Bestimmung des elektrischen Widerstandes von Stäuben - Vergleich und Evaluierung von Verfahren

Status:

abgeschlossen 12/2011

Zielsetzung:

Im Explosionsschutz ist die Zündquellenanalyse für die Risikobewertung von Prozessen von großer Bedeutung. Die Bildung von Zündfunken als Folge einer elektrostatischen Aufladung von Schüttgütern ist eng verknüpft mit deren elektrischem Widerstand.

Die Bestimmung des elektrischen Widerstandes von Stäuben ermöglicht die Vorhersage einer elektrostatischen Aufladung bei Trenn- und Schüttprozessen oder im Falle einer Leitfähigkeit der Gefahr von Kurzschlussströmen bei Ablagerung von Staub auf Strom führenden Bauteilen.

Zurzeit werden in der Literatur zwei Messverfahren beschrieben (DIN EN 61241-2-2, DIN IEC 93). Die Verfahren liefern keine vergleichbaren Werte. Im ersten Schritt ist geprüft worden, mit welchem Verfahren unter Laborbedingungen reproduzierbare Werte bestimmt werden können. Ebenfalls ist der Einfluss von weiteren Staubeigenschaften, z. B. Feuchte, Korngröße, Schüttdichte etc., auf die ermittelten Widerstandswerte untersucht und die messtechnischen Grenzen der Verfahren ermittelt worden.

Aktivitäten/Methoden:

Mit sechs speziell ausgewählten Prüfstäuben wurden die beiden Standardverfahren durch vergleichende Messungen untersucht. Auf der Grundlage der bisherigen Erfahrungen wurde eine neue Messzelle konstruiert, mit der im Teraohm-Bereich noch zuverlässig gemessen werden kann. Alle drei Verfahren wurden anschließend auf die Prüfstäube angewendet und die Ergebnisse statistisch ausgewertet.

Ergänzend ist der Einfluss von Druck und Raumluftfeuchte im Klimaschrank und im Exsikkator systematisch untersucht worden.

Ergebnisse:

Der Vergleich von drei unterschiedlichen Messzellen mit ausgewählten Standardstäuben zur Bestimmung des spezifischen elektrischen Widerstandes von Staubschüttungen ergab gute Übereinstimmung zwischen der Rinnenmesszelle nach EN 61241-2-2 "Elektrische Betriebsmittel zur Verwendung in Bereichen mit brennbarem Staub - Teil 2: Untersuchungsverfahren - Hauptabschnitt 2: Verfahren zur Bestimmung des elektrischen Widerstandes von Staubschüttungen" und einer neuentwickelten konzentrischen Messzelle mit Ringelektroden. Die Streuung der Messwerte ist bedingt durch die stochastische Orientierung der Staubpartikel in der Messzelle. Bei der Stempelmesszelle nach IEC 93/TRBS 2153 ergibt sich als Folge des Elektrodengewichtes bei komprimierbaren Schüttungen ein systematischer Fehler, der eine Abweichung von den beiden anderen Verfahren um den Faktor 10 zur Folge haben kann.

Der Einfluss der Luftfeuchtigkeit auf den spezifischen Widerstand während der Messung konnte in Langzeituntersuchungen eindeutig belegt werden. Die Kinetik dieser Prozesse ist abhängig von der Substratoberfläche des Staubes. Der zeitliche Verlauf des spezifischen Widerstandes wird hierdurch maßgeblich beeinflusst. Bei vier der untersuchten Standardstäube führte eine zusätzliche Verdichtung der Staubschüttung zu einer Erniedrigung des spezifischen Widerstandes. Messspannungen oberhalb von 100 V können chemische und physikalische Prozesse in der Staubschüttung auslösen, die eine Ausrichtung der Staubpartikel im elektrischen Feld bis hin zu einem Austrag bewirken.

Die Ringmesszelle wird zur Bestimmung des elektrischen Widerstandes von Staubschüttungen das Verfahren nach IEC 93 im Institut für Arbeitsschutz der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung (IFA) ablösen. Dadurch werden die Validität der Messergebnisse und der Präventionsdienstleistung Beratung durch das IFA verbessert.

Stand: