Einführung
Explosionsgeschützte Antriebe zeichnen sich durch die Eigenschaft aus, dass man sie auch in explosionsgefährdeten Bereichen einsetzen kann. Dabei gilt es zu vermeiden, dass die Antriebe durch mechanisch erzeugte Funken, durch elektrische Entladung oder auch durch heisse Oberflächen zu einer Zündquelle werden. In vielen industriellen und öffentlichen Bereichen sind Explosionsschutz bzw. Explosionsgefahren allgegenwärtig, z. B. in der chemischen Industrie, in Raffinerien, auf Bohrinseln, an Tankstellen, in der Futtermittelherstellung und in Kläranlagen. Eine Explosionsgefahr besteht immer dann, wenn Gase, Dämpfe, Nebel oder Staub zusammen mit dem Sauerstoff der Luft in einem zündfähigen Mischungsverhältnis vorliegen und Zündquellen vorhanden sind.
Zoneneinteilung
Explosionsgefährdete Bereiche werden in Zonen eingeteilt. Die Zoneneinteilung ist abhängig von der zeitlichen und örtlichen Wahrscheinlichkeit des Vorhandenseins einer gefährlichen explosionsfähigen Atmosphäre. Informationen und Vorgaben für die Zoneneinteilung sind in folgenden Normen definiert:
• IEC/EN 60079-10-1 für Gasatmosphären
• IEC/EN 60079-10-2 für Staubatmosphären
Des Weiteren werden verschiedene Explosionsgruppen sowie Temperaturklassen unterschieden und in die Gefährdungsbetrachtung miteinbezogen.
Zonenübersicht
Temperaturklassen und Gasgruppen
Eine höherwertige Temperaturklasse oder Gasgruppe kann auch in einer tieferen Gruppe bzw. Klasse eingesetzt werden. Zum Beispiel, kann ein 2G Ex-db eb IIC T4 Motor auch in Zone 2, IIB, T2 Umgebung eingesetzt werden.
Geeignete Motoren
Abhängig von der Zone, des zündbaren Mediums, der Temperaturklasse und der damit verbundenen Gefährdung, müssen Betriebsmittel definierte Anforderungen erfüllen. Bei Elektromotoren werden folgende Massnahmen angewendet.
Lagertemperatur
Gehäusetemperatur
Stator- und Rotortemperatur
Grosse Spaltmasse druckfestes Gehäuse
Mindestabstände u. Elektrostatische Aufladung
Luft- und Kriechstrecken
Verschiedene Zündschutzarten im Detail
Ex-db (druckfest gekapselt für Zone 1)
Bei druckfestgekapselten Motoren «db» kann eine Zündung innerhalb des Gehäuses stattfinden. Durch den konstruktiven Aufbau wird jedoch verhindert, dass die Explosion nach draussen dringen kann. Das Gehäuse ist entsprechend robust aufgebaut und kann dem Explosionsdruck standhalten. Ferner müssen die Spalten so konstruiert sein, dass es zu keinem Flammendurchtritt kommen kann. Als weiteres Kriterium gilt es, die Oberflächentemperatur so tief zu halten, dass diese keine Zündtemperatur für die am Aufstellungsort vorkommenden Gase erreichen kann.
Ex-eb (erhöhte Sicherheit für Zone 1)
Bei dieser Zündschutzart kann im Wesentlichen bei den elektrisch inaktiven Teilen auf den Standard Asynchronmotor zurückgegriffen werden. Bei den elektrisch aktiven Teilen wird für die Sicherheit nebst der unzulässigen Erwärmung auch auf weitere Anforderungen betreffend der Teilentladung geachtet.
Ex-ec (erhöhte Sicherheit für Zone 2)
«Ex-ec» basiert auf der Zündschutzart «Ex-eb». Die Anforderungen sind wegen der geringeren Wahrscheinlichkeit einer zündfähigen Atmosphäre jedoch geringer. So kann die Maschine thermisch höher ausgenutzt werden und verschiedene Fehlerfälle müssen nicht betrachtet werden. Motoren dieser Zündschutzart dürfen jedoch nicht in Betrieb genommen werden, wenn am Aufstellungsort des Motors ein zündfähiges Gemisch gegeben ist.
Ex tb / Ex tc (Schutz durch Gehäuse für Zone 21 / 22)
Bei staubgeschützten Motoren sind geeignete Massnahmen getroffen, um unzulässig hohe Temperaturen und das Entstehen von Funken oder Lichtbögen an äusseren Teilen des Motors zu verhindern.
Betrieb am Umrichter
Prinzipiell können explosionsgeschützte Motoren am Umrichter betrieben werden. Jedoch sind mindestens folgende Punkte zu beachten:
• Die Motoren müssen für den Umrichterbetrieb zugelassen sein. Eine Einzelabnahme des Motors mit dem Umrichter kann nötig sein.
• Die oberschwingungsbehaftete Versorgungsspannung erhöht die Motorerwärmung, daher ist die Motorleistung zu reduzieren. Die zulässigen Drehzahl- und Drehmomentbereiche werden auf einem zusätzlichen Schild gestempelt. Weiter muss die Temperatur der Statorwicklung mittels eines eingebauten PTC-Fühlers überwacht werden.
• Geringere Kühlung des Motors bei Drehzahlen unterhalb der Bemessungsdrehzahl. Eine Kühlung mit einem separat angetriebenen Lüfter kann in Betracht gezogen werden (Kühlmethode IC416).
• Spannungsbeanspruchung der Motorwicklung. Für Spannungen >480V kann eine verstärkte Isolierung in Betracht gezogen werden.
• Lagerströme – wir empfehlen generell, das NDE-Lager ab einer Achshöhe 225 isoliert auszuführen.
• Es sind erhöhte Geräuschwerte gegenüber des Netzbetriebs zu erwarten.
