Jeder Gegenstand auf der Erde hat eine gewisse elektrische Ladung. Elektrisch leitende Gegenstände (wie die meisten Metalle) bauen Ladung einfach auf und geben diese einfach wieder ab. Für nicht-leitende Gegenstände (die meisten Kunststoffe) gilt das Gegenteil.

Sobald zwei geladene Objekte miteinander in Kontakt kommen, wird die an den Gegenständen vorhandene Ladung ausgeglichen. Hierbei kann kurzzeitig Energie freigesetzt werden, die statische Entladung genannt wird.

Statische Ladung kann auf nicht-leitenden Materialien oder auf isolierten leitenden Materialien entstehen. Weil eine statische Ladung eine explosive Staubatmosphäre entzünden kann, muss dies bei der Risikobeurteilung Explosionssicherheit berücksichtigt werden.

Man betrachtet bei der Risikobeurteilung, ob Ladungen die minimale Entzündungsenergie des Produkts überschreiten und sich ausreichend schnell entladen können. In dieser Situation gibt es potentielle Entzündungsquellen. Es müssen Gegenmaßnahmen getroffen werden.

Abbildung 1: Eine elektrostatische Entladung

STATISCHE ELEKTRIZITÄT ALS ENTZÜNDUGSQUELLE

Statische Ladung baut sich auf unterschiedliche Art und Weise auf. Eine einfache Ladung baut sich auf:

  • bei Reibung eines Produkts in einem pneumatischen Transportsystem;
  • bei Kontakt des Produkts mit der Silowand beim Füllen oder Entleeren des Silos;
  • bei Reibung zwischen einem Keilriemen und dem Riemenrad eines Förderbandsystems.

Aufgebaute statische Elektrizität kann sich auf unterschiedliche Weise entladen. In welcher Form die Entladung stattfindet, ist in hohem Maße von der Umgebung, der Bearbeitung, dem Produkt, der Form des Leiters und den Verfahrenseigenschaften abhängig. Häufig vorkommende Formen elektrostatischer Entladung

Spitzenentladung: Ein spitzes, leitendes Objekt baut Ladung auf und ionisiert die Umgebungsluft. Hierdurch entstehen Entladungen mit einer niedrigen Energiedichte (± 0,03mJ)
Bürstenentladung: Ein rundes Objekt lädt sich auf und ionisiert die Umgebungsluft. Hierdurch entstehen Entladungen mit einer niedrigen Energiedichte (± 3 mJ)
Fortlaufende Bürstenentladung: Eine Bürstenentladung, die sich laufend wiederholt. Beispielsweise durch Reibung eines Förderbands. Hierdurch entstehen Entladungen mit einer hohen Energiedichte (± 1.000 mJ)
Schüttkegelentladung: Eine Entladung, die sich im Schüttkegel eines Silos aufbaut. Hierdurch entstehen Entladungen mit einer sehr hohen Energiedichte (bis ± 10.000 mJ)
Funkenentladung: Eine Entladung zwischen zwei leitenden Objekten. Weil es um Leiter geht, springt die Ladung schnell über. Energiedichten von mehr als 10.000 mJ können dabei erzeugt werden.

Die minimale Entzündungsenergie von Produkten ist von der Teilchengröße, der Luftfeuchtigkeit und den Umgebungsbedingungen abhängig. Meistens liegt die Entzündungsenergie um die 300 mJ. Es gibt aber auch Ausnahmen mit einem niedrigeren Wert. Vergleichen Sie die obigen Werte mit der minimalen Entzündungsenergie Ihres Produkts. So bekommen Sie einen Hinweis darauf, ob die Entladung Ihr Produkt entzünden kann.

GEGENMASSNAHMEN

Sobald aus dem Explosionssicherheitsdokument  hervorgeht, dass eine statische Entladung die explosionsfähige Atmosphäre entzünden kann, müssen Gegenmaßnahmen getroffen werden. Die wirksamste Maßnahme ist eine Weiterverbindung von leitenden Installationsteilen (Potentialausgleich), wodurch keine Potentialunterschiede entstehen können. Die Installationsteile werden zusätzlich mit der Erde verbunden.

Es wird behauptet, dass ein Widerstand zur Erde von 1M Ω in den meisten Situationen niedrig genug ist. Dieser Wert ist jedoch sehr hoch! Bei einer richtigen Verbindung zur Erde ist der Widerstand meistens nicht höher als 10 Ω. Indem Sie zwischen verschiedenen Anlagenteilen Kontrollpunkte und den Erdpunkt festlegen, können Sie mit regelmäßigen Messungen so genannte Trends festlegen. Dann können Sie, sollte das notwendig sein, rechtzeitig eingreifen, wenn sich eine Verbindung zu verschlechtern droht.

Eine Manschette oder ein flexibler Schlauch können selbst Ladung aufbauen und leitende Anlagenteile isolieren. Darum müssen auch hier ergänzende Maßnahmen getroffen werden. Das kann die Anwendung einer Variante mit einem niedrigeren Widerstand oder die Weiterverbindung von Anlagenteilen sein. Dasselbe gilt für die inneren Anlagenteile wie Sensoren, Klappen, Siebtücher, Filterrahmen und Filtermedien.

Abbildung 2: Potentialausgleich eines Filterrahmens

ARBEITSKLEIDUNG UND PERSÖNLICHE SCHUTZMITTEL

Auch Arbeitnehmer können statische Ladung produzieren und tragen, beispielsweise durch Reibung von Arbeitskleidung mit dem Körper. Entladung findet statt, sobald der Arbeitnehmer mit einem leitenden Objekt in Berührung kommt, wie z. B. einer Türklinke oder einem Maschinenrahmen. Darum müssen Vorsorgemaßnahmen getroffen werden, wenn ein Arbeitnehmer oder ein Dritter mit einer explosiven Staubatmosphäre in Kontakt kommen kann.

Es muss antistatisches Schuhwerk bereitgestellt werden. Alle Sicherheitsschuhe von Typ S1 (oder höher) besitzen antistatische Eigenschaften. Es gibt viele Unklarheiten (und manchmal sogar Meinungsverschiedenheiten) über das Bereitstellen von antistatischer Arbeitskleidung. Vom Gesichtspunkt der (Staub-)explosionssicherheit aus ist es meistens nicht notwendig, antistatische Arbeitskleidung bereitzustellen. Das geht aus dem technischen Standard NPR-IEC/TS 60079-32-1 hervor (siehe Tabelle 1). Die Entscheidung bleibt jedoch dem Arbeitgeber überlassen. Eine Risikobeurteilung Entzündungsquellen kann ihn dabei unterstützen.

Tabelle 1

RISIKEN BEHERRSCHEN

Statische Elektrizität ist für viele ein ungreifbares Thema. Bei einem unserer Kunden hat eine Explosion durch einen isolierten Niveausensor stattgefunden. Ein Elektromonteur hatte den Niveausensor zur Überprüfung aus der Anlage genommen und beim Zurücksetzen einen falschen Dichtungsring montiert. Hierdurch konnte sich die statische Ladung, die sich auf dem Messrohr aufbaute, nicht mehr entladen. Das hat zu einer großen Explosion mit großem Schaden geführt. Glücklicherweise hat es keine Verletzten gegeben und konnten wir von diesem Zwischenfall lernen.

Von Ihnen als Arbeitgeber wird erwartet, dass Sie die Risiken in Ihrem Betrieb beurteilen und versuchen, die Risiken auf ein akzeptables Niveau zu senken. So müssen Operators Aufklärung und Einweisung erhalten, müssen Arbeitsanweisungen aufgestellt werden, Inspektionen und Wartung geplant werden, muss eine Arbeitsgenehmigungsregelung aufgestellt werden, müssen die richtigen Arbeitsmittel eingekauft und, falls notwendig, Maßnahmen gegen den Aufbau von statischer Ladung getroffen werden.

Verfasser: Frank de Jager, Senior Consultant bei D&F Consulting B.V. Frank ist ATEX-Experte bei der Business Unit Process Safety von D&F.