Überdruckkapselung ist eine effektive und kosteneffiziente Explosionsschutzart, die es ermöglicht, elektrische Betriebsmittel in einem Standardgehäuse in explosionsgefährdeten Bereichen sicher einzusetzen. Mehr über die Zündschutzart Ex p und das Funktionsprinzip der Überdruckkapselung von Gehäusen in explosionsfähigen Gas- und Staubatmosphären erfahren Sie in unserem Blogbeitrag.

Definition Überdruckkapselung

Überdruckkapselung ist eine Zündschutzart (Ex p), bei der Druckluft oder Inertgas verwendet wird, um Gefahrstoffe, wie z. B. Gas, Staub oder eine Kombination aus beiden, aus einem Gehäuse zu beseitigen und mittels Überdruck zu vermeiden, dass diese in das Gehäuse eindringen und einen Brand oder eine Explosion auslösen können. Überdruckkapselungs-/Spülsysteme schützen normale elektrische Betriebsmittel in einem Standardgehäuse, das für den Betrieb in einem explosionsgefährdeten Bereich ausgelegt ist. Im Vergleich zu explosionsgeschützten oder druckfest gekapselten Schutzmethoden ist diese Zündschutzart kostengünstiger und verhindert Explosionen. Die internationalen Standards IEC 60079-2 (für Zone) und NFPA 496 (für Class/Division) definieren die Vorschriften für Überdruckkapselungs-/Spülsysteme zum Schutz elektrischer Betriebsmittel, wie beispielsweise Schalt- und Steuerschränke, Analysemessgeräte und große Motoren.

Das Funktionsprinzip der Überdruckkapselung

Um das Funktionsprinzip der Überdruckkapselung besser zu verstehen, sollten wir uns das Explosionsdreieck vor Augen führen. Damit in Anwendungen, bei denen Gas oder Dampf auftritt, eine Brand- oder Explosionsgefahr entsteht, sind drei Dinge erforderlich: eine Zündenergie, die richtige Menge an Oxidationsmittel und die richtige Brennstoffmenge.

Aufgrund dieses Grundkonzepts ist eine Entzündung nicht möglich, wenn die Konzentration eines Materials unter dem Mindestwert liegt, der auch als untere Explosionsgrenze oder UEG bezeichnet wird. Mit anderen Worten, der Sauerstoffgehalt steigt bei normalen atmosphärischen Bedingungen nicht über den Normalwert. Die Tatsache, dass alle brennbaren Materialien eine Mindestkonzentration erreichen müssen, um eine Brand- oder Explosionsgefahr darzustellen, ist eines der Schlüsselkonzepte, die bei der Zündschutzart Überdruckkapselung angewendet werden.

Überdruckkapselung in Gasanwendungen

Im Allgemeinen hält die Überdruckkapselung einen Bereich innerhalb des überdruckgekapselten Geräts weit unter der UEG der umgebenden, explosionsfähigen Gasatmosphäre. Ein Gehäuse mit zündfähigen Geräten durchläuft zunächst einen Spülzyklus. Dadurch soll das Innere des Gehäuses bis zu dem Punkt gespült werden, an dem alle nach dem Spülzyklus im Inneren eingeschlossenen verbleibenden Gasmengen deutlich unter der UEG des brennbaren Materials/der brennbaren Materialien liegen, für die das überdruckgekapselte Gerät ausgelegt ist. Unmittelbar danach wird in dem geschützten Gerät im Vergleich zur umgebenden, explosionsfähigen Atmosphäre ein Überdruck erzeugt. Dieser Überdruck, der als minimaler Überdruck bezeichnet wird, verhindert, dass die umgebende, explosionsfähige Atmosphäre in das jetzt „saubere“ Gehäuse gelangt. Sobald das Volumen innerhalb des überdruckgekapselten Geräts als sicher angesehen wird, kann Energie an die zündfähigen elektrischen Betriebsmittel innerhalb des überdruckgekapselten Geräts angelegt werden, so dass es normal betrieben werden kann. Wenn der minimale Überdruck verloren geht, warnt das System das Bedienpersonal, Sofortmaßnahmen zu ergreifen, oder das System leitet eine automatische Abschaltung ein, um die Sicherheit der Betriebsmittel im explosionsgefährdeten Bereich zu gewährleisten.

Spülung von Gehäusen in explosionsfähigen Staubatmosphären

Zusätzlich zu den drei oben erwähnten Voraussetzungen aus dem Explosionsdreieck spielen bei Staubexplosionen Staubverteilung und Einschluss im Inneren des Gehäuses eine zentrale Rolle.

Bei Staubanwendungen wird der Spülzyklus durch eine physische Reinigung ersetzt. Dadurch werden alle gefährlichen Stäube von den internen Komponenten im Gehäuse des überdruckgekapselten Geräts entfernt. Das Gehäuse wird anschließend wieder unter Druck gesetzt.

Beim Spülen eines Gehäuses in einer explosionsfähigen Staubatmosphäre wird kein Spülzyklus mit hohem Luftstrom verwendet. Hierfür gibt es zwei Gründe:

• Ein solcher Spülzyklus würde wahrscheinlich dazu führen, dass der Staub innerhalb des überdruckgekapselten Gehäuses aufgewirbelt wird. Außerdem könnte der Luftstrom des Spülzyklus eine Verteilung außerhalb des überdruckgekapselten Gehäuses verursachen. Ein Aufwirbeln und Verteilen des Staubs innerhalb oder außerhalb des Gehäuses stellt ein Risiko dar, das vermieden werden muss.
• Der Staub wird, anders als bei Gas oder Dampf, wahrscheinlich nicht vollständig aus dem Gehäuse gespült.

Der Innenraum des überdruckgekapselten Geräts muss so gereinigt werden, dass keine Staubwolke entsteht. Beispielsweise wird die Verwendung eines Absaugers gegenüber dem Ausblasen der Betriebsmittel mit Druckluft bevorzugt. Der Absauger muss für den Einsatz im explosionsgefährdeten Bereich zugelassen sein. Außerdem ist zu beachten, dass alle Bereiche innerhalb des Gehäuses gereinigt werden müssen. Dies bedeutet, dass auch Staub innerhalb des geschützten Geräts entfernt werden muss.

Nach der Reinigung des Innenraums wird das Gehäuse geschlossen und sofort auf den erforderlichen minimalen Überdruck gebracht. Dieser Überdruck verhindert wie gehabt, dass die umgebende explosionsfähige Atmosphäre in das jetzt „saubere“ Gehäuse gelangt. Sobald der Bereich innerhalb des überdruckgekapselten Gehäuses als sicher eingestuft wird, kann das elektrische Betriebsmittel im Inneren des Gehäuses mit Strom versorgt werden, damit es normal betrieben werden kann. Falls der minimale Überdruck verloren geht, warnt das System das Bedienpersonal, Sofortmaßnahmen zu ergreifen, oder leitet eine automatische Abschaltung ein, um die Sicherheit der Betriebsmittel im explosionsgefährdeten Bereich weiterhin zu gewährleisten.

Wissensbasis für den elektrischen Explosionsschutz – Zündschutzart Überdruckkapselung

In diesem Blogbeitrag haben Sie einen Einstieg in die allgemeine Funktionsbeschreibung der Überdruckkapselung in den typischen Anwendungen erhalten. Sie haben mehr Fragen zum Thema Überdruckkapselung? In unserer Wissensbasis für den elektrischen Explosionsschutz auf der Pepperl+Fuchs Website können Sie sich kostenfrei die Broschüre „Zündschutzart Überdruckkapselung“ (englischsprachiger Inhalt) und viele weitere nützliche Dokumente rund um das Thema Explosionsschutz herunterladen.