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3.6.3.5 Gegenstände geringer elektrischer Kapazität

Leitfähige Gegenstände mit einer Kapazität > 10 pF sind zu erden. Darüber hinaus sind kleine leitfähige Gegenstände zu erden:

• Unabhängig von ihrer Kapazität in der Nähe stark ladungserzeugender Prozesse,
• wenn ihre Kapazität > 3 pF beträgt und sie sich in den Zonen 0 oder 1 besonders zündempfindlicher Stoffe, z.B. Stoffe der Explosionsgruppe IIC, befinden,
• wenn sie mit dem Produktstrom in einer Apparatur Berührung haben.

  Zu den typischen kleinen Gegenständen zählen z.B. Schrauben und Muttern bis M8 oder Flansche in Glasapparaturen. Blechschrauben besitzen eine Kapazität < 3 pF.

  Die Höhe der Kapazität leitfähiger Teile wird von ihrer unmittelbaren Umgebung beeinflusst.

Zur Beurteilung der Kapazität kleiner Gegenstände ist ihre Kapazität im Einbauzustand, gegebenenfalls unter simulierten Bedingungen, zu bestimmen.

Zu Glasapparaturen siehe auch Abschnitt 3.2.13.

3.6.3.6 Medizinisch genutzte Räume

Liegen in medizinisch genutzten Räumen explosionsgefährdete Bereiche vor, sind Maßnahmen gegen elektrostatische Aufladungen erforderlich. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass die Zündempfindlichkeit von Stoffen durch Sauerstoffanreicherung der Umgebungsluft stark erhöht wird.

Explosionsgefährdete Bereiche können z.B. durch brennbare Reinigungs- oder Desinfektionsmittel gebildet werden.

Zur Vermeidung von Aufladungen soll der Oberflächenwiderstand von Arbeitskleidung, Decken und Tüchern unter den betriebsgemäß anzunehmenden Bedingungen ableitfähig sein.

Kleidung, Tücher und Decken aus Mischgeweben mit mindestens 30 % Anteil an naturbelassener Baumwolle bzw. Viskose (ohne Kunstharzausrüstung) sind im Allgemeinen ableitfähig.

Wolldecken, Plastiktücher und solche Gewebe und Gewirke, die nicht den vorgenannten Bedingungen entsprechen, sind auszuschließen, da sie bei Reibungs- und Trennungsvorgängen zu hohen Aufladungen führen können.

Auch für typische Gegenstände und Einrichtungen in medizinischen Räumen, z.B. Gummitücher, -matratzen, -kopfkissen oder gepolsterte Sitze, gelten die Anforderungen des Abschnittes 3.1. Ableitfähige Überzüge isolierender Gegenstände haben diese vollständig zu umschließen.

Abweichend von Abschnitt 3.1 dürfen als Abdeckung des Operationstisches und fahrbarer Krankentragen sowie der Sitzflächen von Hockern nur Gummi oder Kunststoffe mit Oberflächenwiderständen zwischen 5 × 10⁴ Ω und 10⁶ Ω verwendet werden.

Der Ableitwiderstand des Fußbodens darf höchstens 10⁸ Ω betragen.

Bei Bodenbelägen, bei denen eine Erhöhung des Ableitwiderstandes während des Gebrauches nicht ausgeschlossen ist, darf der Ableitwiderstand im Neuzustand höchstens 10⁷ Ω und nach vier Jahren höchstens 10⁸ Ω betragen.

Für medizinisch genutzte Räume - ausgenommen Massageräume - wird durch DIN VDE 0100 Teil 710 im Punkt 413.1.6 ein Potenzausgelich gefordert, der den ableitfähigen Fußboden mit einbindet.

Alle leitfähigen berührbaren Teile von Gegenständen oder Einrichtungen, auch die der ortsbeweglichen, müssen untereinander und mit dem Fußboden leitfähig verbunden und geerdet sein.

Die Erdverbindung darf an keiner Stelle unterbrochen sein, z.B. durch isolierende Lackierung. Der Durchgangswiderstand von Reifen oder Rollen soll 10⁴ Ω nicht überschreiten.

Narkosegeräte, Hocker, Tritte, fahrbare Krankentragen und Ähnliches müssen durch Rollen bzw. Fußkappen aus leitfähigem Werkstoff mit dem Fußboden verbunden sein.

In medizinisch genutzten Räumen ist ableitfähiges Schuhwerk - einschließlich der Überschuhe - zu tragen. Jedoch soll ein Ableitwiderstand von mindestens 5 × 10⁴ Ω eingehalten werden.

Schläuche für die Fortleitung von medizinischen Gasen, auch von Sauerstoff, Lachgas, Anästhesiegasen, dürfen abweichend von Abschnitt 3.3.6 aus isolierenden Materialien bestehen. Sind sie dennoch leitfähig, dürfen sie nur auf metallische Schlauchtüllen ohne isolierende Lackierung aufgezogen sein. Im Verlaufe der Gasführungen, auch innerhalb von Geräten, dürfen keine isolierten leitfähigen Teile vorhanden sein.

Für Atembeutel und Bälge von Anästhesiegeräten und Sauerstoffbeatmungsgeräten sind ausschließlich leitfähige Werkstoffe zu verwenden.

Zu Erdung und Potenzialausgleich bei der Planung und Ausführung von medizinisch genutzten Räumen siehe auch VDE 0107.

3.6.4 Kennzeichnung

Einrichtungen, die zur Erdung und zum Potenzialausgleich eingesetzt werden, dürfen nicht unterbrochen oder abgeschaltet werden. Sie sind eindeutig zu kennzeichnen, z.B. durch grün/gelbgestreifte Farbgebung.

3.6.5 Planung und Ausführung

Bereits in der Planungsphase einer Anlage oder einer Einrichtung sind Maßnahmen für die Erdung und für den Potenzialausgleich vorzusehen. Die Anzahl manuell zu handhabender Erdungsvorrichtungen, z.B. Erdungsklemmen, soll gering gehalten werden. Erdungsklemmen sind vor Arbeitsbeginn anzubringen und verbleiben am Ort, bis alle gefährlichen Aufladungen abgeleitet sind. Es sind Aufnahmevorrichtungen oder Ablagen für Erdungsklemmen vorzusehen.

Einrichtungen zur Erdung und zum Potenzialausgleich sind so auszuführen und so zu erhalten, dass

• sie ihre Funktion erfüllen,
• Mängel schnell erkannt werden können,
• sie den elektrischen, mechanischen und korrosiven Beanspruchungen standhalten,
• sie im Falle von Klemmen, Lack-, Rostschichten oder auch Folien von Einstellsäcken durchdringen können,
• sie deutlich erkennbar gekennzeichnet sind
  und
• sie leicht gehandhabt werden können.

3.6.6 Betriebsanweisung und Unterweisung

Für Arbeiten zur Erdung und zum Potenzialausgleich in explosionsgefährdeten Bereichen muss eine eigene Betriebsanweisung vorliegen.

Nach § 4 der Unfallverhütungsvorschrift "Grundsätze der Prävention" (BGV A1) müssen Personen, die in explosionsgefährdeten Bereichen arbeiten, über die Notwendigkeit von Maßnahmen zur Erdung und zum Potenzialausgleich unterwiesen werden.

Ziel der Unterweisung ist, dass die Versicherten 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 besonders hinzuweisen.

3.6.7 Prüfung

Die Prüfungen der Einrichtungen zur Erdung und zum Potenzialausgleich sind unabhängig von anderen elektrischen Prüfungen durchzuführen.

Im Prüfumfang sind auch die Anlagenteile zu berücksichtigen, die neben ihrer eigentlichen Funktion auch andere Anlagenteile erden und in den Potenzialausgleich einbeziehen, z.B. Schlauch und Zapfventil.

Die Prüfungen erfolgen vor der ersten Inbetriebnahme der Anlage, in angemessenen Zeiträumen sowie nach Änderungen oder Instandsetzungen auf ihre sichere Funktion, mindestens auf äußerlich erkennbare Schäden oder Mängel.

Die Prüfung ist nach § 10 Betriebssicherheitsverordnung durch eine befähigte Person durchzuführen.

Die Prüfung umfasst die Sichtprüfung und vor der ersten Inbetriebnahme sowie nach größeren Änderungen die Messung der elektrischen Widerstände zwischen den Anlagenteilen und Erde. Die Prüfungsintervalle richten sich nach den konkreten Betriebsverhältnissen. Typische Zeiten bei Neuanlagen liegen bei 1 Monat; sie sollen im Laufe der Zeit auf nicht länger als 1/2 Jahr ausgedehnt werden und sind schriftlich festzulegen.

Die für die Prüfung verantwortliche Person oder Stelle ist zu benennen.

Eine befähigte Person im Sinne der Betriebssicherheitsverordnung ist eine Person, die durch ihre Berufsausbildung, ihre Berufserfahrung und ihre zeitnahe berufliche Tätigkeit über die erforderlichen Fachkenntnisse zur Prüfung der Arbeitsmittel verfügt.

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a 1 Elektrostatische Aufladungen

Häufigste Ursache elektrostatischer Aufladung ist die Kontaktaufladung. Kommen zwei zuvor ungeladene Gegenstände oder Stoffe in Berührung, erfolgt an ihrer gemeinsamen Grenzfläche ein Ladungsübergang. Bei der nachfolgenden Trennung der Oberflächen trägt jede Oberfläche einen Teil dieser Ladung, jedoch mit entgegengesetzter Polarität.

Kontaktaufladung kann an allen Grenzflächen zwischen festen oder flüssigen Phasen erfolgen. Gase können nicht aufgeladen werden, wohl aber in einem Gasstrom enthaltene Feststoffpartikel oder Flüssigkeitstropfen.

Leitfähige Gegenstände können auch durch Influenz aufgeladen werden, wenn sie sich in einem elektrischen Feld befinden. Eine weitere Möglichkeit der Aufladung besteht durch Ansammeln aufgeladener Partikel oder ionisierter Moleküle.

a 1.1 Aufladungen von Flüssigkeiten

Die Aufladung von Flüssigkeiten erfolgt im Wesentlichen über die Kontaktaufladung. Typische Beispiele sind der Strom einer Flüssigkeit entlang einer festen Wand, z.B. eines Rohres, einer Pumpe oder eines Filters oder das Rühren, Schütteln, Sprühen oder Zerstäuben von Flüssigkeit. Enthält die Flüssigkeit mindestens eine weitere Phase, z.B. in Form suspendierter feiner Feststoffe oder dispergierter anderer Flüssigkeiten, wird die Aufladung erheblich verstärkt, da die Ausdehnung der Phasengrenzflächen deutlich zunimmt.

Normalerweise entstehen gefährliche elektrostatische Aufladungen nur bei Flüssigkeiten geringer elektrischer Leitfähigkeit. Werden sie versprüht oder vernebelt siehe Abschnitt 1.3.

a 1.2 Flüssigkeiten in Rohren und Filtern

Turbulente Strömungen erzeugen mehr Ladungen als laminare Strömungen. Bei laminarer Strömung einphasiger Flüssigkeiten verhält sich der erzeugte elektrische Strom nahezu proportional zur Strömungsgeschwindigkeit, bei Turbulenz hingegen quadratisch. Turbulente Strömungsvorgänge sind bei industriellen Prozessen üblich.

Tritt ungeladene Flüssigkeit in ein Rohr ein, nimmt die Ladungsdichte in der Flüssigkeit mit der Länge des Rohres zu und erreicht - sofern das Rohr ausreichend lang ist - einen konstanten Wert. Erfahrungsgemäß erfolgt die Aufladung von Flüssigkeiten geringer Leitfähigkeit weitgehend unabhängig von deren Höhe, z.B. bei gesättigten Kohlenwasserstoffen:

ρ_∞ = 5*v

Ein Rohr kann als unendlich lang betrachtet werden, wenn

L> 3 * v* t mit τ =e * ε₀ / χ

Die Formeln können verwendet werden, um die Ladungsdichte einer Flüssigkeit abzuschätzen, die z.B. beim Befüllen eines Tanks aus dem Rohr austritt.

a 1.3 Versprühen und Strahlen mit Flüssigkeiten

Die Zerteilung eines Flüssigkeitsstrahles in kleine Tropfen kann unabhängig von der Leitfähigkeit der Flüssigkeit stark aufgeladene Flüssigkeitsstrahlen oder Nebel erzeugen. Im Allgemeinen gilt: je leitfähiger die Flüssigkeit, umso stärker die Ladungserzeugung. So erzeugt ein Wasserstrahl mehr Ladungen als ein Ölstrahl. Noch stärkere Aufladungen bewirken mehrphasige Mischungen, z.B. aus Öl und Wasser.

a 1.4 Aufladungen von Schüttgütern

Kontaktaufladung tritt bei Schüttgütern sehr häufig auf. Die Aufladungseigenschaften werden sowohl durch Oberflächeneigenschaften der Partikel als auch durch die chemische Zusammensetzung des Schüttguts selbst bestimmt.

Die Höhe der Aufladung ist normalerweise nur schwer vorherzusehen. Mit Aufladungen ist immer dann zu rechnen, wenn Schüttgut von mittlerem bis hohem spezifischen Widerstand mit einer andersartigen Oberfläche in Berührung kommt. Dies ist z.B. beim Mischen, Mahlen, Sieben, Schütten, Mikronisieren und pneumatischen Transport der Fall. Beispiele für die Ladungsmenge, die ein Schüttgut aufnehmen kann, finden sich in nachfolgender Tabelle 10.

Tabelle 10: Aufladung von Schüttgütern mit mittlerem oder hohem spezifischen Widerstand

a 2 Ladungsansammlung

Ladungen, die nicht rekombinieren, zur Erde abfließen oder auf andere Art und Weise abgeleitet werden, verbleiben auf der Oberfläche des aufgeladenen Materials. Ladungen auf isolierenden Materialien bleiben auf Grund des Widerstandes erhalten. Ladungen auf leitfähigen oder ableitfähigen Materialien und Gegenständen bleiben nur erhalten, wenn kein Kontakt zur Erde besteht. Unter normalen Bedingungen sind reine Gase Isolatoren. Sie isolieren Staubpartikel und Tröpfchen, so dass Wolken und Nebel ihre Ladung über längere Zeit behalten.

Häufig wird bei technischen Vorgängen ein Gleichgewicht zwischen der Relaxation von Ladungen und ihrer kontinuierlichen Erzeugung erreicht. Beispielsweise wird das elektrische Potenzial eines isolierten Metallbehälters, in den eine aufgeladene Flüssigkeit oder ein aufgeladenes Schüttgut hineingegeben wird, bestimmt durch die Geschwindigkeiten der Ladungszu- und -ableitung. Das Potenzial wird berechnet durch:

U = I * R * {1 - e^-t/t}

Zur Beurteilung einer gefährlichen elektrostatischen Aufladung wird das maximale Potenzial herangezogen, welches nach obiger Formel bei großen Zeiten erreicht wird:

U_max = I * R

Ableitwiderstand und Kapazität lassen sich oft messen. Das Produkt τ = R * C kann zur Beurteilung der Aufladungshöhe benutzt werden.

a 2.1 Ladungsansammlung in Flüssigkeiten

Die Relaxation von Ladungen in einem leitfähigen oder ableitfähigen Behälter mit Flüssigkeit hängt wesentlich von der elektrischen Leitfähigkeit der Flüssigkeit ab. Wird keine Ladung erzeugt, gilt für die Relaxationszeit:

τ = ε * ε₀ / χ

Zum Beispiel beträgt die Relaxationszeit τ = 18 s für einen Kohlenwasserstoff mit einer Leitfähigkeit von χ = 1 pS/m. Die Erfahrung zeigt, dass selbst bei geringen Leitfähigkeiten und sehr hohen Ladungsdichten Verweilzeiten von 100 s ausreichen, um gefährliche Aufladungen abzuleiten.

a 2.2 Ladungsansammlung in Schüttgütern

Erfahrungsgemäß liegt das elektrische Potenzial an der Grenze einer Staubwolke in Luft bei höchstens 3* 10⁶ V. Ursächlich ist die Aufladung des Schüttgutes.

Die Ladung sammelt sich auf einem Schüttgut an, wenn die Geschwindigkeit der Ladungserzeugung die der Ladungsableitung übersteigt. Die Relaxationszeit wird bestimmt durch:

τ = ε * ε₀ * ρ

Für ein Schüttgut mit ρ = 10¹⁰ Ωm und der Permittivität von 2* 8,85 10^-12 F/m beträgt die Relaxationszeit τ in der 2/3 der angesammelten Ladung zur Erde abgeleitet werden 0,2 s. Verursacht ein Schüttgut eine Staubwolke, so ist von erheblich längeren Relaxationszeiten auszugehen, die sich nicht berechnen lassen.

a 3 Entladungsarten in der Elektrostatik

Die verschiedenen elektrostatischen Entladungstypen unterscheiden sich erheblich in ihrer Fähigkeit, explosionsfähige Atmosphäre zu entzünden.

a 3.1 Funkenentladung

Ein Funke ist eine Entladung zwischen zwei Leitern mit einem gut definierten leuchtenden Entladungskanal, durch den ein Strom hoher Dichte fließt. Im gesamten Kanal ist das Gas ionisiert. Die Entladung erfolgt sehr schnell und führt zu einem lauten Knall. Sie erfolgt, wenn die Feldstärke zwischen den Leitern die elektrische Durchbruchsfeldstärke der Atmosphäre übersteigt. Die erforderliche Potenzialdifferenz hängt von der Form und dem Abstand zwischen den Leitern ab. Als Richtwert für die Durchbruchfeldstärke werden 3 * 10⁶ V/m angenommen. Dieser Wert gilt erfahrungsgemäß für ebene Oberflächen oder Oberflächen mit großem Radius in Luft und 10 mm Mindestabstand. Die Durchbruchfeldstärke steigt mit abnehmendem Abstand.

Die Energie des Funkens zwischen einem leitfähigen und einem leitfähigen, geerdeten Gegenstand wird berechnet:

E = 1/2 Q * U = 1/2 C * U²

Typische Werte der Kapazität von Leitern zeigt Tabelle 11.

Tabelle 11: Kapazitäten ausgewählter Körper mit beispielhafter Aufladung

Berechnungsbeispiel:

Ein nicht geerdetes Metallfass wird mit Schüttgut gefüllt. Der Ladestrom I kann 10^-7 a und der Ableitwiderstand R des Fasses zur Erde 10¹¹ Ω sowie seine Kapazität 50 pF betragen.

Danach ist mit einem maximalen Potenzial des Fasses von

U_max = I * R = 10 kV,

einer auf dem Fass gespeicherten maximalen Ladung Q_max von

Q_max = C* U_max = 500 nC

und einer maximalen Energie Emax des Entladungsfunkens von

E_max = 1/2 C* U²_max = 2,5 mJ

zu rechnen.

E_max ist mit der Mindestzündenergie des Schüttgutes zu vergleichen. Da Zündenergien stark spannungsabhängig sind, kann zur Beurteilung der Zündwirksamkeit von Funken alternativ auch die vom Funken übertragene Ladung herangezogen werden. 60 nC gelten als maximal zulässig für Stoffe der Explosionsgruppen IIA, 30 nC für Stoffe der Explosionsgruppe IIB und 10 nC für Stoffe der Explosionsgruppe IIC.

a 3.2 Koronaentladung

Koronaentladungen entstehen an scharfen Spitzen oder Ecken von Leitern, allgemeiner formuliert, an Oberflächen mit einem kleinen Krümmungsradius. An scharfen Ecken oder Spitzen werden Feldstärken von über 3 MV/m erreicht. Da das elektrische Feld mit zunehmendem Abstand schnell abnimmt, ist der Bereich für die Koronaentladung nicht weit ausgedehnt. Die Koronaentladung kann sowohl vom spitzen Gegenstand weg, als auch auf ihn zu gerichtet sein. Koronaentladungen sind schwer und oftmals nur bei Dunkelheit erkennbar. Ihre Energiedichte ist wesentlich geringer als die der Funken und in der Regel sind sie nicht zündwirksam.

Beim Umgang mit großen Mengen Schüttgut von mittlerem oder hohem spezifischem Widerstand lassen sich Koronaentladungen nicht vermeiden.

a 3.3 Büschelentladung

Diese Entladungen können auftreten, wenn geerdete Leiter auf geladene isolierende Gegenstände zu bewegt werden, z.B. zwischen dem Finger einer Person und einer Kunststoffoberfläche oder zwischen einem Metallgegenstand und der Oberfläche der Flüssigkeit in einem Tank. Sie lassen sich beim Umgang mit großen Schüttgutmengen von mittlerem oder hohem spezifischem Widerstand nicht vermeiden.

Büschelentladungen sind gegenüber Koronaentladungen von kurzer Dauer und können sichtbar und hörbar sein. Obwohl Büschelentladungen normalerweise nur einen Bruchteil der Energie einer Funkenentladungen besitzen, können sie die meisten brennbaren Gase und Dämpfe entzünden. Durch Büschelentladungen werden nach derzeitigem Kenntnisstand brennbare Schüttgüter mit MZEWerten von mehr als 4 mJ und selbst zündempfindliche Stäube nicht entzündet, solange keine brennbaren Gase oder Dämpfe vorliegen.

Die Zündwirksamkeit von Büschelentladungen kann durch Messung der so genannten "übertragenen Ladung" Q beurteilt werden. Die Beurteilung von Prüfmustern durch Messung der übertragenen Ladung ist detailliert in DIN EN 13463-1 beschrieben.

a 3.4 Gleitstielbüschelentladung

Gleitstielbüschelentladungen sind in aller Regel für Gase und brennbare Stäube zündwirksam und besitzen eine Energie von 1 J oder mehr. Erfahrungsgemäß treten die für Gleitstielbüschelentladungen notwendigen hohen Energiedichten unter besonderen Voraussetzungen auf:

• Dünne isolierende Gegenstände oder Materialschichten,

  Gleitstielbüschelentladungen werden oft an isolierenden Platten, Folien oder an Beschichtungen beobachtet, weil diese Gegenstände beidseitig Ladungen speichern können.

• hohe Durchschlagspannung eines Materials,

  Die Durchschlagspannung bestimmt die Ladungsdichte auf den Oberflächen wesentlich mit.

• vorhandene starke ladungserzeugende Prozesse,

  Stark ladungserzeugende Prozesse sind z.B. pneumatischer Transport, Riemenantriebe.

• geringes Absprühen von Ladungen.

  Spitze Formen, Ecken und Kanten können Ladungen absprühen.

Die Gleitstielbüschelentladung hat häufig eine hell leuchtende, baumähnliche Struktur und wird von einem lauten Knall begleitet. Sie kann sowohl bei sich frei im Raum befindlichen bipolar geladenen Schichten, z.B. Verpackungsfolien, als auch bei Beschichtungen eines leitfähigen Grundkörpers auftreten.

Nach erfolgter Aufladung kann eine Gleitstielbüschelentladung ausgelöst werden durch

• mechanisches Durchstechen der Oberfläche,
• einen elektrischen Durchschlag im Inneren des Materials,
• gleichzeitige Annäherung beider Oberflächen über zwei elektrisch verbundene Elektroden, z.B. bei Dickenmessungen,
• Berühren der freien Oberfläche mit einem geerdeten Leiter, wenn die andere geerdet ist, z.B. durch Berührung der Oberfläche durch eine Person.

Die hohe Energie der Gleitstielbüschelentladung entstammt den bipolar aufgeladenen Oberflächen, die bei einem Funkendurchbruch entladen werden.

Erfahrungsgemäß sind folgende Voraussetzungen für eine Gleitstielbüschelentladung erforderlich:

• Schichtdicke < 9 mm,
• Oberflächenladungsdichte > 2,5 × 10^-4 C/m²
  und
• Durchschlagspannung > 4 kV.

Gleitstielbüschelentladungen können explosionsfähige Atmosphäre aus Gasen, Dämpfen oder Stäuben entzünden. Ihre Energie kann wie folgt rechnerisch abgeschätzt werden:

E_GBE = (a * d * σ²) / (2 * ε * ε₀)

mit EGBE maximale zu erwartende Energie der Gleitstielbüschelentladung [J]

An dünnen Farbschichten treten normalerweise keine Gleitstielbüschelentladungen auf.

a 3.5 Gewitterblitzähnliche Entladung

Prinzipiell können gewitterblitzähnliche Entladungen in großen Staubwolken auftreten; sie wurden in Aschewolken bei Vulkanausbrüchen beobachtet aber bei industriellen Prozessen noch nicht nachgewiesen. Bei experimentellen Untersuchungen konnten

solche Entladungen in Silos mit einem Volumen < 100 m³ oder in beliebig hohen Behältern mit Durchmesser < 3 m nicht festgestellt werden. Theoretische Überlegungen lassen vermuten, dass in größeren Silos oder Behältern gewitterblitzähnliche Entladungen bei Feldstärken > 500 kV/m auftreten können.

a 3.6 Schüttkegelentladung

Wird hoch aufgeladenes isolierendes Schüttgut in Silos oder große Behälter gefüllt, erzeugt es Bereiche innerhalb der Schüttung mit sehr hoher Ladungsdichte und führt zu starken elektrischen Feldern im oberen Teil des Haufwerks. Schüttkegelentladungen können daher auftreten. Sie wurden in seltenen Fällen in zylindrischen Behältern beobachtet und verliefen radial entlang der Oberfläche des Haufwerks.

Beeinflussende Faktoren für Schüttkegelentladungen sind

• spezifischer Widerstand des Schüttgutes,
• Förderstrom,
• Volumen und Geometrie des Behälters,
• Korngröße des Schüttgutes.

Für metallische Silos mit einem Durchmesser zwischen 0,5 und 3 m und Schüttgütern mit Korngrößen zwischen 0,1 und 3,0 mm kann die Energie einer Schüttkegelentladung berechnet werden durch:

E_SKE = 5,22 * D^3,36 * d^1,46

Mit zunehmendem Medianwert des Schüttgutes, z.B. bei Granulat, steigt die Energie für Schüttkegelentladungen.

Besonders gefährlich sind Situationen, in denen die Zündenergie für Schüttkegelentladungen durch grobes Korn erzeugt wird und gleichzeitig Feinanteile des Schüttgutes, z.B. durch Abrieb, mit niedriger Mindestzündenergie vorliegen.

Schüttkegelentladungen können sowohl brennbare Gas- und Dampf/Luft-Gemische als auch zündempfindliche Staub/Luft-Gemische entzünden.

Beispiel 13: Funkenentladung, schematische Darstellung

Funkenentladungen können bei üblicher Handhabung isolierender Stoffe in leitfähigen, ungeerdeten Anlagen entstehen Sie werden durch Erden aller leitfähigen Anlagenteile vermieden Funkenentladungen sind die häufigste Ursache für Entzündungen durch Entladungen statischer Elektrizität (1) Leitfähiger geerdeter Gegenstand oder Person nähern sich an (2) Funkenentladung, zündfähig für Gas-, Dampf- und Staub/Luft-Gemische (3) Leitfähige ungeerdete Einrichtungen, aufgeladen

Beispiel 14: Büschelentladungen, schematische Darstellung

Büschelentladungen können bei üblicher Handhabung isolierender Stoffe entstehen Sie können z.B. durch Erhöhen der Leitfähigkeit der zu handhabenden Stoffe vermieden werden (1) Leitfähiger, geerdeter Gegenstand mit Kriimmungsradius von ca. 5 mm wird angenähert (2) Leitfähiger, geerdeter, nadelförmiger Gegenstand mit Krümmungsradius unter 1 mm wird angenähert (3) Büschelentladung, zündfähig für Gas- und Dampf/Luft-Gemische (4) Schwache Büschelentladung, Corona, sehr geringe Zündwahrscheinlichkeit (5) Isolierende Einrichtung, aufgeladen

Beispiel 15: Gleitstielbüschelentladungen, schematische Darstellung

Gleitstielbüschelentladungen können entstehen, wenn leitfähige und isolierende Materialien schichtweise verbunden sind und sehr hoch aufgeladen werden Sie können vermieden werden, wenn die Durchschlagspannung der isolierenden Schicht unter 4 kV liegt (1) Leitfähiger geerdeter Gegenstand wird angenähert (2) Gleitstielbüschelentladungen durch Überschreiten der Durchbruchfeldstärke in Luft, zündfähig für Gas-, Dampf- und Staub/Luft-Gemische, sie können Personen gefährden (3) Gleitstielbüschelentladung durch Überschreiten der Durchbruchfeldstärke der Beschichtung, ebenfalls zündfähig (4) Isolierende Beschichtung mit sehr hoher Ladungsdichte (5) Leitfähige Einrichtung

Beispiel 16: Schüttkegelentladungen, schematische Darstellung

Schüttkegelentladungen beim pneumatischen Transport von besonders hoch aufgeladenem Schüttgut Schüttkegelentladungen sind nicht zu erwarten bei der Handhabung von Schüttgütern mit einem spezifischen Widerstand unter 1010 Ωm Schüttkegelentladungen können elektrische Einrichtungen, z.B. Messgeräte zerstören und sind zündfähig für Staub/Luft-Gemische in Abhängigkeit von der Mindestentzündenergie des Schüttguts, der Größe des Silos und der Förderrate der Anlage. Maßnahmen im Einzelfall festlegen (1) Leitfähiges Silo, geerdetoder isolierendes Silo (2) Sehr hoch aufgeladenes Produkt (3) Schüttkegelentladungen an der Oberfläche oder im Innern des abgelagerten Schüttgutes, zündfähig für Gas-, Dampf- und Staub/Luft-Gemische

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