計器の防爆問題

計器は石油、化学工業、石炭、冶金、建材などの工業生産部門に広く応用されているが、多くの生産工程はまた燃えやすく爆発しやすいガスや粉塵のある環境で行われており、人身や設備に危害を及ぼす事故は随時発生する可能性があり、すべての電動計器に防爆要求を出さなければならない。ある意味では、防爆問題が解決できるかどうかは、電動計器が空気計器に代わって危険な場所に使用できるかどうかの鍵でもある。

防爆技術の研究はまず炭鉱で重視され、主に坑内の電気設備の防爆に対して行われ、その後次第に各種の燃えやすく爆発しやすい場所で使用される自動化計器の防爆に発展した。これに対応して、国内外で関連基準が相次いで制定された。我が国の国家標準「爆発性ガス環境用電気設備の共通要求」（GB 3836.1-2000）は、可燃性爆発性場所に応用されるすべての電気設備に対して制定されたその中に自動化計器を含む。

国内外の電気設備の製造業界は、防爆設計において2つの方法をとるにほかならない_：1つ目は、回路と周囲の環境を遮断し、回路が正常に動作しているときに発生する熱と故障状態で形成されるスパークと高温を密閉ケース内に限定し、外部の可燃性爆発性ガスを引火させないようにするための構造的な隔離措置である。もう1つの方法は、回路のエネルギーに制限を加え、回路が正常な動作中にも短絡、断路などの故障状態が発生しても、発生した火花は可燃性爆発性ガスを引火するのに不足し、発生した温度も可燃性爆発性物質を自燃させるのに十分ではない。

前のルートは主に構造上の防犯に頼っており、「構造防爆」と呼ぶことができる。後者の方法は災害発生の可能性を根本的に排除することであり、その措置はより積極的であり、「本質的安全防爆」と呼ばれ、「本安防爆」と略称される。

構造防爆の具体的な措置は主に以下のようなものがある。

（1）厳密なハウジングを採用し、規定のねじと高品質のガスケットに適合し、かつリード線引出口に特殊な構造のシールインターフェースを採用する。外殻材料、例えばアルミニウム合金であれば、そのマグネシウム含有量は制限すべきである。ハウジング内には回路部品を除く一定の空間容積があり、内部ガスを膨張させる余地がある。

（2）ケーシング内に清浄な圧縮空気を送り、ケーシング内に正圧を維持させ、周囲の可燃性爆発性ガスが入らないようにし、それによって回路と直接接触することを防止する。この方法には気源と管路が必要だ。

（3）外殻に油を充填し、回路は油に浸漬し、その熱は油に取られ、火花は油に消され、回路と周囲のガス隔離の役割も果たした。高圧回路のオイルスイッチはオイルによってアークを消すものである。

（4）回路と外殻の間の空隙に石英砂を充填し、アークと断熱の役割も果たし、一部のヒューズの磁器管には砂を充填する措置が採用されている。

計器の面では、一般に「防爆型」と呼ばれる計器は、上述の*の措置を採用することが多い。油充填、砂充填及び正圧措置はそれが不便であるため、計器にはあまり使われていない。比較的完備した防爆計器は構造防爆措置ではなく、本質的な安全防爆回路を設計し、「本安型」計器を構成している。燃えやすく爆発しやすい場所で使用される電気設備や計器は、必ずしも特殊な防爆設計を必要としない。GB 3836.1の規定によると、電圧は1.2 Vを超えず、電流は0.1 Aを超えず、しかもそのエネルギーは20 Wを超えないか、あるいは25 mWを超えない電気設備は、検査単位の認可を得た後、工場の爆発性ガス環境中と炭鉱の坑内で直接使用することを許可した。熱電対、熱抵抗、光感受性電池などのセンサーや感受性素子は、このような電気機器に属しています。しかし、このような簡単な部品を他の計器とセットで使用する場合は、セット計器の安全性を考慮しなければならないことに注意しなければならない。それだけでなく、セットメータはセンサや感知素子から離れた場所に設置されることが多いため、信号導線やセットメータで発生した故障が危険な場所に与える影響を考慮しなければならない。

これにより、単に計器自身の防爆を考えるだけでは不十分であり、たとえ計器内部回路の設計が完全に呉無欠であっても、本質的な安全防爆の要求に達しても、本質的な安全計器としか言いようがなく、本質的な安全システムを構成することができないほとんどの自動化計器は孤立しているのではなく、電源と電力を供給し、信号線を持って情報を伝達しなければならない。これらのワイヤが高い電圧を持っているか、大きな電流を持っていると、燃えやすく爆発しやすい場所にとって脅威になります。正常状態の電圧や電流が小さく、災害を引き起こすには不十分であっても、故障状態の様々な表現を考慮しなければならない。例えば熱電対自体はかなり安全であるが、その導線は温度トランスミッタに接続されており、温度トランスミッタが故障すると、高電圧や大電流が導線を通って熱電対の設置場所に伝わる。不測の事態を防ぐために、温度トランスミッタの電源はコモンモード高圧伝達を回避し、短絡時に電流が過大にならないようにリード線に電流制限抵抗を加えなければならない。差圧トランスミッタについては、安全ゲートを利用してこそ、本質的な安全システムを構成することができる。

要するに、本質的な安全計器の回路は所定の試験条件の下で、正常な動作または故障状態で発生した熱効果と火花にかかわらず、所定の爆発性混合物を点火することはできない。本質的な安全システムは本質的な安全計器で構成されるべきだが、これは十分な条件ではなく必要な条件であり、外部から爆発性混合物に火をつけるのに十分なエネルギーが人の危険な場所に入るのを防ぐための措置を取らなければならない。