Seit mehr als 40 Jahren ist Newson Gale führend bei der Integration der Maßnahmen zum Schutz vor elektrostatischen Ladungen internationaler Institutionen wie der International Electrotechnical Commission (IEC), CENELEC, der National Fire Protection Association (NFPA) und weiterer Branchenverbände in den Funktionsumfang der angebotenen Erdungs- und Potentialausgleichsprodukte.
Während andere Anbieter unserem Beispiel folgen oder beliebige elektrostatische Leistungsparameter in ihre Lösungen integrieren, hat sich Newson Gale schon immer dazu verpflichtet, Hardwarelösungen anzubieten, die die in den Praxisempfehlungen beschriebenen Schutzmaßnahmen für Erdungs- und Potentialausgleichslösungen erfüllen.
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Produktnormen für Geräte für den Einsatz in Ex-Bereichen
Vorschriften wie die ATEX-Geräterichtlinie (2014/34/EU) zielen darauf ab, Arbeitskräften und Unternehmen Geräte zur Verfügung zu stellen, die konstruktive Schutztechniken beinhalten, die eine Zündung der umgebenden Ex-Atmosphäre verhindern, wenn in den Geräten kritische Fehler wie beispielsweise elektrische Funken oder Lichtbögen auftreten.
In Ländern mit ATEX-, UKCA- und IECEx-Vorschriften für die Produktzertifizierung sowie mit Vorschriften für die Zoneneinteilung sind die Schutztechniken für Geräte, die in Ex-Bereichen installiert werden, in der Normenreihe IEC EN BS 60079 „Explosionsgefährdete Bereiche“ aufgeführt. Zur Erlangung einer CE- oder UKCA-Kennzeichnung müssen zusätzliche Normen wie die Richtlinie über die elektromagnetische Verträglichkeit (Funkbeeinflussung/EMV) und die Niederspannungsrichtlinie befolgt werden.
Erdungs- und Potentialausgleichssysteme mit aktiven elektronischen Überwachungskreisen in Ex-Bereichen müssen derartige Richtlinien ebenfalls befolgen. Die Ex-Zertifizierung von Erdungs- und Potentialausgleichssystemen unterliegt zwar bestimmten Normen, jedoch gibt es keine formellen Produktnormen, in denen die Leistungsparameter derartiger Geräte geregelt sind, wenn sie für Erdungs- und Potentialausgleichsfunktionen eingesetzt werden.
Technische Spezifikationen in Bezug auf die Zündgefahren durch elektrostatische Ladungen
Organisationen wie IEC, CENELEC* und NFPA veröffentlichen Leitlinien (Verfahrensempfehlungen), um in Gefahrenbereichen tätige Personen bei der proaktiven Abwendung von statischer Elektrizität als Zündquelle zu unterstützen. Diese Leitlinien legen den Schwerpunkt auf Tätigkeiten, bei denen elektrostatische Ladungen auftreten und eine Zündquelle darstellen könnten. Darüber hinaus enthalten diese Publikationen Anleitungen zu Schutzmaßnahmen und Verfahren für die Risikominderung.
*CENELEC übernimmt die technische Spezifikation IEC TS 60079-32-1 und gibt diese unter CLC/TR 60079-32-1 „EXPLOSIVE ATMOSPHERES – Part 32-1: Electrostatic hazards, guidance“ (Explosionsgefährdete Bereiche – Teil 32-1: Elektrostatische Gefährdungen, Leitfaden) als technischen Bericht heraus.
Der Titel einer dieser Publikationen lautet PD CLC/TR 60079-32-1 „Explosive atmospheres – Part 32-1: Electrostatic hazards, guidance“ (Explosionsgefährdete Bereiche – Teil 32-1: Elektrostatische Gefährdungen, Leitfaden).
Die Zielsetzung von 60079-32-1 ist:Die Zielsetzung von 60079-32-1 ist:
„die beste verfügbare und anerkannte Anleitung zur Vermeidung von Gefahren durch elektrostatische Aufladung“ bereitzustellen. Dieses Dokument richtet sich in erster Linie an Konstrukteure und Anwender von Prozessen und Geräten sowie an Hersteller und Prüfstellen. Es kann aber auch von Lieferanten von Ausrüstung (z. B. Maschinen), Bodenbelägen oder Bekleidung verwendet werden, wenn keine Produktfamilie oder spezifische Produktnorm existiert oder wenn die vorhandene Norm keine elektrostatischen Gefährdungen berücksichtigt.“
Neben den weltweit anerkannten Normungsorganisationen gibt es auch branchenspezifische Verbände, die Leitlinien für ihre Mitglieder herausgeben. Verbände wie die European Solvents Industry Group (ESIG)1 und die American Coatings Association (ACA)2 stellen Leitlinien und Videos mit dem Fokus auf Prozessen und Geräten zur Verfügung, die für die entsprechenden Branchen von besonderer Bedeutung sind. Beide Dokumente unterstützen die Mitglieder mit einer Reihe von Maßnahmen zum Schutz vor den von elektrostatischen Ladungen ausgehenden Zündgefahren.
Integration von Verfahrensempfehlungen in Erdungs- und Potentialausgleichslösungen
In Ermangelung spezifischer Produktnormen (mit Ausnahme der EX-Zertifizierungsanforderungen) richtet Newson Gale die Leistungsparameter seiner Erdungs- und Potentialausgleichslösungen nach Möglichkeit auf die in den Branchenleitlinien festgelegten Schutzmaßnahmen aus.
Geräte im regelmäßigen industriellen Einsatz können durch das Bedienpersonal und die zu verarbeitenden Materialien einer starken Beanspruchung ausgesetzt sein. In einer solchen Umgebung müssen die Erdungs- und Potentialausgleichslösungen für die Dauer des Prozesses, der eine elektrostatische Aufladung bewirkt, eine stabile Verbindung zu dem zu erdenden Objekt aufrechtzuerhalten. Für die Betriebsparameter von Erdungs- bzw. Potentialausgleichslösungen ist der elektrische Widerstand zwischen dem Objekt und einem verifizierten Erdungspunkt der Anlage von zentraler Bedeutung. Damit die elektrostatische Ladung vom Objekt zum verifizierten Erdungspunkt abgeleitet werden kann, muss der elektrische Widerstand zwischen beiden Punkten bekannt sein. Dies wird in der Regel als „Erdungsschleife“ bezeichnet.
Eine vor einem Befüll- oder Mischvorgang hergestellte temporäre „Erdungsschleifenverbindung“ mit einem Metallfass. Das Kupferband wird an den verifizierten Erdungspunkt der Anlage angeschlossen.
Die Erdungsschleife umfasst die folgenden Funktionen/Elemente:
- Die Fähigkeit des Anschlussmittels (z. B. einer Erdungsklammer) zur Durchdringung von Kontakthemmnissen wie Farbanstrichen, Beschichtungen, Rost und Schmutz auf dem Grundmetall des Objekts
- Das Kabel und die entsprechenden Anschlüsse zwischen der Erdungsklammer und dem Erdungsüberwachungssystem
- Den Erdungspfad für die Ableitung elektrostatischer Ladungen über das Erdungssystem
- Den Erdungsschleifenanschluss bzw. die Erdungsschleifenanschlüsse am verifizierten Erdungspunkt
Die meisten Geräte, bei denen die Gefahr einer elektrostatischen Aufladung besteht, sind aus Metall und im Einklang mit den oben aufgeführten Leitlinien/Verfahrensempfehlungen geht es um die Begrenzung des Gesamtwiderstands der Erdungsschleife auf einen Wert von 10 Ohm oder weniger.
Warum 10 Ohm oder weniger?
Ein theoretischer Erdungswiderstand von 1 Megohm wird zwar im Allgemeinen für die Ableitung elektrostatischer Ladungen als geeignet betrachtet, jedoch ist der Strombelastungswert der Erdungsschleife nicht von primärer Bedeutung für den Schutz vor elektrostatischer Aufladung. Im Vordergrund steht vielmehr die physische Unversehrtheit des temporären oder semi-permanenten Stromkreises zwischen dem zu erdenden Objekt und dem Anschluss an den verifizierten Erdungspunkt.
In der oben genannten Leitlinie heißt es, dass bei einem Widerstand von mehr als 10 Ohm wahrscheinlich irgendwo im Stromkreis eine gelockerte oder korrodierte Verbindung vorliegt. In diesem Fall muss sofort reagiert werden, da die Ableitung der elektrostatischen Ladungen möglicherweise beeinträchtigt sein könnte. Die Festlegung eines Richtwerts für die Widerstandsüberwachung von 10 Ohm oder weniger liefert frühzeitige Hinweise auf derartige Situationen. Da das Ziel des Erdungssystems darin besteht, eine elektrostatische Aufladung zu verhindern, die die Gefahr einer potentiell zündfähigen elektrostatischen Funkenentladung mit sich bringt, ist die Festlegung eines Referenzwiderstands von 10 Ohm oder weniger unter praktischen Gesichtspunkten sinnvoll.
Für die aktive Überwachung von Erdungsschleifen im Hinblick auf einen Referenzwiderstandswert von 10 Ohm oder weniger wird ein elektronisches Überwachungssystem mit einem hohen Grad an Präzision und Reproduzierbarkeit benötigt. Mit Ausnahme des Earth-Rite® FIBC-Erdungsüberwachungssystems weisen alle Produkte von Newson Gale mit aktiver Erdungsschleifenüberwachung einen Widerstandsschwellenwert von 10 Ohm oder weniger auf.
Im Folgenden finden Sie Beispiele für die in den oben genannten Dokumenten beschriebenen Schutzmaßnahmen.
ESIG-Sicherheitsleitfaden Abschnitt 3.3.5.2 Befüllung von IBCs
„Als erster Schritt bei der Befüllung von IBCs sollte immer eine temporäre Erdung mit einem maximalen Widerstand von 10 Ω am Rahmen oder am Erdungspunkt hergestellt werden. Der letzte Schritt sollte die Aufhebung dieser Erdverbindung sein.“
ESIG-Sicherheitsleitfaden Abschnitt 3.3.5.1 Erdung
„Der Erdungswiderstand eines auf einer trockenen Oberfläche stehenden Tanklastwagens oder ISO-Containerfahrzeugs mit Luftreifen kann über 1 MΩ betragen. Der erste Schritt für die Beladung dieser Fahrzeuge gemäß Ref. 13, Ref. 27, Teil 2, Abschnitt 7.2.1 besteht daher darin, über den Erdungsstift des Fahrzeugs oder Containers eine temporäre Erdungsverbindung mit einem maximalen Widerstandswert von 10 Ω herzustellen. Diese Verbindung darf erst nach Abschluss aller anderen Tätigkeiten aufgehoben werden. Es gibt Systeme für eine automatische Überprüfung der Erdungsverbindung. Ihr Einsatz wird empfohlen.“
ACA-Leitfaden Abschnitt 6.2.6
6.2.6 Erdungs- und Potentialausgleichsverbindungen müssen regelmäßig auf Durchgängigkeit und Unversehrtheit geprüft werden.
„Der maximale Widerstand zur Erde muss 10 Ohm oder weniger betragen (staatliche und örtliche Vorschriften sind zu beachten). Im Fall von vollständig aus Metall bestehenden Systemen und fest sitzenden Verbindungen sollte es problemlos möglich sein, einen solchen Widerstandswert zu erreichen. Ein Widerstand von bis zu 1 Megohm (1.000.000 Ohm) ist zwar im Allgemeinen niedrig genug für die Ableitung elektrostatischer Ladungen (2, 4, 10, 11, 14, 16), weist in vollständig metallischen Systemen mit festen Verbindungen in der Regel jedoch auf Probleme wie Korrosion, gelockerte oder unterbrochene Verbindungen, Produktablagerungen oder eine Beschichtung mit schlecht leitenden Materialien im System hin. Enthält der Erdungspfad nichtmetallische Komponenten wie leitfähige oder ableitfähige Polymerkomponenten, wie sie in vielen „leitfähigen“ FIBCs zu finden sind, kann ein Erdungswiderstand von ca. 100 Megohm normal sein.
IEC 60079-32-1 / PD CLC/TR 60079-32-1
13.3.4. Mobile Metallobjekte
„Mobile oder tragbare leitende Objekte (z. B. Transportwagen mit elektrisch leitenden Laufrollen, Metalleimer etc.) sind durch ihren Kontakt mit dem elektrostatisch ableitfähigen oder elektrisch leitfähigen Boden geerdet. Sind jedoch kontakthemmende Faktoren wie Schmutz oder Farbanstriche auf den Kontaktflächen des Bodens oder des Objekts vorhanden, kann der Erdableitwiderstand auf einen inakzeptablen Wert ansteigen, was wiederum zu einer möglichen elektrostatischen Aufladung des Objekts führt. Wann immer mit derartigen Situationen gerechnet werden muss, sollte das Objekt auf eine alternative Art und Weise geerdet werden (z. B. über ein Erdungskabel). Zwischen dem Kabel und dem zu erdenden Objekt wird ein Widerstand von 10 Ω empfohlen.
Für den gesamten Zeitraum, in dem es zu einem Ladungsaufbau und somit zu einer Gefahrensituation durch elektrostatische Ladungen kommen kann, müssen die Erdung und der Potentialausgleich dauerhaft gegeben sein. Wenn eine Erdungs- oder Potentialausgleichsverbindung hergestellt oder getrennt wird, während gleichzeitig ein elektrostatisches Feld vorhanden ist, kann es durch Induktion zu einer elektrostatischen Aufladung und somit zu einer Gefahrensituation kommen.“
IEC 60079-32-1/PD CLC/TR 60079-32-1
13.4 Einrichtung und Überwachung von Erdungssystemen.
13.4.1 Aufbau
„Wenn das Potentialausgleichs-/Erdungssystem vollständig aus Metall besteht, liegt der Widerstandswert der Erdungspfade in der Regel unter 10 Ω. Zu derartigen Systemen gehören auch solche, die mehrere Komponenten umfassen. Größere Widerstandswerte zeigen für gewöhnlich an, dass der Metallpfad, z. B. aufgrund von gelockerten Anschlüssen oder Korrosion, nicht durchgängig ist. Ein für Kraftstromkreise oder den Blitzschutz akzeptables Erdungssystem ist für den Schutz vor elektrostatischen Ladungen mehr als ausreichend.“
IEC 60079-32-1 / PD CLC/TR 60079-32-1
13.4 Einrichtung und Überwachung von Erdungssystemen.
13.4.1 Aufbau
„Dauerhafte Potentialausgleichsverbindungen oder Erdungsanschlüsse müssen in einer Art und Weise hergestellt werden, dass während der gesamten Nutzungsdauer ein niedriger Widerstandswert vorliegt, beispielsweise durch Löten oder Schweißen. Temporäre Verbindungen können mithilfe von Schrauben, Druckklammern (Erdungsklammern) oder Spezialklammern hergestellt werden. Druckklammern sollten ausreichenden Druck erzeugen, um Schutzschichten, Rost oder verschüttetes Material zu durchdringen und den Kontakt mit dem Grundmetall mit einem Übergangswiderstand von weniger als 10 Ω zu gewährleisten.“
NFPA 77
A.3.3.2 Potentialausgleich
„In der Praxis beträgt der Widerstand im Fall von Kupferdraht in der Regel maximal 10 Ohm bzw. 25 Ohm bei Edelstahl oder anderen Metallen. Höhere Widerstände könnten auf eine beeinträchtige mechanische Integrität hinweisen.“