Erdungssysteme

Elektrostatik ist ein bekanntes Alltagsphänomen in vielen industriellen Prozessen. Leider auch ein gefährliches, denn elektrostatische Entladungen können Explosionen verursachen. Ein präventiver Ex-Schutz zeichnet sich dadurch aus, dass potentielle Zündquellen vermieden werden. Erdungssysteme bieten gerade beim Umgang mit entzündlichen oder explosiven Stoffen die notwendige Gewissheit, dass statische Elektrizität sicher abgeleitet wird. Was Sie dabei beachten sollten und welches Produkt das richtige für Sie ist, erfahren Sie in unserem Praxis-Ratgeber.


Schutz vor elektrostatischen Ladungen in Gefahrenbereichen

An Verarbeitungsstandorten für entzündliche und brennbare Produkte werden durch den Fluss von Gasen, Flüssigkeiten und Feststoffen mit hoher Wahrscheinlichkeit elektrostatische Ladungen erzeugt – beispielsweise durch Füllen und Entleeren von Behältern, Umpumpen, Rühren oder Mischen von Flüssigkeiten. Aufgrund ihres hohen Gefahrenpotentials gelten elektrostatische Ladungen als mögliche Zündquelle in potentiell entzündlichen und brennbaren Atmosphären. Der Schutz von Mitarbeitern und Sachwerten darf hier keinesfalls dem Zufall überlassen werden.

Die wirksamste und in der Praxis am besten durchführbare Methode für die Verhinderung eines Brandes oder einer Explosion durch elektrostatische Ladungen besteht darin, von vornherein auszuschliessen, dass sich Geräte und Anlagen, Fahrzeuge oder auch Personen elektrostatisch aufladen. In explosionsgefährdeten Bereichen sind grundsätzlich nur leitfähige oder ableitfähige Gegenstände oder Einrichtungen zu verwenden. Je nach Zündwahrscheinlichkeit sind diese wiederum zu erden bzw. mit Erdkontakt zu versehen. Dadurch lassen sich elektrostatische Ladungen wirksam und zuverlässig aus der Ex-Atmosphäre abführen.

Beim Thema Erdung und Potenzialausgleich ist auf folgendes zu achten: 

  • Die Erdungspflicht gilt auch für Personen sowie für leitfähige oder ableitfähige Medien, z.B. Flüssigkeiten oder Schüttgüter.

  • Erdung und Potenzialausgleich müssen zuverlässig und dauerhaft sein und den zu erwartenden Beanspruchungen, insbesondere durch Korrosion, standhalten .

  • Erdungsklemmen müssen vor Arbeitsbeginn angebracht werden und am Ort verbleiben, bis alle gefährlichen Aufladungen abgeleitet sind (es sind Aufnahmevorrichtungen oder Abladen für Erdungsklemmen vorzusehen).

  • Einrichtungen zur Erdung und zum Potenzialausgleich sind so auszuführen und 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 leicht gehandhabt werden können.

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

  • Personen, die in diesen Bereichen arbeiten, müssen entsprechend unterwiesen werden, so dass sie 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 dabei besonders hinzuweisen).

  • Einrichtungen zur Erdung und zum Potenzialausgleich sind regelmässig zu prüfen (durch zur Prüfung befähigte Personen).

Elektrisch leitende Anlagenteile müssen mit einer Erdungsquelle verbunden werden.

In der Praxis müssen für den Schutz vor Zündungen durch elektrostatische Ladungen eine Reihe von Verfahrensregeln befolgt werden. Ein wichtiger Faktor ist dabei, dass elektrisch leitende Anlagenteile (inklusive mobilen Anlagenteilen, Personen und Fahrzeugen) mit einer „Erdungsquelle“, die durch Überprüfung als verifizierter Erdungspunkt ausgewiesen wurde, verbunden werden. Ein solcher Erdungspunkt verfügt über eine Verbindung mit der Erdmasse und leitet elektrostatische Ladungen von den Anlagenteilen zur Erde hin ab. Die Menge der durch den Prozess erzeugten Ladungen spielt dabei keine Rolle, da die Erde über eine unendliche Kapazität zum Ausgleich positiver und negativer Ladungen verfügt.

Diese Verbindung von Metallteilen zum Erdungspunkt soll einen Widerstandswert von maximal 10 Ohm besitzen.


3 Stufen der Erdung – Welche Lösung passt zu mir?

Um ausreichenden Schutz vor elektrostatischen Zündungen zu gewährleisten, müssen Prozessanlagen wirksam geerdet werden. Dazu stehen Ihnen verschiedene Systeme zur Verfügung, die sich in drei Sicherheitsstufen einteilen lassen. Bei der Auswahl des geeigneten Erdungssystems sollten sich Betreiber an ihrer Gefährdungsbeurteilung orientieren.  

Stufe 1  Passive Erdung


Oft erfolgt die Erdung mittels einadriger, passiver Erdungssysteme. Diese bestehen in der Regel aus einem Erdungskabel und Klemmstücken, welche den Kontakt zwischen Objekt und Erdungspunkt herstellen. Hier hat man die Wahl zwischen schraubbaren C-Klemmen und Krokodilklemmen, Erdungszangen und -klammern auf der Objektseite sowie Ringösen als Anschlussmöglichkeit für Erdungsleisten. Doch nicht mit jeder Zange lässt sich der Kontakt zum Objekt optimal sicherstellen. Anlagenteile und Geräte können Anstriche, Beschichtungen, Produktablagerungen oder Rostschichten aufweisen, die den niederohmigen Kontakt zwischen der Erdungsklammer und den zu erdenden Komponenten verhindern können. Ein stabiler elektrischer Kontakt kann in diesen Fällen nur dann hergestellt werden, wenn die Erdungsklammer die kontakthemmenden Schichten durchdringen kann. Die nötige "Bissfestigkeit" bieten hier geprüfte Edelstahlzangen mit Wolframkarbidspitzen, die durch Beschichtungen und Verschmutzungen dringen können. Diese Modelle mit ATEX- und FM-Zertifizierung gewährleisten, dass sie keine potentiellen Zündgefahren beinhalten und über einen genügend hohen Klammerdruck sowie eine elektrische Durchgängigkeit von unter 1 Ohm verfügen.

Erdung erfolgt oft mittels einadriger, passiver Erdungssysteme.

Passive Systeme sind eine preisgünstige Erdungsmöglichkeit für viele Standard-Anwendungen. Ein Nachteil besteht jedoch in der Sicherstellung des Kontaktes. Nicht nur Beeinträchtigungen durch Produktablagerungen oder Schutzanstriche können zu einer unsicheren Verbindung führen, sondern z.B. auch ein schlechter Zustand der Kabelanschlüsse, korodierte Erdungsanschlüsse oder Kabelbrüche. Dies erfordert eine besonders hohe Umsicht bei der Anwendung. Es liegt hier in der Pflicht des Betreibers, die Erdungsanlagen regelmässig auf ihre Sicherheit zu überprüfen. Das beinhaltet auch die Widerstands-Überprüfung im Ableitpfad. Da dies in der Praxis jedoch häufig nicht geschieht, wird eine schlechte Erdverbindung oft nicht gleich erkannt.

Vorteile Nachteile
+ Preisgünstig in der Anschaffung Wiederholte eigenständige Prüfung und Überwachung der Erdungsverbindung notwendig
+ Ausreichend für viele Standard-Anwendungen

 

 



Stufe 2  Aktive Erdung mit Überwachung

In der Praxis wird die sichere Erdung nicht immer entsprechend konsequent und zuverlässig durchgeführt. Dies betrifft insbesondere auch ortsveränderliche Objekte (z.B. Fässer, Behälter oder IBC), die immer wieder neu zu erden sind. Der Kontakt der Erdungsklammer kann nicht nur durch Produktablagerungen oder Schutzanstriche beeinträchtigt sein – auch Kabelanschlüsse sind möglicherweise verrostet oder in anderweitigem schlechtem Zustand, so dass eine unsichere Verbindung nicht auf den ersten Blick erkennbar ist. Für eine effiziente Kontrolle – besonders bei grösseren Gefährdungen – wurden deshalb aktive Erdungssysteme mit Statusanzeige entwickelt. Diese überwachen die Verbindung mit dem von elektrostatischer Aufladung bedrohten Objekt und signalisieren den Mitarbeitern optisch, ob eine sichere Verbindung zwischen den Objekten bzw. mit dem geprüften Erdungspunkt vorliegt. Wenn die Anzeige auf grün schaltet, wissen die Mitarbeiter, dass sie den Prozess gefahrlos durchführen können. Das Erdungssystem überwacht kontinuierlich die Erdungsschleife, um zu gewährleisten, dass die durch den Prozess erzeugten elektrostatischen Ladungen aus der explosionsgefährdeten Atmosphäre sicher abgeleitet werden.

Für eine effiziente Kontrolle wurden aktive Erdungssysteme mit Statusanzeige entwickelt.

Die ständig pulsierende grüne LED an einer der Klammern signalisiert, dass zwischen dem betreffenden Objekt, z.B. einem Fass, und dem überprüften Erdungsnetzwerk des Standortes ein Widerstand von 10 Ohm oder weniger vorliegt. Bei einer Unterbrechung der sicheren Erdungsverbindung erlischt die LED-Anzeige. Die Mitarbeiter erkennen somit eindeutig, dass die Gefahr einer statischen Entladung besteht und der Befüllvorgang unterbrochen werden muss. Nun muss die Erdverbindung überprüft werden, bevor der Befüllvorgang fortgesetzt werden darf.

Personen, die für Massnahmen zum Schutz vor elektrostatischen Zündgefahren verantwortlich sind, müssen sich in der Regel zwischen einfachen Klammern und Kabeln und überwachten Erdungssystemen entscheiden. Letztere bieten gleich in vielfacher Hinsicht Vorteile. Zum einen bieten sie höheren Schutz vor elektrostatischen Zündgefahren, da sie die Unversehrtheit der Verbindung mit den Anlagenteilen überprüfen. Weiterhin bieten sie den Mitarbeitern mehr Sicherheit durch das optische Signal, ob eine intakte Erdverbindung vorliegt. Aber auch der Zeitaufwand und die damit verbundenen Kosten für eine Überprüfung der sicheren Verbindung können minimiert werden. Diese mobilen Erdungssysteme eignen sich insbesondere, wenn manuelle Eingriffe in den Prozess eine Automatisierung verhindern. Ein Beispiel hierfür sind Anlagen, in denen grosse Mengen von Fässern und kleineren Behältern per Hand mit brennbaren Flüssigkeiten befüllt werden.

 

 

Vorteile Nachteile
+ Hoher Schutz vor elektrostatischen Zündgefahren durch permanente Überwachung und optische Anzeige der sicheren Verbindung keine automatische Verriegelungsfunktion bei automatisierten Prozessen
+ Sicherheit für den Mitarbeiter
+ Zeit- und Kostenersparnis durch reine Sichtprüfung des Kontaktes

 

 



Stufe 3  Aktive Erdung mit automatisierter Prozesssteuerung

Neben einem überwachten Erdungskreis bieten einige Erdungssysteme die Möglichkeit der Interaktion mit dem Prozess. Dazu verfügt das Erdungssystem über potentialfreie Ausgangskontakte zur Kommunikation mit der Prozesssteuerung oder zur direkten Kopplung mit Geräten, die den Produktfluss bzw. die Verarbeitung des Produktes steuern, wie z.B. Pumpen, Schieber, Rührer oder Mischwerke. Die angeschlossenen Geräte werden erst freigegeben, wenn eine intakte Verbindung mit einem maximalen Widerstandswert von 10 Ohm vorliegt. Diese Verbindung und der Widerstandswert werden kontinuierlich überwacht.

Wird eine unzureichende Verbindung des Anlagenteils registriert, so kann durch das entsprechende Signal des Erdungssystems der Prozess gestoppt werden. So wird sichergestellt, dass die Anlagen vor Beginn des ladungserzeugenden Prozesses geerdet sind und der Prozess unverzüglich gestoppt wird, wenn dies nicht der Fall ist. Auch die Aktivierung kundenseitiger Alarmsysteme bei unzureichender Verbindung kann realisiert werden. Zusätzlich zeigen rote und grüne LED nach dem Ampelprinzip mit "Stop/Go" den Erdungszustand an.

Neben einem überwachten Erdungskreis bieten einige Erdungssysteme die Möglichkeit der Interaktion mit dem Prozess.

Erdungssysteme mit Einbindung in die Prozesssteuerung bieten ein Höchstmass an Prozesssicherheit und Schutz vor gefährlichen elektrostatischen Aufladungen. Allerdings fallen auch die Anschaffungskosten im Vergleich zu anderen Systemen entsprechend höher aus. Anhand einer Gefährdungsbeurteilung sollte daher geklärt werden, ob betriebsspezifische Gegebenheiten den Einsatz notwendig machen – zum Beispiel bei Prozessen, bei denen nicht durchgehend Mitarbeiter zur Prüfung der sicheren Verbindung vor Ort sind. Darüber hinaus erfordern Prozesse, die elektrostatische Ladungen erzeugen, häufig manuelle Eingriffe, bei denen eine Automatisierung der Prozesssteuerung nicht möglich ist. Ein Beispiel hierfür sind Anlagen, in denen grosse Mengen von Fässern und kleineren Behältern per Hand mit brennbaren Flüssigkeiten befüllt werden. In solchen Fällen sowie bei eingeschränktem Budget kann allenfalls auf Erdungskabel mit Überwachungsfunktion und optischer Anzeige zurückgegriffen werden.

Vorteile Nachteile
+ Höchstmass an Sicherheit für automatisierte Prozesse rein stationärer Einsatz, höherer Installationsaufwand
+ Sicherheit für den Mitarbeiter
+ Automatisierte Prozessfreigabe bei intakter, Stoppfunktion bei unzureichender Verbindung

 

 



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