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1 Statische Elektrizität - Neues zur TRBS 2153 Sicherheitsfachkräfte - Tagung 2011, der BGRCI Nürnberg am 26.10.2011 von Dr.-Ing. Josef F. Bremen, Köln [email protected] 26.10.2011 TRBS 2153 - Elektrostatik, Dr.-Ing. Josef F. Bremen, Köln Seite 2 Alltagserfahrungen 1 26.10.2011 TRBS 2153 - Elektrostatik, Dr.-Ing. Josef F. Bremen, Köln Seite 3 Alltagserfahrungen 2 26.10.2011 TRBS 2153 - Elektrostatik, Dr.-Ing. Josef F. Bremen, Köln Seite 4 Neu ab 2009: TRBS 2153 ! Neu ab 2010: BG RCI 26.10.2011 TRBS 2153 - Elektrostatik, Dr.-Ing. Josef F. Bremen, Köln Seite 5 Themen : Alltagserfahrung Explosionsschutz / Elektrostatik: MZE Eigenschaften von Zündquellen / Zündwirksamkeit Energie / Zündwirksamkeit: Büschel – Funken – Gleitstiele Beispiele TRBS 2153 und Spiralschlauchleitungen : Neue Erkenntnisse ! ? 26.10.2011 TRBS 2153 - Elektrostatik, Dr.-Ing. Josef F. Bremen, Köln Seite 6 Mindestzündenergie

Statische Elektrizität · TRBS 2153 - Elektrostatik, Dr.-Ing. Josef F. Bremen, Köln 26.10.2011 Seite 33 mittlere Ladungsdichte C/m² 2,2E-04 2,2E-06 2,2E-03 F 1E-11 4E-12 6E-12

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Statische Elektrizität -

Neues zur TRBS 2153

Sicherheitsfachkräfte - Tagung 2011, der BGRCI Nürnberg

am 26.10.2011 von Dr.-Ing. Josef F. Bremen, Kö[email protected]

26.10.2011TRBS 2153 - Elektrostatik, Dr.-Ing. Josef F. Bremen, Köln Seite 2

Alltagserfahrungen 1

26.10.2011TRBS 2153 - Elektrostatik, Dr.-Ing. Josef F. Bremen, Köln Seite 3

Alltagserfahrungen 2

26.10.2011TRBS 2153 - Elektrostatik, Dr.-Ing. Josef F. Bremen, Köln Seite 4

Neu ab 2009: TRBS 2153 !

Neu ab 2010: BG RCI

26.10.2011TRBS 2153 - Elektrostatik, Dr.-Ing. Josef F. Bremen, Köln Seite 5

Themen :

• Alltagserfahrung

• Explosionsschutz / Elektrostatik: MZE

• Eigenschaften von Zündquellen / Zündwirksamkeit

• Energie / Zündwirksamkeit: Büschel – Funken – Gleitstiele

• Beispiele

• TRBS 2153 und Spiralschlauchleitungen : Neue Erkenntnisse ! ?

26.10.2011TRBS 2153 - Elektrostatik, Dr.-Ing. Josef F. Bremen, Köln Seite 6

Mindestzündenergie

Page 2: Statische Elektrizität · TRBS 2153 - Elektrostatik, Dr.-Ing. Josef F. Bremen, Köln 26.10.2011 Seite 33 mittlere Ladungsdichte C/m² 2,2E-04 2,2E-06 2,2E-03 F 1E-11 4E-12 6E-12

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26.10.2011TRBS 2153 - Elektrostatik, Dr.-Ing. Josef F. Bremen, Köln Seite 7

• PVC – Kabel Schutzrohr

• Lappen

• Metallstift – z. B. Körner, Rundstab auf isolierender Unterlage

• Brennbares Gas – metallischer Brenner

26.10.2011TRBS 2153 - Elektrostatik, Dr.-Ing. Josef F. Bremen, Köln Seite 8

Beispiel Systematisches Fragen

Quelle der Ladung ?

Speicher 1 für Ladung ?

Speicher 2 für Ladung ?

Entladung ?

Wirksamkeit der Entladung ?

Kapazität und Funkenentladung !

Experiment :

Abstreifen von Ladungen und

Übertragen auf isolierte Leiter

26.10.2011TRBS 2153 - Elektrostatik, Dr.-Ing. Josef F. Bremen, Köln Seite 9

Standardmodell für Oberflächen verschiedener Materialien

Gilt allgemeiner für alle Oberflächen – materialunabhängig

26.10.2011TRBS 2153 - Elektrostatik, Dr.-Ing. Josef F. Bremen, Köln Seite 10

Thermische Zündquellen – Eigenschaften ??

Mechanische Zündquellen – Eigenschaften ??

Elektrische Zündquellen – Eigenschaften ??

Elektrostatische Zündquellen – Eigenschaften ??

26.10.2011TRBS 2153 - Elektrostatik, Dr.-Ing. Josef F. Bremen, Köln Seite 11

Vier Entladungsarten:

Schüttkegel

Gleitstiele

Funken Energie

Büschel

26.10.2011TRBS 2153 - Elektrostatik, Dr.-Ing. Josef F. Bremen, Köln Seite 12

Beispielbilder im Regeltext : nicht „regeltypisch“

dafür „leserfreundlich“

Page 3: Statische Elektrizität · TRBS 2153 - Elektrostatik, Dr.-Ing. Josef F. Bremen, Köln 26.10.2011 Seite 33 mittlere Ladungsdichte C/m² 2,2E-04 2,2E-06 2,2E-03 F 1E-11 4E-12 6E-12

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26.10.2011TRBS 2153 - Elektrostatik, Dr.-Ing. Josef F. Bremen, Köln Seite 13

Vier Entladungsarten:

Schüttkegel

Gleitstiele

vertraut, darum 1: Funken Energie

Büschel

26.10.2011TRBS 2153 - Elektrostatik, Dr.-Ing. Josef F. Bremen, Köln Seite 14

Kapazität und Funkenentladung

26.10.2011TRBS 2153 - Elektrostatik, Dr.-Ing. Josef F. Bremen, Köln Seite 15

Aufgeladenes Objekt Kapazität Potential Energie

pF kV mJ

________________________________________________________________________________

Flansch 10 10 0,5

50 Liter Behälter 50 8 2

Person 150 12 11

200 Liter Metallfass 200 20 40

Beispiel 50 l Fass für Aceton: E = ½ x 50 x 8x8 µJ = 1,6 mJ

Vergleich mit Mindeszündenergie (MZE) von Aceton = 0,55 mJ

Tabellenwerte siehe TRBS 2153, Tabelle 12 und Anhang F (MZE)

Als Aufladungsgrenze wirkt das Absprühen von Ladungen.

Runde Körper lassen sich höher aufladen als spitze.

26.10.2011TRBS 2153 - Elektrostatik, Dr.-Ing. Josef F. Bremen, Köln Seite 16

Vier Entladungsarten:

Schüttkegel

Gleitstiele

vertraut, darum 1: Funken Energie

2: Büschel

26.10.2011TRBS 2153 - Elektrostatik, Dr.-Ing. Josef F. Bremen, Köln Seite 17

Reinigen beim Aufnehmen von verschüttetem Material

Plexiglasscheibe

Putzlappen

Karton

Hand

Vier verschiedene Sachverhalte: Abfüllung in Zone: 0 oder 1 oder 2 bzw. in 20, 21 oder 22

26.10.2011TRBS 2153 - Elektrostatik, Dr.-Ing. Josef F. Bremen, Köln Seite 18

Zündgefahren sind in den Zonen 0, 1 oder 2 nicht zu erwarten, wenn

• die Größe der Fläche oder die Abmessung des Gegenstandes auf die in Tabelle 1a oder 1b aufgeführten Höchstwerte beschränkt ist,

• eine gefährliche Aufladung durch betriebliche Vorgänge nicht zu erwarten ist

oder

• ein experimenteller Nachweis vorliegt, dass mit gefährlichen Aufladungen nicht zu rech-nen ist.

Oberfläche [cm²] in Explosionsgruppen Zone

IIA IIB IIC

0 50 25 4

1 100 100 20

2 Maßnahmen nur erforderlich, wenn erfahrungs-gemäß zündwirksame Entladungen auftreten.

Tabelle 1a: Höchstzulässige Oberflächen isolierender Gegenstände

TRBS 2153 : Begrenzung der Abmessungen (1) – wg. Büschel

Page 4: Statische Elektrizität · TRBS 2153 - Elektrostatik, Dr.-Ing. Josef F. Bremen, Köln 26.10.2011 Seite 33 mittlere Ladungsdichte C/m² 2,2E-04 2,2E-06 2,2E-03 F 1E-11 4E-12 6E-12

4

26.10.2011TRBS 2153 - Elektrostatik, Dr.-Ing. Josef F. Bremen, Köln Seite 19

Messung der übertragenen Ladung

Einheit nC oder nAs

Vergleich mit MZQ anstatt mit MZE

26.10.2011TRBS 2153 - Elektrostatik, Dr.-Ing. Josef F. Bremen, Köln Seite 20

26.10.2011TRBS 2153 - Elektrostatik, Dr.-Ing. Josef F. Bremen, Köln Seite 21

Vier Entladungsarten:

Schüttkegel

3: Gleitstiele

vertraut, darum 1: Funken Energie

2: Büschel

26.10.2011TRBS 2153 - Elektrostatik, Dr.-Ing. Josef F. Bremen, Köln Seite 22

FIBC „Big Bag“

Staubzucker oben

Polyethylen rechts

26.10.2011TRBS 2153 - Elektrostatik, Dr.-Ing. Josef F. Bremen, Köln Seite 23

Folienverpackungen, Säcke

26.10.2011TRBS 2153 - Elektrostatik, Dr.-Ing. Josef F. Bremen, Köln Seite 24

1. Kennen:Einsatzfall, Ort brennbarer Stoffe, Zone und MZE

2. Konstruktionsmerkmale: Widerstand senken, Oberfläche begrenzen

3. Betrieb:Leitfähige u. ableitfähige Komponenten erden.

Page 5: Statische Elektrizität · TRBS 2153 - Elektrostatik, Dr.-Ing. Josef F. Bremen, Köln 26.10.2011 Seite 33 mittlere Ladungsdichte C/m² 2,2E-04 2,2E-06 2,2E-03 F 1E-11 4E-12 6E-12

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26.10.2011TRBS 2153 - Elektrostatik, Dr.-Ing. Josef F. Bremen, Köln Seite 25

Schlauchleitung nach Schadensereignis (Foto: Lüttgens)

26.10.2011TRBS 2153 - Elektrostatik, Dr.-Ing. Josef F. Bremen, Köln Seite 26

Aktuelle Messungen an Schläuchen

26

Veranlassung

• Vermeidung von Gleitstielbüschelentladungen beim pneumatischen Transport

• Gibt es einen Grenzwert für den Widerstand der inneren produktführenden Schicht?

• Sind lebensmittel-geeignete Schläuche einsetzbar?

• Wie beeinflusst die Konstruktion des Schlauches die Ladungsabfuhr?

• Konkretisierung zum Transport von Schüttgütern in derTRBS 2153

26.10.2011TRBS 2153 - Elektrostatik, Dr.-Ing. Josef F. Bremen, Köln Seite 27

Widerstandsmessungen

Quelle: Dr. Carsten Blum (DEKRA-EXAM Bochum) und Kollegen

27

Widerstandsmessungen an einem Kunststoffspiralschlauch

26.10.2011TRBS 2153 - Elektrostatik, Dr.-Ing. Josef F. Bremen, Köln Seite 2828

1E+07

1E+08

1E+09

1E+10

1E+11

1E+12

1E+13

0 20 40 60 80

relative Feuchte (%)

Ob

erf

läch

en

wid

ers

tan

d (

Oh

m)

AS FDA 355, 50 mm

AS FDA 355, 75 mm

MHF 355, 50 mm

MHF 355, 75 mm

AS BFA 355, 50 mm

AS BFA 355, 75 mm

Quelle: Dr. Carsten Blum (DEKRA-EXAM Bochum) und Kollegen

Widerstandsmessungen

Hinweis:Oberflächenwiderstand ist kein alleiniges Qualifizierungsmerkmal

26.10.2011TRBS 2153 - Elektrostatik, Dr.-Ing. Josef F. Bremen, Köln Seite 29

Aufladungsmessungenmit Volkmann-Vakuumförderer

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Versuchsaufbau:

Quelle: Dr. Carsten Blum (DEKRA-EXAM Bochum)

26.10.2011TRBS 2153 - Elektrostatik, Dr.-Ing. Josef F. Bremen, Köln Seite 30

Aufladungsmessungen

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Auswertungsziel der Versuche:

Ermittlung der Oberflächenladungsdichte an der Innenwand

Hinweis:Grenzwert für Gleitstielbüschelentladungen: 2,5 · 10-4 C/m²

Versuchsparameter:

• Schlauchtypen (4 Varianten)

• Durchmesser (4 Durchmesser; 32 bis 150 mm)

• Produkte (Polystyrol, Melamin, Ionenaustauscher)

• Geschwindigkeit (Flug-, Strähnen-, Pfropfenförderung)

Quelle: Dr. Carsten Blum (DEKRA-EXAM Bochum)

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26.10.2011TRBS 2153 - Elektrostatik, Dr.-Ing. Josef F. Bremen, Köln Seite 31

Quelle: Dr. Carsten Blum (DEKRA-EXAM Bochum) und Kollegen

26.10.2011TRBS 2153 - Elektrostatik, Dr.-Ing. Josef F. Bremen, Köln Seite 32

Quelle: Dr. Carsten Blum (DEKRA-EXAM Bochum) und Kollegen

26.10.2011TRBS 2153 - Elektrostatik, Dr.-Ing. Josef F. Bremen, Köln Seite 33

2,2E-032,2E-062,2E-04C/m²mittlere Ladungsdichte

6E-124E-121E-11Fmittlere Kapazität an der

Schicht

5E+105E+075E+09Ohm*mspez. Durchgangs-

widerstand

MHFBFAFDA

Achtung:

Diese Resultate sind von den Autoren bisher nicht veröffentlicht !

Sie stammen aus der aktuellen Diskussion und belegen erste Erfolge der Schlauchhersteller !

Grenzwert für Gleitstielbüschelentladungen: 2,5 · 10-4 C/m²Hinweis:

Physikalisch begründeter Grenzwert, nicht in der TRBS 2153 enthalten.

Bewertung der Spiralschlauchleitungen nach Simulationsrechnungenauf Basis der Meßwerte

Quelle: Dr. Carsten Blum (DEKRA-EXAM Bochum) und Kollegen

Statische Elektrizität

TRBS 2153

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