Zonen und Divisionen in explosionsgefährdeten Bereichen: wie die Klassifizierung Ihr Gerät bestimmt

Jede Spezifikation für Geräte, die in eine Anlage mitgenommen werden, beginnt an derselben Stelle, und das ist nicht das Datenblatt. Sie beginnt mit einem Plan: dem Plan zur Klassifizierung explosionsgefährdeter Bereiche, der den Standort in Bereiche einteilt, je nachdem, wie wahrscheinlich eine explosionsfähige Atmosphäre auftritt und wie lange sie anhält. Ist diese Grundlage richtig, ergibt sich die Geräteauswahl von selbst. Ist sie falsch, kaufen Sie womöglich ein völlig echtes, zertifiziertes Produkt, das dort nicht zulässig ist, wo Ihre Mitarbeitenden tatsächlich arbeiten.

Weltweit gibt es zwei Systeme zur Beschreibung von Zonen in explosionsgefährdeten Bereichen sowie das nordamerikanische Gegenstück, die Divisions. Sie überschneiden sich, sind aber nicht identisch, und die meisten großen Betreiber müssen mit beiden umgehen. Dieser Leitfaden erklärt, was jedes System aussagt, wer entscheidet und was das Ergebnis für den Kauf eines Geräts bedeutet, nicht eines Motors.

Zonen: das IEC- und europäische System

Das Zonensystem unterscheidet zuerst nach dem Medium und dann nach der Wahrscheinlichkeit. Für Gase, Dämpfe und Nebel gibt es drei Zonen, definiert in IEC 60079-10-1. Für brennbare Stäube gibt es drei weitere, definiert in IEC 60079-10-2.

Leitfäden nennen zu diesen Beschreibungen oft Richtwerte in Stunden, etwa mehr als tausend Stunden pro Jahr für Zone 0, zwischen zehn und tausend für Zone 1 und unter zehn für Zone 2. Diese Zahlen sind eine Planungshilfe, die manche Regelwerke verwenden. Die Definitionen in der Norm sind über Wahrscheinlichkeit und Dauer im Normalbetrieb formuliert, nicht in Stunden, und eine Klassifizierungsstudie sollte anhand des Prozesses begründet werden, nicht anhand von Rechnerei.

Zwei Dinge bei den Staubzonen werden regelmäßig übersehen. Erstens werden Staub und Gas unabhängig voneinander klassifiziert, ein Standort kann also am selben physischen Ort Zone 2 für Gas und Zone 21 für Staub sein, und das Gerät muss beides erfüllen. Zweitens werden Staubzonen ebenso von Ablagerungen und Ordnung und Sauberkeit bestimmt wie von Staubwolken. Deshalb kann eine Düngemittel-Abfüllhalle oder eine Mineralverarbeitungsanlage eine anspruchsvollere Staubklassifizierung tragen, als der sichtbare Staub vermuten lässt.

Divisions: das nordamerikanische System

Der National Electrical Code, NFPA 70, schneidet anders. Article 500 unterteilt nach Class, je nachdem, um welchen brennbaren Stoff es sich handelt, und dann nach Division, je nach Wahrscheinlichkeit.

• Class I umfasst brennbare Gase sowie Dämpfe aus brennbaren und entzündbaren Flüssigkeiten.
• Class II umfasst brennbare Stäube.
• Class III umfasst entzündbare Fasern und Flusen.
• Division 1 bedeutet, dass die Gefahr unter normalen Betriebsbedingungen oder häufig aufgrund von Reparatur, Wartung oder Leckage besteht.
• Division 2 bedeutet, dass die Gefahr nur unter anormalen Bedingungen besteht, etwa beim Versagen eines Behälters oder einer Lüftungsanlage.

Der wichtige strukturelle Unterschied ist, dass das Division-System zwei Kategorien hat, wo das Zonensystem drei hat. Zone 0 und Zone 1 fallen beide in Division 1. Zone 2 entspricht Division 2. Diese Asymmetrie ist der Grund, warum sich beide Systeme nicht in beide Richtungen mechanisch abbilden lassen, und sie liegt den meisten Regeln zur gegenseitigen Anerkennung im Code zugrunde.

Auch die Stoffe werden in Nordamerika anders gruppiert. Class I ist in die Groups A, B, C und D unterteilt, charakterisiert durch Acetylen, Wasserstoff, Ethylen bzw. Propan, im Vergleich zu den IEC-Gasgruppen IIC, IIB und IIA. Class-II-Stäube sind in die Groups E, F und G unterteilt, die Metallstäube, kohlenstoffhaltige Stäube und Stäube wie Getreide, Mehl und Kunststoffe abdecken, im Vergleich zu den IEC-Staubgruppen IIIC, IIIB und IIIA.

Wie ein Bereich tatsächlich klassifiziert wird

Die Klassifizierung ist eine ingenieurtechnische Studie, keine Ermessensfrage. Sie geht von den Freisetzungsquellen nach außen vor.

1. Die vorhandenen gefährlichen Stoffe und ihre Eigenschaften ermitteln: Flammpunkt, Dampfdichte, untere Explosionsgrenze, Zündtemperatur und bei Stäuben die Mindestzündtemperatur von Wolke und Schicht.
2. Jede Freisetzungsquelle erfassen: Flansche, Ventilspindeln, Probenahmestellen, Pumpendichtungen, Entlüftungen, Abläufe, offene Handhabungsvorgänge, Verladearme und so weiter.
3. Jede Freisetzung einstufen als ständig, primär oder sekundär, je nachdem, ob sie ständig, gelegentlich im Normalbetrieb oder nur im Störfall auftritt. Der Freisetzungsgrad entspricht weitgehend der sich ergebenden Zone.
4. Die Lüftung beurteilen, ihre Verfügbarkeit und Wirksamkeit, die die sich ergebende Zone verschärfen oder herabstufen können.
5. Die Ausdehnung jeder Zone dreidimensional bestimmen und auf Plänen festhalten, mit einer ergänzenden Liste aller Freisetzungsquellen samt Begründung.

Die Methodik stammt aus IEC 60079-10-1 und IEC 60079-10-2 und wird in der Praxis durch Branchenregelwerke ergänzt: Der Model Code of Safe Practice Part 15 des Energy Institute ist für Erdölanlagen weit verbreitet, API RP 505 für die Zonenklassifizierung und API RP 500 für die Division-Klassifizierung in der Öl- und Gasindustrie sowie NFPA 497 und NFPA 499 für chemische Prozessbereiche und brennbare Stäube in Nordamerika.

Wer klassifiziert, und warum es nie der Lieferant ist

Die Pflicht liegt beim Betreiber der Anlage, nicht beim Hersteller des Geräts. In Großbritannien verpflichtet DSEAR den Arbeitgeber, das Risiko durch gefährliche Stoffe zu beurteilen, Bereiche, in denen explosionsfähige Atmosphären auftreten können, in Zonen einzuteilen und das Ergebnis zu dokumentieren. Die europäische Arbeitsplatzrichtlinie 1999/92/EG verlangt dasselbe über das Explosionsschutzdokument. In den Vereinigten Staaten soll die Klassifizierung der Bereiche dokumentiert sein und denen zur Verfügung stehen, die die dortigen elektrischen Betriebsmittel planen, installieren, prüfen, warten und betreiben.

In der Praxis führt ein Ingenieur für Prozesssicherheit oder Schadenverhütung die Studie durch, Vertreter von Verfahrenstechnik, Maschinenbau, Elektrotechnik und Betrieb prüfen sie, und die technische Leitung zeichnet sie ab. Das Ergebnis ist ein Satz Pläne mit einer Liste und, an einem gut geführten Standort, ein Verzeichnis der explosionsgefährdeten Bereiche, das die in jeder Zone installierten Ex-Geräte mit ihren Zertifikatsnummern aufführt.

Die Folge für die Beschaffung ist einfach und sollte jedem Lieferanten, der hilfsbereit sein will, deutlich gesagt werden: Ein Gerätehersteller kann Ihnen Ihre Zone nicht nennen. Er kann sagen, wofür sein Gerät geeignet ist. Beides zusammenzuführen ist Ihre ingenieurtechnische Entscheidung, und sie braucht den Klassifizierungsplan.

Was sich ändert, wenn ein Standort NEC 505 oder 506 anwendet

Nordamerikanische Projekte sind nicht auf Divisions festgelegt. Article 505 bietet das Zonensystem als Alternative für Class-I-Bereiche an, und Article 506 tut dasselbe für brennbare Stäube sowie entzündbare Fasern und Flusen mit den Zonen 20, 21 und 22. Viele internationale Betreiber mit US-Anlagen und viele EPC-Auftragnehmer, die nach einem globalen Standard arbeiten, wählen den Zonenweg, damit eine Klassifizierungsphilosophie das gesamte Portfolio abdeckt.

Drei Dinge ändern sich dabei. Die Klassifizierungsmethodik folgt dem IEC-Ansatz, sodass ein europäischer Ingenieur die Pläne ohne Übersetzung liest. Die Gerätekennzeichnung wechselt zur AEx-Form, ein Schild lautet also Class I, Zone 1, AEx ib IIC T4 Gb statt Class I, Division 1, Groups C, D, T4, und die bekannten Buchstaben des Geräteschutzniveaus erscheinen. Und die Auswahllogik folgt der Beziehung zwischen Zone und EPL statt der Beziehung zur Division.

Was sich nicht ändert: Es bleibt der NEC. Geräte müssen weiterhin von einem national anerkannten Prüflabor für den Bereich gelistet sein, die Wahl des Systems ist eine dokumentierte Projektentscheidung und wird nicht je Bereich nach Vorliebe angewandt, und die Regeln des Codes zur gegenseitigen Anerkennung gelten. Die für Gerätekäufer relevanteste: Für Zone 0, 1 oder 2 gelistete und gekennzeichnete Geräte sind in Class-I-Division-2-Bereichen für dasselbe Gas und eine geeignete Temperaturklasse zulässig, ein Division-1-Bereich wird von dieser Erlaubnis jedoch nicht erfasst. Genau deshalb ist die Anforderung eines Class-I-Division-1-Telefons ein eigenes Zertifizierungsziel und keine Formalität auf Basis einer ATEX-Akte.

Von der Zone zum Gerät

Sobald die Klassifizierung feststeht, folgt die Auswahl einer kurzen Kette. Die Zone bestimmt das erforderliche Geräteschutzniveau. Das EPL bestimmt, welche Zündschutzarten zulässig sind. Gas- oder Staubgruppe und Temperaturklasse filtern den Rest, und der zertifizierte Umgebungstemperaturbereich filtert ihn erneut.

Ein höheres Schutzniveau erfüllt stets eine niedrigere Anforderung. Ein Ex-ia-Gerät mit EPL Ga darf in Zone 1 und Zone 2 verwendet werden; umgekehrt gilt das nie. Die Auswahlregeln selbst stehen in IEC 60079-14, die auch Planung und Errichtung der Anlage behandelt, die anschließenden Prüfungen regelt IEC 60079-17.

Warum ein tragbares Gerät schwieriger ist als ein ortsfestes

Ortsfeste Geräte sind leicht zu beurteilen. Sie befinden sich ihr ganzes Leben lang an einer Position in einer Zone. Ein Telefon in der Tasche nicht. Im Laufe einer Schicht kann ein Mitarbeiter im Feld mehrfach einen nicht klassifizierten Kontrollraum, einen Zone-2-Gehweg, einen Zone-1-Pumpenbereich und die unmittelbare Umgebung einer Probenahmestelle durchqueren.

Für die Spezifikation hat das eine unvermeidliche Folge: Ein tragbares Gerät muss für die anspruchsvollste Zone gewählt werden, die es betritt, nicht für die durchschnittliche. In den meisten Prozessanlagen ist das Zone 1. Deshalb ist die Anforderung an ein ernsthaftes Zone-1-Mobiltelefon der normale Ausgangspunkt und keine Premiumoption, und deshalb schafft ein reines Zone-2-Handgerät ein Verfahrensproblem, statt ein Geräteproblem zu lösen. Dieses Risiko allein durch Anweisung zu steuern bedeutet, von jemandem mit einem Telefon zu verlangen, sich eine Grenzlinie auf einem Plan zu merken, während er etwas anderes tut.

Staub ist der zweite Punkt, den Nutzer tragbarer Geräte falsch machen. Quert ein Teil des Wegs einen Zone-21-Bereich, und auf Standorten für Mineralien, Düngemittel, Getreide, Polymere und Kohle ist das fast immer der Fall, braucht das Gerät neben der Gaskennzeichnung auch eine Staubkennzeichnung. Ein reines Gaszertifikat ist keine Teillösung für eine Staubzone; es sagt dazu nichts aus.

Eine praktische Checkliste, bevor Sie etwas spezifizieren

• Beschaffen Sie die aktuellen Pläne zur Klassifizierung explosionsgefährdeter Bereiche und die zugehörige Liste, keine mündliche Zusammenfassung.
• Verfolgen Sie die tatsächlichen Wege Ihrer Nutzer und notieren Sie auf jedem die anspruchsvollste Gaszone und die anspruchsvollste Staubzone.
• Erfassen Sie Gasgruppe und Staubgruppe der beteiligten Stoffe und die Temperaturklasse, die sich aus deren Zündtemperaturen ergibt.
• Erfassen Sie die Umgebungstemperaturextreme am Standort, einschließlich Sonneneinstrahlung auf offenen Anlagen und Kaltstarts im Winterbetrieb.
• Klären Sie, ob der Standort nach Zonen oder nach Divisions klassifiziert ist, und falls er unter den NEC fällt, welcher Article gilt.
• Schreiben Sie all das in die Spezifikation, bevor Sie eine einzige Produktseite ansehen.

Wofür das IS-04Z1 ausgelegt ist

Das SAMS IS-04Z1 ist für Zone 1 und Zone 21 ausgelegt, deckt Gas und Staub in einem Gerät ab und hat eine ATEX-Zielkennzeichnung II 2 G Ex ib IIC T4 sowie ein NEC-500-Class-I-Division-1-Ziel. Die Zertifizierung läuft im Vorfeld der Markteinführung im Q4 2026. Im aktuellen Gespräch mit einem Käufer geht es daher darum, eine Klassifizierung mit einer Spezifikation abzugleichen, nicht darum, ein Zertifikat auszustellen. Den regionalen Kontext nach Ländern finden Sie auf den Marktseiten, darunter die Vereinigten Staaten, Deutschland, Australien und Indien; die übrige Compliance-Reihe steht in unserer Insights-Bibliothek.

Häufig gestellte Fragen

Offizielle Quellen

• HSE: DSEAR
• IEC: Übersicht zu explosionsgefährdeten Bereichen (Ex)
• Europäische Kommission: ATEX-Betriebsmittel
• OSHA 29 CFR 1910.307
• NFPA 70 (National Electrical Code)