Anwendung im Fokus:
Kontrolle der auftretenden elektrostatischen Ladungen von miteinander verbundenen Geräten und Anlagen

Elektrostatische Ladungen führen bei Produktions- und Förderprozessen in entzündlichen oder brennbaren Atmosphären in unterschiedlichsten Branchen zu einer Reihe von betrieblichen Problemen. In potentiell explosionsgefährdeten Atmosphären kann die Energiemenge einer von Anlagenteilen oder auch Personen ausgehenden Funkenentladung ausreichend hoch sein, um eine breite Palette an Verarbeitungsmaterialien, wie Feinstäube, pulverförmige Granulate, Flüssigkeiten und Dämpfe, bei deren Handhabung zu zünden. Zündvorfälle, die auf elektrostatische Ladungen zurückzuführen sind, reichen von kleinen, nicht gemeldeten Vorfällen bis hin zu zerstörerischen Explosionen und können Personenschäden bis hin zu Todesfälllen, Produktionsverluste aufgrund von Anlagenstillständen und Geschäftseinbußen verursachen.

Chemischen Anlagen

In chemischen Anlagen und Ölraffinerien gibt es typischerweise lange Rohrleitungen, die aus miteinander verschweißten Segmenten bestehen und mobile sowie stationäre Prozessbehälter und -installationen miteinander verbinden. Über die Rohrleitungen werden Rohmaterialien und halbfertige Erzeugnisse zur Weiterverarbeitung und Erzeugung der Fertigprodukte transportiert. Die für diese Materialien im Rahmen der Produktion eingesetzten Fördersysteme können aufgrund der Bewegung des Produkts durch die Rohrleitungen hin zu den nachgeschalteten Anlagenteilen große Mengen elektrostatischer Ladungen erzeugen. Bei der Pulververarbeitung beispielsweise ist aufgrund des Partikelstroms an allen Stellen der Anlage mit der Entstehung elektrostatischer Ladungen zu rechnen. Pulverstoffe laden sich beim Mischen, Mahlen, Sieben, Schütten, Feinmahlen sowie bei der pneumatischen Förderung stark auf.

In der Pharmaindustrie können sich Geräte und Anlagen, wie Pulverfördersysteme, Feinmahlanlagen, Mischer und Siebtürme, stark elektrostatisch aufladen, wenn diese Systemkomponenten elektrisch vom Erdreich getrennt sind.

Gefahren durch elektrostatische Ladungen im Zusammenhang mit isolierten Leitern

Die Beseitigung aller potentiellen Zündquellen in explosionsgefährdeten Atmosphären sollte bei der Konzeption von Anlagen und Maschinen stets an erster Stelle stehen. Am problematischsten sind dabei sogenannte „isolierte Leiter“. Bei diesen Leitern handelt es sich um elektrisch leitende Objekte, die entweder aufgrund ihrer spezifischen Eigenschaften oder versehentlich gegen Erde isoliert sind. Aufgrund der Isolierung können elektrostatische Ladungen nicht sicher zur Erde hin abgeleitet werden, sodass sich das Objekt auflädt. Wenn der isolierte Leiter in die Nähe eines anderen Objekts von niedrigerem Potential gelangt, kann Energie in Form eines Zündfunkens freigesetzt werden. Miteinander verbundene Geräte und Anlagen, wie beispielsweise solche zur Pulververarbeitung, stellen im Vergleich zu Standardanwendungen eine größere Herausforderung dar, da sie zahlreiche Metallteile enthalten, die wiederum größere Baugruppen bilden können, die elektrisch voneinander isoliert sind. Isolierte Rohrleitungsabschnitte können wie isolierte Leiter wirken, was wiederum zu einer Ladungserzeugung und elektrostatischen Aufladung führt. Ohne elektrischen Durchgang zum Erdreich können die Ladungen nicht abgeleitet werden, sodass sich der betroffene Rohrleitungsabschnitt extrem stark auflädt, bis es bei der nächsten sich bietenden Gelegenheit zu einer Entladung kommt. Die Aufladung der Pulverstoffe stellt daher eine Gefahr dar, wenn es zu einer Entladung kommt, die stark genug ist, eine Zündung zu verursachen.

Es gibt unzählige, häufig anzutreffende Objekte, die als isolierte Leiter in Frage kommen, darunter beispielsweise metallische Kupplungen, Flansche, Armaturen oder Ventile in Rohrleitungssystemen, tragbare Fässer, Behälter und Trichter. Auch Personen können isolierte Leiter sein. Bei den täglichen Arbeitsabläufen in industriellen Einrichtungen, beispielsweise in der chemischen oder pharmazeutischen Industrie, bei Lack- und Farbenherstellern oder in der Lebensmittel- und Getränkebranche, gelten isolierte Leiter als die wahrscheinlichste Ursache von Zündvorfällen aufgrund von elektrostatischen Ladungen.

Spezifizierung eines Erdungssystems

Miteinander verbundenen Geräten und Anlagen

Das effektivste Verfahren, um zu verhindern, dass sich die in entzündlichen oder brennbaren Atmosphären verwendeten komplexen Geräte und Anlagen elektrostatisch aufladen, ist die Nutzung einer dedizierten Erdungslösung. Ihre Aufgabe ist es, die Erdverbindung von Komponenten, bei denen die Gefahr einer elektrischen Isolierung besteht, zu überwachen. Sie sollte außerdem in der Lage sein, den Produktfluss zu unterbinden und die Mitarbeiter auf eine potentielle Gefahrensituation hinzuweisen, wenn eine der Komponenten die Verbindung zur Erde verliert.

Newson Gale empfiehlt zu diesem Zweck das System Earth-Rite® MULTIPOINT II. Es ist ein einzigartiges Erdungssystem für die gleichzeitige Überwachung des Erdungsstatus von bis zu 8 separaten Anlagenteilen, bei denen die Gefahr einer elektrostatischen Funkenentladung besteht.

Das System verfügt über cCSA-, ATEX- und IECEx-Zulassungen für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen und erfüllt sämtliche aktuell gültigen EU-Richtlinien. Mit Earth-Rite MULTIPOINT II können mehrere potentiell isolierte, leitende Komponenten von Produktions- und Verarbeitungsanlagen geerdet werden. Dabei kann es sich um Einzelkomponenten, wie Fässer oder IBCs, oder mehrere Anlagenabschnitte, wie Wirbelschichttrockner oder Schlauch- bzw. Rohrleitungen, handeln, bei denen bei bestimmten Anlagenprozessen die Gefahr einer elektrischen Isolierung besteht.

Aufgrund der einzigartigen Flexibilität des Systems können die Vorteile von acht separaten Erdungssystemen in Form eines Gesamtpakets genutzt werden. Installationsverantwortliche können so gleichzeitig mehrere Anlagenteile überwachen und deren Erdungszustand mithilfe einer wandmontierten Anzeigeeinheit mit 8 Erdungsanzeigen visualisieren.

Earth-Rite MULTIPOINT II Erdungsssytem

In NFPA 77 in den Abschnitten 15.3.1 und 15.3.2 über die Mechanismen der elektrostatischen Aufladung heißt es:

Zu einer elektrostatischen Kontaktaufladung kommt es in hohem Maß vor allem durch die Bewegung von Pulverstoffen. Ursachen sind hier der intermittierende Kontakt zwischen dem Pulver und den Oberflächen sowie der intermittierende Kontakt der einzelnen Pulverpartikel untereinander.

Immer, wenn ein Pulver in Kontakt mit einer anderen Oberfläche kommt, z.B. beim Sieben, Schütten, in Förderschnecken, beim Mahlen, Feinmahlen, Rutschen und pneumatischen Fördern, muss jederzeit mit einer Aufladung gerechnet werden.

In IEC 60079-32-1, 13.4.1 heißt es im Abschnitt über die Einrichtung und Überwachung von Erdungssystemen:

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 nicht durchgängig ist, z. B. aufgrund von gelockerten Anschlüssen oder Korrosion. Ein für Kraftstromkreise oder den Blitzschutz akzeptables Erdungssystem ist für den Schutz vor elektrostatischen Ladungen mehr als ausreichend.

Das System prüft darüber hinaus ständig, ob alle Komponenten mit einem verifizierten Erdungspunkt verbunden sind. So wird sichergestellt, dass der Widerstandswert der Erdleitung zwischen den Anlageteilen und der Bezugserde zu keinem Zeitpunkt über 10 Ohm liegt. In den Normen NFPA 77 „Recommended Practice on Static Electricity“ (Empfehlungen für den Umgang mit statischer Elektrizität) und IEC 60079-32-1 „Explosionsfähige Atmosphäre: Elektrostatische Gefährdungen – Leitfaden“ wird ein Widerstandswert des Erdungspfades von maximal 10 Ohm empfohlen.

Abbildung 1: Die Earth-Rite MULTIPOINT II- Überwachungseinheit kann in allen ATEX/IEC-Zonen und in allen Gefahrenbereichen mit Einstufung nach dem Class- und Division-System installiert werden.

Die Earth-Rite MULTIPOINT II-Überwachungseinheit kann in allen ATEX/IEC-Zonen und in allen Gefahrenbereichen mit Einstufung nach dem Class- und Division-System installiert werden.

Funktionsprinzip

Wenn die Überwachungseinheit erkennt, dass eine der Anlagenkomponenten nicht geerdet ist, wird ein Signal an die Steuerung gesendet. Wenn diese mit dem Überwachungskreis verriegelt ist, zieht das System die Freigabe zurück und die Anlage wird gestoppt. Das System erteilt nur dann eine Freigabe für den Produkttransfer, wenn der Widerstandswert des Erdungskreises jedes einzelnen Kanals unter 10 Ohm liegt, wie es in verschiedenen internationalen Richtlinien für den Schutz gegen unerwünschte elektrostatische Ladungen empfohlen wird. In einer solchen Situation kann der Anlagentechniker sehr schnell erkennen, welcher Anschluss überprüft werden muss. Dazu genügt ein Blick auf die Erdungsstatusanzeige der Überwachungseinheit des MULTIPOINT II-Systems, die genau anzeigt, welcher Kanal einer Überprüfung bedarf. Sobald die Erdung des Anlagenteils wiederhergestellt ist, erteilt die Steuerung eine Freigabe für die Wiederaufnahme des Prozesses.

Diese Systeme sind eine flexible Lösung für die pulververarbeitende Industrie. Die Überwachungseinheit, die jeweils acht grüne und rote LEDs umfasst und in einem Edelstahlgehäuse untergebracht ist, kann an einem gut einsehbaren Ort positioniert werden, damit Techniker und Bediener beobachten können, ob die an ihren jeweiligen Überwachungspunkten angeschlossenen LEDs grün oder rot leuchten. Wenn eine der roten LEDs anzeigt, dass der elektrische Durchgang zum zugehörigen Anlagenteil unterbrochen ist, kann der Techniker die entsprechende Stelle inspizieren, um den Erdungszustand des betreffenden Kanals zu untersuchen und bei Bedarf Korrekturmaßnahmen zu ergreifen.