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8.3.3 Leitfähige ortsbewegliche Einrichtungen

Ortsbewegliche metallische Gegenstände und Einrichtungen, wie z.B. Fässer, Container, Trichter, Kannen, Karren, werden im Allgemeinen nicht über die Gesamtanlage geerdet. Ihre Erdung erfolgt über eigene Erdungsanschlüsse. Insbesondere beim Füllen und Entleeren ist ein Ableitwiderstand R_E < 10⁶ Ω zu gewährleisten. Gegebenenfalls erfolgt die Erdung kleiner Gegenstände über Personen und den Fußboden.

8.3.4 Leitfähige Einrichtungen mit isolierenden Komponenten

(1) Die Erdung einer Anlage kann durch isolierende Komponenten, wie z.B. Dichtungen, oder durch isolierende Betriebsstoffe, wie z.B. Schmierfette, beeinträchtigt werden. Erfahrungsgemäß zeigen Ole und Fette in normaler Schmierfilmdicke, wie z.B. an rotierenden Wellen, Übergangswiderstände von nicht mehr als 10³ Ω.

(2) Beim Einsatz isolierender Stoffe, wie z.B. Zwischenstücke aus Kunststoff mit hohem Widerstand, sind die verbleibenden leitfähigen Komponenten untereinander zu verbinden und zu erden.

(3) Alternativ kann jedes Anlagenteil für sich geerdet werden.

Hinweis 1: In diesem Zusammenhang ist besonders auf von außen nicht sichtbare Teile zu achten, wie z.B. auf:

• Kugelventile mit isolierenden Dichtungen,
• Metalleinlagen in Dichtungen,
• Wellen und Durchführungen mit isolierenden Manschetten,
• hohe oder dicke Abstandsringe,
• Steckverbindungen aus Kunststoffen,
• metallische Düsen am Ende eines Rohres aus Kunststoff.

Hinweis 2: Bei zusammengesetzten Anlagenteilen ist gegebenenfalls eine Herstellerauskunft einzuholen.

8.3.5 Gegenstände geringer elektrischer Kapazität

(1) Leitfähige Gegenstände mit einer Kapazität C > 10pF sind zu erden. Die Erdung darf nur entfallen, wenn gefährliche Aufladungen nicht auftreten. Darüber hinaus sind kleine leitfähige Gegenstände zu erden:

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

Hinweis 1: Zu den typischen kleinen Gegenständen zählen z.B. Schrauben und Muttern bis M8. Blechschrauben besitzen in der Regel eine Kapazität C < 3 pF.

Hinweis 2: Die Höhe der Kapazität leitfähiger Teile wird von ihrer unmittelbaren Umgebung beeinflusst.

(2) Zur Beurteilung der Kapazität kleiner Gegenstände ist ihre Kapazität im Einbauzustand, gegebenenfalls unter simulierten Bedingungen, zu bestimmen. Es gelten die Höchstwerte für Gegenstände und Einrichtungen nach der Tabelle 10. Für Glasapparaturen sind die Werte nach der Tabelle 8 in Nummer 4.13 heranzuziehen.

Tabelle 10: Höchstzulässige Kapazitäten kleiner Gegenstände

8.3.6 Medizinisch genutzte Räume mit explosionsgefährdeten Bereichen

(1) Wenn in medizinisch genutzten Räumen explosionsgefährdete Bereiche vorliegen, sind Maßnahmen gegen elektrostatische Aufladungen erforderlich.

Hinweis 1: Die Zündempfindlichkeit von Stoffen wird durch Sauerstoffanreicherung der Umgebungsluft stark erhöht.

Hinweis 2: Explosionsgefährdete Bereiche können z.B. bei der Verwendung brennbarer Reinigungs- oder Desinfektionsmittel vorliegen.

(2) Zur Vermeidung von Aufladungen sollen Arbeitskleidung, Decken und Tücher unter den betriebsgemäß anzunehmenden Bedingungen ableitfähig sein.

(3) Decken, Tücher oder solche Gewebe und Gewirke, die nicht ableitfähig sind, sind auszuschließen, da sie bei Reibungs- und Trennungsvorgängen zu hohen Aufladungen führen können.

(4) Auch für typische Gegenstände und Einrichtungen in medizinischen Räumen, wie z.B. Gummitücher, -matratzen, -kopfkissen oder gepolsterte Sitze, gelten die Anforderungen der Nummer 3. Ableitfähige Überzüge isolierender Gegenstände haben diese vollständig zu umschließen.

(5) Abweichend von Nummer 3 dürfen als Albdeckung 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.

(6) 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.

(7) 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, wie z.B. durch isolierende Lackierung. Der Durchgangswiderstand von Reifen oder Rollen soll 10⁴ Ω nicht überschreiten.

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

(8) In medizinisch genutzten Räumen mit explosionsgefährdeten Bereichen ist ableitfähiges Schuhwerk - einschließlich der Überschuhe - zu tragen. Jedoch soll ein Ableitwiderstand von 5 ⋅ 10⁴ Ω nicht unterschritten werden.

(9) Schläuche für die Fortleitung von medizinischen Gasen, auch von Sauerstoff, Lachgas, Anästhesiegasen, dürfen abweichend von Nummer 5.6 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.

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

8.4 Kennzeichnung

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

8.5 Planung und Ausführung

(1) 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, wie 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.

(2) 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 - bei Verwendung von Klemmen - Lack-, Rostschichten oder auch Folien von Einstellsäcken durchdringen können,
• sie deutlich erkennbar gekennzeichnet sind und
• sie leicht gehandhabt werden können.

8.6 Betriebsanweisung und Unterweisung

(1) Für Arbeiten zur Erdung und zum Potenzialausgleich in explosionsgefährdeten Bereichen ist das Vorliegen einer eigenen Betriebsanweisung erforderlich.

Hinweis: Siehe auch § 9 Abs. 1 Ziffer 2 der Betriebssicherheitsverordnung.

(2) Nach § 9 Abs. 2 der Betriebssicherheitsverordnung müssen Personen, die in explosionsgefährdeten Bereichen arbeiten, über die Notwendigkeit von Maßnahmen zur Erdung und zum Potenzialausgleich unterwiesen werden.

Hinweis: Ziel der Unterweisung ist, dass die Beschäftigten die zur Erdung und zum Potenzialausgleich vorgesehenen betrieblichen Einrichtungen kennen und bestimmungsgemäß anwenden können. Auf typische Erdungsfehler, wie z.B. nachträgliches Erden bereits aufgeladener Gegenstände oder Einrichtungen, ist besonders hinzuweisen.

8.7 Prüfung

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

(2) Art, Umfang und Fristen der Prüfungen sind gemäß der Technischen Regel 1201 Teil 1 festzulegen. Dabei sind Anlagen- und Bauwerksteile zu berücksichtigen, die neben ihrer eigentlichen Funktion auch andere erden und in den Potenzialausgleich einbeziehen, wie z.B. Schlauch und Zapfventil.

(3) Die Prüfungen sind durch befähigte Personen gemäß TRBS 1203 und TRBS 1203 Teil 1 durchzuführen.

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A1 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, jeweils 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.

A1.1 Aufladung von Flüssigkeiten

Die Aufladung von Flüssigkeiten erfolgt im Wesentlichen über die Kontaktaufladung. Typische Beispiele sind der Strom einer Flüssigkeit entlang einer festen Wand, wie 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, wie z.B. in Form suspendierter 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 Flüssigkeiten versprüht oder vernebelt siehe auch Nummer A1.3.

A1.2 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 ihrem exakten Wert, wie z.B. bei gesättigten Kohlenwasserstoffen:

Ein Rohr kann als unendlich lang betrachtet werden, wenn

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

A1.3 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, wie z.B. aus Öl und Wasser.

A1.4 Aufladung 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. Die Aufladungshöhe hängt von der Menge entstehender Ladungen und der Kapazität der Anordnung ab. 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 der Tabelle 11.

Tabelle 11: Aufladung von Schüttgütern mit mittlerem oder hohem spezifischen Widerstand

A2 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 Ladungsableitung. Die entstehende Potenzialdifferenz (Spannung) wird berechnet durch:

U = I ⋅ R (1-e^-t/τ)

Zur Beurteilung einer gefährlichen elektrostatischen Aufladung wird die maximale Spannung herangezogen, welche nach obiger Formel bei großen Zeiten erreicht wird:

U_max = I ⋅ R

Ableitwiderstand und Kapazität lassen sich oft messen. Das Produkt

τ = R ⋅ C

mit C = Kapazität [F]

kann zur Beurteilung der Aufladungshöhe benutzt werden.

A2.1 Ladungsrelaxation 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:

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

A2.2 Ladungsrelaxation 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:

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.

A3 Entladungsarten in der Elektrostatik

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

A3.1 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 ist in der Regel deutlich wahrnehmbar. Sie erfolgt, wenn die Feldstärke zwischen den Leitern die elektrische Durchbruchfeldstärke 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 leitfähigen Gegenständen zeigt die Tabelle 12.

Tabelle 12: 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. Zur Beurteilung der Zündwirksamkeit von Funken kann auch die übertragene Ladung Q herangezogen werden.

Hinweis: Stoffbezogene Werte für MZE und MZQ siehe auch Tabelle 15 in Anhang F.

A3.2 Koronaentladung

Koronaentladungen entstehen an scharfen Spitzen oder Ecken von leitfähigen Gegenständen, 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 spezifischen Widerstand lassen sich Koronaentladungen nicht vermeiden.

A3.3 Büschelentladung

Büschelentladungen können auftreten, wenn geerdete Leiter auf geladene isolierende Gegenstände zu bewegt werden, wie 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 Funkenentladung besitzen, können sie die meisten brennbaren Gase und Dämpfe entzünden. Durch Büschelentladungen werden nach derzeitigem Kenntnisstand keine Stäube entzündet, solange keine brennbaren Gase oder Dämpfe vorliegen. Die Zündwirksamkeit von Büschelentladungen kann durch Messung der übertragenen Ladung Q beurteilt werden. Büschelentladungen sind nicht zündwirksam, wenn die übertragene Ladung Q kleiner als die Mindestzündladung MZQ ist.

Hinweis: Stoffbezogene Werte für MZE und MZQ siehe auch Tabelle 15 in Anhang F.

A3.4 Gleitstielbüschelentladung

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

• dünne isolierende Gegenstände oder Materialschichten,
  Hinweis: Gleitstielbüschelentladungen werden oft an isolierenden Platten, Folien oder an Beschichtungen beobachtet, weil diese Gegenstände beidseitig Ladungen speichern können.
• hohe Durchschlagspannung eines Materials,
  Hinweis: Die Durchschlagspannung bestimmt die Ladungsdichte auf den Oberflächen wesentlich mit.
• vorhandene starke ladungserzeugende Prozesse,
  Hinweis: Stark ladungserzeugende Prozesse sind z.B. pneumatischer Transport, Riemenantriebe.
• geringes Absprühen von Ladungen.
  Hinweis: 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, wie 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, wie z.B. bei Dickenmessungen,
• Berühren der freien Oberfläche mit einem geerdeten Leiter, wenn die andere geerdet ist, wie 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 D < 9 mm,
• Oberflächenladungsdichte σ > 2,5 ⋅ 10^-4 C/m²
  und
• Durchschlagspannung U_D > 4 kV und UD > 6 kV bei textilem Gewebe, wie z.B. bei FIBC.

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_r ⋅ ε₀)

An dünnen Farbschichten treten normalerweise keine Gleitstielbüschelentladungen auf.

A3.5 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 V < 100 m³oder in beliebig hohen Behältern mit Durchmesser d < 3 m nicht festgestellt werden. Theoretische Überlegungen lassen vermuten, dass in größeren Silos oder Behältern gewitterblitzähnliche Entladungen bei Feldstärken über 500 kV/m auftreten können.

A3.6 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 der Schüttung. Daran können Schüttkegelentladungen auftreten. Sie wurden in seltenen Fällen in zylindrischen Behältern beobachtet und verliefen radial entlang der Oberfläche der Schüttung.

Beeinflussende Faktoren für Schüttkegelentladungen sind

• der spezifische Widerstand des Schüttgutes,
• der Förderstrom,
• das Volumen und die Geometrie des Behälters,
• die 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 ⋅ g^1,46

Mit zunehmendem Medianwert der Korngröße, wie 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 Feinteile des Schüttgutes, wie z.B. Abrieb, mit niedriger Mindestzündenergie vorliegen.

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

Beispiel 13: Funkenentladungen

Beispiel 14: Büschelentladungen und Koronaentladungen

Beispiel 15: Gleitstielbüschelentladungen

Beispiel 16: Schüttkegelentladungen

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FIBC des Typs a erfüllen keine Anforderungen zur Verwendung in explosionsgefährdeten Bereichen.

FIBC des Typs B erfüllen folgende Anforderungen:

• sie bestehen ausschließlich aus isolierendem Material
  und
• die Durchschlagspannung des Körpermaterials sowie des Ein- und Austragsschlauches sind kleiner 6 kV
  oder
• es liegt ein gesicherter Nachweis vor, dass keine Gleitstielbüschelentladungen auftreten.

Einstellsäcke können das Verhalten der FIBC Typ B verändern.

FIBC des Typs C erfüllen folgende Anforderungen:

(a) Das Körpermaterial sowie der Ein- und Austragsschlauch besitzen eine leitfähige oder ableitfähige Struktur mit einem Ableitwiderstand von weniger als 10⁸ Ω von jeder Stelle des FIBC zum Erdungspunkt.

(b) Die leitfähige oder ableitfähige Struktur kann nach einem der folgenden Prinzipien aufgebaut sein:

• Großflächig eingearbeitete parallele leitfähige oder ableitfähige Bändchen oder Fäden, die in einem Abstand von weniger als 20 mm voneinander entfernt und mindestens an einer Stelle, vorzugsweise an einem Ende, miteinander elektrisch verbunden sind.
  Der Ableitwiderstand jedes leitfähigen Bändchens oder Fadens zum Erdungspunkt beträgt weniger als 10⁸ Ω.

Oder alternativ:

• Gitterförmig angeordnete, leitfähige oder ableitfähige Bändchen oder Fäden, die ein elektrisch verbundenes Netz mit einer Maschenweite von maximal 50 mm bilden. Der Ableitwiderstand jedes leitfähigen Bändchens oder Fadens zum Erdungspunkt beträgt weniger als 10⁸ Ω.
• Der Ableitwiderstand der Hebeschlaufen zum Erdungspunkt am FIBC beträgt weniger als 10⁸ Ω.
• Sofern der FIBC eine isolierende Innenbeschichtung aufweist, beträgt die Durchschlagspannung auf die leitfähige Struktur weniger als 4 kV.
• Sofern der FIBC Teile aus isolierenden Materialien besitzt, entsprechen diese den Anforderungen nach Nummer 3.2 (ohne 3.2.5 und 3.2.6).

Hinweis: Nicht fest und flächig mit dem Gewebe des FIBC-Körpers verbundene Etiketten oder Dokumententaschen aus isolierendem Material können sich gefährlich aufladen.

• Am FIBC befindet sich ein gut sichtbarer Hinweis auf die Erdungspflicht.

Einstellsäcke können das Verhalten des FIBC des Typs C verändern.

FIBC des Typs D erfüllen die Anforderung der Begrenzung der Aufladung auf ein ungefährliches Maß nach dem Prinzip der Koronaentladung. Erdungseinrichtungen besitzt der Typ D nicht. Beim Einsatz des FIBC Typ D ist der Nachweis zu erbringen, dass keine gefährlichen Aufladungen auftreten.

Sofern der FIBC Teile aus isolierenden Materialien besitzt, entsprechen diese den Anforderungen nach Nummer 3.2 (ohne 3.2.5 und 3.2.6).

Einstellsäcke können das Verhalten des FIBC des Typs D verändern.

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Die Entladung statischer Elektrizität durch den menschlichen Körper kann einen elektrischen Schlag verursachen. Solche elektrischen Schläge verursachen selten unmittelbare Verletzungen, können jedoch Schmerzen verursachen und Schreckreaktionen auslösen.

Entladungen statischer Elektrizität sind von kurzer Dauer (τ<< 1 ms), haben hohe Spannungen (bis 100 kV) und werden als impulsartig wahrgenommen. Personen können die folgenden Entladungsarten wahrnehmen:

• Büschelentladungen
  können auftreten, wenn sich Personen in der Nähe einer hoch aufgeladenen isolierenden Oberfläche, wie z.B. eines Schüttgutbehälters, aufhalten oder diesen berühren. Sie verursachen oft ein hörbares Knistern.
• Funkenentladungen
  treten z.B. auf, wenn Personen mit einem aufgeladenen leitfähigen Gegenstand in Berührung kommen oder umgekehrt.
• Gleitstielbüschelentladungen
  können auftreten, wenn Personen mit beidseitig aufgeladenen Folien oder Platten bzw. mit aufgeladenen leitfähig beschichteten Folien oder Platten arbeiten oder hoch aufgeladenes Pulver oder Granulat in einem großen Kunststoffbehälter berühren.

Personen werden gefährdet, wenn die übertragene Ladung 50 µC oder die Energie 350 mJ überschreitet.

Die auf Trichtern, Kanistern oder Handwerkzeugen gespeicherten Energien liegen unter diesen Werten und sind für Personen ungefährlich.

Entladungen von großen Gegenständen oder Einrichtungen können jedoch die Energie von 1 J übersteigen und Personen schädigen.

Beim pneumatischen Transport sind neben der Erdung die folgenden Maßnahmen zu treffen:

• Eine Ansammlung von leitfähigem Material in einem isolierenden Rohr soll geerdet werden, bevor der Versuch gemacht wird, es zu entfernen.
  Hinweis: Eine Metallstange, die mit einem geerdeten Draht verbunden ist, eignet sich zu diesem Zweck.
• Sammeln sich pneumatisch transportierte leitfähige Gegenstände in einem isolierenden Behälter an, soll der Behälterboden mit einem geerdeten Kontakt ausgerüstet werden. Andernfalls dürfen Personen den Inhalt nicht berühren.
• Sammeln sich pneumatisch transportierte isolierende Schüttgüter in einem isolierenden Behälter V > 1 m³ an, soll der Zugriff durch Personen vermieden sein.

Maßnahmen zur Vermeidung von Zündgefahren infolge elektrostatischer Aufladungen nach dieser Technischen Regel schließen gleichermaßen den Schutz von Personen mit ein, wie z.B. Schutz vor Entladung aufgeladener Schüttgüter oder aufgeladener Folien.

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Im Allgemeinen bestehen bei vorhandener explosionsfähiger Atmosphäre und bei Potenzialdifferenzen von U < 300 V bzw. von U < 100 V beim Umgang mit Explosivstoffen keine Zündgefahren. Messungen in Produktionsanlagen zeigten, dass Ladeströme I von 10^-11 a bis höchstens 10^-4 a auftreten. Wegen der Beziehung

U_max = R_E⋅ I

kann man aus U_max und I die höchstzulässigen Erdableitwiderstände berechnen.

Die zugehörigen Widerstände R_E betragen demnach hier höchstens 10⁶ Ω, sie können im Einzelfall bis 10¹³ Ω reichen. Geerdete Leiter besitzen Erdableitwiderstände R_E < 10⁶ Ω.

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Die nachfolgenden Tabellen 13 und 14 geben Leitfähigkeiten und Relaxationszeiten ausgewählter Flüssigkeiten wieder.

Tabelle 13: Leitfähigkeit ausgewählter Flüssigkeitsgruppen

Tabelle 14 enthält Leitfähigkeiten von Flüssigkeiten gemessen von verschiedenen Autoren, entnommen aus "Techniques of Chemistry Volume II, Oganic Solvents, Physical Properties and Methods of Purification." John A. Riddick und William B. Bunger, John Wiley & Sons, 4. Auflage 1986.

Die Werte hängen von Verunreinigungen der Flüssigkeit ab und sind daher als orientierend zu betrachten. Wird eine Flüssigkeit in reiner Form verwendet, muss mit geringeren Leitfähigkeiten gerechnet werden.

Kohlenwasserstoffe sind in reiner Form stets als isolierend anzusehen.

Tabelle 14: Leitfähigkeit von Flüssigkeiten nach John A. Riddick und William B. Bunger

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Tabelle 15 enthält Angaben zur Mindestzündenergie (MZE), zur Mindestzündladung (MZQ) und zum zündwilligsten Gemisch. Sie beruht auf Angaben der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt Braunschweig. Die angegebenen Werte beziehen sich auf atmosphärische Bedingungen im Gemisch mit Luft.

Tabelle 15: MZE und MZQ brennbarer Gase und Dämpfe

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Die Prüfung des Ableitwiderstandes soll am verlegten Bodenbelag vorgenommen werden, auch wenn für den unverlegten Belag Prüfzeugnisse vorliegen.

Beläge für den Wohnbereich unterschreiten meist nicht den geforderten Grenzwert, auch wenn sie als "antistatisch" oder "elektrostatisch nicht aufladbar" bezeichnet werden.

Hinweis: Isolierende Dichtungsfolien zwischen Betondecke und Estrich vermindern beispielsweise die Ableitung des Belages bei zusammenhängenden Flächen über 10 m² nicht mehr.

Tabelle 16: Widerstände verschiedener Fußböden oder Fußbodenbeläge in Abhängigkeit des Materials

Quelle: nach Mitteilungen aus der Industrie und der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt

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Elektrostatische Eigenschaften sind einer direkten Messung nicht zugänglich. Die vorliegende Technische Regel benutzt Begriffe und Messverfahren der Elektrotechnik, um Maßnahmen zur Vermeidung von Zündgefahren infolge elektrostatischer Aufladungen zu formulieren.

Die nachfolgende Übersicht ordnet verschiedene geeignete elektrische Widerstands- bzw. Leitfähigkeitsgrößen den jeweils betrachteten Objekten, wie z.B. Schüttgut, zu. Mit der jeweiligen Größe werden festgelegte Messverfahren angewendet, die den Phasenzustand bzw. die Form des betrachteten Objektes berücksichtigen.

Die jeweiligen Grenzen zwischen den Bereichen leitfähig, ableitfähig und isolierend hängen von den einzelnen Messverfahren und Geometrien ab und besitzen deshalb unterschiedlich große Zahlenwerte.

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1) Symbollegende zum Verzeichnis der Beispiele siehe Begriffsbestimmungen in Nummer 2

ENDE