「防爆」という言葉を聞いたことがありますでしょうか。
工場や化学プラント、鉱山などの作業現場において、「防爆」は非常に重要なキーワードの１つです。
これらの現場では爆発性ガスや粉塵、可燃性液体の蒸気などが空気中に放出され、それが酸素と混合することで「爆発性雰囲気」が生成される可能性があります。
このような環境下で電気機器を使用する際、電気の火花や高温の物体が着火源となり、爆発や火災を引き起こすリスクがあります。
これを防ぐための技術のことを「防爆」と言い、電気機器に施される防爆のための設計や構造のことを「防爆構造」と呼びます。
この記事では、防爆構造の種類やその特徴といった基本的な知識について、詳しく解説していきます。
石油工場や塗料工場などで使う電気機器は「防爆構造」が必須です
危険場所について
危険場所は防爆エリアとも言い、防爆構造の電気機器を使用しないと爆発・火災の危険性がある爆発性雰囲気の存在する場所を指します。
その対象となる危険場所は、空気中に発生する可燃性物質の時間や頻度によって大きく3種類に分けられます。
特別危険箇所（Zone 0）
特別危険箇所は、爆発性雰囲気が常に続いている状態で、連続ないし⻑時間に渡って爆発性ガスが存在している箇所です。
例えば、石油などの可燃性液体や天然ガスなどの爆発性ガスが貯蔵されているタンクの中などですね。このような場所は範囲が大きいですし換気性も非常に悪いので、常に爆発性雰囲気の状態が続くことになります。ここで何かに引火して爆発したら非常に大きな災害になりかねません。
危険箇所の中でも最も危険なエリアが「特別危険箇所」です。
第1類危険箇所（Zone 1）
第1類危険箇所は、通常の状態で爆発性ガスや蒸気がたびたび発生し、爆発性雰囲気が生成される可能性が高い箇所のことを指します。
例えば、化学プラントやガス供給設備の周辺など、設備を動かしたり点検したりするときに爆発性ガスが漏れる可能性がある場所などが該当します。
特別危険箇所よりはリスクは低いものの、該当する場所が多いのが特徴です。
第2類危険箇所（Zone 2）
通常の状態で爆発性雰囲気が生成される可能性が低く、生成されたとしても異常時など短時間でしか持続しない場所のことを第2類危険箇所と呼びます。
そのため、通常の条件下では爆発性雰囲気は生成されないが、装置の故障や配管の漏れなどによって、一時的に爆発性ガスが発生する恐れがある場所などが第２類危険箇所に該当します。
最もリスクが低い危険箇所ですが適正な防爆対策は必要です。
防爆構造の種類について
主な防爆構造には次のような種類があります。
耐圧防爆構造
引用先：株式会社中村電機製作所【防爆とは？】
耐圧防爆構造とは、着火源となる電気機器を強固な容器に入れて、中に侵入したガスに引火して爆発しても外に影響がないよう設計された防爆構造を言います。
「中で爆発しても外に影響ないから安全だよね」という考え方です
内部の爆発に耐えうる構造であることから、耐圧防爆構造の電気機器は普通のものよりも大きく重くなるのが特徴でありデメリットです。
ただし、耐圧防爆構造の機器は「ただゴツくなっただけ」である場合がほとんどであるため取り扱い自体は比較的容易で、また強固な造りであることから耐久性に優れています。
耐圧防爆構造の特徴
- 非常に強固な造りなため重くゴツい
- 容器内といえど爆発することを前提としている
- 耐久性が高く、長期間に渡って使用が可能
- 他の防爆構造と比較して機器自体の価格が高い
耐圧防爆構造機器の例
① ジョイントボックス
引用先：IDEC【EJ1A形接続箱（耐圧防爆構造）】
② コントロールボックス
引用先：株式会社中村電機製作所【耐圧防爆形EXｺﾝﾄﾛｰﾙﾎﾞｯｸｽ】
③ 光電センサ
引用先：中村電機製作所【耐圧防爆形光電ｽｲｯﾁ EXPH-□】
④ リミットスイッチ
引用先：ｱｽﾞﾋﾞﾙ【防爆形ﾘﾐｯﾄｽｲｯﾁ】
⑤ モータ
引用先：TMEIC【TM21 d2G4 耐圧防爆ｼﾘｰｽﾞ 中形かご形三相誘導ﾓｰﾀ】
確かに爆発してもビクともしなさそうだね
内圧防爆構造
引用先：株式会社中村電機製作所【防爆とは？】
内圧防爆構造は、着火源となる電気機器を入れた容器内に空気や窒素などの保護気体を注入して、内部の圧力を外部よりも高く保つことで爆発性ガスが中に入らないようにした防爆構造です。
「内部に燃えるガスが入ってこないから安全だよね」という考え方です
内圧防爆構造にはポンプで気体を送り続けて内圧を保つ「封入式」と、空気を常に循環して外部からの爆発性ガスの侵入を防ぐ「通風式」、内部のガス濃度を薄める目的で気体を送り続ける「希釈式」の3種類があります。
内圧防爆構造はほとんどが制御盤や操作盤などに採用されており、耐圧防爆構造のように分厚く大きな盤にならないのがメリットです。
内圧防爆構造の特徴
- ブロアやコンプレッサなどの送風機が必要
- 圧力差を常に保ち続ける必要がある
- 機密性の維持のため定期的なメンテナンスが不可欠
- 制御盤など、箱体での使用に限定される
- 耐圧防爆と比較して軽量コンパクト
- 納期やコストを抑えることができる
- 比較的大型な盤の製作も可能
内圧防爆構造機器の例
① 制御盤パターン1
引用先：株式会社中村電機製作所【内圧防爆形操作盤】
② 制御盤パターン2
引用先：IDEC【SFFN/WFON形内圧防爆構造制御盤】
盤が複雑になるほど内圧防爆構造が有利だね
本質安全防爆構造
引用先：株式会社中村電機製作所【防爆とは？】
本質安全防爆構造は、危険場所にある電気機器の電圧などを低く抑えるなどの対策を行うことで、電気機器から着火源となる火花が発生しないよう設計・証明された防爆構造です。
「断線・短絡しても火花が出ないから安全だよね」という考え方です
本質安全防爆構造の電気機器は、主に光電センサや検知器などのセンサ類、表示灯やタッチパネルなどの盤面機器に幅広く採用されていて、保護機能を持った電源装置とセットで使用するのが一般的です。
本質安全防爆構造の機器は、耐圧防爆構造と比べて非常に軽量コンパクトなのが特徴で、価格についても比較的安価であることから、機器の数が多い場合は耐圧防爆構造の機器よりもコスト的に有利になります。
また、本質安全防爆構造の電気機器は特別危険箇所でも使用できることから、非常に安全な防爆構造の1つと言えます。
反面、保護機能付電源装置と必ず組み合わせて使用する必要があるため、危険場所と非危険場所にそれぞれ機器を配置する必要があること、機器点数が多くなるため故障リスクが増えるなどのデメリットがあります。
本質安全防爆構造の特徴
- 着火源がないため爆発のリスクが非常に低い
- 幅広い危険場所に適用ができる（Zone0〜Zone2）
- 防爆構造でない機器とサイズがほとんど同じ
- 比較的安価で入手可能
- 本体と電源装置や保護装置などのユニットが別途必要
- 耐圧防爆構造の機器よりも種類が少ない
本質安全防爆構造機器の例
① 光電センサ及びバリアリレー
引用先：竹中電子工業株式会社【XNE2(KCS)ｼﾘｰｽﾞ】
引用先：竹中電子工業株式会社【TBD-200Aｼﾘｰｽﾞ】
② 表示灯・スイッチ及びランプバリア
引用先：IDEC【EB3L形ﾗﾝﾌﾟﾊﾞﾘｱ（本質安全防爆構造）】
③ 温度センサ及びバリア
引用先：株式会社チノー【本質安全防爆形測温抵抗体 NR】
本質安全防爆構造の機器はセンサ類が多い印象だね
その他の防爆構造
安全増防爆構造
正常な場合は火花などが発生しない電気機器を一定の対策が施された容器に入れることで、より安全性が高くなるよう設計された防爆構造です。
耐圧防爆構造のものと比べて軽量で扱いやすい反面、第２類危険箇所での使用に限定されます。
油入防爆構造
着火源となる電気機器を油に浸すことで爆発性ガスと着火源が接触しないよう対策された防爆構造です。
非点火防爆構造
正常な場合や異常時においても火花が発生しない、もしくは引火させる能力がない機器に対して適用される防爆構造です。簡易防爆とも呼ばれ、第２類危険箇所でしか使用ができません。
モールド防爆構造（樹脂充填防爆構造）
絶縁性樹脂を電気機器の内部に充填し、外部からガスが侵入しないようにすることで、着火源が爆発性ガスと接触しないように対策された防爆構造です。
絶縁性樹脂は外装を兼ねることもできるため機器の小型化や軽量化が可能になるほか、他の防爆構造と組み合わせやすい点もメリットの１つです。
この防爆構造は特定危険箇所でも使うことができます。
日本の防爆構造は「耐圧」「内圧」「本質安全」が大半を占めます
どの危険場所で使用できるか
危険箇所によってどの防爆構造が適用できるかが決められています。
| 防爆構造 | 特定 危険箇所 | 第１類 危険箇所 | 第２類 危険箇所 |
| 耐圧 | × | ○ | ○ |
| 内圧 | × | ○ | ○ |
| 本質安全 | ○ | ○ | ○ |
| 安全増 | × | × | ○ |
| 油入 | × | ○ | ○ |
| 非点火 | × | × | ○ |
| モールド | ○ | ○ | ○ |
防爆機器の表示記号について
各防爆機器には防爆の構造やスペックに応じた表記が記号を用いてなされています。
①防爆構造 | ②爆発等級 | ③発火度 |
①防爆構造
防爆構造の種類に応じて次の記号で表されます。
| 防爆構造の種類 | ①の記号 |
| 耐圧防爆 | ｄ |
| 内圧防爆 | ｆ |
| 本質安全防爆 | ｉ |
| 安全増防爆 | ｅ |
| 油入防爆 | ｏ |
| 非点火防爆 | ｎ |
| モールド防爆 | ｍ |
②爆発等級
爆発等級とは、容器の「スキ」が奥行き25㎜に対して、火が外に出るスキの最小値を表したものを等級分けしたものを言います。
引用先：IDEC【防爆技術】
爆発等級は全部で3等級まであり、1〜3の記号で表されます。
| 爆発等級 | スキの最小値 | ②の記号 |
| 等級１ | 0.6㎜を超える | 1 |
| 等級２ | 0.4㎜を超え0.6㎜以下 | 2 |
| 等級３ | 0.4㎜以下 | 3 |
③発火度
発火度は爆発性ガスが自然発火する温度を発火点別に記号で表したものです。
| 発火点 | ③の記号 |
| 450℃を超えるもの | G1 |
| 300℃を超え450℃以下のもの | G2 |
| 200℃を超え300℃以下のもの | G3 |
| 135℃を超え200℃以下のもの | G4 |
| 100℃を超え135℃以下のもの | G5 |
| 85℃を超え100℃以下のもの | G6 |
防爆表記の例
上記の記号を使って以下のように表記します。
| ①防爆構造 ｄ | ②爆発等級 2 | ③発火度 Ｇ４ |
「ｄ２Ｇ４」は構造は「耐圧防爆」で爆発等級は「２」、発火度は「Ｇ４」を表します。
つまり、容器のスキの最小値が0.4㎜超〜0.6㎜以下しかなく、ガスの自然発火点が135℃超〜200℃以下の爆発性雰囲気中でも使用ができる機器となります。
尚、この機器は爆発等級が「2」だけではなくその下の「1」、及び発火度「G4」以下の「G3」〜「G1」についても使用が可能です。
このようにして、防爆機器に示されている表記を読み取ります。
防爆機器の銘板には必ずこの表記がされているよ
代表的な爆発性ガスの爆発等級と発火度
代表的な爆発性ガスについて、その爆発等級と発火度は以下の通りです。
| G1 | G2 | G3 | G4 | G5 | G6 | |
| 爆発等級1 | アセトン アンモニア 一酸化炭素 エタン 酢酸 トルエン ベンゼン メタン | エタノール 酢酸イソペンチル 酢酸エチル プロパン メタノール | ガソリン ヘキサン | アセトアルデヒド エチルエーテル | ー | |
| 爆発等級2 | 石炭ガス | エチレン エチレンオキシド | ー | |||
| 爆発等級3 | 水性ガス 水素 | アセチレン | 二硫化炭素 | ー |
爆発性ガスの種類は他にも沢山あります
まとめ
以上、「防爆」について規格の種類や特徴についてお伝えしました。
防爆は化学プラントなどの爆発性雰囲気で安全に設備を稼働させるために必要不可欠な概念です。
規格や種類の内容を正しく理解し、適正な機器・方法を選定するようにしてください。
