電気機器の筐体は内部爆発を防ぐのか？

電気機器の筐体は、危険環境下での電気機器の保護と安全性の確保において重要な役割を果たします。電気機器の筐体は内部爆発を防ぐことができるのでしょうか？これは多くの産業にとって重要な課題となっています。本稿では、防爆筐体の特徴、防爆原理、および用途について解説します。本稿が、危険環境に適した電気機器筐体の選択に役立つことを願っています。.

電気機器の筐体は内部爆発を防ぐことができるか？

標準的な電気エンクロージャは内部爆発を防ぐことはできません。これらは通常、外部の固体物体や液体の侵入を防ぐために使用されます。標準的な電気エンクロージャの一般的な定格はIPとネマ. しかし、認証を受けた防爆筐体は、内部の爆発を安全に封じ込め、制御することができ、危険な外部環境への引火を防ぐことができる。.

危険区域内の電気機器筐体においては、内部発火源の可能性を完全に排除することは多くの場合不可能です。危険区域内の防爆筐体は、内部で爆発が発生することを許容します。しかしながら、防爆型電気筐体は、爆発による破壊的な影響を筐体内部に厳密に限定することができます。.

防爆筐体の設計は、極めて高い構造強度、精密な防爆接合部、そして安全な固定と密閉性を備えています。防爆筐体は耐火筐体と非常によく似ています。頑丈な筐体は、可燃性混合物の爆発時に発生する爆発圧力に耐え、永久変形や破損を起こすことなく動作します。.

防爆ボックスまたは防爆筐体とは何ですか？

防爆型電気筐体の本来の目的は、爆発圧力に安全に耐え、爆発炎や高温ガスが筐体内部に広がるのを防ぐことです。電気機器内部での火花や爆発を防ぐことが目的ではありません。そのため、防爆型筐体のより専門的な名称は耐火性筐体（Ex d）であり、その機能をより正確に表しています。.

防爆筐体の動作原理は、防爆筐体の構造強度と防爆接合部という2つの主要な機能に基づいています。.

防爆型電気筐体の壁厚、材質、構造は精密に計算され、試験されています。内部の特定可燃性ガス爆発によって発生する最大爆発圧力と複数回の衝撃に耐えることができ、永久変形や亀裂が生じないことも保証する必要があります。.

防爆接合部は、防爆技術の中で最も巧妙な部分です。防爆筐体のカバーと本体、そしてシャフトとシャフト穴は、完全に密閉されているわけではありません。代わりに、精密に定義された隙間が設けられており、これが防爆接合部を構成しています。.

防爆筐体以外にも、防爆対策には他の方法も含まれる。.

本質安全防爆（Ex i）：これは、電源における回路エネルギーを制限し、有効な火花が発生しないようにするものです。この防爆方式では、頑丈な筐体は必要ありません。.

安全性の向上（例 e）：この方法は主に、通常運転中に火花、アーク、または過度の高温が発生するのを防ぐために、機器の安全性を向上させることに重点を置いています。.

加圧式エンクロージャ（Ex p）：このエンクロージャは、内部に保護ガスを継続的に充填することで、内部圧力を外部圧力よりも高く維持することができます。これにより、危険なガスの侵入を防ぐことができます。.

防爆・耐火筐体の主な特徴

構造強度

重厚で頑丈な筐体: 防爆筐体は主に次のような材料で作られています。アルミニウムそしてステンレス鋼. 筐体の壁厚は、内部爆発によって発生する最大爆発圧力に耐えられる十分な厚さが必要です。防爆筐体が耐えられる圧力は、通常、基準圧力の1.5倍以上です。永久変形や破断を起こすことなく、爆発圧力に耐えることができます。.

圧力オーバーラップ設計にあたっては、エンジニアは多室構造で発生する可能性のある圧力重複効果を考慮する必要があります。つまり、ある室の爆発が、接続パイプを介して隣接する室でより激しい爆発を引き起こす可能性があるということです。したがって、防爆筐体の内部隔壁や接続通路も、防爆強度を備えている必要があります。.

耐火接合部

防爆接合部は、炎を冷却し、消火を実現するための鍵となる。.

防爆接合部には様々な種類がある。中でも、平型接合部が最も一般的である。これは、精密に加工された2枚の平型フランジをボルトで固定し、中央に所定の隙間を設ける構造である。その他にも、円筒型接合部、ねじ込み式接合部、ラビリンス型接合部など、様々な種類の防爆筐体が存在する。.

クリアランス接合部のパラメータは、精密な制御が必要です。防爆筐体の接合部間の最大許容距離は、通常0.1～0.5ミリメートルです。一般的に、隙間が小さいほど、消火能力は高くなります。.

幅幅とは、炎が通過しなければならない金属接触面の最小長さのことです。一般的に、防爆筐体の幅が長いほど、冷却効果は高くなります。.

表面粗さ接合部は、安定した隙間サイズを確保するために、滑らかで平坦でなければなりません。これは熱伝導にとって好ましい状態です。表面平滑度を示すRa値は、一般的に6.3μm以下であることが求められます。.

固定と密封

特殊ファスナー防爆筐体のボルトの数、強度、深さはすべて厳密に規定されています。通常、防爆筐体のボルトの頭部は、爆発時に緩んで飛び出さないことが保証されている必要があります。.

非弾性シールガスケット弾性シール材は、火炎経路接合部のシールには使用できないことにご注意ください。防爆接合部では、通常、精密な金属同士の機械加工によってシールされます。.

静的シール: 防爆筐体の銘板や窓など、筐体上の非危険性の静的シール箇所には、耐老化性のある弾性シール部品を使用できます。.

熱管理

防爆筐体は厳密な温度管理が必要です。過度の熱は電気部品を損傷する可能性があります。危険な環境で使用すると、爆発のリスクも高まります。.

危険環境で使用される防爆筐体は、認証された温度グループの温度制限を超えてはなりません。例えば、T4 ≤ 135℃、T6 ≤ 85℃などです。防爆筐体は通常、耐熱性の高い材料を使用しており、筐体の安全性に影響を与えません。高出力機器の筐体には、通常、冷却システムと独自の放熱設計が備えられています。.

法令遵守と安全マージン

防爆筐体は、IECEx、ATEX、NECなどの国際安全規格に準拠している必要があります。これらの認証を取得した防爆電気筐体は、危険な環境で使用する際の安全性と信頼性を保証します。防爆筐体に、防爆マーク、認証機関のロゴ、認証番号などの重要な情報が記載されていることを確認してください。.

電気機器筐体が爆発リスクを低減する方法

防爆筐体は、主に以下の4つの相互に関連するレベルを通して、体系的かつ段階的に爆発のリスクを低減するのに役立ちます。.

空間隔離

この筐体は、内部と外部環境との間に物理的な障壁を作り出します。これにより、内部で発生する火花、アーク、高温面などが筐体内部に確実に閉じ込められます。外部においては、危険なガスが急速かつ大規模に侵入するのを防ぎます。これは、内部で爆発性混合物が発生する確率と濃度を大幅に低減します。つまり、可燃物、酸化剤、発火源が同時に存在する可能性を低減するのに役立ちます。.

圧力封じ込めとエネルギー変換

この筐体は、超高強度の機械的構造により、爆発の機械的エネルギーを吸収・散逸させます。高強度筐体は、筐体のひび割れや金属片の発生を防ぎます。これにより、電気的故障による物理的損傷の重大なリスクを直接的に排除できます。さらに、爆発の衝撃波エネルギーは、筐体の微細な弾性変形と音響エネルギーに変換されます。これにより、爆発の破壊的な運動エネルギーも低減されます。.

炎を消せ

防爆筐体内部で爆発が発生し、高温の炎と燃焼生成物が狭く精密なフランジの隙間を通過する際、その熱は急速に金属製筐体へと伝導されます。そのため、炎の温度は外部の可燃性ガスの自然発火点以下に急激に低下します。これが炎を冷却する主な方法です。.

第二に、燃焼連鎖反応を維持するには、非常に活性の高いフリーラジカルが必要です。金属製の容器の壁はこれらのフリーラジカルを吸着・結合させるため、燃焼連鎖反応も中断されます。.

最終的に、接合部から噴出される物質は、高温で非常に活発な炎から、低温で不活性な高温排気ガスへと変化します。これは、外部環境における化学エネルギーや熱エネルギーの発生条件が完全に排除されることを意味します。これにより、災害の拡大経路を断つことができます。.

標準化された設計とシステム互換性

安全係数：防爆筐体の設計圧力は、理論上の最大爆発圧力よりもはるかに高い。この設計により、予期せぬ異常事態にも対応できる。.

分類管理：製品の設計は通常、ガスグループ（IIC、IIB、IIA）と温度グループ（T1～T6）に基づいて厳密に分類されます。これにより、より危険な環境において、より厳格な保護を提供できます。リスクをマッチングすることで、保護不足や過剰な保護を回避するのに役立ちます。.

体系的な互換性：防爆筐体のすべての付属品は、バリアシステム全体が完璧であることを保証するために、同じレベルの認証を受ける必要があります。.

規格と認証

防爆筐体は、外観や材質の厚さによって決まるものではありません。ATEX、IECExなどの国際的に認められた規格の検証に合格する必要があります。, UL, これは、内部爆発が発生した場合に周囲の大気を燃え上がらせることなく、安全に爆発を封じ込める能力をテストするものです。.

ATEX（ヨーロッパ）

ATEXは欧州連合における法的基準であり、製品規制として義務付けられています。ATEX指令2014/34/EUは主に機器および防爆システムに適用されます。この指令によれば、EU市場に出回るすべての防爆機器にはCEマークとExマークを貼付しなければなりません。また、製造業者と雇用主それぞれの責任を規定する指令も含まれています。.

ATEXは、爆発性ガス雰囲気の発生頻度に基づいて危険環境を分類します。以下は、ガスおよび蒸気に関する具体的な内容です。

ゾーン0通常運転時、爆発性雰囲気は継続的または長期間にわたって持続する。.

ゾーン1通常運転時においても、爆発性ガスが発生する可能性があります。.

ゾーン2: 動作環境には爆発性雰囲気が含まれる可能性は低く、また、含まれるとしても短時間である。.

埃っぽい作業環境向けに、この指令ではゾーン20、21、および22も定義している。.

取扱説明書は、機器が適用される危険区域に基づいて3つのカテゴリに分類されています。カテゴリ1はゾーン0またはゾーン20に適しており、非常に高い保護性能を提供します。カテゴリ2はゾーン1またはゾーン21に適しており、高い保護性能を提供します。カテゴリ3はゾーン2またはゾーン22に適しており、通常の保護性能を提供します。.

IECEx（国際）

IECExは、国際電気標準会議（IEC）が開発した国際認証システムです。IECExはヨーロッパ以外の地域でも認められており、世界的に認知された認証規格です。IECEx認証を取得した製品を選ぶことで、複数の国での認証取得の必要性を減らすことができます。IECExとATEXは技術的に非常に似ており、Ex d、Ex e、Ex i、Ex tなどの保護概念を共有しています。ほとんどの製品は通常、両方の認証を取得しています。.

NEC/CEC（北米）

北米（米国およびカナダ）では、防爆筐体は通常、分類システムに基づいて分類される。現在では、地域に基づく分類も認められている。.

NECとCECは、有害物質を種類に基づいて3つのカテゴリーに分類しています。クラスI（ガスおよび蒸気）、クラスII（可燃性粉塵）、クラスIII（繊維および飛散物）です。さらに、発生頻度に基づいて、区分1（通常条件下で存在する危険性）と区分2（異常条件下で存在する危険性）にも分類しています。.

ガスには種類ごとに異なるグループがあり、具体的にはA群（アセチレン）、B群（水素）、C群（エチレン）、D群（プロパン）などがある。粉塵もまた、E、F、Gの3つの等級に分類される。.

UL/CSA

北米では、防爆筐体は通常、Underwriters Laboratories（UL – 米国）とCanadian Standards Association（CSA – カナダ）によって認証されています。これらの認証は、防爆筐体が内部爆発に耐え、炎の経路が漏出したガスを冷却し、外部の大気への引火を防ぐことができることを示す試験に基づいています。認証された防爆筐体は、機械的および熱的要件も満たす必要があります。.

侵入保護と防爆

ご注意ください IP 定格主に粉塵や水に対する保護を目的とする規格であるATEXと、環境保護を目的とするNEMA規格は、それぞれ異なる保護基準に基づいています。両者とも危険区域の保護という点では共通していますが、ATEXやIECExと同等の基準ではありません。したがって、粉塵や水に耐えられる筐体は、防爆仕様とはみなされません。.

防爆・耐火電気筐体の用途

石油・ガス産業

石油・ガス産業は、最も厳格な防爆要件が求められる分野であり、その適用範囲も最も広い。その適用範囲は、採掘、輸送、精製といった全工程に及ぶ。海洋掘削施設、製油所、処理プラントなどの環境では、可燃性ガスや爆発性ガスが常時発生したり、頻繁に発生したりする。.

これらの環境は主にゾーン1に分類されます。この環境には、発火源となる可能性のある多数のアプリケーション機器が存在します。防爆筐体を使用することで、内部の故障や爆発が発火源とならないようにすることができます。.

化学処理プラントおよび医薬品製造

これら2つの産業は、生産環境が類似している。ただし、製薬産業には追加の衛生要件がある。どちらの環境にも、複雑な溶剤蒸気と可燃性粉塵が存在する。粉塵によるリスクは、医薬品製造工程においてより顕著である。隠れた発火源は、ミキサーや乾燥装置などの自動制御システムに多く見られる。.

このような環境では、防爆筐体はガス防爆（Ex d、Ex e）と粉塵防爆（Ex tD）の両方の要件を同時に満たす必要があります。複合保護筐体を選択することも可能です。さらに、防爆筐体は頻繁かつ高強度の化学洗浄剤による洗浄や腐食にも耐える必要があります。.

鉱業

メタンガスと石炭粉塵が充満する環境では、すべての電気機器は最高レベルの保護等級を持つ筐体を使用する必要があります。電気機器の筐体としては、通常、防爆型または本質安全防爆型を選択する必要があります。.

防爆性能に加えて、筐体には極めて高い機械的強度（IK等級）も必要です。これにより、岩石の衝突による損傷を効果的に防ぐことができます。頑丈なフランジと強化リブ構造を備えた筐体を選ぶ必要があります。.

再生可能エネルギー

再生可能エネルギー業界における一般的な応用例としては、バイオガス発電、水素発電、風力発電などが挙げられます。これらの発電施設は通常、遠隔地に設置されるため、耐環境性に優れた筐体を選択する必要があり、さらに塩水噴霧や紫外線から機器を保護する必要もあります。.

水素関連施設に適用する場合は、IICガス群指定の防爆筐体を使用する必要があります。これは、現在最も高いレベルのガス爆発防護基準です。.

工業製造業

工業製造環境は広範な分野ですが、そのリスクを過小評価することはできません。この環境における主なリスクは、金属粉塵、木粉塵、プラスチック粉塵などの可燃性粉塵から生じます。.

粉塵が引火する可能性のある場所では、防塵防爆構造（Ex tD）によって表面温度を制限し、粉塵が内部に侵入するのを防ぐ必要があります。作業場で最初の爆発が発生すると、蓄積された粉塵が舞い上がり、二次爆発を引き起こす可能性があります。防爆構造は、最初の爆発を効果的に封じ込めることができます。.

限界とよくある誤解

筐体は厚みがあり、しっかりと密閉されているため、防爆性能を備えている。.

筐体が防爆仕様であるかどうかを判断する唯一の方法は、Ex、IECExなどの防爆認証マークを確認することです。これらのマークがない筐体は、どれほど頑丈であっても、単なる標準的な電気筐体です。.

筐体の錆びや剥がれは、防爆機能に影響を与えません。.

精密防爆接合部の腐食は、隙間の幅や表面仕上げを変化させます。これにより、接合部の機能の一部が損なわれる可能性があります。したがって、錆の状態を評価し、適切に対処する必要があります。.

この防爆型電気筐体は、あらゆる危険環境で使用できます。.

防爆認証には、特定の適用条件があります。これには、ガスの種類（IIC、IIB、IIA）、温度の種類（T1～T6）、および環境温度範囲（Ta）が含まれます。IIB用の筐体をIIC環境で使用すると、非常に危険です。.

よくある質問

防爆筐体は爆発を完全に防ぐことができるのか？

防爆構造は内部爆発を完全に防ぐことはできません。その機能は爆発を封じ込め、漏れ出したガスを冷却することです。これにより、周囲のガスへの引火を防ぐことができます。.

不適切な設置は防爆性能を低下させる可能性がありますか？

はい。設置方法の誤りやメンテナンスの不備は、防爆性能を大幅に低下させるか、あるいは完全に失わせる可能性があります。.

防爆に適した電気機器用筐体はどのように選べばよいのでしょうか？

環境、危険度分類、システム要件など、さまざまな条件を評価し、その上で、ご使用の環境に適した認証済みの筐体を選択してください。.

最後に

KDMは、カスタム電気筐体の専門メーカーです。どのような業界や用途環境であっても、お客様の電気筐体のニーズにお応えします。当社は多くの国際的に有名なブランドと提携し、多くの認証を取得しています。お客様のカスタム生産計画に専念する専門チームを擁しています。電気筐体のカスタマイズに関するご要望がございましたら、お気軽にお問い合わせください。お問い合わせ.