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Eigensichere Stromkreise umsetzen

12. Mai 2020, 09:04 Uhr   |  Andrea Gillhuber


Fortsetzung des Artikels von Teil 2 .

Beispiel eines eigensicheren Temperaturmesskreises

Bild 3: Die 12,5 mm schmale ‚Ex i‘-Trennerserie MACX MCR-EX-SL… zeichnet sich durch abgestimmte Io-, Uo- und Po-Werte aus, sodass sie kompatibel zu einer großen Anzahl an ‚Ex i‘-Feldgeräten ist. Bei ihrer  Entwicklung wurde zudem Wert auf möglichst h
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Bild 3: Die 12,5 mm schmale ‚Ex i‘-Trennerserie MACX MCR-EX-SL… zeichnet sich durch abgestimmte Io-, Uo- und Po-Werte aus, sodass sie kompatibel zu einer großen Anzahl an ‚Ex i‘-Feldgeräten ist. Bei ihrer Entwicklung wurde zudem Wert auf möglichst hohe Co-Werte gelegt, da dies der wesentliche Parameter ist, der die maximal realisierbare Leitungslänge bestimmt.

In prozesstechnischen Anwendungen werden Prozessvariablen wie Tempe-ratur, Druck, Durchfluss, Feuchte oder pH-Wert im Ex-Bereich durch eigen-sichere Messumformer (Transmitter) erfasst und in ein elektrisches Norm-signal mit 4 bis 20 mA umgewandelt. Dabei zählt die Temperatur zu den am häufigsten gemessenen physikalischen Größen. Nachfolgend wird der Nachweis der Eigensicherheit daher am Beispiel eines eigensicheren Temperatur-messkreises bis in Ex-Zone 0 einer Ex-Atmosphäre aus einem Wasserstoff-/Luftgemisch durchgeführt. Beim ‚Ex i‘-Messkreis handelt es sich um eine Zusammenschaltung aus dem Speise-trennverstärker MACX MCR-EX-SL-RPSSI-I als aktives zugehöriges Betriebs-mittel mit linearer Quellenkennlinie sowie zwei passiven eigensicheren Betriebsmitteln: dem Temperaturtransmitter FA MCR-EX-HT-TS-I-OLP-PT und der Prozessanzeige FA MCR EX-FDS-I-I-OLP (siehe Bild auf Seite 2). 

Für den Nachweis der Eigensicherheit müssen die folgenden Punkte erfüllt sein: 

• Die Schutzniveaus Ex ia für Zone 0 und die Kategorien stimmen mit den Zonen überein. Mit dem Hinweis in der EU-Baumusterprüfbescheinigung der Feldanzeige, dass das Gerät innerhalb eines ‚Ex i‘-Stromkreises des Schutzniveaus ia eingesetzt werden kann, ohne dessen Schutzniveau zu beeinflussen, wird dieses Kriterium eingehalten.

• Die Stoffgruppen korrespondieren. Alle ‚Ex i‘-Geräte sind entsprechend der Kennzeichnung IIC für eine Ex-Atmosphäre aus einem Wasserstoff-/Luftgemisch zugelassen. Das gleiche gilt für die Temperaturklasse T4, weshalb dieser Anforderung ebenfalls entsprochen wird. 

Bild 1. Die Parameter und Kriterien eines eigensicheren Stromkreises im Überblick.
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Bild 1: Die Parameter und Kriterien eines eigensicheren Stromkreises im Überblick.

• Die aufgelisteten fünf Kriterien (siehe Bild rechts) des Vergleichs der ‚Ex i‘-Parameter sind erfüllt. Diese Voraus-setzung ist gemäß den im Bild auf Seite 2 dargestellten ‚Ex i‘-Parametern gegeben. Außerdem handelt es sich um einen gemischten ‚Ex i‘-Stromkreis, bei dem die 50-%-Regel nicht angewendet werden muss. Lediglich die Prozess-anzeige hat eine konzentrierte Induktivität von 35,1 μH. Somit ist rechnerisch mit einer spezifischen Kabelkapazität Cc von 140 nF/km und einer Kabelinduktivität Lc von 1 mH/km bei einem Co-Wert von 107 nF eine Leitungslänge von 750 m, bei einem Lo-Wert von 2 mH und einem Ci-Wert von 35,1 μH eine Leitungslänge von 1.964,9 m möglich. 

Somit ist diese Zusammenschaltung eigensicher mit einer Leitungslänge von maximal 750 m. Für die Zusammenschaltung der feldseitigen Anschlüsse des Kopfmessumformers mit dem Thermoelement und dem Widerstands-thermometer ist der oben beschriebene Nachweis der Eigensicherheit separat umzusetzen. 
Thermoelemente und Widerstands-thermometer gelten entsprechend der EN 60079-11 als ‚einfache elektrische Betriebsmittel‘. Alternativ lassen sich somit auch Temperatursensoren ohne Zulassung verwenden. In diesem Fall muss der Anwender allerdings sicherstellen, dass die Thermoelemente und Widerstandsthermometer die in der EN 60079-11 geforderten Kennwerte der Energiespeicher und Baubestimmungen einhalten. Darüber hinaus hat er die Oberflächenerhitzung der Geräte über den Po-Wert zu ermitteln, um sie einer Temperaturklasse zuzuordnen.

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1. Eigensichere Stromkreise umsetzen
2. Nachweis der Eigensicherheit
3. Beispiel eines eigensicheren Temperaturmesskreises
4. Dimensionierung der Funktionsdaten

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