本質安全防爆とは何ですか?定義、制限、および危険区域の設計

技術者は、R290 プロパンが充填された冷却装置に漏れ検出器をクランプします。このツールは 9 V バッテリーで動作し、泣き始めたばかりの関節から約 20mm の位置にあり、内部の電子機器を二度見する人は誰もいません。本質的安全性が存在するのは、その再確認が爆発を防ぐためです。この用語は、通常動作時および定義された数の障害条件下で、回路内の電気エネルギーと熱エネルギーを周囲の可燃性雰囲気を発火させる可能性のあるレベル以下に保つ保護技術を指します。

この定義は控えめに聞こえますが、下流のすべてを再構築します。保護は爆発を阻止することではなく、エネルギーを制限することによって実現されるため、制御キャビネットに戻るワイヤを含むループ全体をカバーします。これは、何かが現場に届く前に設計を計算して認証できることも意味します。

正式な定義と 3 つの限界

正式な文言は、Ex i マーキングの背後にある規格である IEC 60079-11 に基づいており、欧州 ATEX 指令 2014/34/EU および IECEx スキームでも繰り返されています。デバイスが放出できるエネルギーが制限されており、通常の動作時または定義された障害条件下で発火が発生しない場合、そのデバイスは本質安全であると認定されます。

3 つの量が一緒に制御され、どれか 1 つで火災が発生する可能性があります。

• 電圧。スパークには導体間のギャップを破壊するのに十分な電位が必要であるためです。
• 電流。ブレークスパークのエネルギーは電流と回路のインダクタンスに応じて増加するためです。
• 電力と表面温度。高温の表面は火花をまったく発せずにガスに点火する可能性があるためです。

制限は設計者によって選択されるものではありません。すべての認定フィールド デバイスは、最大入力電圧 Ui、入力電流 Ii、入力電力 Pi、内部容量およびインダクタンス Ci および Li というエンティティ パラメータとともに公開されています。ケーブルのもう一方の端にあるバリアまたはアイソレータは、一致する出力値 Uo、Io、および Po を発行しますが、ケーブルはその長さのメートルごとにキャパシタンスとインダクタンスを追加します。ループは、各ペアが余裕を持って並んでいる場合にのみ準拠します。

ルールは意図的に保守的です。火花点火曲線には安全率 (通常は 1.5) が適用されるため、認定限界値はすでに実験室試験でガスに点火したエネルギーを下回っています。水素やアセチレンなどのグループ IIC ガスの場合、一般的な回路は 30 V 未満、100メートルA 近く、数分の 1 ワットにとどまりますが、メタン用の同等の設計では、著しく多くの電流を流すことができます。 T6 は表面温度を摂氏 85 度、T4 は摂氏 135 度に制限しており、カバーするガスの自然発火温度よりもはるかに低いです。

本質安全回路の実際の内容

動作するインスタレーションは 3 つの部分で構成されており、注文する前に 3 つすべてが紙上で一致している必要があります。

機密領域内のフィールドデバイス

これは大気にさらされた機器、スイッチ、コイル、またはセンサーであり、そのマーキングはその耐障害性を示しています。 Ex ia は 2 つの障害によって安全を確保しており、可燃性雰囲気が継続的または長期間存在するゾーン 0 で許可されています。 Ex ib は 1 つの障害があるゾーン 1 をカバーし、Ex ic は大気が発生する可能性が低く、短命であるゾーン 2 をカバーします。

安全領域のバリアまたはアイソレータ

関連する装置は、フィールドに到達するエネルギーを制限します。ツェナー バリアはシャント ダイオード、ヒューズ、抵抗器を使用し、1 オーム未満で測定される専用の安全アースが必要です。ガルバニックアイソレータは変圧器または光結合を介して動作し、安全接地を必要としないため、接地の証明と維持が難しい場合によく選択されます。

シンプルな装置と受動接点

すべてのコンポーネントが独自の証明書を必要とするわけではありません。 IEC 60079-11 では、1.2 V、0.1 A、20 マイクロジュールまたは 25 mW を超える電力を生成も蓄積もしないデバイスとして定義される、単純な装置が許可されています。パッシブスイッチ、熱電対、端子箱、および単純な圧力スイッチ接点は、周囲のループがすでにエネルギー制限されている限り適格です。ここで、冷凍圧力コントローラが設計の中でその役割を果たします。その接点は、機密エリアに設置される可能性のあるプロセス接続とハウジングを共有します。また、これらの接点は限られたループ電流のみを流すため、エンクロージャを耐圧防爆ボックスにする必要はありません。

冷凍圧力コントローラー 冷凍圧力コントローラーは、白色の耐食性プラスチックハウジングを備えた長方形のボックスを備えています。両側に機械式ポインタ圧力計 製品を見る→

それらの間のケーブル

ケーブルはコンポーネントであり、付属品ではありません。本質安全配線は通常、青色のシースで覆われ、非 IS 回路から 50 mm または接地された金属パーティションによって分離されており、1 メートルあたりの静電容量とインダクタンスがループ計算に入力されます。

本質安全性と他の保護方式との比較

危険区域の保護は、単一の答えではなく一連の技術です。以下の表は、本質的安全性と最もよく比較検討される方法を並べたものです。

本質安全防爆が冷凍と空調に現れる場所

可燃性冷媒により対象者は化学プラントから冷却室に移動しました。 R290 と R600a はグループ A3 に属し、R32 と R454B は A2L に属します。これは、アプライアンスの周囲のスペースを、漏れが信頼できる場所に分類できることを意味します。ゾーンが存在すると、その回路に接続された電気部品をそれに応じて保護する必要があります。

可燃性冷媒容器内の電気部品

負荷の下で開くソレノイド コイルは、インダクタンスのエンティティ パラメーターが記述されたとおりの誘導ブレーク スパークを生成します。また、故障時に開く圧力スイッチも同様です。したがって、コイル、スイッチ、センサーはゾーンを念頭に置いて選択され、コイルの定格はバルブ本体とは別にチェックされます。 EVR シリーズなどの冷凍ソレノイド バルブは、圧力、冷媒適合性、シール性を考慮して選択されたボディのよく知られた例であり、正しく定格されたコイルおよび回路と組み合わせた場合にのみ機密領域に適したものになります。

EVR電磁弁 EVR電磁弁s are key components in refrigeration and air conditioning, controlling the flow of refrigerant through electromagnetic induction. Available in direc... 製品を見る→

このサイトには、その方法に関する短い技術メモが保管されています。 EVR型冷凍回路用電磁弁 これは、チェックの開始点として役立ちます。

開回路付近での熱エネルギーと高温作業

本質安全防爆は電気エネルギーだけでなく熱エネルギーも対象とし、サービス作業ではその区別が重要となります。開いたばかりの回路でジョイントをろう付けすると、ライン内に炎、高温のチューブ、冷媒がまだ存在する可能性があります。実際の制御は、窒素パージ、トーチ点火前のガスチェック、利用可能な最大設定ではなくジョイントが実際に必要とするサイズで炎を保持できるトーチです。

二重管MAPP溶接ガン デュアルチューブ MAPP 溶接ガンは、空調および冷凍システムのメンテナンス、銅パイプの精密溶接などのシナリオ向けに設計されています。 製品を見る→

私たちが実際に話しているエネルギーの量

一般的な可燃性物質の発火エネルギー

図 1 は、冷凍プラントおよび加工プラントで発生する 5 つの物質の発火エネルギーをプロットしています。水素が必要とするエネルギーはわずか約 0.017 mJ で、これはメタンが必要とするエネルギーの約 16 分の 1 です。これが、同じ送信機が天然ガスプラントで十分な電流マージンを伝送しても、水素スキッドのエンティティチェックに失敗する理由です。これは、ガスグループによって計算の対象となる曲線が変化するためです。この数値は、十分に充電された人体は 0.017 mJ をはるかに超える電力を放出できるため、標準がミリワット単位で機能する理由も説明しています。したがって、実際の設計はミリワットでの動作を目指しており、それが 1.5 の安全率の背後にある計算になります。

接続ケーブルに蓄えられたエネルギー

図 2 は、ループ電圧 24 V でのよく知られた 1/2 C V 2 乗関係を使用してケーブル静電容量を蓄積エネルギーに変換します。1 メートルあたり約 60 pF の計器用ケーブルは 500 m でおよそ 8.6 マイクロジュールに達しますが、1 メートルあたり 200 pF の汎用ケーブルは同じ距離で 28.8 マイクロジュールを通過します。破線は水素の 0.017 mJ の点火エネルギーを示しています。汎用ケーブルは約 300 m で交差し、計器ケーブルはグラフの範囲内に到達しません。この交差が、ケーブルのタイプ、ケーブル長、およびループ電圧が設置者に任されるのではなく、制御図面に含まれる理由です。また、現場でケーブルをより高い静電容量の同等物に交換することが、メンテナンス上の決定ではなく設計変更である理由も説明します。

デザインを決定する 2 つの比較

ループが消費するバリアレーティングの量

図 3 は、28 V、93 mA、0.65 W の定格バリアから 20 mA を引き出す 24 V トランスミッタという一般的な構成を採用し、ループが各制限のうちどれだけ消費するかを示しています。電圧が約 86 パーセントで最も厳しい制約となり、電力が約 74 パーセントで続き、電流は約 22 パーセントでほとんど影響を受けません。現在のヘッドルームは余裕があるように見えますが、危険エリアのループはほとんどの場合電圧が制限されているため、この不均衡は正常です。電圧バジェットは現在のバジェットが消滅するずっと前に消滅するため、誰かが同じバリアに 2 番目のデバイスを追加したり、実行を延長したりする場合に重要になります。快適に見える 1 つのペアではなく、3 つのペアすべてをチェックすることが、ループの認定を維持します。

5 つの実用的な基準にわたる保護方法

図 4 は、通常プロジェクトを決定する基準 (ゾーン 0 への適合性、ライブ メンテナンスの許容度、設置コスト、配線の簡素性、ハードウェアの重量) に基づいて、本質安全、耐圧防爆、および非発火性保護を 1 から 5 でスコア付けしています。本質安全防爆は、ゾーン 0 およびライブ メンテナンスに向けた形状を満たします。そのため、プラントの稼働中に校正する必要がある機器のデフォルトとなっています。耐圧防爆保護は、エンクロージャが作業を実行し、ループ計算が必要ないため、配線の簡素化に向けて拡張されていますが、ライブ メンテナンスとハードウェア重量の点ではスコアが低くなります。非発火性保護は、可燃性雰囲気が発生する可能性が低く、寿命が短いゾーン 2 のみを対象としているため、コストと配線の限界に達しています。 3 つの形状を合わせて読むと、実際的なルールがわかります。まずメソッドをゾーンに一致させ、次にコストとメンテナンスに適したメソッドを選択させます。

検証は、準拠したインストールと、単に説得力があるように見えるインストールを区別するものです。ループが稼働する前に、証明書番号とデバイスのマーキングを確認し、Uo が Ui 以下、Io が Ii 以下、Po が Pi 以下であることを確認してから、Co および Lo に対するケーブルの静電容量とインダクタンスを追加します。多くの場合、証明書番号の後に印刷されている特別条件にも X とデバイスの使用方法に関する制限が含まれているため、その条件もお読みください。最後に、実際に存在するガスまたは蒸気に対する温度クラスを確認します。T6 制限が設定されている場合、T4 定格のデバイスは自動的に受け入れられないためです。

通常、コンポーネントの選択によって、その練習がどれだけ簡単になるかが決まります。公表されているエンティティパラメータを備えた圧力スイッチ、ゾーン向けに定格されたソレノイドコイル、およびデータシートに静電容量が記載されているケーブルにより、難しい計算が短いチェックリストに変わります。プロジェクトで可燃性冷媒回路と機密扱いのエリアが混在する場合、図面が修正される前に、ループ計算に照らしてコンポーネント リストを早い段階でレビューする価値があります。

このようなシステムのパーツを指定する場合、 弊社のエンジニアリングチームにご相談ください ご注文前に冷媒、ゾーン、制御電圧についてお問い合わせください。