Kommunikationssysteme für explosionsgefährdete Bereiche: Konformität, Auswahl und Integration

Die Installation eines Kommunikationssystems für explosionsgefährdete Bereiche in gefährlichen Industrieanlagen stellt eine erhebliche technische Herausforderung dar. Für eine erfolgreiche Umsetzung sind korrekte Gefährdungseinstufungen, die nahtlose Integration in bestehende Industrienetzwerke sowie eine strenge Kontrolle von Budget und Kosten erforderlich.

In diesem Beitrag geht es direkt um die wichtigsten Aspekte von Kommunikationssystemen für explosionsgefährdete Bereiche:

• verschiedene Konformitätsnormen
• Regeln für die Produktauswahl je nach Anwendung
• Integrationsmethoden für vorhandene Kommunikationssysteme
• Strategien für einen wirtschaftlichen Lebenszyklus auf lange Sicht

Vorschriften und Normen für die Kommunikation in Gefahrenbereichen

Beim Kauf von Kommunikationsgeräten für klassifizierte Zonen müssen internationale und regionale Zertifizierungsrahmen strikt eingehalten werden.

ATEX, IECEx und NEC

ATEX ist der verbindliche Rechtsrahmen für explosionsgefährdete Atmosphären in der Europäischen Union. IECEx ist dagegen ein weltweit anerkanntes Zertifizierungssystem auf Grundlage der IEC-Normen.

In Nordamerika legt der National Electrical Code (NEC) das System aus Klassen und Unterteilungen fest.

Bei internationalen Projekten wird IECEx dringend empfohlen, da die Konformität an mehreren internationalen Standorten damit einfacher nachgewiesen werden kann. Bei der Erstellung von Beschaffungsspezifikationen müssen Ingenieure die Anforderungen des Standorts korrekt zuordnen:

• Zone 0 / Klasse I, Div. 1: Dauerhaft vorhandene Gefährdung. Erfordert Geräte der Kategorie 1 / Ex ia.
• Zone 1 / Klasse I, Div. 1: Zeitweise vorhandene Gefährdung. Erfordert Geräte der Kategorie 2 / Ex db, Ex ib oder Ex e.
• Zone 2 / Klasse I, Div. 2: Gefährdung unter anormalen Bedingungen. Erfordert Geräte der Kategorie 3 / Ex ic oder Ex nA.

Die entscheidende Rolle von IP-Schutzarten (NEMA)

Während ATEX und IECEx bescheinigen, dass ein Gerät keine Zündquelle darstellt, stellen IP-Schutzarten sicher, dass die Ausrüstung den rauen Umgebungsbedingungen tatsächlich standhält. Auf Schiffen, Offshore-Ölplattformen und in Chemieanlagen sind Kommunikationssysteme Hochdruckreinigung, stark korrosivem Staub und extremen Wetterbedingungen ausgesetzt.

Bei der Erstellung von Beschaffungsspezifikationen müssen Ingenieure neben der Gefahreneinstufung auch strenge Umweltschutzarten vorschreiben:

• IP66 (NEMA 4X): Schutz vor kräftigen Wasserstrahlen und schwerer See. Dies ist die Mindestanforderung für industrielle Außeninstallationen und Bereiche, die täglich chemisch gereinigt werden.
• IP67 / IP68: Schutz bei zeitweiligem oder dauerhaftem Untertauchen – ideal für extreme maritime Anwendungen und den Bergbau.

Technische Spezifikationen: explosionsgeschützt (Ex d) oder eigensicher (Ex i)

Bei der Geräteauswahl müssen Ingenieure zwischen mechanischer Kapselung und Energiebegrenzung entscheiden. Diese Entscheidung wirkt sich unmittelbar auf Installationskosten, Verkabelungsinfrastruktur und spätere Wartungsabläufe aus.

Mechanische Kapselung (explosionsgeschützt / Ex d)

Explosionsgeschützte (Ex d) Geräte verwenden robuste Gehäuse, die interne Explosionen einschließen und austretende Gase abkühlen. Diese Geräte sind schwer und benötigen häufig stabile Befestigungen sowie spezielle Schutzrohre oder Kabelverschraubungen.

Sie sind sehr widerstandsfähig, bringen jedoch eine wichtige betriebliche Einschränkung mit sich: Für Wartungsarbeiten muss das Gerät spannungsfrei geschaltet werden. Vor dem Öffnen des Gehäuses ist außerdem eine Heißarbeitsfreigabe oder Gasfreigabe erforderlich.

Energiebegrenzung (eigensicher / Ex i)

Eigensichere (Ex i) Geräte begrenzen die elektrische und thermische Energie im Inneren auf Werte, die ein bestimmtes Gasgemisch nicht entzünden können. Der entscheidende betriebliche Vorteil ist, dass Wartungsarbeiten unter Spannung möglich sind. Techniker können Module im laufenden Betrieb austauschen, kalibrieren und Fehler beheben, ohne den Stromkreis abzuschalten oder eine Gasfreiheitsbescheinigung einzuholen. Dadurch sinken wartungsbedingte Ausfallzeiten deutlich.

Geräte für unterschiedliche Situationen auswählen

Jede Komponente Ihrer Kommunikationsarchitektur muss bestimmte technische Anforderungen erfüllen, um in der Industrieumgebung zuverlässig zu funktionieren. Im Folgenden finden Sie zentrale Beschaffungskriterien für wichtige Geräte.

Industrielle VoIP- und Analogtelefone

Explosionsgeschützte Telefone bilden das Rückgrat direkter Sprachverbindungen zwischen Außeneinsatz und Leitstelle. Bei der Spezifikation dieser Geräte müssen Ingenieure mehr als nur das ATEX-/IECEx-Zertifikat berücksichtigen.

• Gehäuse und Robustheit: Achten Sie auf hochbelastbare Gehäuse mit Wetterfestigkeit nach IP66 oder höher, damit die Geräte chemischen Reinigungsprozessen standhalten.
• Audioleistung: In lauten Umgebungen sind geräuschunterdrückende Hörer und laute Klingeltöne oder optische Warnleuchten erforderlich, damit kein Anruf überhört wird.
• Netzwerkprotokoll: Native SIP-Kompatibilität ist entscheidend für die Modernisierung der Infrastruktur. Sie ermöglicht die direkte Integration in PBX-Systeme, ohne umständliche Analog-Gateways.

Beschallungs- und Generalalarmsysteme (PAGA)

Ein leistungsfähiges Beschallungssystem ist für Notfallabläufe und tägliche Betriebsdurchsagen in Gefahrenbereichen unverzichtbar. Es umfasst ein vollständiges System aus Endgeräten, Lautsprechern und zentralem Server.

• Akustische und optische Abdeckung: Lautsprecher müssen sich gegen den Lärm von Maschinen durchsetzen. Deshalb sind Ex-d-Hornlautsprecher mit hoher Ausgangsleistung üblich. In extrem lauten Bereichen über 90-100dB, in denen Audio allein nicht ausreicht, müssen diese Systeme zusätzlich mit ATEX-zertifizierten optischen Warnleuchten (Blitzleuchten) ausgestattet werden. So sind Warnungen sichtbar, falls sie nicht zu hören sind.
• IP-Mehrzonen-Durchsagen: IP-basierte PAGA-Netzwerke ermöglichen der Leitstelle gezielte Mehrzonen-Durchsagen. So können bestimmte Notfalltöne oder Live-Sprachmeldungen nur in betroffene Anlagenbereiche übertragen werden, statt einen anlagenweiten Alarm auszulösen.
• Systemredundanz: Bei sicherheitskritischen Anwendungen sollten Beschaffungsspezifikationen eine redundante A+B-Architektur vorschreiben, damit einzelne Ausfälle von Verstärkern oder Netzwerksteuerungen nicht zum Systemausfall führen.

Notruf-Sprechanlagen und Sammelpunkte

Robuste Notruf-Sprechanlagen werden entlang wichtiger Gehwege, in der Nähe gefährlicher Anlagen und an ausgewiesenen Sammelpunkten installiert. Sie ermöglichen die sofortige Meldung von Vorfällen. Damit sie sich im Notfall bewähren, benötigen sie bestimmte technische Eigenschaften:

• Freisprechfunktion und Ein-Tasten-Bedienung: Im Notfall kann ein Mitarbeiter verletzt sein oder umfangreiche persönliche Schutzausrüstung (Handschuhe, Atemschutz) tragen. Endgeräte sollten über große, beleuchtete Ein-Tasten-SOS-Tasten verfügen und eine Freisprechkommunikation im Vollduplexbetrieb unterstützen.
• Audioverarbeitung: Damit Leitstellenbediener den Anrufer trotz lauter Maschinen klar verstehen, muss die Sprechanlage mit fortschrittlicher akustischer Echokompensation (AEC) und Hintergrundgeräuschreduzierung ausgestattet sein.
• Selbstüberwachung: Moderne SIP-Notrufstationen ermöglichen eine automatisierte Fehlerüberwachung. Verliert ein Endgerät die Netzwerkverbindung oder Stromversorgung, wird die zentrale Steuerung sofort benachrichtigt. So bleibt das Gerät gerade dann einsatzbereit, wenn es dringend benötigt wird.

Materialauswahl für korrosive Umgebungen

Wie bereits erwähnt, geben IP-Schutzarten an, in welchem Maß Geräte rauen Umgebungsbedingungen standhalten. Dafür sind Gehäusematerialien erforderlich, die den chemischen und sonstigen Umwelteinflüssen am Standort widerstehen.

Beschaffungs- und Ingenieurteams müssen das Gehäusematerial auf die jeweiligen extremen Umgebungsbedingungen am Installationsort abstimmen:

• Kupferfreies Aluminium (Druckguss): Die Standardwahl für die meisten petrochemischen Anlagen und Raffinerien an Land. Es bietet ein ausgewogenes Verhältnis aus hoher Robustheit, wirksamer Wärmeableitung und Wirtschaftlichkeit. Das Aluminium sollte jedoch mit einer widerstandsfähigen, UV-beständigen Epoxid-Pulverbeschichtung behandelt sein, um örtliche Lochfraßkorrosion zu verhindern.
• Edelstahl 316L: Die am besten geeignete Option für Offshore-Plattformen (FPSOs, Bohranlagen) und große Chemieanlagen. 316L bietet eine hervorragende Beständigkeit gegen Salznebelkorrosion und aggressive Industriechemikalien.
• Glasfaserverstärkter Kunststoff (GRP / SMC): Ideal für stark saure Umgebungen oder Bereiche, in denen nicht leitende, antistatische Gehäuse erforderlich sind. GRP ist leicht, rostet nicht und ist gegen zahlreiche Chemikalien äußerst beständig. Für bestimmte Ex-i-Endgeräte (Eigensicherheit) oder weniger anspruchsvolle Industriebereiche ist es daher eine ausgezeichnete Alternative zu Metallgehäusen.

Systemintegration und Netzwerkarchitektur für Prozessanlagen

IT- und I&C-Ingenieure müssen ältere Infrastruktur mit modernen IP-Netzwerken verbinden und zugleich eine strenge Netzwerkzuverlässigkeit sicherstellen.

Umstellung auf IP und Sicherstellung hoher Verfügbarkeit

Moderne Anlagen migrieren die Sprachkommunikation auf industrielle Ethernet-Backbones. Für Gefahrenbereiche wird Glasfaserkabel dringend empfohlen: Es führt keinen elektrischen Strom, vermeidet damit Zündrisiken und unterstützt zugleich große Übertragungsentfernungen.

Da es sich um sicherheitskritische Systeme handelt, müssen Beschaffungsspezifikationen redundante Netzwerktopologien wie Ringarchitekturen und robuste USV-Batteriepufferung vorschreiben.

Integration mit DCS- und F&G-Systemen

Für ein Höchstmaß an Sicherheit sollten Kommunikationsendgeräte direkt in das Prozessleitsystem (DCS) und die Brand- und Gasschutzsysteme (F&G) integriert werden.

Über potenzialfreie Kontakte oder Industrieprotokolle können Alarme des F&G-Systems automatisch voraufgezeichnete Evakuierungsdurchsagen über das PAGA-System auslösen. Dadurch werden Brandbekämpfungsmaßnahmen und Sicherheitsabläufe für das Personal beschleunigt.

Checkliste für die Kommunikation in Gefahrenbereichen

Nutzen Sie diese technische Checkliste, wenn Sie Ihre nächste Beschaffungsspezifikation oder Ausschreibung (RFP) erstellen:

• Zoneneinteilung prüfen: Bestimmen Sie die genaue Zone (0/1/2) oder Klasse/Division sowie die jeweilige Gasgruppe (z. B. IIB, IIC).
• Zertifizierungen bestätigen: Verlangen Sie gültige ATEX-, IECEx-Zertifikate oder regionale Äquivalente, die für den vorgesehenen Installationsort geeignet sind.
• Extreme Umgebungsbedingungen festlegen: Geben Sie die erforderlichen IP-Schutzarten (IP66/IP67), Betriebstemperaturbereiche und korrosionsbeständigen Werkstoffe (z. B. Edelstahl 316L, GRP) an.
• Akustische Anforderungen: Dokumentieren Sie den Umgebungsgeräuschpegel (dB), um die erforderliche Lautsprecherausgangsleistung oder Mikrofontechnik zur Geräuschunterdrückung festzulegen.
• Netzwerkinteroperabilität: Geben Sie die erforderlichen Protokolle (z. B. SIP 2.0, PoE-Unterstützung) und die Kompatibilität mit PBX/DCS klar an.
• Montagezubehör prüfen: Kabelverschraubungen und weiteres Zubehör müssen denselben regulatorischen Anforderungen entsprechen wie die Hauptgeräte.
• Service-Level des Anbieters: Fordern Sie Angaben zur MTBF, zu Garantiebedingungen und zur langfristigen Ersatzteilverfügbarkeit an.

Joiwo: Sichern Sie Ihre Projekte mit einem zertifizierten Hersteller von Kommunikationsgeräten

Bei der Beschaffung von Kommunikationsgeräten für Gefahrenbereiche müssen strenge Sicherheitsanforderungen mit komplexer IT-Integration in Einklang gebracht werden. Dafür braucht es einen Partner, dessen Referenzen für sich sprechen.

Zum Produktangebot von Joiwo gehören explosionsgeschützte Telefone, SIP-kompatible Sprechanlagen und integrierte PAGA-Systeme. Die Geräte verfügen über zahlreiche Konformitätsnachweise, darunter ATEX, UL, CE, FCC, CCC, RoHS und CNEX, sowie über strenge Wetterfestigkeit nach IP65, IP67 und IP68.

Darüber hinaus sind unsere Fertigungsprozesse nach ISO9001, ISO14001 und ISO45001 zertifiziert. Für unsere explosionsgeschützten und wasserdichten Kommunikationsdesigns besitzen wir außerdem mehrere exklusive Patente.

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