Praxis-Guide Erdungssysteme
Elektrostatik ist ein bekanntes Alltagsphänomen in vielen industriellen Prozessen. Leider auch ein gefährliches, denn elektrostatische Entladungen können Explosionen verursachen. Ein präventiver Ex-Schutz zeichnet sich dadurch aus, dass potentielle Zündquellen vermieden werden. Erdungssysteme bieten gerade beim Umgang mit entzündlichen oder explosiven Stoffen die notwendige Gewissheit, dass statische Elektrizität sicher abgeleitet wird. Was Sie dabei beachten sollten und welches Produkt das richtige für Sie ist, erfahren Sie in unserem Praxis-Guide.
Schutz vor elektrostatischen Ladungen in Gefahrenbereichen
An Verarbeitungsstandorten für entzündliche und brennbare Produkte werden durch den Fluss von Gasen, Flüssigkeiten und Feststoffen mit hoher Wahrscheinlichkeit elektrostatische Ladungen erzeugt – beispielsweise durch Füllen und Entleeren von Behältern, Umpumpen, Rühren oder Mischen von Flüssigkeiten. Aufgrund ihres hohen Gefahrenpotentials gelten elektrostatische Ladungen als mögliche Zündquelle in potentiell entzündlichen und brennbaren Atmosphären. Der Schutz von Mitarbeitern und Sachwerten darf hier keinesfalls dem Zufall überlassen werden.
Die wirksamste und in der Praxis am besten durchführbare Methode für die Verhinderung eines Brandes oder einer Explosion durch elektrostatische Ladungen besteht darin, von vornherein auszuschliessen, dass sich Geräte und Anlagen, Fahrzeuge oder auch Personen elektrostatisch aufladen. Die Technische Regel für Gefahrstoffe 727 "Vermeidung von Zündgefahren infolge elektrostatischer Aufladungen" gibt hier den Stand der Technik wieder. Danach sind in explosionsgefährdeten Bereichen grundsätzlich nur leitfähige oder ableitfähige Gegenstände oder Einrichtungen zu verwenden. Je nach Zündwahrscheinlichkeit sind diese wiederum zu erden bzw. mit Erdkontakt zu versehen (TRGS 727 Absatz 3.1). Dadurch lassen sich elektrostatische Ladungen wirksam und zuverlässig aus der Ex-Atmosphäre abführen.
Absatz 8 der TRGS 727 beschäftigt sich speziell mit dem Thema Erdung und Potenzialausgleich. Danach
- gilt die Erdungspflicht auch für Personen sowie für leitfähige oder ableitfähige Medien, z.B. Flüssigkeiten oder Schüttgüter
- müssen Erdung und Potenzialausgleich zuverlässig und dauerhaft sein und den zu erwartenden Beanspruchungen, insbesondere durch Korrosion, standhalten
- müssen Erdungsklemmen vor Arbeitsbeginn angebracht werden und am Ort verbleiben, bis alle gefährlichen Aufladungen abgeleitet sind (es sind Aufnahmevorrichtungen oder Abladen für Erdungsklemmen vorzusehen)
- sind Einrichtungen zur Erdung und zum Potenzialausgleich so auszuführen und zu erhalten, dass sie ihre Funktion erfüllen, Mängel schnell erkannt werden können, sie den elektrischen, mechanischen und korrosiven Beanspruchungen standhalten, sie – bei Verwendung von Klemmen – Lack-, Rostschichten oder auch Folien von Einstellsäcken durchdringen können, sie deutlich erkennbar gekennzeichnet sind und leicht gehandhabt werden können
- muss für Arbeiten zur Erdung und zum Potenzialausgleich in explosionsgefährdeten Bereichen eine eigene Betriebsanweisung vorliegen (siehe auch §14 GefStoffV)
- müssen Personen, die in diesen Bereichen arbeiten, entsprechend unterwiesen werden, so dass sie die zur Erdung und zum Potenzialausgleich vorgesehenen betrieblichen Einrichtungen kennen und bestimmungsgemäß anwenden können (auf typische Erdungsfehler, z.B. nachträgliches Erden bereits aufgeladener Gegenstände oder Einrichtungen, ist dabei besonders hinzuweisen)
- sind Einrichtungen zur Erdung und zum Potenzialausgleich regelmässig zu prüfen (durch zur Prüfung befähigte Personen).
In der Praxis müssen für den Schutz vor Zündungen durch elektrostatische Ladungen eine Reihe von Verfahrensregeln befolgt werden. Ein wichtiger Faktor ist dabei, dass elektrisch leitende Anlagenteile (inklusive mobilen Anlagenteilen, Personen und Fahrzeugen) mit einer „Erdungsquelle“, die durch Überprüfung als verifizierter Erdungspunkt ausgewiesen wurde, verbunden werden. Ein solcher Erdungspunkt verfügt über eine Verbindung mit der Erdmasse und leitet elektrostatische Ladungen von den Anlagenteilen zur Erde hin ab. Die Menge der durch den Prozess erzeugten Ladungen spielt dabei keine Rolle, da die Erde über eine unendliche Kapazität zum Ausgleich positiver und negativer Ladungen verfügt.
Diese Verbindung von Metallteilen zum Erdungspunkt soll einen Widerstandswert von maximal 10 Ohm besitzen (siehe IEC 60079-32-1 Abschnitt 13.3.1.4 Mobile Metallteile).
2 Stufen der Erdung – Welche Lösung passt zu mir?
Um ausreichenden Schutz vor elektrostatischen Zündungen zu gewährleisten, müssen Prozessanlagen wirksam geerdet werden. Dazu stehen Ihnen verschiedene Systeme zur Verfügung, die sich in zwei Sicherheitsstufen einteilen lassen. Bei der Auswahl des geeigneten Erdungssystems sollten sich Betreiber an ihrer Gefährdungsbeurteilung orientieren.
STUFE 1: Passive Erdung
Oft erfolgt die Erdung mittels einadriger, passiver Erdungssysteme. Diese bestehen in der Regel aus einem Erdungskabel und Klemmstücken, welche den Kontakt zwischen Objekt und Erdungspunkt herstellen. Hier hat man die Wahl zwischen schraubbaren C-Klemmen und Krokodilklemmen, Erdungszangen und -klammern auf der Objektseite sowie Ringösen als Anschlussmöglichkeit für Erdungsleisten. Doch nicht mit jeder Zange lässt sich der Kontakt zum Objekt optimal sicherstellen. Anlagenteile und Geräte können Anstriche, Beschichtungen, Produktablagerungen oder Rostschichten aufweisen, die den niederohmigen Kontakt zwischen der Erdungsklammer und den zu erdenden Komponenten verhindern können. Ein stabiler elektrischer Kontakt kann in diesen Fällen nur dann hergestellt werden, wenn die Erdungsklammer die kontakthemmenden Schichten durchdringen kann. Die nötige "Bissfestigkeit" bieten hier geprüfte Edelstahlzangen mit Wolframkarbidspitzen, die durch Beschichtungen und Verschmutzungen dringen können. Diese Modelle mit ATEX- und FM-Zertifizierung gewährleisten, dass sie keine potentiellen Zündgefahren beinhalten und über einen genügend hohen Klammerdruck sowie eine elektrische Durchgängigkeit von unter 1 Ohm verfügen.
Passive Systeme sind eine preisgünstige Erdungsmöglichkeit für viele Standard-Anwendungen. Ein Nachteil besteht jedoch in der Sicherstellung des Kontaktes. Nicht nur Beeinträchtigungen durch Produktablagerungen oder Schutzanstriche können zu einer unsicheren Verbindung führen, sondern z.B. auch ein schlechter Zustand der Kabelanschlüsse, korodierte Erdungsanschlüsse oder Kabelbrüche. Dies erfordert eine besonders hohe Umsicht bei der Anwendung. Es liegt hier in der Pflicht des Betreibers, die Erdungsanlagen regelmässig auf ihre Sicherheit zu überprüfen. Das beinhaltet auch die Widerstands-Überprüfung im Ableitpfad. Da dies in der Praxis jedoch häufig nicht geschieht, wird eine schlechte Erdverbindung oft nicht gleich erkannt.
| Vorteile |
|---|
| Preisgünstig in der Anschaffung |
| Ausreichend für viele Standard-Anwendungen |
| Nachteile |
|---|
| Wiederholte eigenständige Prüfung und Überwachung der Erdungsverbindung notwendig |
STUFE 2: Aktive Erdung mit Überwachung
In der Praxis wird die sichere Erdung nicht immer entsprechend konsequent und zuverlässig durchgeführt. Dies betrifft insbesondere auch ortsveränderliche Objekte (z.B. Fässer, Behälter oder IBC), die immer wieder neu zu erden sind. Der Kontakt der Erdungsklammer kann nicht nur durch Produktablagerungen oder Schutzanstriche beeinträchtigt sein – auch Kabelanschlüsse sind möglicherweise verrostet oder in anderweitigem schlechtem Zustand, so dass eine unsichere Verbindung nicht auf den ersten Blick erkennbar ist. Für eine effiziente Kontrolle, besonders bei grösseren Gefährdungen, wurden deshalb aktive Erdungssysteme mit Statusanzeige entwickelt. Diese überwachen die Verbindung mit dem von elektrostatischer Aufladung bedrohten Objekt und signalisieren den Mitarbeitern optisch, ob eine sichere Verbindung zwischen den Objekten bzw. mit dem geprüften Erdungspunkt vorliegt. Wenn die Anzeige auf grün schaltet, wissen die Mitarbeiter, dass sie den Prozess gefahrlos durchführen können. Das Erdungssystem überwacht kontinuierlich die Erdungsschleife, um zu gewährleisten, dass die durch den Prozess erzeugten elektrostatischen Ladungen aus der explosionsgefährdeten Atmosphäre sicher abgeleitet werden.
Die ständig pulsierende grüne LED an einer der Klammern signalisiert, dass zwischen dem betreffenden Objekt, z.B. einem Fass, und dem überprüften Erdungsnetzwerk des Standortes ein Widerstand von 10 Ohm oder weniger vorliegt. Bei einer Unterbrechung der sicheren Erdungsverbindung erlischt die LED-Anzeige. Die Mitarbeiter erkennen somit eindeutig, dass die Gefahr einer statischen Entladung besteht und der Befüllvorgang unterbrochen werden muss. Nun muss die Erdverbindung überprüft werden, bevor der Befüllvorgang fortgesetzt werden darf.
Personen, die für Massnahmen zum Schutz vor elektrostatischen Zündgefahren verantwortlich sind, müssen sich in der Regel zwischen einfachen Klammern und Kabeln und überwachten Erdungssystemen entscheiden. Letztere bieten gleich in vielfacher Hinsicht Vorteile. Zum einen bieten sie höheren Schutz vor elektrostatischen Zündgefahren, da sie die Unversehrtheit der Verbindung mit den Anlagenteilen überprüfen. Weiterhin bieten sie den Mitarbeitern mehr Sicherheit durch das optische Signal, ob eine intakte Erdverbindung vorliegt. Aber auch der Zeitaufwand und die damit verbundenen Kosten für eine Überprüfung der sicheren Verbindung können minimiert werden. Diese mobilen Erdungssysteme eignen sich insbesondere, wenn manuelle Eingriffe in den Prozess eine Automatisierung verhindern. Ein Beispiel hierfür sind Anlagen, in denen grosse Mengen von Fässern und kleineren Behältern per Hand mit brennbaren Flüssigkeiten befüllt werden.
| Vorteile |
|---|
| Hoher Schutz vor elektrostatischen Zündgefahren durch permanente Überwachung und optische Anzeige der sicheren Verbindung |
| Sicherheit für den Mitarbeiter |
| Zeit- und Kostenersparnis durch reine Sichtprüfung des Kontaktes |
| Nachteile |
|---|
| keine automatische Verriegelungsfunktion bei automatisierten Prozessen |
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