Wat is intrinsieke veiligheid?
Intrinsieke veiligheid (Ex i) is een beschermingswijze voor elektrisch materieel in explosiegevaarlijke omgevingen waarbij de elektrische en thermische energie in een stroomkring zo laag wordt gehouden dat een vonk of heet oppervlak een explosieve atmosfeer niet kan ontsteken, ook niet bij storingen. In plaats van de explosie op te vangen in een zware behuizing, voorkomt Ex i dat er überhaupt genoeg energie is om te ontsteken. Daarom is intrinsieke veiligheid de standaard voor meet- en regeltechniek in een Ex-zone: denk aan transmitters, sensoren, klepstanden en HART-communicatie in de chemie, olie en gas en de farmacie.
🧠 Hoe werkt intrinsieke veiligheid?
Elk brandbaar gas of stof heeft een minimale ontstekingsenergie. Voor gasgroep IIA (referentiegas propaan) ligt die rond 0,25 mJ, voor IIB (ethyleen) rond 0,1 mJ en voor IIC (waterstof, acetyleen) rond 0,02 mJ. Een intrinsiek veilige kring begrenst daarom drie dingen:
- Spanning en stroom — zenerdiodes en weerstanden beperken de energie van een vonk bij kortsluiting of onderbreking
- Opgeslagen energie — capaciteit en inductantie in het apparaat én in de kabel kunnen bij een storing in één keer ontladen
- Oppervlaktetemperatuur — componenten mogen niet heter worden dan de temperatuurklasse (bijvoorbeeld T4 = maximaal 135 °C)
Een Ex i-systeem bestaat altijd uit twee delen: het intrinsiek veilige apparaat in het
veld en het bijbehorende apparaat (associated apparatus), meestal een barrière
of scheider in de veilige zone. Dat laatste herkent u aan de vierkante haken in de markering, bijvoorbeeld
II (1)G [Ex ia Ga] IIC.
Het idee is ruim honderd jaar oud. Na de mijnramp in Senghenydd (Wales, 14 oktober 1913, 440 doden) concludeerde het onderzoek dat vonken uit een elektrische signaleringsbel met blanke draden het mijngas waarschijnlijk hadden ontstoken. Daaruit groeide het principe van energiebegrenzing, eerst in de mijnbouw en later in de procesindustrie.
📜 Welke normen gelden voor Ex i?
Intrinsieke veiligheid valt onder de IEC 60079-reeks, in Nederland uitgegeven als NEN-EN-IEC 60079:
| Norm | Onderwerp | Actuele editie |
|---|---|---|
| IEC 60079-0 | Algemene eisen aan Ex-materieel | Editie 8 (juni 2026) |
| IEC 60079-11 | Constructie en beproeving van Ex i-apparatuur | Editie 7 (januari 2023); Europees als EN IEC 60079-11:2024 |
| IEC 60079-25 | Intrinsiek veilige systemen | Editie 3 (2020) |
| IEC 60079-14 | Ontwerp, selectie en installatie | Editie 6 (augustus 2024) |
| IEC 60079-17 | Inspectie en onderhoud | Editie 6 (2023) |
| IEC TS 60079-47 | 2-WISE voor Ethernet-APL | Editie 1 (februari 2021) |
De oude EN 60079-11:2012 wordt uiterlijk 31 december 2027 ingetrokken. Fabrikanten doen er daarom verstandig aan hun certificaten tijdig naar de nieuwe editie over te zetten, die onder meer strengere eisen stelt aan ingieten, coatings en lithium-ionbatterijen.
🧱 Wat is het verschil tussen ia, ib en ic?
Het beschermingsniveau zegt hoeveel storingen de kring mag krijgen zonder te ontsteken. Voor ia en ib rekent de norm bovendien met een veiligheidsfactor 1,5 op de vonkenergie, voor ic met 1,0.
| Niveau | Veilig bij | EPL | Toegestane zones |
|---|---|---|---|
| Ex ia | Twee telbare fouten | Ga / Da | Zone 0, 1, 2 en 20, 21, 22 |
| Ex ib | Eén telbare fout | Gb / Db | Zone 1, 2 en 21, 22 |
| Ex ic | Normaal bedrijf | Gc / Dc | Zone 2 en 22 |
Het EPL (Equipment Protection Level) koppelt het niveau aan de ATEX-categorie: Ga hoort bij categorie 1G, Gb bij 2G en Gc bij 3G. Ex ic werd in 2006 aan IEC 60079-11 toegevoegd als eenvoudiger alternatief voor zone 2 en verving daarmee de oudere energiebegrensde beschermingswijze Ex nL.
🔧 Hoe controleert u een intrinsiek veilige lus?
Bij het entity-concept vergelijkt u de uitgangswaarden van de barrière met de ingangswaarden van het veldapparaat, aangevuld met de kabel. U vindt ze op de certificaten en typeplaatjes.
| Barrière (bron) | Voorwaarde | Veldapparaat (belasting) |
|---|---|---|
| Uo (max. uitgangsspanning) | Uo ≤ Ui | Ui (max. ingangsspanning) |
| Io (max. uitgangsstroom) | Io ≤ Ii | Ii (max. ingangsstroom) |
| Po (max. vermogen) | Po ≤ Pi | Pi (max. vermogen) |
| Co (max. externe capaciteit) | Ci + Ckabel ≤ Co | Ci (interne capaciteit) |
| Lo (max. externe inductantie) | Li + Lkabel ≤ Lo | Li (interne inductantie) |
Rekenvoorbeeld — een 4-20 mA-drukmeting in zone 0, gasgroep IIC:
- Barrière: Uo = 28 V, Io = 93 mA, Po = 0,65 W, Co = 83 nF, Lo = 2 mH (gangbare waarden voor een 28 V-barrière in IIC)
- Transmitter (voorbeeld): Ui = 30 V, Ii = 100 mA, Pi = 0,75 W, Ci = 10 nF, Li ≈ 0
- Spanning, stroom, vermogen: 28 ≤ 30 V, 93 ≤ 100 mA, 0,65 ≤ 0,75 W — akkoord
- Kabel: 300 m met 100 pF/m en 0,7 µH/m geeft 30 nF en 0,21 mH
- Capaciteit: 10 + 30 = 40 nF ≤ 83 nF — akkoord
- Inductantie: 0 + 0,21 = 0,21 mH ≤ 2 mH — akkoord
De maximale kabellengte wordt hier door de capaciteit bepaald: (83 − 10) / 0,1 ≈ 730 m. Let op de 1%-regel: zijn zowel Ci als Li groter dan 1% van Co en Lo, dan mag u slechts de helft van Co en Lo gebruiken. In dit voorbeeld is Li verwaarloosbaar, dus die beperking geldt hier niet. Leg de berekening vast in het lusdossier en verwijs ernaar vanuit het P&ID, zodat een latere vervanging van de transmitter opnieuw wordt getoetst.
🔄 Zenerbarrière of galvanische scheider?
| Kenmerk | Zenerbarrière | Galvanische scheider |
|---|---|---|
| Werking | Zenerdiodes, weerstand en zekering leiden foutstroom naar aarde | Transformator of optocoupler scheidt veilige en Ex-zijde |
| IS-aarde nodig | Ja, apart en ≤ 1 Ω naar de hoofdaarde | Nee |
| Spanningsval | Hoog door serieweerstand (circa 300 Ω) | Laag, eigen voeding |
| Aardlussen | Gevoelig | Ongevoelig |
| Prijs en omvang | Klein en goedkoop | Duurder, meer functies |
| HART-doorgifte | Ja | Ja, bij HART-geschikte typen |
Moderne installaties kiezen meestal voor scheiders: ze vragen geen aparte aarding en zijn minder foutgevoelig bij uitbreidingen.
🏭 Welke installatie-eisen gelden voor Ex i?
IEC 60079-14 stelt naast de lusberekening een aantal praktische eisen:
- Lichtblauwe markering — zijn kabels, goten of klemmen met een kleur gemarkeerd, dan is dat lichtblauw
- Scheiding — tussen klemmen van intrinsiek veilige en niet-intrinsiek veilige kringen geldt 50 mm afstand of een scheidingsschot
- Geen vermenging — Ex i-kringen lopen niet in dezelfde kabel als andere kringen
- Documentatie — een beschrijvend systeemdocument met berekeningen, certificaten en tekeningen
- Werken onder spanning — aan intrinsiek veilige kringen mag onder voorwaarden in de Ex-zone worden gewerkt, een groot voordeel voor kalibratie
🌐 Hoe werkt Ex i bij veldbussen en Ethernet-APL?
Voor veldbussen als Foundation Fieldbus H1 en Profibus PA met meerdere apparaten op één kabel is de entity-berekening bewerkelijk. Daarom ontwikkelde het Duitse PTB FISCO (Fieldbus Intrinsically Safe Concept): één voeding met Uo tussen 14 en 17,5 V, kabels binnen vaste grenzen (15–150 Ω/km, 0,4–1 mH/km, 45–200 nF/km), een totale kabellengte tot 1 km en spurs tot 60 m. FISCO werd in 2005 vastgelegd in IEC 60079-27; sinds 2011 zijn de eisen opgenomen in IEC 60079-11 (apparatuur) en IEC 60079-25 (systemen).
Ethernet-APL gebruikt het vergelijkbare 2-WISE uit IEC TS 60079-47 (februari 2021). Elke poort krijgt vaste Ex-parameters; passen de profielen van switch en instrument op elkaar, dan is de spur intrinsiek veilig tot in zone 0, zonder rekenwerk. De trunk tussen de switches is niet intrinsiek veilig maar wordt uitgevoerd in verhoogde veiligheid (Ex e of Ex ec) voor zone 1 of 2. Ethernet-APL bouwt voort op 10BASE-T1L en is daarmee de procesvariant van Single Pair Ethernet, geschikt voor Ex-zones.
🔄 Hoe verhoudt Ex i zich tot Ex d, Ex e en Ex p?
| Beschermingswijze | Principe | Hoogste zone | Typische toepassing |
|---|---|---|---|
| Ex i | Energie begrenzen | Zone 0 (ia) | Instrumentatie, debietmeters, sensoren |
| Ex d | Drukvaste behuizing vangt explosie op | Zone 1 | Motoren, schakelaars, verlichting |
| Ex e | Verhoogde veiligheid, geen vonken | Zone 1 | Klemmenkasten, motoren |
| Ex p | Overdruk houdt gas buiten | Zone 1 | Analysehuisjes, bedieningskasten |
Ex i is de enige van deze vier die tot in zone 0 komt en onderhoud onder spanning toelaat, maar werkt alleen voor kleine vermogens, in de praktijk meestal rond 1 W of minder.
🇳🇱 Wat moet u in Nederland regelen?
Fabrikanten certificeren Ex i-apparatuur onder ATEX 114 (2014/34/EU). De werkgever valt onder ATEX 153 (1999/92/EG), in Nederland uitgewerkt in artikelen 3.5a tot en met 3.5f van het Arbobesluit onder de Arbowet. Die verplichten tot een explosieveiligheidsdocument met de zone-indeling en de gekozen maatregelen. Volgens IEC 60079-17 volgt daarna periodieke inspectie (visueel, nauwkeurig of gedetailleerd), met een interval van maximaal drie jaar tenzij een deskundige anders onderbouwt.
🔐 Speelt cybersecurity een rol bij intrinsiek veilige apparatuur?
Ja. Intrinsieke veiligheid beschermt tegen ontsteking, niet tegen manipulatie. Een Ex ia-transmitter heeft vaak een digitale interface via HART, WirelessHART of Ethernet-APL. Wie via een HART-multiplexer of asset-managementsoftware toegang krijgt, kan meetbereiken, demping of een softwarematige schrijfbeveiliging aanpassen. Gebruik daarom bij voorkeur de hardwarematige schrijfbeveiliging (jumper of schakelaar) in het instrument, segmenteer het netwerk naar de instrumentatie en neem veldinstrumenten op in uw risicobeoordeling.
❓ Veelgestelde vragen
Wat betekent Ex ia op een typeplaatje?
Ex ia betekent dat het apparaat intrinsiek veilig is volgens het hoogste beschermingsniveau en ook bij twee gelijktijdige fouten geen ontsteking kan veroorzaken. Ex ia-apparatuur heeft EPL Ga en mag daarom in zone 0 worden gebruikt. Een markering als Ex ia IIC T4 Ga geeft daarnaast de gasgroep en temperatuurklasse aan.
Mag een intrinsiek veilige transmitter op elke barrière?
Nee, een intrinsiek veilige transmitter mag alleen op een barrière of scheider waarvan Uo, Io en Po niet hoger zijn dan de Ui, Ii en Pi van de transmitter. Ook moeten de capaciteit en inductantie van transmitter plus kabel binnen de Co en Lo van de barrière blijven. Die toets heet de entity-berekening.
Waarom heeft een zenerbarrière een aparte aarde nodig?
Een zenerbarrière leidt bij een fout de te hoge stroom via de zenerdiodes naar aarde, zodat er geen gevaarlijke energie de Ex-zone bereikt. Die bescherming werkt alleen met een betrouwbare, aparte intrinsiek veilige aarde van maximaal 1 Ω naar de hoofdaarde. Een galvanische scheider heeft deze aarde niet nodig.
Welke kleur hebben intrinsiek veilige kabels?
Intrinsiek veilige kabels en klemmen worden volgens IEC 60079-14 lichtblauw gemarkeerd als er een kleur wordt gebruikt. Zo zijn intrinsiek veilige kringen in een kast of kabelgoot direct herkenbaar. Lichtblauw is daarom voorbehouden aan Ex i en wordt niet voor andere kringen gebruikt.
Is intrinsieke veiligheid hetzelfde als functionele veiligheid?
Nee, intrinsieke veiligheid voorkomt dat een elektrische kring een explosieve atmosfeer ontsteekt, terwijl functionele veiligheid gaat over het betrouwbaar uitvoeren van een veiligheidsfunctie, zoals een veiligheidsafschakeling door een SIS. Een instrument kan beide tegelijk hebben, bijvoorbeeld Ex ia en SIL 2. De normen en berekeningen staan los van elkaar.
Is Ethernet-APL intrinsiek veilig?
Ethernet-APL kan intrinsiek veilig worden uitgevoerd volgens het 2-WISE-concept uit IEC TS 60079-47. Spurs met een Ex ia-poortprofiel reiken tot in zone 0, terwijl de trunk in verhoogde veiligheid (Ex e) tot in zone 1 loopt. Intrinsieke veiligheid bij Ethernet-APL vraagt geen lusberekening zolang de poortprofielen overeenkomen.
📌 Samengevat
Intrinsieke veiligheid (Ex i) maakt meet- en regeltechniek in explosiegevaarlijke zones veilig door de energie in de kring zo te begrenzen dat ontsteking onmogelijk is, met ia voor zone 0, ib voor zone 1 en ic voor zone 2. Een correcte lusberekening, de juiste barrière of scheider, nette installatie en periodieke inspectie volgens IEC 60079-14 en -17 houden die bescherming over de hele levensduur intact.