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防爆設計
(ぼうばくせっけい)
耐圧防爆設計モニター
防爆設計とは、可燃性ガス、蒸気、粉じんなどが存在する場所で、電気機器が爆発の点火源とならないように、機器の構造、電気回路、温度、配線方法などを設計することです。化学工場、塗料・溶剤を扱う設備、粉体製造設備などでは、設備の設置場所や対象物質に応じた防爆対策が求められます。
代表的な防爆構造には、耐圧防爆構造、安全増防爆構造、本質安全防爆構造があります。それぞれ考え方や適用できる機器が異なるため、危険場所の区分、対象となるガスや粉じん、必要な電源容量、使用するセンサや駆動機器を確認して選定します。
ハカルプラスでは、防爆に関する要求仕様を確認し、認証を取得した防爆機器や本質安全防爆用機器を組み合わせて、計量設備、供給設備、搬送設備、制御盤などの構成を検討します。
爆発が発生する条件
爆発や燃焼が発生するには、可燃性物質、酸素、点火源の三つがそろう必要があります。電気設備では、スイッチやリレーの火花、モーターや電源回路の発熱、静電気、配線の短絡などが点火源となる可能性があります。
防爆設計では、点火源を外部の爆発性雰囲気へ伝えない、火花や高温部を発生させにくくする、回路の電気エネルギーを着火できない範囲へ制限するなどの方法を用います。
耐圧防爆構造
耐圧防爆構造は、電気機器の容器内部へ爆発性ガスが侵入し、内部で爆発した場合でも、容器がその圧力に耐え、外部の爆発性雰囲気へ火炎を伝えないようにする構造です。
容器には十分な機械的強度が必要であり、蓋や接合部には、内部の火炎を冷却しながら外部へ逃がすための隙間や長さが定められます。この接合部に傷、腐食、異物の付着があると、防爆性能へ影響する可能性があります。
保守時に指定外のねじやパッキンへ変更したり、容器へ独自に穴を追加したりすると、認証された構造を維持できなくなる場合があります。機器メーカーが指定する取付方法と保守条件を守る必要があります。
安全増防爆構造
安全増防爆構造は、正常な運転中に火花やアークを発生しない電気機器について、絶縁、端子接続、沿面距離、空間距離、温度上昇などの安全性を高め、点火源となる可能性を低減する構造です。
端子箱、接続箱、かご形誘導電動機などで用いられる場合があります。配線の緩みや接触不良があると局部的な発熱につながるため、端子の締付状態やケーブル引込部を適切に管理することが重要です。
すべての電気機器へ適用できるわけではなく、通常運転時に火花を発生する接点や開閉器などは、別の防爆構造を検討する必要があります。
本質安全防爆構造
本質安全防爆構造は、電気回路に流れる電圧、電流、蓄積エネルギーを制限し、正常時だけでなく想定される故障時にも、火花や発熱によって爆発性雰囲気へ着火しないようにする方式です。
センサ、計測信号、通信信号など、比較的小さな電力を扱う回路に適しています。危険場所に設置する本質安全防爆機器と、安全場所に設置するバリアやアイソレータを組み合わせて使用します。
機器が個別に本質安全防爆へ対応していても、自由に組み合わせられるとは限りません。電圧、電流、電力、静電容量、インダクタンス、ケーブル条件などを確認し、回路全体として適合させる必要があります。
危険場所と対象物質の確認
防爆機器を選定する前に、設備が設置される場所の危険度を確認します。爆発性雰囲気が常時または長時間存在する場所と、通常は存在せず、異常時に一時的に発生する場所では、必要な防爆性能が異なります。
対象となるガスや蒸気によって、着火しやすさや爆発の広がり方が異なります。また、機器表面の最高温度が対象物質の発火温度を超えないよう、温度等級を確認する必要があります。
粉体設備では、可燃性粉じんの堆積や浮遊による粉じん爆発も検討します。ガス防爆用機器を採用しただけでは、粉じん環境への要求を満たさない場合があります。
機器選定のポイント
防爆機器を選定する際は、防爆構造だけでなく、次の条件を確認します。
- 危険場所の区分と対象となるガス・粉じん
- 必要な防爆等級、機器グループ、温度等級
- 電源電圧、消費電力、入出力信号
- 周囲温度、湿度、腐食性雰囲気
- 屋内・屋外、防水・防じん性能
- ケーブル引込方式と配線距離
モーター、電磁弁、センサ、ロードセル、表示器など、機器ごとに適した防爆構造が異なります。設備全体を一つの方式へ統一するのではなく、用途に応じて複数の方式を組み合わせることがあります。
制御盤と配線
制御盤を安全場所へ設置し、危険場所には必要最小限のセンサや駆動機器だけを配置することで、防爆機器の点数や保守負担を抑えられる場合があります。
危険場所と安全場所の間には、本質安全防爆用バリア、アイソレータ、リレーなどを設けます。本質安全回路と非本質安全回路は、端子、配線経路、識別方法を分け、誤接続を防止します。
ケーブルグランドや電線管も、防爆機器の認証条件に適合するものを使用します。防爆容器だけを選定しても、引込部や配線施工が適切でなければ、必要な性能を維持できません。
温度上昇への配慮
防爆設計では、火花だけでなく、モーター、電源、抵抗器などの表面温度も点火源として考えます。ケースを密閉すると放熱しにくくなり、内部温度が上昇する場合があります。
周囲温度、消費電力、連続運転時間から温度上昇を確認し、適切な定格の機器を選定します。粉じんが機器表面へ堆積すると放熱が妨げられるため、清掃方法や点検周期も重要です。
保守・更新時の注意点
防爆機器は、導入時だけでなく、保守後も認証された状態を維持する必要があります。容器の接合面、締結ねじ、ケーブルグランド、接地、端子の緩みなどを定期的に確認します。
機器を更新する場合は、外形や電気仕様だけでなく、防爆記号、対象物質、温度等級、認証条件を確認します。後継機であっても仕様が同一とは限らないため、既設配線や周辺機器を含めて適合性を確認します。
ハカルプラスの対応
ハカルプラスでは、耐圧防爆、安全増防爆、本質安全防爆の特徴を踏まえ、危険場所の区分、対象物質、設備仕様に応じた防爆機器を選定します。
ロードセル、計量機器、センサ、モーター、電磁弁、バリア、アイソレータなどを組み合わせ、計量、供給、搬送設備の機械設計、制御盤設計、PLCソフト設計を検討します。
防爆認証そのものが必要な新規機器については、要求される規格、認証範囲、試験内容を確認し、認証済み機器を活用する構成を基本として対応方法を検討します。
よくある質問
Q. 防爆機器を使用すれば、どの危険場所にも設置できますか？
A. できません。危険場所の区分、対象ガスや粉じん、防爆等級、温度等級が設置条件に適合している必要があります。
Q. 耐圧防爆容器へ自由に穴を追加できますか？
A. 原則として、認証条件にない加工は防爆性能へ影響する可能性があります。メーカー指定の加工や引込部を使用します。
Q. 本質安全防爆対応のセンサだけを選べばよいですか？
A. センサ、バリア、配線、ケーブルの電気的条件を含め、回路全体として適合性を確認する必要があります。
Q. 制御盤を危険場所の外へ設置できますか？
A. 可能です。安全場所へ制御盤を設置し、危険場所には防爆対応のセンサや駆動機器だけを配置する構成を検討できます。
Q. 既設設備を防爆仕様へ変更できますか？
A. 危険場所の区分、既設機器、配線、設置環境を確認し、防爆機器への交換や制御盤移設などの対応方法を検討します。