048
Ausgänge
4
Potentialtrennung
ja
- in Gruppen zu
1
Leitungslänge (geschirmt)
max. 200 m
Maximaler Leitungswiderstand
RL = (9 V - UA)/3,5 mA UA = Mindestbetriebsspannung des Aktors
Ausgangsstrom bei Signal 1" - Nennwert
2 mA
- zulässiger Bereich
2 ... 3,5 mA
- zulässige Bürde
min. 1,65 k max. 3,5 k
Reststrom bei Signal 0"
Ω Ω
0 mA
Ausgangsspannung - bei Signal 1"
max. DC 7 V
Kurzschluß
> 5 mA
Kurzschlußschutz
Kurzschlußfester Ausgang mit automat. Wiedereinschaltung sobald kein Kurzschluß mehr ansteht
Verzögerungszeit - bei 0" nach 1"
typ. 1 ms
- bei 1" nach 0"
typ. 6 ms
Störungsanzeige (rote LED)
Kurzschluß
Statusanzeige
pro Kanal
Fehlerdiagnose
auf Baugruppe
Schaltfrequenz bei - ohmscher Last
max. 100 Hz
- induktiver Last
max. 2 Hz
Gleichzeitigkeitsfaktor
100 %
Parallelschalten von Ausgängen
möglich (Ex-Bedingungen beachten)
Zündschutzart/Bescheinigung
[EEx ib] IIC nach EN 50020
PTB-Nr.
Ex-88.B.2149X
Höchstwerte der Ausgangsstromkreise:
(je Kanal)
• • • • •
U0
10,1 V
Ik
43 mA
P
97 mW
zul. äußere Induktivität La
< 20 mH
zul. äußere Kapazität Ca
< 3
µF
Zulässige Umgebungstemperatur des Gerätes - waagrechter Aufbau
0 ... 60
- senkrechter Aufbau
0 ... 40
°C °C
Leitungslänge - ungeschirmt
max. 100 m
Bemessung der Isolation
nach VDE 0160
Nennisolationsspannung (+ 9 V gegen
)
AC 12 V
- Isolationsgruppe
1 x B
- geprüft mit
AC 500 V
Nennisolation (Eingang gegen+ 9 V)
AC 60 V
- Isolationsgruppe
1 x B
- geprüft mit
AC 2500 V
6ES5 998-0EX12
F - 9
Technische Daten
S5-100U Ex-Baugruppen
wei ter E x - Di gi tal- A u s gabe bau g ru p p e 4 x D C 7 V /2 m A
(6 ES 5 4 5 7 -8E A 1 2)
Stromaufnahme - aus + 9 V (CPU/ET/PS 935)
typ. 55 mA
Verlustleistung der Baugruppe
typ. 0,5 W
Gewicht
ca. 200 g
F - 10
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
Technische Daten
Ex-A nalog-Eingabebaugruppe 2 x + 4 ... 20 mA (6ES5 467-8EE11)
F 4 3 2 1 operating mode 3 + Ch 0 4 4 ... 20 mA
7 + Ch 1 8 4 ... 20 mA
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
14
ANAL OG INPUT 6ES5 467-8EE11 [EEx ib] IIC PTB Nr. Ex-91.C.2110
+
S
9 V
GND
9V ADST
ADC U
U
i
i
1
3
2
4
5
7
6
9
10
8
4+ +
_
8+
eigensichere Eingangsstromkreise
ZweileiterMessumformer
+
_
[EEX ib] VierleiterMessumformer
6ES5 998-0EX12
F - 11
Technische Daten
S5-100U Ex-Baugruppen
wei ter E x - A n alo g - Ein g ab e b au g ru p p e 2 x + 4 ... 2 0 m A
(6 ES 5 4 6 7 -8E E 1 1)
Te c h n i s c h e D aten
Adreßkennung 1 AE für ET 100U 1kanalig
2 AE
für ET 100U 2kanalig
1 AE oder 012
für ET 200U 1kanalig
2 AE oder 013
für ET 200U 2kanalig Eingangsbereiche (Nennwerte)
+ 4 ... 20 mA
Eingänge
1 oder 2 (umschaltbar)
Potentialtrennung
ja
(Eingänge gegen Erdungspunkt; nicht gegeneinander)
Eingangswiderstand
≥
Leitungslänge (geschirmt)
max. 200 m
Ω
Maximaler Leitungswiderstand
RL = (16 V - UMU)/20 mA
31,25
UMU = Mindestbetriebsspannung des 2-LeiterMeßumformers Anschlußart der Signalgeber
2-Leiteranschluß mit Versorgung über die Baugruppe
Speisespannung des 2-Leiter-Meßumformers
16 V (bei 20 mA)
Digitale Darstellung des Eingangssignals
12 Bit + Vorzeichen (2048 Einheiten = Nennwert)
Meßwertdarstellung
Zweierkomplement (linksbündig)
Meßprinzip
integrierend
Umsetzprinzip
Spannungs-Zeit-Umformung (Dual slope)
Integrationszeit
(einstellbar zur optim. Stör-
20 ms bei 50 Hz
spannungsunterdrückung)
16,6 ms bei 60 Hz
Verschlüsselungszeit pro
Eingang
- bei 2048 Einheiten
max. 60 ms bei 50 Hz / max. 50 ms bei 60 Hz
- bei 4095 Einheiten
max. 80 ms bei 50 Hz / max. 66,6 ms b. 60 Hz
Zulässige Potentialdifferenz
±
1 V
- Eingänge gegeneinander
max.
- Eingänge gegen zentralen Erdungspunkt
max. DC 75 V/AC 60 V
Zul. Eingangsstrom (Zerstörgrenze)
max. 82 mA
Störungsanzeige (rote LED)
Drahtbruch, Überlauf
Kurzschlußschutz
Kurzschlußfester Eingang
Fehlermeldung bei - Bereichsüberschreitung
ja
- Drahtbruch der Signalgeberleitungen
ja
- Drahtbruchsammelanzeige
ja
(über 4095 Einheiten)
Störspannungsunterdrückung für f = nx (50/60 Hz
±
1 %):
Gleichtaktstörungen (Uss= 1 V)
min. 86 dB
- Gegentaktstörungen
min. 40 dB
(Spitzenwert der Störung < Nennwert des Eingangsbereiches) Grundfehlergrenze Gebrauchsfehlergrenze (0 bis 60 Einzelfehler - Linearität - Toleranz Temperaturfehler - Endwert - Nullpunkt
F - 12
°C)
±
0,15 %
±
0,4 %
± ± ± ±
0,05 % 0,05 %
0,01 %/K 0,002 %/K
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
Technische Daten
wei ter E x - A n alo g - Ein g ab e b au g ru p p e 2 x + 4 ... 2 0 m A
Zündschutzart/Bescheinigung
[EEx ib] IIC nach EN 50020
PTB-Nr.
Ex-91.C.2110
(6 ES 5 4 6 7 -8E E 1 1)
Höchstwerte je Kanal:
• • • • • •
U0
18 V
Ik
82 mA
P
600 mW
Ri
354
La
4 mH
Ca
270 nF
Ω
Versorgungsspannung für 2-Leiter-Meßumformer - Nennwert
DC 15 V
Hilfsenergie von der Baugruppe
DC 14 ... 16 V
Bemessung d. Isolation
nach VDE 0160
Nennisolationsspannung (+ 9 V gegen
)
AC 12 V
- Isolationsgruppe
1 x B
- geprüft mit
AC 500 V
Nennisolationsspannung (Eingänge gegen + 9 V)
AC 60 V
- Isolationsgruppe
1 x B
- geprüft mit
AC 2500 V
Stromaufnahme - aus + 9 V (CPU/ET/PS 935)
320 mA
Verlustleistung der Baugruppe - für Zweileiter-MU
typ. 3 W
- für Vierleiter-MU
typ. 0,7 W
Gewicht
ca. 250 g
6ES5 998-0EX12
F - 13
Technische Daten
S5-100U Ex-Baugruppen
Ex-A nalog-Eingabebaugruppe 2 x
±
50 mV (6ES5 467-8EA 11)
operating mode 1 2 3
F
0
F
1
F
2 3
F 3 + Ch 0 4 5 + Ch 1
6 7 +
Ch 2 8 -
9 + Ch 3
10 -
operating mode 4 5 6
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
15
ANAL OG INPUT 6ES5 467-8EA11 [EEx ib] IIC PTB Nr. Ex-94.C.2037 9 V
GND
9 V ADST
ADC
U
Leitungsbr.erkennung
i
Verglst.-Komp
Decoder
U(T)
g n
1 aus 4
ult a h c s b A
1
3
5
7
9
2
4
6
8
10
Klemmenkasten
Kompensationsdose
F - 14
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
Technische Daten
wei ter E x - A n alo g - Ein g ab e b au g ru p p e 2 x
±
50 m V
(6 ES 5 4 6 7 -8E A 1 1)
Te c h n i s c h e D aten
Adreßkennung 1 AE für ET 100U 1kanalig
2 AE
für ET 100U 2kanalig
4 AE
für ET 100U 4kanalig
1 AE oder 012
für ET 200U 1kanalig
2 AE oder 013
für ET 200U 2kanalig
4 AE oder 015
für ET 200U 4kanalig Eingangsbereiche (Nennwerte)
±
Eingänge
1, 2 oder 4 (umschaltbar)
Potentialtrennung
ja
50 mV
(Eingänge gegen Erdungspunkt; nicht gegeneinander)
Eingangswiderstand
≥
Leitungslänge (geschirmt)
max. 200 m
10
ΜΩ
(M+, M-)
Anschlußart der Signalgeber
Zweileiteranschluß
Digitale Darstellung des Eingangssignals
12 Bit + Vorzeichen (2048 Einheiten = Nennwert)
Empfindlichkeit
24,41
Meßwertdarstellung
Zweierkomplement (linksbündig)
Meßprinzip
integrierend
Umsetzprinzip
Spannungs-Zeit-Umformung (Dual slope)
Integrationszeit
µ V/Einheit
(einstellbar zur optim. Stör-
20 ms bei 50 Hz
spannungsunterdrückung)
16,6 ms bei 60 Hz
Verschlüsselungszeit pro
Eingang
- bei 2048 Einheiten
max. 58 ms bei 50 Hz / max. 50 ms bei 60 Hz
- bei 4095 Einheiten
max. 78 ms bei 50 Hz / max. 66,6 ms b. 60 Hz
Zulässige Potentialdifferenz
±
- Eingänge gegeneinander
max.
- Eingänge gegen zentralen Erdungspunkt
max. DC 75 V/AC 60 V
Zul. Eingangsspannung (Zerstörgrenze)
max.
Kurzschlußschutz
Kurzschlußfester Eingang
±
15 V
15 V
Fehlerinformation - Meldung bei Bereichsüberschreitung -
ja
(über 4095 Einheiten)
Meldung bei Drahtbruch der Signalgeberleitungen ja, kanalspezifisch
- Drahtbruch der Signalgeberleitungen
rote LED je Kanal
Störspannungsunterdrückung für f = nx (50/60 Hz
±
1 %):
- Gleichtaktstörungen (Uss= 1 V)
min. 60 dB
- Gegentaktstörungen
min. 40 dB
(Spitzenwert der Störung < Nennwert des Eingangsbereiches) Grundfehlergrenze
1)
Gebrauchsfehlergrenze (0 bis 60
°C)
1)
±
0,3 %,
typ.
±
0,15 %
±
0,5 %,
typ.
±
0,2 %
Linearität
± 0,05 %
Temperaturfehler
±
0,01 %/K (Endwert)
Fehler der internen Vergleichsstellenkompensation
±
6 K, typ.
Zündschutzart/Bescheinigung
[EEx ib] IIC nach EN 50020
PTB-Nr.
Ex-94.C.2037
1)
±
3 K
Fehelerangaben für externe Kompensation der Vergleichsstellentemperatur
6ES5 998-0EX12
F - 15
Technische Daten
S5-100U Ex-Baugruppen
wei ter E x - A n alo g - Ein g ab e b au g ru p p e 2 x
±
50 m V
(6 ES 5 4 6 7 -8E A 1 1)
Höchstwerte je Kanal:
• • • • •
U0
17,22 V
Ik
20 mA
P
86 mW
La
20 mH
Ca
340 nF
Bemessung d. Isolation Nennisolationsspannung (+ 9 V gegen
nach VDE 0160 )
AC 12 V
- Isolationsgruppe
1 x B
- geprüft mit
AC 500 V
Nennisolationsspannung (Eingänge gegen + 9 V)
AC 60 V
- Isolationsgruppe
1 x B
- geprüft mit
AC 2500 V
Stromaufnahme - aus + 9 V (CPU/ET/PS 935)
270 mA
Verlustleistung der Baugruppe
typ. 2,5 W
Gewicht
ca. 250 g
F - 16
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
Ex-A nalog-Eingabebaugruppe 2 x
Technische Daten
Pt100,
±
500 mV (6ES5 467-8EF11)
operating mode 1 2 3 0
F
1
F 7
Ic+
6 M + Ch 0 4
M -
8
Ic -
9
Ic+
5
M +
Ch 1 6 10
M Ic -
operating mode 4 5 6
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
16
ANAL OG INPUT 6ES5 467-8EF11 [EEx ib] IIC PTB Nr. Ex-94.C.2036 9 V
GND
9V
ADST
ADC U
100 Ohm Komp.
i
Schaltfeld
6ES5 998-0EX12
1
M0+
M1+
I C0+
I C1+
2
M0-
M1-
I C0-
I
C1-
F - 17
Technische Daten
S5-100U Ex-Baugruppen
wei ter E x - A n alo g - Ein g ab e b au g ru p p e 2 x P t10 0 (
±
5 0 0 m V)
(6E S 5 4 67 -8E F 1 1)
Te c h n i s c h e D aten
Adreßkennung 1 AE für ET 100U 1kanalig
2 AE
für ET 100U 2kanalig
1 AE oder 012
für ET 200U 1kanalig
2 AE oder 013
für ET 200U 2kanalig Eingangsbereiche (Nennwerte) - Widerstandsgeber (Pt100)
0 ... 200
Ω
(max
. 400 Ω )
- Spannungsquellen
±
Eingänge
1 oder 2 (umschaltbar)
Potentialtrennung
ja
500 mV
(Eingänge gegen Erdungspunkt; nicht gegeneinander)
Eingangswiderstand
≥
Leitungslänge (geschirmt)
max. 200 m
10 M
Ω
(M+, M-)
Anschlußart der Signalgeber
2/4- oder 3-Leiteranschluß
Digitale Darstellung des Eingangssignals
12 Bit + Vorzeichen (2048 Einheiten = Nennwert)
Meßwertdarstellung
Zweierkomplement (linksbündig)
Meßprinzip
integrierend
Umsetzprinzip
Spannungs-Zeit-Umformung (Dual slope)
Integrationszeit
(einstellbar zur optim. Stör-
20 ms bei 50 Hz
spannungsunterdrückung)
16,6 ms bei 60 Hz
Verschlüsselungszeit pro
Eingang
- bei 2048 Einheiten
max. 58 ms bei 50 Hz / max. 50 ms bei 60 Hz
- bei 4095 Einheiten
max. 78 ms bei 50 Hz / max. 66,6 ms b. 60 Hz
Zulässige Potentialdifferenz
±
15 V
- Eingänge gegeneinander
max.
- Eingänge gegen zentralen Erdungspunkt
max. DC 75 V/AC 60 V
Zul. Eingangsspannung (Zerstörgrenze)
max.
Kurzschlußschutz
Kurzschlußfester Eingang
±
15 V
Fehlermeldung bei - Meldung bei Bereichsüberschreitung
ja
- Meldung bei Drahtbruch der Signalleitungen
ja, kanalspezifisch
- Anzeige b. Drahtbr. der Signalgeberleitung
durch rote LED je Kanal
(über 4095 Einheiten)
Störspannungsunterdrückung für f = nx (x = 50/60 Hz
±
1 %; n = 1,2..):
- Gleichtaktstörungen (Uss= 1 V)
min. 60 dB
- Gegentaktstörungen (Spitzenwert der
min. 40 dB
Störung < Nennwert des Eingangsbereiches) Fehlergrenzen, 4-Leiter-Schaltung - Grundfehlergrenze - Gebrauchsfehlergrenze (0 bis 60
Standardbereich:
°C)
- Linearität - Temperaturfehler Fehlergrenzen, 3-Leiter-Schaltung
± ± ± ±
0,3 % (typ. 0,1 %) 0,5 % (typ. 0,2 %)
Klimabereich:
± ±
0,01 %/K
Standardbereich:
- Temperaturfehler Zündschutzart/Bescheinigung
[EEx ib] IIC nach EN 50020
PTB-Nr.
Ex-94.C.2036
- Gebrauchsfehlergrenze (0 bis 60 - Linearität
F - 18
1,0 % /typ. 0,5 %)
0,05 %/K
± ± ± ±
- Grundfehlergrenze
0,5 % (typ. 0,2 %)
°C)
0,5 % (typ. 0,3 %) 1,2 % 0,05 %/K 0,02 %/K
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
Technische Daten
wei ter E x - A n alo g - Ein g ab e b au g ru p p e 2 x P t10 0 (
±
5 0 0 m V)
(6E S 5 4 67 -8E F 1 1)
Höchstwerte je Kanal:
• • • • •
U0
17,22 V
Ik
33 mA
P
142 mW
La
10 mH
Ca
240 nF *)
Bemessung d. Isolation
nach VDE 0160
Nennisolationsspannung (+ 9 V gegen
)
AC 12 V
- Isolationsgruppe
1 x B
- geprüft mit
AC 500 V
Nennisolationsspannung (Eingänge gegen + 9 V)
AC 60 V
- Isolationsgruppe
1 x B
- geprüft mit
AC 2500 V
Stromaufnahme - aus + 9 V (CPU/ET/PS 935)
270 mA
Verlustleistung der Baugruppe
typ. 2,5 W
Gewicht
ca. 250 g
*)
Bei Anschluß an Geber m it den Höchstwerten U =
±
1 V, I = 20 mA, die eine Spannungs-
bzw. Stromaddition um diese Werte bewirken:
L
a
= 10 mH, C
6ES5 998-0EX12
a
= 240 nF
F - 19
Technische Daten
S5-100U Ex-Baugruppen
A nalog-A usgabebaugruppe 2 x 4 ... 20 mA (6ES5 477-8EC11)
F
4 + Ch 0 6 4 ... 20 mA
8 + Ch 1 10 4 ... 20 mA R ≥ 300 Ω
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
14
ANAL OG OUT PUT 6ES5 477-8EC11 [EEx ib] IIC PTB Nr. Ex-91.C.2109 +
S
9 V GND
9V DAMPW
n
n i
U
U
i
i
i
1
3
5
7
9
2
4
6
8
10
eigensichere Ausgangsstromkreise
nicht benutzte Ausgänge
+
_
kurzschliessen _
+
F - 20
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
Technische Daten
wei ter E x - A n alo g - A u s g a be ba u g ru p pe 2 x + 4 ... 2 0 m A
(6 ES 5 4 7 7 -8E C 1 1)
Te c h n i s c h e D aten
Adreßkennung - für ET 100U
2 AX
- für ET 200U
2 AX oder 029
Ausgangsbereich (Nennwert)
4 ... 20 mA
Anzahl der Ausgänge
2
Potentialtrennung
ja
(Ausgänge gegeneinander und gegen Erdungspunkt)
≥
300
Ω
Bürde
R
Leitungslänge (geschirmt)
max. 200 m
Maximaler Leitungswiderstand
RL = (14 V - UA)/20 mA UA = Mindestbetriebsspannung des Aktors
Anschlußart der Aktoren
2-Leiteranschluß für 2-Leiter-Aktoren z. B. I/P-Regler, Anzeigen
Digitale Darstellung des Ausgangssignals
11 bit + Vorzeichen (1024 Einheiten = Nennwert)
Speisespannung des Aktors -
Nennwert
14 V (bei 20 mA)
-
zulässiger Bereich (einschl. Welligkeit)
12 ... 16 V
Meßwertdarstellung
Zweierkomplement (linksbündig)
Wandlungszeit (0 auf 100 %
max.
300 ms
Zulässige Übersteuerung
max. 25 %
Kurzschlußschutz
Kurzschlußfester Ausgang
Kurzschlußstrom
typ. 27 mA
Störungsanzeige (rote LED)
Drahtbruch, Kurzschluß
Zulässige Potentialdifferenz, gegen Erde und Ausgänge gegeneinander
max. DC 75 V/AC 60 V
Grundfehlergrenze
±
- Temperaturfehler
± ± ±
Zündschutzart/Bescheinigung
[EEx ib] IIC nach EN 50020
PTB-Nr.
Ex-91.C.2109
Gebrauchsfehlergrenze (0 bis 60
°C)
0,5 %
- Linearität
0,6 % 0,2 % 0,01 %/K
Höchstwerte je Kanal:
• • • • • •
U0
18 V
Ik
82 mA
P
600 mW
Ri
354
zul. äußere Induktivität La
4 mH
zul. äußere Kapazität Ca
270 nF
Bemessung der Isolation Nennisolationsspannung (+ 9 V gegen
Ω
nach VDE 0160 )
AC 12 V
- Isolationsgruppe
1 x B
- geprüft mit
AC 500 V
Nennisolation (Ausgänge gegeneinander)
AC 60 V
- Isolationsgruppe
1 x B
- geprüft mit
AC 1500 V
Nennisolation (Ausgang gegen + 9 V)
AC 60 V
- Isolationsgruppe
1 x B
- geprüft mit
AC 2500 V
6ES5 998-0EX12
F - 21
Technische Daten
S5-100U Ex-Baugruppen
wei ter E x - A n alo g - A u s g a be ba u g ru p pe 2 x + 4 ... 2 0 m A
Stromaufnahme
(6 ES 5 4 7 7 -8E C 1 1)
typ. 350 mA
- aus + 9 V (CPU/ET/PS 935) Verlustleistung der
typ. 3,2 W
Baugruppe Gewicht
F - 22
ca. 250 g
6ES5 998-0EX12
G
Fachwörter zum Thema Explosionsschutz und "Eigensicherheit" (Glossar)
6ES5 998-0EX12
1
2
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
Fachwörter z um Thema Explosionsschutz und "Eigensicherheit" (Glossar)
G
Fachwörter zum Thema Explosionsschutz und "Eigensicherheit" (Glossar)
Explosionsfähige A tmosphäre
ist ein Gas-/Dampf-Luftgemisch, das unter atmosphärischen Bedingungen (0,8 bar - 1,1 bar und 20
°C)
durch
Zündung ex plodiert. Eine Selbstzündung und eine Detonation können unter atmosphärischen Bedingungen nicht entstehen. Gefährliche explosionsfähige
Ex plosionsfähige Atmosphäre in gefahrdrohenderMenge.
A tmosphäre
Als gefahrdrohend gilt eine M enge, wenn im Falle ihrer Zündung Personenschaden durch direkte oder i ndirekte Einwirkung herv orgerufen werden kann.
Zone 0
umfaßt explosionsgefährdete Bereiche, in denen eine gefährliche ex plosionsfähige Atmosphäre ständig oder langzeitig v orhanden ist.
Zone 1
umfaßt explosionsgefährdete Bereiche, in denen eine gefährliche ex plosionsfähige Atmosphäre gelegentlich
Zone 2
auftritt.
umfaßt Bereiche, i n denen damit zu rechnen ist, daß eine gefährliche ex plosionsfähige Atmosphäre nur selten und dann auch nur kurzzeitig auftri tt.
Zone 10
Zone 10 umfaßt Bereiche, in denen eine gefährli che ex plosionsfähige Staubatmosphäre langfri stig oder häufig v orhanden ist.
Zone 11
umfaßt Bereiche, i n denen damit zu rechnen ist, daß gelegentlich durch Aufwi rbeln abgelagerten Staubes eine gefährliche ex plosionsfähige Atmosphäre kurzzeitig auftritt.
Mindestzündenergie
eines Gas- oder Dampf-Luft-Gemisches i st die kleinste erforderliche elektrische Energie, die
das zündwilli gste
Gemisch eines Gases oder Dampfes mit Luft bei einem Druck v on 1 bar und einer Temperatur v on 20
°C
noch
zu zünden v ermag. Zündtemperatur
Die Zündtemperatur ist die unterste Temperatur der Zündquelle, bei der ein brennbares Gas/Luft-Gemi sch entzündet werden kann und ohne weitere Wärmezufuhr weiterbrennt.
Glimmtemperatur
Die Glimmtemperatur gibt an, bei welcher mi nimalen Temperatur einer freiliegenden Oberfläche eine Staubschicht v on 5 mm gerade noch entzündet werden kann. Bei größeren Schichtdicken kann Glimmen auch bereits unterhalb dieser Gli mmtemperatur einsetzen. Besonders gefährlich sind Kohlestaub, Mehlstaub, Metallstäube.
Flammpunkt
Der Flammpunkt ist die niedri gste Temperatur, bei der sich in einem genormten Tiegel so vi ele Dämpfe entwickeln, daß sie durch eine fremde Zündquelle entzündet werden können.
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G - 1
Fachwörter z um Thema Explosionsschutz
S5-100U Ex-Baugruppen
und "Eigensicherheit" (Glossar)
Dichte
Die Dichte eines Stoffes ist durch das Verhältnis seiner M asse zu seinem Volumen gegeben und i st insbesondere bei Gasen und Dämpfen v om herrschenden Druck und der v orhandenen Temperatur abhängig. Bei abgelagerten Stäuben hängt die Dichte u. a. auch von der Art der Schüttung und der Korngröße ab.
Dichteverhältnis
Für Gase und Dämpfe wird in entsprechenden Tabellen oft das Dichteverhältnis angegeben, das aussagt, wieviel mal schwerer oder leichter das betreffende Medium als Luft ist, wobei gleiche Temperatur und gleicher Druck v orausgesetzt werden. Hieraus kann erkannt werden, ob sich das Gemisch v orwiegend in den unteren oder oberen Raumzonen aufhalten wird.
Verdunstungszahl
Zur Beurteilung der Verdunstungsgeschwindigkeit einer Flüssigkeit und damit der Gefahr der Bildung von ex plosionsfähigen Gemischen hat man eine Verdunstungszahl definiert, die angibt, welche Zeit die betrachtete Flüssigkeit für ihre Verdunstung i m Verhältnis zu der Zeit benötigt, die für die Verdunstung der gleichen M enge Äther erforderlich ist. Gemeinsames Unterscheidungszeichen, welches bestätigt, daß das Betri ebsmittel der Konformitätsbescheinigung entspricht und v om Hersteller einer Stückprüfung unterzogen wurde.
ia/ib
Kategorien eigensicherer Betriebsmittel gemäß EN 50020. ia
=
für den Einsatz innerhalb der Zone 0 geeignet.
ib
=
für den Einsatz innerhalb der Zonen 1, 2 geeignet
II A / II B / II C
sind Ex plosionsgruppen gem. EN 50014. Sie beruhen bei eigensicheren elektrischen Betri ebsmitteln auf dem Verhältnis des Mindeszündstroms (MI C) der Gase und Dämpfe zum Mi ndestzündstrom v on Laboratori umsM ethan. Zuordnung der durch das elektrische Betriebsmittel in den explosionsgefährdeten Bereich einbringbaren Energie zu der Mindest-Zündenergie der gefährli chen ex plosionsfähigen Atmosphäre.
Eigensicherheit
Ein Stromkreis ist eigensicher, wenn durch ihn ein ex plosionsfähiges Gemisch weder betriebsmäßig noch i m Fehlerfall durch elektrische Funken oder Erwärmung unter festgelegten Prüfbedingungen entzündet werden kann. Bei der Eigensicherheit bezieht sich die Zündschutzart auf den gesamten Stromkreis.
Sicherheitsfaktoren
Zone 1
Beim Auftreten eines Fehlers im eigensicheren Stromkreis muß die Eigensicherheit noch aufrechterhalten bleiben.
Zone 0
Beim Auftreten v on zwei voneinander unabhängigen Fehlern muß die Eigensicherheit noch aufrechterhalten bleiben.
G - 2
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
Fachwörter z um Thema Explosionsschutz und "Eigensicherheit" (Glossar)
Temperaturklassen T1 - T6
Bei den Temperaturklassen T1 ... T6 werden die max imalen Oberflächentemperaturen der im Ex -Bereich
installier-
baren Betriebsmittel den M indest-Zündtemperaturen der möglichen gefährlichen ex plosionsfähigen Atmosphäre gegenübergestellt. Die max imale Oberflächentemperatur muß immer kleiner sein als die Mindestzündtemperatur. Keine Temperaturklassen benötigen "zugehörige elektri sche Betriebsmi ttel", da diese nicht in den ex plosionsgefährdeten Bereichen betrieben werden dürfen und somi t eine thermische Zündung durch das zugehöri ge Betriebsmittel ausgeschlossen ist. Funkenprüfgerät
Eigensichere Stromkreise werden mit dem Funkenprüfgerät geprüft. Dieses Prüfgerät ist gemäß I EC-Publi kation 79-3 als i nternationales Standardprüfgerät für eigensichere Stromkreise in der EN 50020 vorgeschri eben.
Nichtstöranfällige
Bei diesen Bauelementen wi rd nicht mit einem Fehler
Bauelemente
gerechnet, gem. EN 50020 brauchen sie nicht redundant v orhanden zu sein. Zu ihnen zählen Netztransformatoren, Übertrager, Optokoppler, Relais, Dämpferwicklungen und Wi derstände zur Strombegrenzung.
Störanfällige Bauelemente
Zu ihnen zählen Halbleiterbauelemente und Kondensatoren. Sie dürfen gemäß EN 50020 nur mit einem bestimmten Prozentsatz ihrer Nennwerte z. B. für Strom und Spannung ausgelastet werden.
Baubestimmungen
Beim Bau v on Betri ebsmitteln mit eigensicheren Stromkreisen gemäß der europäischen Norm unter Bezeichnung DIN EN 50020/VDE 0170/0171 Teil 7/5.78 sind zwei Gesichtspunkte besonders wi chtig: a)
Schutz der eigensicheren Stromkreise gegen den Übertritt fremder Spannungen und Schutz gegen das Annehmen zu hohen Potentials gegenüber Erde und
b)
Strom- und Spannungsbegrenzung unter Berücksichtigung eines Sicherheitsfaktors.
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G - 3
Fachwörter z um Thema Explosionsschutz
S5-100U Ex-Baugruppen
und "Eigensicherheit" (Glossar)
Betriebsmittel
Grundsätzli ch unterscheidet man folgende Betriebsmittelarten: a)
Eigensichere Betriebsmittel Elektrisches Betriebsmittel, i n dem alle Stromkreise eigensicher sind.
b)
Zugehöriges Betriebsmittel Ein elektrisches Betriebsmittel, das sowohl eigensichere als auch nichteigensichere Stromkreise enthält, welche die Sicherheit v on eigensicheren Stromkreisen beeinflussen können. Anmerkung: Ein zugehöriges elektrisches Betri ebsmittel kann entweder ein elektrisches Betri ebsmittel mit einer anderen, in der Europäischen Norm EN 50014 aufgeführten, zur Verwendung i n ex plosionsgefärdeten Bereichen geeigneten Zündschutzart sein, oder ein elektrisches Betiebsmittel, das nicht entsprechend geschützt ist und das deshalb in ex plosionsgefährdeten Bereichen nicht verwendet werden darf.
Die eigensicheren Betriebsmittel sind zu unterteilen in: c)
Passive eigensichere Betriebsmittel Betriebsmi ttel mit ausschließlich eigensicheren Stromkreisen, v on denen die Eigensicherheit nicht abhängt, wie z. B. Fotoelemente, dynamische Telefonkapseln, kontaktgebende Befehlsgeber sowie Widerstandsferngeber, Klemmenkästen und Steckv erbinder. Alle diese Betriebsmittel liefern im Sinne der Eigensicherheit keine bzw. eine vernachlässigbare Energie an Funken, die in eigensicheren Stromkreisen auftreten, und nehmen keine unzulässige Erwärmung an. Sie brauchen in der Bundesrepublik Deutschland nicht bescheinigt zu sein.
d)
Passive eigensichere Betriebsmittel mit Energiespeicher Betriebsmi ttel, die zwar keine eigene Spannungsquelle besitzen, die aber magnetische, elektri sche und
thermische Energie speichern können.
Dazu sind z. B. zu zählen: Meßgeräte, Fühler v on induktiven Näherungsschaltern, Lautsprecher, Entstörkondensatoren, kapazi tiv e Sonden und Leuchtdioden. Diese Betriebsmittel werden in der BRD nur dann bescheinigt, wenn der Betreiber, der die Verantwortung hat, sich über die Energiespeicherfähigkeit nicht eindeutig im Klaren ist und auf einer Prüfung durch die Prüfstelle besteht. Errichten eigensicherer
Während der Bau v on Betri ebsmitteln mit eigensicheren
A nlagen
Stromkreisen in aller Welt nach sehr ähnlichen und in Europa sogar harmonisierten Bestimmungen erfolgt, bestehen beim Errichten eigensicherer Anlagen doch erhebli che Unterschiede. Noch immer wird die I nstallation eigensicherer Anlagen allgemein als nationale Angelegenheit angesehen.
G - 4
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
Fachwörter z um Thema Explosionsschutz und "Eigensicherheit" (Glossar)
Errichten eigensicherer
Eigensichere Stromkreise sind in einem besonderen Maße
A nlagen
gefährdet, weil bereits geringe Energiemengen ausrei-
in der BRD
chen, die Eigensicherheit aufzuheben. Die Errichtungsbe-
(nach DIN VDE 0165/2.91)
stimmungen DIN VDE 0165/2.91 haben deshalb das Ziel, eigensichere Stromkreise als solche deutli ch zu kennzeichnen und sie v or äußeren Beeinflussungen zu schützen.
Benachbarte nichteigensichere
Eigensichere Stromkreise sind getrennt v on nichteigen-
Stromkreise
sicheren Stromkreisen zu verlegen und besonders deutli ch zu kennzeichnen. So dürfen Leiter v on eigensicheren und nichteigensicheren Stromkreisen nicht gemeinsam in Kabeln, Leitungen, Rohren, Kanälen und Bündeln geführt werden. Alle Betriebsmittel, i n die eigensichere Stromkreise eingeführt werden, müssen bescheinigt sein, unabhängig davon, ob sie sich innerhalb oder außerhalb des ex plosionsgefährdeten Bereiches befinden.
Potentialausgleich
Um die Gefahr der Funkenbildung durch unterschiedliche Potentiale in ex plosionsgefährdeten Bereichen so klein wie möglich zu halten, wird Potentialausgleich v orgeschrieben.
Danach müssen alle der Berührung zugänglichen leitenden Konstruktionsteile, z. B. Stützen, Behälter und Rohrleitungen, miteinander und mit dem Schutzleiter verbunden werden. Der Potentialausgleich muß entsprechend DIN VDE 0100 Teil 410 und Teil 540 ausgeführt werden. Errichten in Zone 2
Die Zone 2 ist nur in Ausnahmefällen ex plosionsgefährdet. In diesem Gefahrbereich dürfen z. Zt. M eß- und Fernmeldegeräte gemäß DIN VDE 0165/2.91 außer in ex plosionsgeschützter Ausführung auch in normaler Bauart v erwendet werden, wenn sie keine betriebsmäßig funkengebenden Teile enthalten.
Errichten in Zone 0
Da in der Zone 0 ständig gefährliche explosionsfähige Atmosphäre anstehen kann, werden besonders hohe Sicherheitsanforderungen an die elektrischen Anlagen gestellt. Beim Einsatz in der Zone 0 müssen alle Betriebsmittel gemäß DIN VDE 0165/2.91 für diese Zone 0 bescheinigt sein. Es müssen z. B. die Betri ebsmittel der Kategorie "ia" entsprechen.
CENELEC
"Europäisches Komitee für elektrotechnische Normungen" Beteiligt sind die Länder der EG und zusätzlich Finnland, Griechenland, Norwegen, Österreich, Portugal, Schweden, Schweiz und Spanien.
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G - 5
Fachwörter z um Thema Explosionsschutz
S5-100U Ex-Baugruppen
und "Eigensicherheit" (Glossar)
G - 6
6ES5 998-0EX12
H
Ex-Betriebsmittel und Zubehör
H.1
Weitere Ex -Betri ebsmittel v on Siemens
.
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H
-
1
H.2
Zubehör .
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2
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1
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S5-100U Ex-Baugruppen
Ex-Betriebsmittel und Zubehör
H
Ex-Betriebsmittel und Zubehör
H.1
Weitere Ex-Betriebsmittel von Siemens
1.
Explosionsschutz bei Drehstrom-Niederspannungsmotoren Druckschrift:
2.
Feldmultiplexer FM 100 Handbuch:
3.
Bestell-Nr. C79000-G8000-C12 (deutsch)
Wäge- und Dosiersystem SIWAREX P Katalog:
4.
EEx’e’ - Drehstrom-Niederspannungsmotoren Bestell-Nr. E20001-P111-A105
MP14, Elektromechanische Waagen
Ex-geschützte Meßumformer - Druck- und Füllstandsmeßgeräte - Elektrische Meßumformer für Druck - Elektrische Meßumformer für Differenzdruck - pneumatische Stellantriebe - Thermoelemente und Meßumformer Katalog:
5.
Anzeiger und Grenzwertmelder Katalog:
6.
MP01, Standarderzeugnisse der Prozeßtechnik
MP12
Bergbau-Elektrotechnik SIMDAS S5 Katalog:
6ES5 998-0EX12
Sch 7.3, Bestell-Nr. E86010-K2107-B301-A3
H-1
Ex-Betriebsmittel und Zubehör
H.2
1.
Zubehör
Normprofilschienen 35 mm für 19"-Schränke, Länge 483 mm für 600 mm-Schränke, Länge 530 mm für 900-Schränke, Länge 830 mm Länge 2000 mm, ungelocht
2
3.
6ES5 6ES5 6ES5 6ES5
710-8MA11 710-8MA21 710-8MA31 710-8MA41
Stromversorgungsbaugruppen Stromversorgungsbaugruppe PS 931 AC 115 V/230 V; DC 24 V; 2 A
6ES5 931-8MD11
Lastnetzgerät 6EW1 AC 115 V/230 V; DC 24 V; 2 A AC 115 V/230 V; DC 24 V; 4 A AC 115 V/230 V; DC 24 V; 10 A
6EW1 380-0AA 6EW1 380-1AA 6EW1 380-4AAB01
Anschaltungsbaugruppen Anschaltung IM 315 Anschaltung IM 316 - Steckleitung (0,5 m) - Steckleitung (2,5 m) - Steckleitung (5,0m) - Steckleitung (10 m)
H-2
S5-100U Ex-Baugruppen
6ES5 6ES5 6ES5 6ES5 6ES5 6ES5
315-8MA11 316-8MA12 712-8AF00 712-8BC50 712-8BF00 712-8CB00
6ES5 998-0EX12
J
Index
6ES5 998-0EX12
1
2
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
Index
In dex
A Adreßbilanz .......................................... 11-7
Baugruppe max imale Anzahl .......................... 11-6
Adreßkennung ...................................... 12-5 Adressierung
Baugruppenadressierung ..................... 12-1
ET 100U/ET 200U ............. 11-15, 12-5
Baumusterprüfbescheinigung .......... 2-5, 4-4
S5-95/100U .................................. 12-1
Baumusterprüfung ................................ 6-11
Adreßvolumen ...................................... 11-5
Baumusterprüfv erfahren ......................... 2-5
AG S5-100U ......................................... 11-2
Berechnungsv erfahren
AG S5-95U ........................................... 11-2
PTB-Bericht W-39 ........................ 6-24
Aktoren ....................................... 11-33, C-2
Bereich ................................................... 1-1
Analog-Ausgabebaugruppe
Berührungsschutz ...........................7-2 - 7-3
6ES5 477-8EC11................................ 11-33
Beschaffenheit elektrischer Anlagen ...... 2-4
Analog-Eingabebaugruppe
Betrieb .................................................... 7-9
6ES5 467-8EA11 ................................ 11-39
Betriebsmi ttel ..........................2-7, 2-20, 5-1
Analog-Eingabegruppe
aktiv e eigensichere....................... 6-11
6ES5 467-8EE11 ................................ 11-28
Auswahl .................................. 7-2, C-1
Analog-Eingabegruppe
eigensicher .......................... 4-13, 6-10
6ES5 467-8EF11 ................................ 11-47
elektrische ...................................... 1-1
Analogbaugruppe
mehrere ........................................ 6-20 mit galv. Trennung........................ 6-16
Adressierung ................................ 12-4
ohne galv . Trennung .................... 6-15
Analogwert
passiv e eigensichere .................... 6-11
ausgeben.................................... 11-56
zugehörig ............................. 4-13, 6-17
einlesen ...................................... 11-55 Analogwert-Darstellung .............................11-31, 11-35, 11-52 Anlage
Betriebsstätte.......................................... 1-1 Beurteilung ............................................ C-1 Bezugspotential .................................... 9-31
eigensicher ................................... 6-10
Blitz-/Überspannungsschutz ................. 9-36
Anschaltungsbaugruppe IM 318 ............. 9-3
Blitzschlag ............................................ 9-38
Anschlußstelle ...................................... 4-13
Blitzschutz ............................................ 9-31
Applikationsbeispiele ............................. C-1
Blitzschutz-Potentialausgleich .............. 9-34
Arbeitspunkt........................................ 11-25
Blitzschutzeinrichtung ........................... 9-15
Aufbau
Blitzstromableiter .................................. 9-34
dezentral....................................... 9-32
Brennpunkt ............................................. 1-2
einzeilig ...................................... 11-11
Busmodul.............................................. 11-1
elektrisch ...................................... 9-14
Bussy stem ............................................ 10-3
ET 100U/ET 200U ...................... 11-14
technische Daten.......................... 10-4
mehrzeilig ................................... 11-11 senkrecht ...................................... 9-12
C
Aufbau einer Zeile .................................. 9-2 Aufsichtsbehörde .................................... 2-3
CENELEC ............................................. 2-17 Mitglieder ...................................... 2-17
Ausgangskennlinie ............................... 6-20 Ausgleichsleitung................................... C-7
Code für Kennzeichnung ......................... 5-1
Ausgleichsstrom ................................... 9-34
Codierelement ........................................ 9-5
B
D
Bauartprüfung ......................................... 2-2 Bauartzulassung ..................................... 2-7
Detonation .............................................. 1-1
Baubestimmung....................2-1, 2-10, 6-12
Digital-Ausgabegruppe 6ES5 457-8EA12 ................................................... 11-24
6ES5 998-0EX12
S - 1
I ndex
S5-100U Ex-Baugruppen
Digital-Eingabebaugruppe
Ex plosionsschutz
6ES5 437-8EA12 ................................ 11-18
außerhalb CENELEC ................... 4-22
Digitalbaugruppe
primär ............................. 1-5, 3-1 - 3-2
Adressierung ................................ 12-3 DIN EN 50020 ............................. 6-11, 6-21
sekundär....................... 1-5, 4-1 - 4-24 Ex plosionsschutz-Richtli nie (EX-RL)
DIN VDE 0165/02.91 ............................ 9-20
................................................ 2-3, 2-8
DIN VDE 0165/2.91 ........................7-1 - 7-2
Ex plosionsunterdrückung ....................... 3-2
Druckfeste Kapselung "d" ....................... 4-8
Ex plositionsgefahr .................................. 4-3
E
F
Eigensicherheit
Fadenmaß ............................................ 6-12
Gewährleistung .............................. 6-3
Fehlermeldung AE-Bgr. 467-8EA11 ... 11-46
Nachweis ...................................... 6-22
Fehlermeldung AE-Bgr. 467-8EE11 ... 11-32
Eigensicherheit "i "................................. 4-11
Fehlermeldung DA-Bgr. ...................... 11-26
Einrichtung
Feldstromkreis ...................................... 6-10
flammendurchschlagsicher............. 3-2
Flammendurchschlag (Zündschutzart)
Elex V ........................................1-1, 2-1, 2-4
..................................................... 4-17
EMV ..................................................... 9-30
Flammendurchschlagsicherungen.......... 2-7
EMV-Maßnahmen ................................ 9-31
Flammpunkt ..................................... 1-2, 3-1
EN 50014................................................ 5-1
Funkenzündung ............................... 6-1, 6-3
EN 50014 ... 50020................................. 5-5 EN 50020................................................ 6-4
G
Energiespeicher.................................... 6-11 Entladung
Gebäudeschirmung .............................. 9-31
elektrostatisch .............................. 9-29
Gefahrdrohende Menge.......................... 1-4
Erhöhte Sicherheit "e" ............................ 4-9
Gefährdungsgrad.................................... 4-1
Erlaubnisschein .................................... 9-44
Geräteschirmung .................................. 9-27
Errichter .................................................. 2-6
Gewerbeordnung ......................2-1, 2-3, 2-7
Errichtung
GewO...................................................... 2-1
Beispiel........................................... 8-1
Glimmtemperatur .................................... 1-3
Errichtungsbestimmungen ......2-1, 2-10, 7-1
Grenzkurvendiagramm ......................... 6-28
Erweiterungsgeräte ET 100/ET 200U... 11-3
Grenzspaltweite (MESG) ...................... 4-17
ET 100U ............................................... 11-3 ET 200U ............................................... 11-3
H
Europäische Norm ................................ 2-10 Ex -Aufbau ............................................. 9-41 Ex -Baugruppe....................................... 11-1 Ex -Betriebsmittel .................................... 2-5
HART-Protokoll ................................... 11-37
I
Ex -Busmodul ............................... 9-4, 11-16 Ex -Peripheriebaugruppe......................... 9-5
IEC
..................................................... 2-16
Ex -Sy mbol .............................................. 5-1
Publi kationen ................................ 2-16
Ex -Zeichen ............................................. 2-5
Inbetri ebnahme AE-Bgr. 467-8EE11 .. 11-30
Ex plosion ................................................ 1-1
Inbetri ebnahme AE-Bgr. 467-8EF11 .. 11-50
Ex plosionsbereich .................................. 1-3
Induktivi tät........................................ 6-2, 6-8
Ex plosionsdruckentlastung ..................... 3-2
Inertisierung ............................................ 3-2
Ex plosionsfähige Atmosphäre ................ 1-2
Initiator ................................................... C-1
Ex plosionsgefahr .................................... 9-1
Instandhaltung ...................................... 9-44
Ex plosionsgefährdeter Bereich............... 1-1
Instandsetzungsarbeiten....................... 7-10
Ex plosionsgrenze .......................... 1-2, 4-17 Ex plosionsgruppen .....................4-18 - 4-19 Ex plosionspunkt ..................................... 1-2
S - 2
6ES5 998-0EX12
S5-100U Ex-Baugruppen
K
Index
Linearisierung .......................... 11-46, 11-54 Lüftung.................................................... 3-2
Kabel ............................................. 4-10, 7-4 Auswahl ........................................ 9-21
M
Kabelarten ............................................ 9-22 Kabelbahn ............................................ 9-17
Magnetv entil .......................................... C-2
Kabelbett .............................................. 9-20
eigensicher .................................... C-3
Kacheladressierung .............................. 12-5
Meßumformer ........................................ C-8
Kapazi tät von Leitungen ....................... 6-17
Metallteile
Kapazi täten............................................. 6-6
Massung ....................................... 9-29
Kategorie .............................................. 4-11
Mi ndestzündenergie .............4-11, 4-17, 6-1
Kennzahl
Mi ndestzündstrom (M IC) ...................... 4-17
sicherheitstechnische ............ 1-2, 4-16
Montagearbeiten ................................... 9-39
Kennzeichnung .......................2-5, 5-5, 9-19
Motor....................................................... 4-9
Beispiele ......................................... 5-7
Motorschutzschalter ............................... 4-9
Klemmen Anforderungen.............................. 9-25
N
Kommunikation ..................................... 11-4 Kompensation..................................... 11-39
Näherungsschalter ............................. 11-19
Kompensationsdose ................... 11-40, C-7
NAMUR-Geber ........................... 11-20, C-1
Kondensator ........................................... 6-2
Neue Bundesländer .............................. 2-13
Konformi tätsbescheinigung ........... 2-5, 2-20
Normierung .............................. 11-46, 11-54
Kontrollbescheinigung ............................ 2-5
Normungsgremien ................................ 2-16
Konzentration brennbarer Stoffe ............ 1-2 Konzentrationsbegrenzung..................... 3-1
O
Kopplung SIMATI C-SIMATI C ....................... 10-2
Oberflächentemperatur.................. 4-9, 4-21
TELEPERM-SIM ATIC .................. 10-6
Öffnungsfunke ........................................ 6-8
Kopplungsmögli chkeit .................10-1 - 10-8
Ölkapselung "o" ...................................... 4-5
Kurzschlußstrom..................................... 6-4
L
P Parallelschaltung .................................. 6-22
Laststromkreis ...................................... 9-15
Peri pheri ebaugruppen ............................ 9-1
Leckanzeigegerät ................................... 2-7
Potentialausgleich ...... 6-15, 7-3, 9-15, 9-38
LED
.................................................... C-11
im Gebäude .................................. 9-16
Erwärmungsv erhalten ................. C-12
Prüfbescheinigung ......................... 2-20, 5-2
Vorwiderstand ............................. C-13
Prüfpflicht................................................ 2-8
Leistungskurzschluß ........................... 11-25
Prüfstellen............................................... 2-7
Leitung ........................................... 4-13, 7-4
außerhalb der EG ......................... 2-16
eigensicher ................................... 9-19
EG ................................................ 2-15
Kennwert ...................................... 9-25
FM ................................................ 4-22
Schirmung .................................... 9-28
national ......................................... 2-13
Ty pkurzzeichen ............................ 9-23 Leitungsbruch ..................................... 11-29
UL ................................................. 4-22 PS 935
Leitungseinführung ............................... 4-10
Adressierung .............................. 11-13
Leitungsführung ........................... 9-17, 9-30
Anschluß .................................... 11-10
Leitungskapazität................................... C-2
Diagnose .................................... 11-16
Leitungskurzschluß.................. 11-19, 11-29
Montage ....................................... 11-9
Leitungsschirm ..................................... 9-31
Steckplatzbelegung ......... 11-10, 11-13
Leitungsschirmung ............................... 9-27
PTB-Bericht W-39................................. 6-24
Leuchtdiode Beschreibung .............................. C-12 Leuchtmelder ....................................... C-11
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S - 3
I ndex
S5-100U Ex-Baugruppen
R
Stromv ersorgungsbaugruppe PS 935
Reihenklemmen...................................... 4-9
Summenausgangskennlinien ............... 6-25
Reihenschaltung ................................... 6-23
Systembeschreibung ............................ 4-15
............................................ 11-1, 11-8
Systeme "i"
S
eigensichere ................................. 4-15
Sachverständige ..................................... 2-3
T
Sammelkabel ........................................ 9-21 Sandkapselung "q" ................................. 4-7
Technische Regeln (TGL)..................... 2-13
Schirmung ............................................ 9-27
Temperaturklassen ............................... 4-21
Schrankbelüftung.................................... 9-9
Thermoelement...................................... C-6
Schrankeinbau........................................ 9-9
Anschluß .................................... 11-40
Schutzleiter ........................................... 9-15
mit baugruppeninterner
Schutzmaßnahmen ................................ 1-5
Vergleichsstelle .......................... 11-41
Selbstentzündung ................................... 1-3 Sensoren zusammengeschaltet ................. 11-21 Sicherheitsbarri eren ............................. 6-13
mit Kompensationsdose ............. 11-40 Thermospannung................................... C-7 Trennstufen........................................... 6-10 Trennung
Sicherheitsfaktor ............................ 4-11, 6-3
galvanisch .................................... 6-16
Sicherheitsmaßnahmen........................ 9-39
Trennwand................................. 11-1, 11-17
Signaltrennung ..................................... 4-13 SIM ATIC-Kopplung............................... 10-1
U
SMART-Meßumformer ....................... 11-37 Spannungsaddition ............................... 6-20
Überdruckkapselung "p" ......................... 4-6
Spannungsbegrenzung .......................... 6-1
Überfüllsicherungen................................ 2-7
Spannungsgeber
Übergangsv orschriften.......................... 2-13
Anschluß .................................... 11-40
Überprüfung............................................ 7-9
Spannungsmessung ........................... 11-49
Überspannungsableiter......................... 9-38
Spannungsverschleppung .................... 9-32
Überspannungsschutz .......................... 9-36
Stäube .................................................... 1-3
Überspannungsschutzgeräte ................ 9-35
Steckplatz ............................................. 11-5
Überwachungsbedürftige Anlagen ......... 2-2
Steckplatznumeri erung ......................... 12-1 Stellglied
V
analog............................................ C-9 Stilllegung ............................................... 2-3
VbF
Störspannung ....................................... 9-29
VDE 0170/0171 ........................... 6-11, 6-21
Störung ................................................... 7-9
VDE-Bestimmung ................................... 2-3
Strom
Verdrahtung .......................................... 9-13
Vermaschung ............................. 11-22
................................................ 2-3, 2-7
Vergleichsstellentemperatur ............... 11-39
Stromabgabe ........................................ 11-5
Korrektur..................................... 11-41
Stromaddition ....................................... 6-20
Verkapselung "m" ................................. 4-14
Strombegrenzung ................................... 6-1
Vernetzung ........................................... 10-1
elektronisch .................................... 6-2
Verpuffung .............................................. 1-1
ohmsche ......................................... 6-2
Vierleiter-Meßumformer...................... 11-29
Strombilanz........................................... 11-7 Stromkreis
W
eigensicher .......................... 4-11, 9-19 Energiespeicher ............................. 6-2
Wärmezündung ............................... 6-1, 6-4
induktiv ........................................... 6-8
Wartung .................................................. 7-9
kapazitiv ......................................... 6-6
Werkzeuge............................................ 9-39
ohmsche Last ................................. 6-4
Widerstandsthermometer ........... 11-48, C-4
Stromv ersorgung .................................. 9-14 Stromv ersorgungsbaugruppe ................. 9-3
S - 4
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S5-100U Ex-Baugruppen
Index
Z Zone 0 .................................................... 7-5 Zone 1 .................................................... 7-6 Zone 10 .................................................. 7-8 Zone 11 .................................................. 7-8 Zone 2 .................................................... 7-7 Zonendefinitionen ................................... 4-1 Zoneneinteilung ...................................... 4-1 Zündbereich............................................ 1-3 Zündfähigkeit ........................................ 4-17 Zündgrenzkurve .................... 6-3 - 6-4, 6-10 Zündgrenzkurvendiagramm.................. 6-29 Zündgrenzstrom ..................................... 6-4 Zündquelle .............................................. 1-4 Zündschutzart .........................1-5, 4-5, 4-17 Eigensicherheit ........... 4-14, 6-1 - 6-32 Zündschutzgas ....................................... 4-6 Zündtemperatur ....................1-3, 4-16, 4-21 Zusammenschaltung ............. 6-17, 6-20 - 6-21, 6-25, 11-22 Zweileiter-Meßumformer .................... 11-28
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S - 5
I ndex
S - 6
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Richtlinie zur Handhabung elektrostatisch gefährdeter Baugruppen (EGB)
1
Was bedeutet EGB?
Fast alle SIMATIC-/TELEPERM-Baugruppen sind mit hochintegrierten Bausteinen bzw. Bauelementen in MOS-Technik bestückt. Diese elektronischen Bauteile sind technologisch bedingt sehr empfindlich gegen Überspannungen und damit auch gegen elektrostatische Entladung: Kurzbezeichnung für solche Elektrostatisch Gefährdeten Bauelemente/Baugruppen: "EGB" Daneben findet man häufig auch die international gebräuchliche Bezeichnung: "ESD" (Electrostatic Sensitive Device) Nachstehendes Symbol auf Schildern, an Schränken, Baugruppenträgern oder Verpackungen weist auf die Verwendung von elektrostatisch gefährdeten Bauelementen und damit auf die Berührungsempfindlichkeit der betreffenden Baugruppen hin:
EGBs können durch Spannungen und Energie zerstört werden, die weit unterhalb der Wahrnehmungsgrenze des Menschen liegen. Solche Spannungen treten bereits dann auf, wenn ein Bauelement oder eine Baugruppe von einem nicht elektrostatisch entladenen Menschen berührt wird. Bauelemente, die solchen Überspannungen ausgesetzt wurden, können in den meisten Fällen nicht sofort als fehlerhaft erkannt werden, da sich erst nach längerer Betriebszeit ein Fehlverhalten einstellen kann. Um eine elektrostatische Entladung – zu fühlen, sind 3500 Volt – zu hören, sind 4500 Volt – zu sehen, sind mindestens 5000 Volt erforderlich. Aber
ein Bruchteil dieser Spannung kann schon elektronische Bauelemente schädigen oder zerstören.
Durch statische Entladung beschädigte, überbeanspruchte oder geschwächte Bauelemente können durch Veränderung typischer Leistungsdaten zeitweilig Fehler zeigen, z. B. bei – – – –
Temperaturänderungen, Stößen, Erschütterungen, Lastwechseln.
Nur durch konsequente Anwendung der Schutzeinrichtungen und verantwortungsbewußte Beachtung der Handhabungsregeln lassen sich Funktionsstörungen und Ausfälle an EGB-Baugruppen wirksam vermeiden.
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2
Wann entsteht eine statische Ladung?
Man kann nie ganz sicher sein, daß man selbst oder die Materialien und Werkzeuge, mit denen man umgeht, keine elektrostatische Aufladung aufweisen. Kleine Aufladungen bis 100 V sind normalerweise üblich, diese können jedoch sehr schnell bis zu 35 000 V ansteigen! Beispiele dafür: – Gehen auf Teppichboden
bis
35 000 V
– Gehen auf Kunststoffboden
bis
12 000 V
– Sitzen auf Polsterstuhl
bis
18 000 V
– Entlötgerät aus Plastik
bis
8 000 V
– Bücher und Hefte mit Kunststoffeinband
bis
8 000 V
– Plastik-Hüllen
bis
5 000 V
– Plastik-Kaffeetassen
bis
5 000 V
3
Wichtige Schutzmaßnahmen gegen statische Aufladung
• Die meisten Kunststoffe sind stark aufladbar und deshalb unbedingt von den gefährdeten Bauteilen fernzuhalten! • Beim Umgang mit elektrostatisch gefährdeten Bauteilen ist auf gute Erdung von Mensch, Arbeitsplatz und Verpackung zu achten!
4
Handhabung von EGB-Baugruppen • Grundsätzlich gilt, daß elektrostatische Baugruppen nur dann berührt werden sollten, wenn dies wegen daran vorzunehmender Arbeiten unvermeidbar ist. Fassen Sie Flachbaugruppen auf keinen Fall so an, daß dabei Baustein-Pins oder Leiterbahnen berührt werden. • Bauelemente dürfen nur berührt werden, wenn – man über ein EGB-Armband ständig geerdet ist, oder wenn – man EGB-Schuhe oder EGB-Schuhe-Erdungsschutzstreifen in Verbindung mit einem EGB-Boden trägt. • Vor dem Berühren einer elektronischen Baugruppe muß der eigene Körper entladen werden. Dies kann in einfachster Weise dadurch geschehen, daß unmittelbar vorher ein leitfähiger, geerdeter Gegenstand berührt wird (z. B. metallblanke Schaltschrankteile, Wasserleitung u.s.w.). • Baugruppen dürfen nicht mit aufladbaren und hochisolierenden Stoffen wie z.B. Kunststoffolien, isolierenden Tischplatten oder Bekleidungsteilen aus Kunstfaser in Berührung gebracht werden. • Baugruppen dürfen nur auf leitfähigen Unterlagen abgelegt werden (Tisch mit EGBAuflage, leitfähiger EGB-Schaumstoff, EGB-Verpackungsbeutel, EGB-Transportbehälter). • Baugruppen nicht in die Nähe von Datensichtgeräten, Monitoren oder Fernsehgeräten bringen (Mindestabstand zum Bildschirm > 10 cm).
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Im nachstehenden Bild sind die notwendigen EGB-Schutzmaßnahmen noch einmal verdeutlicht.
d d b e f
f
a Sitzplatz
c
a
f
Stehplatz
d b e f
c a
f
a b c d e f
leitfähiger Fußboden EGB-Tisch EGB-Schuhe EGB-Mantel EGB-Armband Erdungsanschluß der Schränke
Sitz-/Stehplatz
5
Messen und Ändern an EGB-Baugruppen
• An den Baugruppen darf nur dann gemessen werden, wenn – das Meßgerät geerdet ist (z. B. über Schutzleiter) oder – vor dem Messen bei potentialfreiem Meßgerät der Meßkopf kurzzeitig entladen wird (z. B. metallblankes Steuerungsgehäuse berühren). • Beim Löten darf nur ein geerdeter Lötkolben verwendet werden.
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Versenden von EGB-Baugruppen
Baugruppen und Bauelemente sind grundsätzlich in leitfähiger Verpackung (z. B. metallisierten Kunststoffschachteln, Metallbüchsen) aufzubewahren oder zu versenden. Soweit Verpackungen nicht leitend sind, müssen Baugruppen vor dem Verpacken leitend umhüllt werden. Es kann z.B. leitender Schaumgummi, EGB-Beutel, Haushalts-Alufolie oder Papier verwendet werden (unter keinen Umständen Kunststofftüten oder -folien). Bei Baugruppen mit eingebauten Batterien ist darauf zu achten, daß die leitfähige Verpackung die Batterieanschlüsse nicht berührt oder kurzschließt, ggf. Anschlüsse vorher mit Isolierband oder Isoliermaterial abdecken.
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