Das „PTB Ex Proficiency Testing Scheme”

* International Electrotechnical Commission System for Certification to Standards Relating to Equipment for Use in Explosive Atmospheres. Das IECEx System ist ein internationales Konformitätsbewertungssystem für Geräte, Dienstleistungen und Personen basierend auf IEC Normen.

Beginnend mit der Pilotphase für zwei Programme im Jahre 2009 und ca. 40 teilnehmenden Ex-Prüflaboratorien wurden mittlerweile zehn Programme abgeschlossen. Die Gesamtzahl der Teilnehmer liegt aktuell bei 111 unterschiedlichen Ex-Prüflaboratorien aus 34 Ländern, wie in Abbildung 1 zur Übersicht dargestellt.

Mit der Entscheidung des IECEx Management Committee die Teilnahme am PTB Ex PTS verpflichtend zu machen, bilden seit dem Jahr 2017 alle ca. 82 IECEx Prüflaboratorien die größte Gruppe im Teilnehmerfeld. Einzelne oder mehrere Programme werden aber auch zunehmend von Ex-Prüflaboratorien außerhalb des IECEx Systems absolviert, sei es zum Zweck der eigenen Leistungsbewertung oder aufgrund individueller Anforderungen seitens der nationalen Akkreditierungsstellen.

Die normative Basis für die Struktur des PTB Ex PTS sowie für die jeweiligen Programmdesigns sind in der ISO/IEC 17043 [5] beschrieben. Hierbei handelt es sich um allgemeine Anforderungen an Eignungsprüfungen. Die statistischen Verfahren für Auswertung und Bewertung sind in der ISO 13528 [6] definiert. Beide Dokumente stellen keine spezifische Norm für Eignungsprüfungen im Bereich des Explosionsschutzes dar, sondern beschreiben allgemeine Anforderungen, die entsprechend der speziellen Gegebenheiten adaptiert werden.

Für das Programm „Battery Testing” wird der allgemeine Prüfablauf durch die Norm IEC 60079-11 [2] beschrieben. Die stetig fortschreitende Digitalisierung und Vernetzung von Prozessen und Anwendungen im Bereich des Explosionsschutzes führt zu neuen Herausforderungen hinsichtlich der Mobilität.

Für jedes der Programme wird folgend ein Ausschnitt der Ergebnisse dargestellt und die sich aus der Programmanalyse ergebenen Erkenntnisse werden andiskutiert. Die Bestimmung des Referenzwertes und die Festlegung der Bewertungskriterien erfolgt aufgrund des unterschiedlichen Charakters der Messgrößen/Merkmale für beide Programme different.

Für Phase I lässt sich erkennen, dass die Ergebnisse von sieben Teilnehmern deutlich vom Referenzwert abweichen und ein Warnsignal verursachen. Für eines der Ex-Prüflaboratorien liegt ein Eingriffssignal vor. In Phase II ist eine Verbesserung der Ergebnisse insgesamt und im Speziellen für die Teilnehmer mit einem Warn- und Eingriffssignal aus Phase I zu erkennen. Für Phase II liegen weder Warn- noch Eingriffssignale vor.

Eine Analyse der Daten hat im Wesentlichen folgende Gründe identifiziert, die zu den unterschiedlichen Ergebnissen bei der IP 5X Staubprüfung geführt haben:

• Die vorpräparierten Schwachstellen bei der Prüfung der Schlagfestigkeit wurden teilweise nicht korrekt identifiziert,
• Zum Teil wurde für die Prüfung auf Schlagfestigkeit ein Schlagstück mit einem Kragen/Absatz verwendet, welches nicht den geometrischen Vorgaben der aktuellen Edition 7 der IEC 60079-0 [3] entspricht,
• Für die Prüfung der Schlagfestigkeit wurde teilweise kein vertikaler und freier Fall des Schlagstückes gewährleistet.

Im Zuge der Analyse der Programmdaten ist ein weiterer Sachverhalt aufgefallen, der in diesem Fall zwar sehr wahrscheinlich keinen Einfluss auf das Ergebnis hatte, für andere Prüfmuster und Prüfspezifikationen allerdings relevant sein könnte. Zum Teil wurden die Vorgaben der Temperaturen während der Prüfung der Schlagfestigkeit nicht eingehalten.

Die Ergebnisse zeigen, dass der Großteil der Teilnehmerergebnisse innerhalb des akzeptablen Bereiches liegt. Für fünf Teilnehmer liegt ein Warnsignal vor. Ein weiterer Teilnehmer liegt außerhalb des akzeptablen Bereiches, woraus ein Eingriffssignal folgt. In Phase I (hier nicht dargestellt) lagen drei Warn- und vier Eingriffssignale vor. Die robuste Standardabweichung als Maß der Streuung beträgt für Phase II s_II* = 12,9 mΩ. Für Phase I lag der Wert bei s_I* = 16,1 mΩ. Dies zeigt, dass sich die Ergebnisse in Phase II im Vergleich zu Phase I verbessern konnten, sowohl bei den Warn- und Eingriffssignalen als auch bei der Gesamtstreuung der Teilnehmerergebnisse.

Eine Analyse der Programmdaten hat im Wesentlichen folgende drei Gründe für die Unterschiede in den Ergebnissen bei der Bestimmung des Innenwiderstandes identifiziert:

• Zum Teil wurden mechanische Schalter für den Prüfaufbau verwendet, was zu erhöhten Innenwiderständen der Kurzschlussstrecke führen konnte,
• Bei der Messdatenerfassung wurde teilweise eine geringe Abtastrate (<1kHz) verwendet, was zu reduzierten Kurzschlussströmen führen konnte,
• Die Berechnung des Innenwiderstandes der Zelle basierte teilweise auf unterschiedlichen maximalen Leerlaufspannungen (Messwert versus Vorgabe aus Tabelle 13 der IEC 60079‑0 [3]).

Die in diesem Bericht diskutierten Ergebnisse stellen einen Auszug der Analyse der Teilnehmerdaten der Programme „Tests of Enclosures“ und „Battery Testing“ dar. Es zeigt sich, dass es trotz der Anwendung einheitlicher technischer Anforderungen in Form von Normen zu Abweichungen zwischen den Teilnehmerergebnissen kommen kann. Teilweise sind diese Abweichungen auf Unterschiede bei der Anwendung des Messequipments sowie durch Fehler beim Prüfaufbau und der Prüfmusterpräparation zurückzuführen. Diese Art von Einflussfaktoren können durch Aufklärung und Schulungen deutlich reduziert werden. Die Programmauswertungen zeigen aber ebenfalls, dass die Streuungen der Ergebnisse teilweise auch durch Interpretationsspielräume in den Normen zu begründen sind.

Das Ziel des PTB Ex PTS ist es, die im Bereich des Explosionsschutzes täglich angewendeten Prüfmethoden zu betrachten und Schwachstellen zu identifizieren, um dadurch letztendlich die Vergleichbarkeit zwischen den Ex-Prüflaboratorien weltweit zu verbessern. Die entwickelten Programme sind geeignet, um sich dem Ziel schrittweise anzunähern. Das zeigt sich gerade im Hinblick auf die Verbesserung der Vergleichbarkeit der Teilnehmerergebnisse innerhalb der Programme von Phase I zu Phase II. Die Abweichungen konnten unmittelbar reduziert und Ausreißer minimiert werden. Langfristig werden Vorschläge zur Verbesserung der Prüfmethoden als Resultat der Erkenntnisse aus den Programmen in das entsprechende Normungsgremium mit eingebracht, um die Regelwerke für alle Parteien nachhaltig zu verbessern und verständlicher zu machen.

[1]       IEC 60079-1 (2014). Explosive atmospheres – Part 1: Equipment protection by flameproof enclosures “d”, Edition 7.0.

[2]       IEC 60079-11 (2011). Explosive atmospheres - Part 11: Equipment protection by intrinsic safety “I”, Edition 6.0.

[3]       IEC 60079-0 (2017). Explosive atmospheres – Part 0: Equipment – General requirements, Edition 7.0.

[4]       IEC 60079-32-2 (2015). Explosive atmospheres - Part 32-2: Electrostatics hazards - Tests.

[5]       ISO/IEC 17043 (2010). Conformity assessment — General requirements for proficiency testing, Edition 1.0.

[6]       ISO 13528 (2015). Statistical methods for use in proficiency testing by interlaboratory comparisons, Edition 2.0.

[7]       IEC 60079-2 (2014). Explosive atmospheres - Part 2: Equipment protection by pressurized enclosure “p”, Edition 6.0.

[8]       IEC 60529 (2013). Degrees of protection provided by enclosures (IP Code), Edition 2.2.