1.0 Applikationen und Nachweise der Eigensicherheit · PTB 97 ATEX 2271 Ui Ii Pi Ci Li IIC T6 Camille Bauer Drehwinkel-Messumformer 30V 160mA 1W 10nF

11.09.2003 V. Pohl Ex_D_2003_2 www.camillebauer.com 1

1.0 Applikationen und

Nachweise der Eigensicherheit

Ex-hot-line: Tel.: +41 56 618 24 07Mobil: +41 79 372 43 67Fax: +41 56 618 24 86e-mail: [email protected]

uwma

1.0


Die nachfolgenden Seiten zeigen den Nachweis der Eigensicherheit für einfacheund komplexe Stromkreise.

Beim einfachen Stromkreis muss immer folgendes erfüllt sein:Uo ≤ UiIo ≤ IiPo ≤ PiFür die Ermittlung der max. Leitungslänge (l) nimmt man die Werte für Lo undCo und subtrahiert alle im Stromkreis vorhandenen Li und Ci. Der kürzere derbeiden l-Werte ist die max. zulässige Leitungslänge. Meist ist der Kapazitätswertkritisch, so dass alle Berechnungen auf Basis des Co für IIC und Zone1,2aufgebaut sind und auf Kabeldaten von 120nF/km sowie 0,7mH basieren.Die Berechnungen gelten sinngemäss auch für Li.Ckabel = Co-∑Cilkabel = Ckabel/120nF/km

Bei einfachen elektrischen Betriebsmitteln, die keine Zulassung haben, müssenSie die Temperaturklasse selbst berechnen, oder berechnen lassen. In denbeiliegenden Applikationen sehen Sie Beispiele der Berechnung.


Wenn konzentrierte Kapazitäten Ci und Induktivitäten Li im Stromkreis vorhanden sind,

ist dies ein gemischter Stromkreis. Unter Berücksichtigung des nationalen Vorworts der

DIN EN 60079-14 dürfen für solche Stromkreise nur die „gemischten“ Lo- und Co-Werte

verwendet werden, die normalerweise nicht in der Baumusterprüfbescheinigung

angegeben sind. Camille Bauer lässt diese „gemischten Werte“ von der Zulassungsstelle

berechnen und druckt sie in der Produktdokumentation ab. Da jedoch die

Kapazitätswerte meist sehr knapp sind, kann man für die Zonen 1 und 2 einen

Kompromiss machen und höhere Kapazitätswerte nehmen. Den Wert für Co in der

Bescheinigung sollte man jedoch nicht voll ausnutzen. Dieser Kompromiss geht jedoch

nicht definitiv aus den Vorschriften hervor.

Der gemischte Stromkreis entsteht bei (ungünstiger) Installation oder schon bei der

Auswahl von Feldgeräten. Achten Sie immer darauf, dass diese keine Ci und !! Li-Werte

haben. (Ausnahme Feldbus-Geräte nach FISCO)

Ob sich ein gemischter Stromkreis ergibt, liegt also in Ihrer Hand. Wir können Sie bei

diesem Problem (nur) durch die Bereitstellung der (wesentlich kleineren)

gemischten Co- und Lo-Daten unterstützen.


Beachten Sie auch die besonderen Vorschriften für die Zone 0 !!!

EN 60079-14EN 50 284EN 50 014EN 1127-1

Nach EN 1127-1 dürfen bei der Zone 0, auch bei seltenenBetriebsstörungen, 80% der Zündtemperatur nicht überschrittenwerden. Nach EN 50014 ist zusätzlich noch einSicherheitsabschlag von 5K zu berücksichtigen.


2.1 Zusammenschaltung

mit einfachen Betriebsmitteln

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2.1


SchaltkontaktSchaltkontakt

Schaltkontakt SchaltverstärkerSV 824


Nachweis der EigensicherheitNachweis der Eigensicherheit

Der angeschlossene Schalter ist ein sog. einfaches elektrisches Betriebsmittel,das nach EN 50020 keine Zulassung, keine Typprüfung und keine Ex-Kennzeichnung benötigt. Jedoch fordert die RL94/9 (ATEX) seit 1.7.2003, dassalle Betriebsmittel für z.B. die Zone 1 eine Baumusterprüfbescheinigungbenötigen. Dieser Widerspruch wurde durch ein Statement bereinigt; dieeinfachen Ex-i-Betriebsmittel brauchen weiterhin keine Ex-Zulassung. Hat derSchalter keine Zulassung, muss er eine Kennzeichnung tragen und den max.Ex-Daten entsprechen; dies ist selten problematisch.Eine Bestimmung der Temperaturklasse ist nicht notwendig. (Nach EN 50020sind Schalter, die innerhalb ihrer Bemessungsdaten betrieben werden, derGruppe IIC und der Temperaturklasse T6 zuzuordnen.)Da Schalter i.d.R. keine Ci- und Li-Werte haben, kann das Co voll für dieLeitungslänge verwendet werden.

Schaltverstärker SV 824 von Camille BauerCo=1410nF Lo=200mH / 240mH


TemperaturmessungTemperaturmessung

Thermoelement SINEAX V604 SINEAX V624Widerstandsthermometer

Gilt auch für: SINEAX VC603

SIRAX V644EURAX V604EURAX VC603


TemperaturklasseTemperaturklasseDer angeschlossene Sensor (Thermoelement / Widerstandsthermometer)ist ein sog. einfaches elektrisches Betriebsmittel, das nach EN 50020 keine Zulassung,keine Typprüfung und keine Ex-Kennzeichnung benötigt. Jedoch fordert die RL94/9 (ATEX) seit1.7.2003, dass alle Betriebsmittel für z.B. die Zone 1 eine Baumusterprüfbescheinigung benötigen.Dieser Widerspruch wurde durch ein Statement bereinigt; die einfachen Ex-i-Betriebsmittel brauchenweiterhin keine Ex-Zulassung. Zur Bestimmung der Temperaturklasse dienen die Normen EN 50020(Kap. 6.2.4) bzw.EN 60079-14 (Kap. 12.2.5.1). Hierzu muss der thermische Widerstand, z.B. 300K/W, des Sensorsbekannt sein. Über die zugeführte Leistung, z.B. Po=5mW, errechnet man die Temperaturüberhöhung:∆ϑ=0,005W·300k/W=1,5KZusammen mit der zulässigen Temperatur der jeweiligen Temperaturklasse und der vorhandenenUmgebungstemperatur kann man jetzt ermitteln, ob der Sensor zulässig ist.Die Berechnung für die Zone 0 wurde schon in der Einleitung erklärt. Bei Zone 1 muss nach EN 50014ein Sicherheitsabschlag von 5K erfolgen.T6: 85°C - 5K = 80°C 80°C-1,5K =78,5°CDen Sensor kann man somit in der Zone 1 und T6 bis zu einem Tamb = 78°C einsetzen.Für Zone 0 und T6 ergeben sich rechnerisch: Tambmax = 85°C·0,8-5K-1,5K = 61,5°Cjedoch sind hier nach EN 50284 nur Temperaturen bis 60°C zulässig.



Zugelassene Thermoelemente oder Widerstandsthermometer müssen folgendeHöchstwerte haben:Beim SINEAX / EURAX V604 SINEAX V624 SINEAX / EURAX VC603

SIRAX V644Ui ≥ 6V *) Ui ≥ 7,2VIi ≥ 3mA Ii ≥ 3mAPi ≥ 5mW Pi ≥ 5,4mW

In der Bescheinigung ist eine Tabelle angegeben, die angibt, bei welcherzugeführten Leistung welche Temperaturklasse und welche Zone zulässig ist.

*) 11V bei 3- und 4-Leitertechnik


Beispiel zugelassener TemperaturfühlerBeispiel zugelassener Temperaturfühler

Hersteller/Typ Prüfbescheinigung Uo Io Po Co Lo Gruppe/Temp.-kl.

aktives zug. elektrisches BetriebsmittelCamille Bauer Messumformer PTB 97 ATEX 2074X 6V 3mA 5mW 40µF 1H IICSINEAX V604

eigensicheres elektr. Betriebsmittel PTB 03 ATEX 2041X Ui Ii Pi Ci LiGMC Therm 7,2V 15mA 27mA ~0 ~0 IIC T5

Kabelbeispiel: 120nF/km 0,7mH/km

l = 40000nF/120nF/km = 333km

.




aktives zug. elektrisches BetriebsmittelCamille Bauer Messumformer ZELM 00 ATEX 0027 7,2V 3mA 5,4mW 13,5µF 1H IICSINEAX V624

eigensicheres elektr. Betriebsmittel PTB 03 ATEX 2041X Ui Ii Pi Ci LiGMC Therm 7,2V 15mA 27mW ~0 ~0 IIC T5


l = 13500nF/120nF/km = 112km


ProgrammierungProgrammierung

PK

600

SINEAX V604

Gilt auch für: SINEAX VC603SIRAX V644EURAX V604EURAX VC603


Die Geräte SINEAX V604, VC603 und SIRAX V644 können während des

laufenden Prozesses (Thermoelement/Widerstandsthermometer im Ex-Bereich)

programmiert werden. Die Programmierung ist „passiv“, so dass es zu keinem

zusätzlichen Energieeintrag kommt.




PK

610 SINEAX V624


Der SINEAX V624 kann während des laufenden Prozesses (Thermoelement/

Widerstandsthermometer im Ex-Bereich) programmiert werden. Die

Programmierung ist „aktiv“, so dass es zu einem zusätzlichen Energieeintrag

kommen kann. Dies ist in der Bescheinigung schon berücksichtigt. Die Ex-Daten

erhöhen sich dann auf Uo=15,5V Io=6,2mA Po=24mW

Beachten Sie dies bitte beim Nachweis der Eigensicherheit.




mit einem passiven Betriebsmittel

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2.2


KINAX 3W2 / Speisegerät B811KINAX 3W2 / Speisegerät B811

KINAX 3W2 SINEAX B811

Gilt auch für: SIRAX B811EURAX B811


KINAX 3W2 / Speisegerät B811KINAX 3W2 / Speisegerät B811


aktives zug. elektrisches BetriebsmittelCamille Bauer Speisegerät PTB 97 ATEX 2083 21V 75mA 660mW 178nF 6,7mH IICSINEAX B811

eigensicheres elektr. Betriebsmittel PTB 97 ATEX 2271 Ui Ii Pi Ci Li IIC T6Camille Bauer Drehwinkel-Messumformer 30V 160mA 1W 10nF 0KINAX 3W2


max. zulässige Leitungskapazität: 178nF - 10nF = 168nF

max. Leitungslänge: 168nF120nF/km = 1400m


Temperaturmessung mit V608Temperaturmessung mit V608

Messumformer SINEAX V608 Speisegerät SINEAX B811

Zone 0 oder 1 Zone 1

Ex-Bereich






eigensicheres elektr. Betriebsmittel Ui Ii Pi Ci Li IIC T6Camille Bauer Temperaturmessumformer ZELM 01 ATEX 0052 30V 160mA 1W 0 0SINEAX V608


max. zulässige Leitungskapazität: 178nF



Bestimmung der TemperaturklasseBestimmung der Temperaturklasse

Der angeschlossene Sensor (Thermoelement / Widerstandsthermometer)

ist ein sog. einfaches elektrisches Betriebsmittel, das nach EN 50020 keine

Zulassung, keine Typprüfung und keine Ex-Kennzeichnung benötigt.

Jedoch fordert die RL94/9 (ATEX) seit 1.7.2003, dass alle Betriebsmittel für

z.B. die Zone 1 ein Baumusterprüfbescheinigung benötigen.Dieser Widerspruch wurde durch ein Statement bereinigt; die einfachen Ex-i-Betriebsmittel brauchen weiterhin keine Ex-Zulassung.Die Berechnung bezügl. dem Einsatz in der Zone 0, 1 und der entsprechendenTemperaturklasse ist im Kapitel „ Zusammenschaltung mit einfachenBetriebsmitteln“ erklärt.




aktives zug. elektrisches BetriebsmittelCamille Bauer Messumformer ZELM 01 ATEX 0052 6V 15mA 39mW 40µF 160mH IICSINEAX V608



Programmierung des V608 im FeldProgrammierung des V608 im Feld

Messumformer SINEAX V608 Speisegerät SINEAX B811

Ex-Bereich

PK 610


Der V608 kann während des laufenden Prozesses im Ex-Bereich programmiert

werden. Dabei kann sich sowohl nur das Thermoelement / der Widerstands-

thermometer oder auch der V608 im Ex-Bereich befinden. Der zusätzliche

Energieeintrag durch das Programmierkabel ist in der Zulassung berücksichtigt.

Beachten Sie dabei bitte die Installationsvorschriften (EN 60079-14). Der (nicht-

ex) Laptop bzw. PC zusammen mit dem PK610 dürfen sich nur im

explosionsgefährdeten Bereich befinden, wenn dort während des

Programmiervorgangs die Ex-Atmosphäre ausgeschlossen ist („Feuerschein“).


Temperaturmessung mit VK616Temperaturmessung mit VK616

Messumformer SINEAX VK616 Speisegerät SINEAX B811


Ex-Bereich






eigensicheres elektr. Betriebsmittel Ui Ii Pi Ci LiCamille Bauer KopfmessumformerSINEAX VK616 Standard ZELM 99 ATEX 0010 30V 160mA 1W 0 0 IIC T6SINEAX VK616 mit galv. Trennung ZELM 00 ATEX 0043





Bestimmung der TemperaturklasseBestimmung der Temperaturklasse

Der angeschlossene Sensor (Thermoelement / Widerstandsthermometer)

ist ein sog. einfaches elektrisches Betriebsmittel, das nach EN 50020 keine

Zulassung, keine Typprüfung und keine Ex-Kennzeichnung benötigt. Jedoch

fordert die RL94/9 (ATEX) seit 1.7.2003, dass alle Betriebsmittel für z.B. die

Zone 1 ein Baumusterprüfbescheinigung benötigen. Dieser Widerspruch wurde

durch ein Statement bereinigt; die einfachen Ex-i-Betriebsmittel brauchen

weiterhin keine Ex-Zulassung. Die Berechnung bezügl. dem Einsatz in der

Zone 0, 1 und der entsprechenden Temperaturklasse ist im Kapitel „

Zusammenschaltung mit einfachen Betriebsmitteln“ erklärt.


Zugelassener Temperaturfühler mit VK616 StandardZugelassener Temperaturfühler mit VK616 Standard


aktives zug. elektrisches BetriebsmittelCamille Bauer Messumformer Zelm 99 ATEX 0010 6V 15mA 39mW 990nF 5mH IICSINEAX VK616 Standard




aktives zug. elektrisches BetriebsmittelCamille Bauer Messumformer Zelm 00 ATEX 0043 6V 8mA 26mW 1194nF 7mH IICSINEAX VK616 m.g.T.


Zugelassener Temperaturfühler mit VK616 m. galv. TrennungZugelassener Temperaturfühler mit VK616 m. galv. Trennung


Programmierung des VK616 im FeldProgrammierung des VK616 im Feld

PK 610

Messumformer SINEAX VK616 Speisegerät SINEAX B811


Ex-Bereich


Der VK616 kann während des laufenden Prozesses im Ex-Bereich

programmiert werden. Dabei kann sich sowohl nur das Thermoelement / der

Widerstandsthermometer oder auch der VK616 im Ex-Bereich befinden. Der

zusätzliche Energieeintrag durch das Programmierkabel ist in der Zulassung

berücksichtigt. Beachten Sie dabei bitte die Installationsvorschriften

(EN 60079-14). Der (nicht-ex) Laptop bzw. PC zusammen mit dem PK610

dürfen sich nur im explosionsgefährdeten Bereich befinden, wenn dort während

des Programmiervorgangs die Ex-Atmosphäre ausgeschlossen ist

(„Feuerschein“).

Programmierung des VK616 im FeldProgrammierung des VK616 im Feld


Statt dem Speisegerät B811 können Sie auch den Trenn-

wandler SI815 (mit Hilfsenergieübertragung) einsetzen.

Als Beispiel dient der 2-kanalige SINEAX SI815.

Wie beim Speisegerät B811 können die programmierbaren

Messumformer V608 und VK616 auch bei laufender Anlage

programmiert werden.


KINAX 3W2 / Trennwandler SI815KINAX 3W2 / Trennwandler SI815

KINAX 3W2 SINEAX SI 815


KINAX 3W2 / Trennwandler SI815KINAX 3W2 / Trennwandler SI815


aktives zug. elektrisches BetriebsmittelCamille Bauer Trennwandler PTB 97 ATEX 2101 23,1V 100mA 580mW 140nF 4mH IICSINEAX SI815



max. zulässige Leitungskapazität: 140nF - 10nF = 130nF



Temperaturmessung mit V608Temperaturmessung mit V608

Messumformer SINEAX V608 Trennwandler SINEAX SI815


Ex-Bereich





eigensicheres elektr. Betriebsmittel Ui Ii Pi Ci Li IIC T6Camille Bauer Temperaturmessumformer ZELM 01 ATEX 0052 30V 160mA 1W 0 0SINEAX V608





Temperaturmessung mit VK616 und VK626Temperaturmessung mit VK616 und VK626

SINEAX VK616/VK626 Trennwandler SINEAX SI815


Ex-Bereich





eigensicheres elektr. Betriebsmittel ZELM 99 ATEX 0010 Ui Ii Pi Ci Li IIC T6Camille Bauer KopfmessumformerSINEAX VK616 30V 160mA 1W 0 0

Kabelbeispiel: 120nF/km 0,7mH/Km



Das Beispiel gilt auch für:VK616 m. galv. Trennung undVK 626da sie die gleichen Ui, Ii und Pi-Werte haben.


NAMUR-Initiator / SchaltverstärkerNAMUR-Initiator / Schaltverstärker

Näherungsinitiator SchaltverstärkerSV 824



Es gibt unzählige Typen und Hersteller von NAMUR- bzw. Näherungsinitiatoren,so dass wir hier kein Beispiel abgedruckt haben. Die Schnittstelle ist funktionalnach IEC 60 947-5-6 (früher EN 50227 bzw. DIN 19234) genormt. Die Ex-Datensind i.d.R. passend zum Schaltverstärker.Viele Initiatoren haben Ci- und !! Li-Werte und bilden somit einen sog. gemischtenStromkreis. (s. Einleitung und Kapitel „Zusammenschaltung mehrererBetriebsmittel“)Gerade für die Zone 0 können jetzt nicht die Co- und Lo-Werte der Ex-Bescheinigung des Schaltverstärkers genommen werden. Für die Leitungslängen-Berechnung verwenden Sie bitte unsere Angaben in der Produktdokumentation(z.B. Ex-Katalog), die nachfolgend aufgelistet sind.


Gemischter StromkreisGemischter Stromkreis

SINEAX SV 824SIRAX SV 824Co = 464nFLo = 3mH

gemischte Co- und Lo-Werte



mehrerer Betriebsmittel

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2.3


Bei mehr als 2 Betriebsmitteln im Stromkreis, kann die Berechnung u. U. sehr

komplex werden. Dabei ist es egal, ob die Zusammenschaltung dauerhaft oder

nur kurzfristig (Handheld, Multimeter, Kalibrator) vorgenommen wird.

Die Komplexität der Berechnung hängt hauptsächlich davon ab, ob der

Hersteller solche Verschaltungen bei der Entwicklung berücksichtigt hat.

Camille Bauer hat die Zusammenschaltungen berücksichtigt, damit bei der

Installation ein einfaches Plugń´Play angewendet werden kann. Umfangreiche

Berechnungen entfallen.


2.3.1 Strommessung

aus dem Ex-Bereich

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2.3.1


Signalauswertung aus dem Ex-BereichSignalauswertung aus dem Ex-Bereich

Uo < 33VIo < 150mAPo = bel.

Camille BauerTrennwandlerTI 807

Normalerweise kommt es bei dieser Applikation zu einer Verschaltung 2-er Ex-i-Kreise, da viele Trennwandler an den Klemmen seitens Ex aktiv sind (trotzpassiver Funktion). Erkennbar ist dies an den Ex-Daten im Ex-Schein;Höchstwerte Uo=...V Io=...mA. Die Zusammenschaltung muss vor demAnschluss berechnet werden.

Beim TI807 ist dies nicht der Fall. Er ist an seinen eigensicheren Klemmen passivund kann somit ohne komplizierte Berechnungen installiert werden. Er ist fürStröme bis max. 150mA und Spannung bis max. 33V geeignet


Signalauswertung aus dem Ex-BereichSignalauswertung aus dem Ex-Bereich

Plugń´Play

bei der Stromauswertung

mit dem TI807 von Camille Bauer


2.3.2 Signalaufteilung im

Ex-i-Kreis

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2.3.2


Messumformer Speisegerät TrennwandlerKINAX 3W2 SINEAX B 811 SINEAX TI 807

Signal-SplittingSignal-Splitting

Da alle Produkte von Camille Bauer sind, ist in diesem Fall derAnschluss problemlos. Die Geräte sind aufeinander abgestimmt.Wie im Beispiel zuvor käme es zu einer Verschaltung 2-er Ex-i-Kreise, wenn der Trennwandler aktiv wäre.

Da nur ein aktives Betriebsmittel vorhanden ist, ist dieZusammenschaltung ohne komplizierte Berechnungen möglich.



Messumformer Speisegerät TrennwandlerKINAX 3W2 SINEAX B 811 SINEAX TI 807

Nachweis der Eigensicherheit

Teil 1


Teil 2





passives zug. elektrisches Betriebsmittel Ui Ii Pi Ci LiCamille Bauer DC-Trennwandler PTB 97 ATEX 2102 33V 150mA beliebig 0 0,024mH IICSINEAX TI807




Teil 1:Messumformer SpeisegerätUi (30V) > Uo (21V)Ii (160mA) > Io (75mA)Pi (1000mW) > Po (660mW)

Teil 2:Trennwandler SpeisegerätUi (33V) > Uo (21V)Ii (150mA) > Io (75mA)Pi (beliebig)



Plugń´Play

bei der Signalaufteilung

mit dem TI807 von Camille Bauer



Besonderheit:Weil konzentrierte Kapazitäten (Ci=10nF) und Induktivitäten (Li=0,024mH) im Stromkreis vorhanden sind, istdies ein gemischter Stromkreis. Unter Berücksichtigung des nationalen Vorworts der DIN EN 60079-14 dürfenfür solche Stromkreise nur die „gemischten“ Lo- und Co-Werte verwendet werden, die normalerweise nicht inder Baumusterprüfbescheinigung angegeben sind. Camille Bauer lässt diese „gemischten Werte“ von derZulassungsstelle berechnen und druckt sie in der Produktdokumentation ab. Für IIC sind dies 54nF und0,5mH. Da jedoch der Kapazitätswert von 54nF sehr knapp ist und der KINAX 3W2 nicht in der Zone 0installiert werden darf, kann man für die Zonen 1 und 2 einen Kompromiss machen. Man kann höhereKapazitätswerte nehmen, jedoch sollte man die 178nF nicht voll ausnutzen. Dieser Kompromiss geht jedochnicht definitiv aus den Vorschriften hervor.

Berechnung der Kabel- bzw. Leitungslänge für IIC

nach dem nationalen Vorwort der DIN EN 60079-14Kabelbeispiel: 120nF/km 0,7mH/kmmax. zulässige Kabelkapazität: 54nF-10nF = 44nFmax. zulässige Kabelinduktivität: 0,5mH-0,024mH = 0,47mHl= 44nF/120nF/km = 366m

Kompromiss für z.B. 700mKabelbeispiel: 120nF/km 0,7mH/kmFür 700m benötigt man ein Co von 0,7km·120nF/km = 84nF (« 178nF-10nF)


2.3.3 Handheld-Programmierung

mit Ex-Schein

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2.3.3


Handheld im Ex-i-KreisHandheld im Ex-i-Kreis

Beim Einbringen eines Handheld-Terminals in den Ex-i-Kreis kommt es i.d.R. immer zur Verschaltung von 2 Ex-i-Kreisen. (Erkennbar an den Ex-Daten in der Bescheinigung) Diese Zusammenschaltung muss als Nachweis der Eigensicherheit vor der Ankopplung berechnet werden.Hat dabei das Speisegerät eine nichtlineare Kennlinie (trapezförmig oder rechteckig/elektronisch), was sehr häufig der Fall ist, muss der Nachweis anhand des PTB Berichtes ThEx 10 (früher W39) geführt werden.

SpeisegerätFa. XY


Handheld-ProgrammierungHandheld-Programmierung

Nachweis der Eigensicherheit bei linearen Kennliniendurch einfache AdditionHaben sowohl das Speisegerät, als auch das Handheld-Terminaleine lineare/ohmsche Kennlinie, erfolgt der Nachweis nach DIN EN 60079-14, Anhang B, Bild 2.1, da es sich um die sog. Stromaddition handelt.Das höhere der beiden Uo (Uomax) darf nicht grösser sein, als das Ui.Die Summe (Ioges) der beiden Io darf nicht grösser sein, als das Ii.

Bitte vergessen Sie nicht, dass auch noch die Anforderungen des Kapitels 12.2.5.1gelten. Durch das höhere Ioges ergibt sich auch eine höhere Leistung Po in diesem Kreis, das nicht grösser sein darf, als das Pi.Durch das höhere Ioges ergibt sich ein niedrigeres Lo für diesen Kreis, das bei derKabellängenberechnung berücksichtigt werden muss.Zudem muss natürlich auch noch überprüft werden, ob die Kombination Uomax/Ioges noch eigensicher ist.



Po = 660mW21V

Po = 660mW

21V

9V

25mA 75mA

Kennlinie Speisegerät

Kennlinie Handheld9V

Nachweis der Eigensicherheit bei nichtlinearen Kennliniendurch graphische Addition nach PTB-Bericht ThEx 10 (W39)Die meisten Speisegeräte haben nichtlineare Kennlinien. Die Kennliniencharakteristik ist in der Bescheinigung angegeben. Nichtlineare Kennlinien sind trapezförmig oderrechteckig bzw. elektronisch. Die Kennlinie selbst, die man zur Berechnung benötigt, muss fast immer angefragt werden. Das o.g. Beispiel zeigt den umfangreichen Nachweis bei der Zusammenschaltung derbeiden Geräte am Beispiel eines Speisegerätes mit einer Trapezkennlinie Uo=21VIo=75mA und einem Handheld-Terminal mit einer linearen Kennline und Uo=9V Io=25mA

25mA + 75mA = 100mA



Die graphische Addition zeigt, dass der resultierende Ex-i-Kreis die Daten Uomax=21V Iomax=100mA Po=660mW hat. Gegenüber dem Speisegerät ist nur Io höher. Das Beispiel wurde extra so gewählt, dass Iomax=100mA ergibt, da dies mit dem typischen Ii=100mA von Messumformern zusammenpasst. Es zeigt somit, dass bei typischen Speisegeräten mit Io=93mA nur noch Handhelds mit Io ≤ 7mA !! in Betracht kommen, wenn Ii=100mA ist. Ob der Summenstromkreis noch eigensicher ist, kann nur anhand der Kurven im PTB-Bericht ThEx10 (W39) ermittelt werden. Es gelten nicht ! die Zündgrenzkurven und Tabellen der EN 50020. Die weitere Vorgehenweise wurde vorne behandelt und kann im o.g. PTB-Bericht nachgelesen werden.

Po = 660mW21V

Po = 660mW

21V

9V

25mA 75mA

Kennlinie Speisegerät

Kennlinie Handheld9V

25mA + 75mA = 100mA



Camille Bauer SpeisegerätSINEAX B811

Beim Camille Bauer Speisegerät SINEAX B811 ist der Anschlusseines beliebigen Handheld-Terminals in der Bescheinigung schonberücksichtigt. Die Baumusterprüfbescheinigung enthält denNachweis der Eigensicherheit und die Daten des resultierendenEx-i-Kreises incl. der neuen Co- und Lo-Werte.



Auszug aus der Ex-Bescheinigungdes SINEAX B811


Neue Lo- Co-Werte


HART-Programmierung VK626HART-Programmierung VK626

Camille Bauer SpeisegerätSINEAX B811

Beim Camille Bauer Speisegerät SINEAX B811 ist der Anschlusseines beliebigen Handheld-Terminals in der Bescheinigung schonberücksichtigt. Die Baumusterprüfbescheinigung enthält denNachweis der Eigensicherheit und die Daten des resultierendenEx-i-Kreises incl. der neuen Co- und Lo-Werte.


HART-Programmierung VK626HART-Programmierung VK626


2 aktive elektrische BetriebsmittelCamille Bauer Speisegerät PTB 97 ATEX 2083 21V 100mA 660mW 178nF 4mH IICSINEAX B811 undbel. Handheld-Terminal Uo:9,4V, Io:25mA, Po: 60mW

eigensicheres elektr. Betriebsmittel ZELM 01 ATEX 0067 Ui Ii Pi Ci Li IIC T6Camille Bauer KopfmessumformerSINEAX VK626 30V 160mA 1W 0 0





Plugń´Play mit PTB-Zulassung

bei der Handheld-Programmierung

mit dem B811 von Camille Bauer


SystemreserveSystemreserve

Standard-Speisegeräte

Systemreserve nur 7mA

Ui: 30V Ii: 100mA

Uo: 28VIo: 93mA

Die Systemreserve für Spannungsaddition beträgt nur 2V.

L

SpeisegerätFa. XY


SystemreserveSystemreserve

Die Systemreserve für Spannungsaddition beträgt 9V.

Reserve: 25mA

Camille Bauer Speisegerät SINEAX B811

Ui: 30V Ii: 100mA

Uo: 21VIo: 75mA

Ui: 30V Ii: 160mA

Uo: 21VIo: 75mA

Reserve: 9V / 85mA !!!


Anforderungen und VorteileAnforderungen und Vorteile

Beim Speisegerät B811 haben wir bewusst darauf geachtet, dass inbestehenden Messkreisen weitere aktive Betriebsmittel, wie Handheld-Terminals, Multimeter, Kalibratoren, etc. integriert werden können. Deshalbsind die Ex-Daten mit Uo=21V und Io=75mA kleiner, als bei handelsüblichenSpeisegeräten.Speziell der Anschluss von Handheld-Terminals beliebiger Hersteller istkomplett in der Ex-Bescheinigung angegeben. Dabei wurde selbst der sog.„Rückwärtsabschuss“ nach EN 60079-14 Kap. 12.2.5.2 berücksichtigt. KeinBauteil im B811 wird durch den Anschluss des 2. aktiven Betriebsmittelsüberlastet.Das niedrige Uo=21V ergibt auch ein grösseres Co=178nF, das wiederumlängere Verbindungsleitungen zulässt.Die niedrigen Ex-Daten ermöglichen auch ein Anschliessen von „exotischen“Messumformern, die nicht mehr an die üblichen 28V/93mA passen.


2.3.4 Strom- / Spannungsmessung mit

- universalen Messumformern

- Grenzwertmeldern

- Trennverstärkern

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2.3.4


Universeller MessumformerUniverseller Messumformer

Camille Bauer SINEAX V 604

Beim universellen MessumformerSINEAX V604 können amgleichen Klemmenblock aktiveStrom- oder Spannungsquellensowie Temperatursensoren ange-schlossen werden. Für diesemüssen die Klemmen „aktiv“ sein.Daraus ergeben sich die Ex-Daten Uo=6V Io=3mA

P

P

Bereich


DurchflussmessungDurchflussmessung

Ex-Zusammenschaltung

21,6V / 57mA 6V / 3mA SINEAX V604

Beim Anschluss einer Strom- oder Spannungsquelle, wie z.B. einemDurchflussmesser, kollidieren die Ex-Daten des universalenMessumformers SINEAX V604 mit denen des Durchflussmessers. Eskommt zur Zusammenschaltung von 2 Ex-i-Kreisen auf der gleichenLeitung. Eine Berechnung dieses Sachverhaltes durch den Errichter oderBetreiber ist sehr umfangreich und komplex.

Gilt auch für: SIRAX V 644SINEAX VC603EURAX V604EURAX VC603


Magnetisch-induktiver Durchflussmesser / Ex-DatenMagnetisch-induktiver Durchflussmesser / Ex-Daten


Magnetisch-induktiver Durchflussmesser / Ex-DatenMagnetisch-induktiver Durchflussmesser / Ex-Daten

Für die folgende Angabe in der Bescheinigung des Durchflussmessersbeachten Sie bitte das nationale Vorwort der DIN EN 60079-14:

Der Durchflussmesser hat konzentrierte innere Induktivitäten undKapazitäten und erzeugt somit einen sog. gemischten Stromkreis.Der gemischte Stromkreis wurde vorne behandelt und muss nach demo.g. nationalen Vorwort betrachtet werden.Für den Nachweis der Eigensicherheit haben wir Tabellen von der PTBberechnen lassen; die beiden wichtigsten sind in der Bescheinigungabgedruckt. Für die nicht alltäglichen gemischten Stromkreise finden Siedie Tabelle in unserer Produktdokumentation.


Strom- / Spannungsmessung V 604Strom- / Spannungsmessung V 604

Da sich bei der Strom- und Spannungsmessung immer eine Zusammenschaltung ergibt,haben wir für viele U/I-Wertepaare den Nachweis der Eigensicherheit in Form einerTabelle für Sie schon erstellt. Für das Beispiel rundet man den Wert 21,6V auf 24V underhält als Co=38nF und als Lo=5mH.

Tabelle in der Camille Bauer Dokumentation(von der PTB berechnet)

Ci=6Vin der Tabelle nicht berücksichtigt



Berücksichtigt man Li und beide Ci verbleiben für die Installation noch

38nF-1,2nF (Durchflussmesser) - 6nF (V604) = 30,8nF und 4,7mH. Bei

einem Kabelbelag von 120nF/km und 0,7mH/km ist nur noch eine Kabel-

bzw. Leitungslänge von 30,8nF/120nF/km = 256m zulässig.

Dieser niedrige Wert resultiert einzig aus der Tatsache, dass der

Durchflussmesser einen gemischten Stromkreis „erzeugt“.

Hätte der Durchflussmesser z.B. kein Ci (bzw. Li), wäre es kein

gemischter Stromkreis und es ergibt sich aus der nachfolgenden Tabelle

ein Co von 67nF. Abzüglich des Ci=6nF ist die Installationslänge

61nF/120 nF/km = 508m

Beachten Sie dies bitte bei der Auswahl der Feld-Messumformer !





Die o.g. Tabelle ist Bestandteil der Ex-Bescheinigung und gilt fürnichtlineare Kennlinien. Hätte in diesem Beispiel der Durchfluss-messer eine elektronische Kennlinie, wäre eine Applikationin der Gasgruppe IIC nicht möglich.


DurchflussmessungDurchflussmessung

Ex-Zusammenschaltung

21,6V / 57mA 6V / 3mA SINEAX TV 8xxSINEAX C 402

Beim Anschluss einer Strom- oder Spannungsquelle, wie z.B. einemDurchflussmesser, kollidieren auch die Ex-Daten des TrennverstärkersTV808 bzw. des Grenzwertmelders C402 mit denen desDurchflussmessers. Auch hier ist die Berechnung der resultierendenZusammenschaltung durch den Errichter oder Betreiber beinaheunmöglich.


Ex-Daten Trennverstärker TV 808Ex-Daten Trennverstärker TV 808

Deshalb haben wir auch für dieseCamille Bauer Produkte Tabellenvon der Zulassungsstelleberechnen lassen, die denNachweis der Eigensicherheit unddie Berechnung der Lo- und Co-Werte beinhalten.

TV 808


Ex-Daten Trennverstärker TV 808Ex-Daten Trennverstärker TV 808

Hätte der Durchflussmessereine elektronische Kennlinie,wäre auch hier eineInstallation für IIC nichtmöglich.

TV 808


Ex-Daten Grenzwertmelder C 402Ex-Daten Grenzwertmelder C 402

Der Grenzwertmelder C402 hat die gleichenEx-Daten wie der Trennverstärker TV 808.Somit gilt die vorherige Berechnung auch fürden C402.

C 402


Ex-Daten Grenzwertmelder C 402Ex-Daten Grenzwertmelder C 402

Tabelle für elektronischeKennlinie

C 402


Strom- und SpannungsmessungStrom- und Spannungsmessung


bei der Strom- bzw. Spannungsmessungmit den Geräten• Universalmessumformer V604 /VC 603/V644 • Trennverstärker TV 8xx• Grenzwertmelder C 402von Camille Bauer


3.0 Feldbus-System nach

dem FISCO-Modell

uwma

3.0


FISCO: Fieldbus Intrinsically Safe Concept

Vorgaben für - Buskoppler (Segmentkoppler, Bus-Speisegeräte, Power Supplies)- Feldgeräte (Apparatus connected to bus)- Abschlusswiderstände (Terminators)- Leitungen, Kennzeichnung

Buskoppler Uo Io IIC Io IIB14V 183mA 380mA15V 133mA 354mA16V 103mA 288mA17V 81mA 240mA17,5V 75mA 213mA

Pomax = 14V·380mA = 5,32WIo darf 380mA nicht überschreiten !


FISCO Bedingungen für FeldgeräteFISCO Bedingungen für Feldgeräte

Feldgeräte (Apparatus connected to bus)(keine Abschlusswiderstände)

Ui: ≥17,5VIi: ≥380mAPi: ≥5,32W

Ci: ≤5nF (und)

Li: ≤10µH

Temperaturklasse und Gruppe: mind. IIC T4

Aus dem Zertifikat muss hervorgehen, dass das Gerät dem FISCO-System entspricht.


Ex-Daten VK636 Ex-Daten VK636

Ui: 17,5V

Ii: beliebig

Pi: beliebig

Ci:<5nF

Li:<10µH

entspricht FISCO


FISCO Nachweis der EigensicherheitFISCO Nachweis der Eigensicherheit

Ein System, das aus

1 aktiven Quelle, 32 (max.) Feldgeräten 2 (max.) Abschlusswiderständen(alle dem FISCO-Standard entsprechend)

besteht und mit Leitungen entsprechend den Anforderungen verbundensind, gilt als sicher !Die Dokumentation (Ex-i Nachweis) kann auf eine Liste der verwendetenGeräte und deren Zertifikate vereinfacht werden!

Beachten: Temperaturklasse, Gasgruppe, Kategorie, Umgebungstemp.


• Luft- und Kriechstrecken sowie Abstände (Tab. 4)

• Schutzart IP 20 auch beiTeilbestückung incl. Ni 100 (6.1)

• Trennung der äusseren Anschlüsse (6.3.1)

• Kodierung der Einschübe (6.3.2)

• Hochspannungsprüfung (6.4.12)

• Kennzeichnung der Backplane und derAnschlüsse (12)

• gegenseitige thermische Beeinflussung (RL 94/9)

• Isolierung (gegen Erde) (6.4)

Ve der Camille Bauer Backplane BP 9024.0 Vorteile der Camille Bauer Backplane BP 902

Anforderungen nach EN 50020

(Normenpassage in Klammer)

uwma

4.0


Vorteile der Camille Bauer Backplane BP 902Vorteile der Camille Bauer Backplane BP 902

Auch hier sind die Anforderungen nicht durch

den Errichter oder Betreiber nachzuweisen.

Camille Bauer hat eine eigene ATEX-

Zulassung für das Backplane-System BP902.

Diese bestätigt das Einhalten aller zuvor

genannten Vorschriften, auch bei einer

Hilfsenergie von 230V~.


Vorteile der Camille Bauer Backplane BP 902Vorteile der Camille Bauer Backplane BP 902


Beim Camille Bauer Backplane-SystemBP902 sind alle Ex-Anforderungen erfüllt.


InstallationInstallation

Bei dieser Anordnung im Schaltschrank

kommt es zu massiven thermischen

Beeinflussungen. Als z. Zt. einziger

Hersteller hat Camille Bauer auch eine

separate ATEX-Bescheinigung für den

Backplane-Träger, die einen kompletten

thermischen Nachweis beinhaltet.

Bei eingesteckten Geräten mit hoher

Verlustleistung müssen bei der gezeigten

Anordnung zusätzliche Massnahmen

(Lüftung, Klimatisierung) getroffen werden.


Anordnung der Baugruppen beim Typ 902-28Das Aufstecken der Module kann beliebig erfolgen. Die gegenseitigethermische Beeinflussung wurde durch umfangreiche Messungen ermittelt.Bei keiner Kombination gibt es eine Überschreitung der jeweiligenmaximalen zulässigen Umgebungstemperatur an den ex-relevantenBauteilen.

Bedingungen für den Einbau

Thermischer Nachweis BackplaneThermischer Nachweis Backplane

Auszug aus der Beschreibung für die Zulassung



Thermoprofil unter worst-case Bedingungen



Umgebungstemperatur der sicherheitsrelevanten Bauteile beiTamb = 40°C im Schrank

Umgebungstemperatur der sicherheitsrelevanten Bauteile beiTamb = 40°C im Schrank

84°C90°C82°C70°C77°C74°C66°C62°C

Messpunkt Bauteil Tamb direkt Bauteil

A R254 B W101 C R109, R111 D R16 E R5 F R21, D10...D13 G Z-Dioden 1N53.. H R8, R24, R26


Thermischer NachweisThermischer Nachweis

Die Umgebungstemperatur beträgt –20°C bis +40°C, weil bei der Montage in einenGeräteträger die gegenseitige Erwärmung zu berücksichtigen ist.

Auszug aus der Beschreibung für die Zulassung

Alle sicherheitsrelevanten Bauelemente sind auf Basis der tatsächlichengemessenen Umgebungstemperatur berechnet.


NachweiseNachweise

Sie sehen, dass wir die elektrischen und mechanischen

Installationsanforderungen bei der Entwicklung unserer Geräte berücksichtigt

haben. Für unsere Kunden reduziert sich der Aufwand zu einem einfachen

Plugń´Play System. Die geforderten Nachweise sind in unseren

Bescheinigungen integriert und wurden von der Prüfstelle verifiziert.

Dies gibt Ihnen die maximale Sicherheit bei Ihren Installationen.

Für weitere Fragen und Berechnungen stehen wir Ihnen gerne zur Verfügung.


Abkürzungen und Begriffe

IIA/IIB/IIC Gasgruppen

ATEX atmosphère explosible

BASEEFA Britische Ex-Prüfstelle

BVS Bergbau Versuchs Strecke, Dortmund / Deutsche Ex-Prüfstelle

CENELEC Europäisches Komitee für elektrotechnische Normung

eigensicherer Stromkreis mit niedriger Energie / führt in keinem Fall (Kurzschluss, offen, Stromkreis Leistungsanpassung, Erdschluss) zur Zündung

Eigensicheres Im Ex-Bereich installiertes Gerät oder Sensor / wird rein eigensicher angeschlossen Betriebsmittel (z.B. KINAX 3W2)

FM Factory Mutual, Boston / Ex-Prüfstelle in den USA

i Abkürzung für eigensicher bzw. Eigensicherheit / aus dem engl. intrinsic(ally) safe(ty)

ia/ib Kategorie des eigensicheren Stromkreises / Fehlerbetrachtung

PTB Physikalisch Technische Bundesanstalt, Braunschweig / Deutsche Ex-Prüfstelle

Temperaturklasse gibt die max. Oberflächentemperatur an T1-T6

W39/ThEx10 PTB Bericht über die Zusammenschaltung von linearen und nichtlinearen Stromkreisen

X-Schein Ex-Bescheinigung enthält besondere Bedingungen

Zone 0,1,2 Bereiche mit explosiver Gasatmosphäre

Zone 20,21,22 Bereiche mit explosiver Staubatmosphäre bzw. 10,11

Zugehöriges Ausserhalb des Ex-Bereiches installiertes Gerät mit eigensicheren Anschlüssen in den Betriebsmittel Ex-Bereich (z.B. Speisegerät, Trennwandler, Messumformer, Ventiltreiber)


Normen und Richtlinien

EN 50020 Zündschutzart “ i ” / Vorgaben an eigensichere und zugehörige Betriebsmittel / Europa

EN 50 039 Eigensichere elektrische Systeme / Europa

EN 50014 Allg. Bestimmungen / gilt für alle Zündschutzarten / Europa

EN 50 284 Anforderungen an Betriebsmittel Gerätegruppe II, Kategorie 1G / Zone 0 Vorgaben / Europa

EN 60 079-14 Elektrische Betriebsmittel für gasexplosionsgefährdete Bereiche/ EuropaVDE 0165 Teil1

VGSEB Verordnung über Geräte und Schutzsystem in explosionsgefährdeten Bereichen (analog RL 94/9) / Schweiz

RL 94/9/EG neue Richtlinie zum Ex-Schutz mit Gesetzes-charakter / Europa

IEC 79-0 ff Internationale Normen zum Ex-Schutz / empfehlend, nicht bindend / weltweit

GSG Gerätesicherheitsgesetz / Deutschland

RL der BG Beispielsammlungen / Deutschland Chemie

Elex V Verordnung über elektrische Anlagen in explosionsgefährdeten Räumen / Deutschland

PTB-ThEx-10 PTB-Bericht: Zusammenschaltung nichlinearer und linearer Stromkreise / z. Zt. Deutschland, später Europa via EN 50039

PTB-W53 PTB-Bericht: Untersuchungen zur Eigensicherheit bei Feldbus-Systemen / FISCO / noch nicht standardisiert


Bücher

Wehinger Pester Greiner, Rading, Dose, Olenik, Völker

Explosionsschutz elektrischer Anlagen Explosionsschutz elektrischer Anlagen Elektroinstallation und Betriebsmittel in

expert Verlag, Renningen Fragen und Antworten, explosionsgefährdeten Bereichen

ISBN 3-8169-0961-2 Errichtung und Instandhaltung Hüthig Verlag, Heidelberg

1995 Verlag Technik, Berlin ISBN 3-8101-0130-3

ISBN 3 341 01174-9 2000

1. Auflage 1998

Lienenklaus, Wettingfeld

Elektrischer Explosionsschutz nach DIN VDE 0165

VDE Verlag, Berlin, Bismarckstrasse 33

2. Auflage, 2001

ISBN 3-8007-2410-3

PTB-Berichte: Wirtschaftsverlag NW, D-27 568 Bremerhaven, Tel.: +49 (0) 471 945 44 61, www.nw-verlag.de

Feldbus und PTB, Bundesallee 100, D-38023 Braunschweig, Tel.: +49 (0) 531 592 35 20 Herr Dr. Johannsmeyer, www.ptb.de

Zusammenschaltung

Documents

1.0 Applikationen und Nachweise der Eigensicherheit · PTB 97 ATEX 2271 Ui Ii Pi Ci Li IIC T6 Camille Bauer Drehwinkel-Messumformer 30V 160mA 1W 10nF