危険区域の電気機器
電気工学では、 危険な場所 （ HazLocと略されることがあり、 Haz・Lōkと発音される場合があります）は、可燃性ガス、可燃性液体が生成する蒸気、可燃性液体が生成する蒸気、可燃性粉塵、または発火性物質による火災または爆発の危険がある場所として定義されます爆発性または発火性の混合物を生成するのに十分な量の空気中に存在する繊維/飛行。このような分類された場所に設置する必要のある電気機器は、アーク接点または機器の表面温度が高いために爆発を起こさないように特別に設計およびテストする必要があります。
炭鉱での信号または照明用の電気装置の導入には、可燃性ガスおよびほこりの電気的に開始された爆発が伴いました。エネルギーまたは熱の影響による爆発の電気的な開始を防ぐ電気機器の機能を識別するための技術標準が開発されました。いくつかの物理的な保護方法が使用されます。装置は、可燃性ガスやほこりが内部に侵入するのを防ぐように設計されています。装置は、内部で生成された燃焼ガスを封じ込めて冷却するのに十分な強度があります。または、電気機器は、指定された危険なガスを発火させるのに十分な強さの火花や温度を生成できないように設計されている場合があります。これらのタイプのモーターを統合することにより、機器、施設、および労働者が保護されたままになり、機械が損傷しないようにできます。
電気発火の危険
家庭用電灯のスイッチは、切り替え時に小さな無害な目に見える火花を放つことがあります。通常の大気では、このアークは問題になりませんが、可燃性の蒸気が存在する場合、アークは爆発を開始する可能性があります。化学工場や精製所での使用を目的とした電気機器は、デバイス内で爆発を封じ込めるように設計されているか、爆発を引き起こすのに十分なエネルギーで火花を発生させないように設計されています。
電気設備の安全性に関する多くの戦略が存在します。最も簡単な戦略は、危険なエリアに設置する電気機器の量を最小限に抑えることです。機器をエリアから完全に遠ざけるか、プロセスの改善や清浄な空気による換気によってエリアの危険性を減らします。本質安全、または非発火性の機器と配線方法は、低電力レベルと低蓄積エネルギーで設計された装置の一連の慣行です。周囲の爆発性混合物に点火できるアークを生成するには、エネルギーが不十分です。装置の筐体は、清浄な空気または不活性ガスで加圧することができ、さまざまな制御を備えて設計されており、そのようなガスの供給または圧力損失の場合に電力を除去したり、通知したりできます機器のアーク生成要素は、カプセル化、オイル、砂などへの浸漬によって周囲の大気から隔離することもできます。モーター巻線、ヒートトレースを含む電気ヒーター、照明器具などの発熱要素は、最大値を制限するように設計されることがよくあります関係する材料の自然発火温度より低い温度。外部温度と内部温度の両方が考慮されます。
電気設備のほとんどの分野と同様に、さまざまな国がさまざまな方法で危険地域の機器の標準化とテストに取り組んでいます。電気製品の流通において世界貿易がますます重要になるにつれて、国際的な基準が徐々に収束し、各国の規制機関がより広範な許容可能な技術を承認できるようになっています。
地域の分類は、たとえば米国労働安全衛生局などの政府機関によって要求され、コンプライアンスが実施されます。
ドキュメントの要件はさまざまです。多くの場合、エリア分類計画ビューが提供され、分類された各プラントエリアに使用される機器の定格と設置技術が特定されます。計画には、化学物質のグループと温度の評価のリスト、およびクラス、区分（ゾーン）、およびグループの組み合わせを示すために陰影が付けられた標高の詳細が含まれる場合があります。エリア分類プロセスには、運用、保守、安全、電気および計装の専門家の参加、プロセス図と材料フローの使用、MSDSおよび関連文書、情報と知識が必要です。雇用された。エリア分類のドキュメントは、プロセスの変更を反映するためにレビューおよび更新されます。
歴史
炭鉱に電力が導入されて間もなく、照明、信号、モーターなどの電気機器によって致命的な爆発が始まる可能性があることが発見されました。鉱山での火の湿気やメタンの蓄積の危険性は、電気が導入された頃にはよく知られており、石炭粉塵が浮遊する危険性もありました。少なくとも2回のイギリスの鉱山爆発は、電気ベル信号システムに起因していました。このシステムでは、2本のむき出しのワイヤがドリフトの長さに沿って走り、表面に信号を送りたいマイナーは、ワイヤに瞬間的に接触するか、金属工具でワイヤを橋渡しします。信号ベルコイルのインダクタンスは、露出した金属表面による接触の破壊と相まって、火花を発生させ、メタンに点火して爆発を引き起こす可能性がありました。
製油所や化学プラントなどの産業プラントでは、大量の可燃性の液体やガスを扱うと漏れのリスクが生じます。場合によっては、ガス、着火性の蒸気、または粉塵が常時または長期間存在します。他のエリアでは、プロセスの混乱、メンテナンス期間中の機器の劣化、またはインシデント中にのみ、可燃性物質の危険な濃度が発生します。製油所と化学プラントは、分割またはゾーンとして知られるガス、蒸気、または粉塵の放出のリスクのある領域に分割されます。
これらの危険なエリアのタイプとサイズを決定するプロセスは、エリア分類と呼ばれます。危険の程度を評価するためのガイダンスは、爆発性ガスまたは粉塵の雰囲気について、全米防火協会が発行したNFPA 497またはNFPA 499規格、またはAmerican Petroleum Instituteが発行したRP 500およびRP 505規格、およびIEC 60079に記載されています。爆発性ガスまたは粉塵の雰囲気について、国際電気標準会議によって公開された-10-1またはIEC 60079-10-2標準。
部門およびゾーン分類システム
National Fire Code Association（NEC）のNFPA 70は、National Fire Protection Associationによって発行されており、地域の分類と設置の原則を定義しています。 NEC部門およびゾーン分類システムの原則は、米国などの世界各国に適用されます。
具体的には、第500条ではNEC部門の分類システムについて説明し、第505条および506条ではNECゾーンの分類システムについて説明しています。 NECゾーン分類システムは、多国籍企業にIEC分類システムと調和できるシステムを提供し、管理の複雑さを軽減するために作成されました。
カナダにも同様のシステムがあり、地域の分類と設置の原則を定義するカナダ電気法規があります。 2つの可能な分類は、カナダ規格協会（CSA）C22.1カナダ電気コード（CEC）セクション18（ゾーン）および付録J（部門）に記載されています。
爆発性ガス領域の分類
典型的なガスの危険は炭化水素化合物によるものですが、水素とアンモニアは可燃性の一般的な産業ガスです。
クラスI、ディビジョン1分類場所可燃性ガス、蒸気、または液体の引火性濃度が常に存在する可能性のあるエリア、または通常の動作条件下で一部の時間。クラスI、ディビジョン1エリアには、ゾーン0とゾーン1のエリアの組み合わせが含まれますゾーン0分類された場所可燃性ガス、蒸気、または液体の引火性濃度が連続的または通常の動作条件下で長期間存在するエリアこの例は、タンクまたはドラムの上部の液体の上の蒸気空間です。 ANSI / NEC分類方法は、この環境をクラスI、ディビジョン1エリアと見なします。ゾーン0のガイドとして、これは1000時間/年以上または時間の10％以上として定義できます。ゾーン1分類場所可燃性ガス、蒸気、または液体の発火性濃度が通常の動作条件下で存在する可能性があるエリア。ゾーン1のガイドとして、これは10〜1000時間/年または時間の0.1〜10％として定義できます。クラスI、ディビジョン2またはゾーン2の分類された場所可燃性ガス、蒸気または液体の発火性濃度があるエリア通常の動作状態では存在しそうにありません。この領域では、ガス、蒸気、または液体は異常な状態でのみ存在します（ほとんどの場合、異常な状態で漏れます）。ゾーン2の一般的なガイドとして、不要な物質は1年あたり10時間または時間の0〜0.1％のみに存在する必要があります。分類されていない場所非危険または通常の場所としても知られるこれらの場所は、クラスI、ディビジョン1またはディビジョン2。ゾーン0、ゾーン1またはゾーン2。またはその任意の組み合わせ。このような領域には、爆発性または可燃性ガスの放出の唯一のリスクがエアロゾルスプレーの噴射剤などである住宅またはオフィスが含まれます。爆発性または可燃性の液体は、塗料とブラシクリーナーだけです。これらは、爆発を引き起こす非常に低いリスクとして指定されており、火災のリスクが高くなります（ただし、住宅の建物でガス爆発が発生します）。化学プラントおよびその他のプラントには、危険ガスがその低い可燃性限界（または低い爆発限界（LEL））の25％未満の濃度に希釈されていることが確実である未分類の場所があります。爆発性粉塵エリアの分類
空気中に浮遊すると可燃性の粉塵が爆発する可能性があります。英国の標準に対する地域分類の古いシステムでは、文字のシステムを使用してゾーンを指定していました。これは、危険物質および爆発物大気規制2002として英国で実施された指令1999/92 / EUに定められているように、欧州の数値システムに置き換えられました。
これらの危険な場所の境界と範囲は、有能な人が決定する必要があります。工場のサイトプランを作成し、部門またはゾーンをマークする必要があります。
NEC：
クラスII、ディビジョン1の分類された場所可燃性ダストの発火性濃度が通常の動作条件下で常時または一部存在する可能性のあるエリアクラスII、ディビジョン2の分類された場所可燃性ダストの発火性濃度が起こりそうにないエリアクラスIII、区分1の分類された場所発火しやすい繊維または可燃性の飛翔物を生成する材料が取り扱われ、製造または使用される領域クラスIII、区分2の分類された場所容易に点火可能な繊維が保管または取り扱われる領域アメリカ以外：
ゾーン20の分類された場所可燃性粉塵または発火性繊維/飛翔物の発火性濃度が連続的に、または通常の動作条件下で長期間存在する領域ゾーン21分類された場所可燃性粉塵または発火性繊維/飛翔物の発火性濃度がありそうな領域ゾーン22分類された場所可燃性粉塵または発火性繊維/飛翔物の発火性濃度が通常の運用条件下で存在する可能性が低いエリア非分類の場所非危険または通常の場所としても知られるこれらの場所クラスII、ディビジョン1、ディビジョン2のいずれでもない。クラスIII、ディビジョン1またはディビジョン2。ゾーン20、ゾーン21またはゾーン22。またはその任意の組み合わせ。ガスおよびダストグループ
爆発性雰囲気には、爆発の可能性と重症度に影響を与えるさまざまな化学的性質があります。このような特性には、火炎温度、最小発火エネルギー、爆発の上限と下限、および分子量が含まれます。経験的テストを実施して、最大実験安全ギャップ（MESG）、最小点火電流（MIC）比、爆発圧力とピーク圧力までの時間、自然発火温度、最大圧力上昇率などのパラメーターを決定します。すべての物質にはさまざまな特性の組み合わせがありますが、同様の範囲にランク付けできるため、危険区域の機器の選択が簡単になります。
可燃性液体の可燃性は、引火点によって定義されます。引火点は、材料が発火性混合物を形成するのに十分な量の蒸気を生成する温度です。引火点は、エリアを分類する必要があるかどうかを決定します。材料の引火点が比較的低い場合でも、引火点が周囲温度を超える場合、その領域を分類する必要はありません。逆に、同じ材料を引火点より上で加熱して処理する場合、適切な電気システム設計のためにエリアを分類する必要があります。そうすると、点火可能な混合物が形成されます。
産業で使用される各化学ガスまたは蒸気は、ガスグループに分類されます。
| NEC事業部システムガス＆ダストグループ | ||
|---|---|---|
| 範囲 | グループ | 代表的な資料 |
| クラスI、ディビジョン1および2 | A | アセチレン |
| B | 水素 | |
| C | エチレン | |
| D | プロパン | |
| クラスII、ディビジョン1および2 | E（部門1のみ） | マグネシウムなどの金属粉塵（部門1のみ） |
| F | 炭素や木炭などの炭素質ダスト | |
| G | 小麦粉、穀物、木材、プラスチックなどの非導電性ダスト | |
| クラスIII、ディビジョン1および2 | 無し | 綿の糸くず、亜麻、レーヨンなどの発火性の繊維/飛行 |
| NEC＆IECゾーンシステムガス＆ダストグループ | ||
|---|---|---|
| 範囲 | グループ | 代表的な資料 |
| ゾーン0、1、2 | IIC | アセチレンと水素 （NECクラスI、グループAおよびBと同等） |
| IIB + H2 | 水素 （NECクラスI、グループBに相当） | |
| IIB | エチレン （NECクラスI、グループCに相当） | |
| IIA | プロパン （NECクラスI、グループDに相当） | |
| ゾーン20、21、22 | IIIC | マグネシウムなどの導電性ダスト （NECクラスII、グループEに相当） |
| IIIB | 小麦粉、穀物、木材、プラスチックなどの非導電性ダスト （NECクラスII、グループFおよびGと同等） | |
| IIIA | 綿の糸くず、亜麻、レーヨンなどの発火性の繊維/飛行 （NECクラスIIIに相当 | |
| 火力に弱い鉱山 | I（IECのみ） | メタン |
グループIICは、最も厳しいゾーンシステムのガスグループです。このグループのガスの危険は、実際に非常に簡単に発火する可能性があります。グループIICに適しているとマークされた機器は、IIBおよびIIAにも適しています。 IIBに適しているとマークされた機器は、IIAにも適していますが、IICには適していません。機器にEx e II T4などのマークが付けられている場合、すべてのサブグループIIA、IIB、およびIICに適しています
製油所/化学コンビナートにあるすべての爆発物のリストを作成し、分類されたエリアのサイトプランに含める必要があります。上記のグループは、点火された場合に材料がどれだけ爆発するかによって形成され、IICは最も爆発性の高いゾーンシステムガスグループであり、IIAは最小です。また、グループは、エネルギーまたは熱効果によって材料に点火するために必要なエネルギー量を示します。IIAはゾーンシステムガスグループで最も多くのエネルギーを必要とし、IICは最も少なくて済みます。
温度分類
もう1つの重要な考慮事項は、電気機器の温度分類です。危険な雰囲気にさらされる可能性のある表面温度または電気機器の部品は、機器が設置される予定のエリアの特定のガスまたは蒸気の自動発火温度の80％を超えないことをテストする必要があります。中古。
電気機器ラベルの温度分類は、次のいずれかになります（摂氏）。
| アメリカ°C | 国際 （IEC）°C | ドイツ°C 連続-短時間 | |
|---|---|---|---|
| T1-450 | T3A-180 | T1-450 | G1：360〜400 |
| T2-300 | T3B-165 | T2-300 | G2：240〜270 |
| T2A-280 | T3C-160 | T3-200 | G3：160〜180 |
| T2B-260 | T4-135 | T4-135 | G4：110〜125 |
| T2C-230 | T4A-120 | T5〜100 | G5：80〜90 |
| T2D-215 | T5〜100 | T6-85 | |
| T3-200 | T6-85 | ||
上記の表から、温度分類がT3の電気機器の表面温度は200℃を超えないことがわかります。
自然発火温度
液体、気体、または蒸気の自然発火温度は、火花や火炎などの外部熱源なしで物質が発火する大気圧での最低温度です。これは、産業および技術アプリケーションの温度クラスの分類に使用されます。決定される正確な温度値は、実験室の試験条件と装置によって異なります。一般的な物質のこのような温度は次のとおりです。
| ガス | 温度 |
|---|---|
| メタン | 580°C |
| 水素 | 560°C |
| プロパン | 493°C |
| エチレン | 425°C |
| アセチレン | 305°C |
| ナフサ | 290°C |
| 二硫化炭素 | 102°C |
高圧蒸気管の表面は、一部の燃料/空気混合物の自然発火温度を超える場合があります。
自然発火温度（ダスト）
ほこりの自然発火温度は通常、蒸気とガスの自然発火温度よりも高くなっています。一般的な材料の例は次のとおりです。
| 物質 | 温度 |
|---|---|
| シュガー | 460°C |
| 木材 | 340°C |
| 小麦粉 | 340°C |
| 粒 | 300°C |
| お茶 | 300°C |
保護の種類
特定の状況で安全性を確保するために、製造方法とさまざまな状況への適合性に従って、機器は保護レベルのカテゴリに分類されます。カテゴリー1は最高の安全レベルで、カテゴリー3は最低です。保護には多くの種類がありますが、いくつかは詳細です
| 元コード | 説明 | 標準 | ロケーション | つかいます | |
|---|---|---|---|---|---|
| 難燃性 | d | 機器の構造は、内部爆発に耐えることができ、ねじ込み継手または機械加工されたフランジによって作成されたラビリンスなどのフレームギャップを介して外部圧力を緩和できるようになっています。逃げる（高温の）ガスは、それらがエンクロージャーの外側に到達するまでに外部の発火源にならないように、逃げ道に沿って十分に冷却する必要があります。 機器には難燃性ギャップがあります（最大0.006 "（150 um）プロパン/エチレン、0.004"（100 um）アセチレン/水素） | IEC / EN 60079-1 | ガスグループと温度の場合、ゾーン1クラス正しい | モーター、照明、ジャンクションボックス、電子機器 |
| 安全性の向上 | e | 機器は非常に堅牢で、コンポーネントは高品質に作られています | IEC / EN 60079-7 | ゾーン2またはゾーン1 | モーター、照明、ジャンクションボックス |
| オイル充填 | o | 機器コンポーネントは完全にオイルに浸されています | IEC / EN 60079-6 | ゾーン2またはゾーン1 | 開閉装置 |
| 砂/粉末/石英充填 | q | 機器コンポーネントは、砂、粉末、または石英の層で完全に覆われています | IEC / EN 60079-5 | ゾーン2またはゾーン1 | 電子機器、電話、チョーク |
| カプセル化 | m | 機器の機器コンポーネントは通常、樹脂タイプの材料で覆われています | IEC / EN 60079-18 | ゾーン1（Ex mb）またはゾーン0（Ex ma） | エレクトロニクス（熱なし） |
| 加圧/パージ | p | 機器は、空気または不活性ガスで周囲の雰囲気に対して正圧に加圧されているため、周囲の着火可能な雰囲気が装置の通電部分と接触することはありません。過圧は監視、維持、制御されます。 | IEC / EN 60079-2 | ゾーン1（pxまたはpy）、またはゾーン2（pz） | 分析装置、モーター、制御ボックス、コンピューター |
| 本質的に安全 | 私 | この機器のアークや火花には、蒸気を発火させるのに十分なエネルギー（熱）がありません 機器は、IP54に提供されている任意のハウジングに設置できます。 | IEC / EN 60079-25 IEC / EN 60079-11 IEC / EN60079-27 | 'ia'：ゾーン0＆ 「ib」：ゾーン1 'ic：ゾーン2 | 計装、測定、制御 |
| 非インセンティブ | n | 機器は、非発火性または非スパーク性です。 計装の特別な標準はIEC / EN 60079-27であり、フィールドバス非インセンティブコンセプト（FNICO）の要件を説明しています（ゾーン2） | IEC / EN 60079-15 IEC / EN 60079-27 | ゾーン2 | モーター、照明、ジャンクションボックス、電子機器 |
| 特別な保護 | s | 定義上特別なこのメソッドには、特定のルールはありません。実際には、使用中に必要な程度の安全性があることが証明できる方法です。 Ex保護を備えた初期の機器の多くはカプセル化を使用して設計されていましたが、これは現在IEC 60079-18に組み込まれています。 Ex sは、IEC 60079-0で参照されているコーディングです。 EPLおよびATEXカテゴリを直接使用することは、「s」マーキングの代替手段です。 IEC規格EN 60079-33が公開され、すぐに有効になると予想されるため、Ex-sについても通常のEx認証が可能になります。 | IEC / EN 60079-33 | 製造業者の認定に応じたゾーン。 | その認定が示すように |
保護の種類は、maとmb、px、pyとpz、ia、ib、icというEPLにリンクされたいくつかのサブクラスに細分化されます。下位区分には最も厳しい安全要件があり、同時に複数の独立したコンポーネントの障害を考慮します。
複数の保護
EEx定格機器の多くのアイテムは、装置のさまざまなコンポーネントで複数の保護方法を採用しています。これらには、個々のメソッドごとにラベルが付けられます。たとえば、EEx'de 'というラベルの付いたソケットコンセントには、EEx' e 'に対応するケースと、EEx' d 'に対応するスイッチがあります。
機器保護レベル
近年、機器保護レベル（EPL）もいくつかの種類の保護に指定されています。必要な保護レベルは、以下で説明するゾーンでの使用目的にリンクされています。
| グループ | 元リスク | ゾーン | EPL | 最小保護タイプ |
|---|---|---|---|---|
| 私（私のもの） | 通電 | マ | ||
| II（ガス） | 爆発性雰囲気> 1000時間/年 | 0 | ガ | 私は |
| II（ガス） | 10〜1000時間/年の爆発性雰囲気 | 1 | Gb | ib、mb、px、py、d、e、o、q、s |
| II（ガス） | 1〜10時間/年の爆発性雰囲気 | 2 | Gc | n、ic、pz |
| III（ほこり） | 爆発物表面> 1000時間/年 | 20 | ダ | ia |
| III（ほこり） | 10〜1000時間/年の爆発性表面 | 21 | Db | ib |
| III（ほこり） | 1〜10時間/年の爆発性表面 | 22 | Dc | IC |
機器カテゴリ
機器カテゴリは、機器によって提供される保護のレベルを示します。
- カテゴリ1の機器は、ゾーン0、ゾーン1、またはゾーン2エリアで使用できます。
- カテゴリ2の機器は、ゾーン1またはゾーン2エリアで使用できます。
- カテゴリー3の機器は、ゾーン2エリアでのみ使用できます。
ラベリング
危険区域での使用が認定されているすべての機器には、適用されている保護のタイプとレベルを示すラベルを付ける必要があります。
ヨーロッパ
ヨーロッパでは、ラベルにCEマークと認証機関のコード番号（Notified Body）を表示する必要があります。 CEマーキングは、Exマーク（ギリシャ文字イプシロンchiの付いた黄色で塗りつぶされた六角形）、グループ、カテゴリ、およびグループII機器の場合はガス（G）またはダスト（D）に関連する表示で補完されます。例：Ex II 1 G（防爆、グループ2、カテゴリ1、ガス）使用されている特定のタイプの保護がマークされます。
- Ex ia IIC T4。 （タイプia、グループ2Cガス、温度クラス4）。
- Ex nA II T3 X（タイプn、ノンスパーク、グループ2ガス、温度クラス3、特別な条件が適用されます）。
危険区域用の産業用電気機器は、ガスの危険に関する標準IEC 60079、および粉塵の危険に関するIEC 61241の適切な部品に適合している必要があり、場合によっては、その標準を満たしていると認定されます。独立したテストハウス（Notified Bodiesとして知られている）はほとんどのヨーロッパ諸国で設立されており、これらのいずれかからの証明書はEU全体で受け入れられます。英国では、DTIは英国内の通知機関のリストを任命し、維持しています。そのうち、SiraとBaseefaが最もよく知られています。
オーストラリアとニュージーランドは同じIEC 60079規格（AS / NZS 60079として採用）を使用していますが、CEマークは必要ありません。
北米
北米では、特定の危険区域に対する機器の適合性は、全国的に認められた試験所によって試験されなければなりません。このような機関は、たとえばUL、MET、FM、CSA、またはIntertek（ETL）です。
ラベルには、常にクラス、部門がリストされ、グループおよび温度コードがリストされる場合があります。ラベルのすぐ隣にあるものは、リスティング代理店のマークを見つけます。
一部のメーカーは、技術文献で「適合性」または「組み込み」の危険な領域を主張していますが、実際には試験機関の認証がなく、したがって、AHJ（Authority Have Jurisdiction）が電気設備/システムの動作を許可することを受け入れられません。
ディビジョン1エリアのすべての機器には承認ラベルが必要ですが、硬質金属導管などの特定の材料には、Cl。/ Div.1の適合性を示す特定のラベルがなく、NECでの承認された設置方法としてのリストは許可。ディビジョン2エリアの一部の機器は、通常アーク成分を含まない標準的な3相誘導モーターなど、特定のラベルを必要としません。
マーキングには、製造業者の名前または商標と住所、装置の種類、名前とシリアル番号、製造年、および特別な使用条件も含まれます。 NEMAエンクロージャの定格またはIPコードも表示される場合がありますが、通常は分類エリアの適合性とは無関係です。
