本質安全

本質安全 （ IS ）は、点火に使用できるエネルギー、電気および熱を制限することにより、危険区域で電気機器を安全に操作するための保護技術です。低電流および低電圧で動作できる信号および制御回路では、固有の安全アプローチにより回路が簡素化され、他の保護方法よりも設置コストが削減されます。危険な濃度の可燃性ガスやほこりのある地域は、石油化学精製所や鉱山などの用途に見られます。規律として、それは計装における固有の安全性の応用です。電気モーターや照明などの高出力回路では、保護のために本質的な安全方法を使用できません。

操作と設計の原則

通常の使用では、電気機器は多くの場合、スイッチ、モーターブラシ、コネクタ、その他の場所に小さな電気アーク（内部火花）を生成します。コンパクトな電気機器も熱を生成しますが、状況によっては発火源になる場合があります。

爆発危険区域で使用するために機器を安全にする方法は複数あります。本質的な安全性（ATEXおよびIECEx爆発分類で「i」で示される）は、電気機器で利用可能ないくつかの方法の1つです。その他には、防爆（NEC 500）または耐圧防爆エンクロージャ（IEC、ATEXおよびNEC 505の「d」）、安全性の向上（「e」）、カプセル化（「m」）、密閉式ブレークデバイス（「nC」）、密閉型デバイス（「nC」）、密閉デバイス（「nC」）、制限呼吸エンクロージャ（「nR」）、油浸（「o」）、光放射の保護（「op」）、通気（「p」） ）、粉末または砂の充填（「q」）、特別な保護（「s」）、およびエンクロージャーによる粉塵発火保護（「t」）。ハンドヘルドエレクトロニクスの場合、本質的な安全性は、機能デバイスを爆発保護する唯一の現実的な方法です。本質的に安全と呼ばれるデバイスは、たとえデバイスが劣化したり損傷したとしても、爆発性雰囲気に点火するのに十分な熱または火花を生成できないように設計されています。

本質的に安全な電子機器の設計には、内部スパークの低減または排除、コンポーネントの温度の制御、塵が回路を短絡させる可能性のあるコンポーネントの間隔の排除など、いくつかの考慮事項があります。コンポーネント内の火花電位の除去は、特定の回路およびシステム全体で利用可能なエネルギーを制限することにより達成されます。半導体デバイスの内部短絡などの特定の障害状態では、温度が問題になります。これは、コンポーネントの温度が、通常の使用時でも爆発性ガスを発火させるレベルまで上昇する可能性があるためです。抵抗器やヒューズによる電流制限などの保護手段を使用して、いかなる状況でも、コンポーネントが可燃性雰囲気の自己発火を引き起こす可能性のある温度に到達しないようにする必要があります。今日使用されている非常にコンパクトな電子デバイスでは、PCBにはコンポーネントの間隔があり、ほこりやその他の粒子状物質が回路に作用すると、コンポーネント間にアークが発生する可能性があります。

本質的な安全性の背後にある主な概念は、危険な雰囲気（爆発性ガスまたは粉塵）の発火が発生しないように、システムで利用可能な電気および熱エネルギーを制限することです。これは、低電圧と電流のみが危険な領域に流れ込み、大幅なエネルギー貯蔵が不可能になるようにすることで実現されます。

最も一般的な保護方法の1つは、直列抵抗を使用して電流を制限することです（常にフェールオープンする抵抗の種類を使用）。複数のツェナーダイオードで電圧を制限します。ツェナーバリアでは、危険な入力電位が接地されます。ガルバニック絶縁バリアでは、2つの間に絶縁層を挿入することにより、安全エリア回路と危険エリア回路が直接接続されません。本質安全設計の認証基準（主にIEC 60079-11ですが、2015年以降はIEC TS 60079-39も）は一般に、バリアが制限コンポーネントに特定の損傷を与えた場合に、承認されたレベルの電圧と電流を超えないことを要求しています

危険なエリアで使用する機器または計装は、低電圧および低電流で動作するように設計され、火花で放電する可能性のある大きなコンデンサやインダクタなしで設計されます。機器は、承認された配線方法を使用して、安全バリアを含む非危険エリアのコントロールパネルに接続されます。安全バリアは、通常の動作で、機器保護レベル、EPLに応じた障害の適用により、計器回路と他の電源との間に偶発的な接触が発生した場合でも、承認された電圧と電流が危険範囲。

たとえば、可燃性製品が海上ターミナルとタンカー船またはバージの間で転送される海上輸送作業中は、流出などの予期しない理由で輸送を停止する必要がある場合に備えて、双方向無線通信を常に維持する必要があります。米国沿岸警備隊は、双方向無線機が本質的に安全であると認定される必要があります。

別の例は、製油所などの爆発性雰囲気で使用される本質的に安全な、または防爆型の携帯電話です。本質的に安全な携帯電話は、爆発性雰囲気で使用するためのUL、ATEX指令、またはIECEx認証を取得するために、特別なバッテリー設計基準を満たす必要があります。

適切に設計されたバッテリー駆動の自己完結型デバイスのみが、本質的に安全です。他のフィールドデバイスと配線は、適切に設計されたISシステムで使用された場合にのみ本質的に安全です。そのようなシステムは、IEC 60079-14に従って設置され、IEC 60079-17に従って検査および保守される標準IEC 60079-25 本質安全電気システムに従って設計および文書化されるものとします。

認証機関

本質的保護の標準は、主にIEC、国際電気標準会議によって開発されていますが、さまざまな機関も本質的安全の標準を開発しています。代理店は政府によって運営される場合もあれば、保険会社、メーカー、安全基準に関心のある業界のメンバーで構成される場合もあります。認定機関は、製造業者がラベルまたはマークを添付して、機器が関連する製品安全基準に合わせて設計されていることを識別することを許可しています。北米のそのような機関の例は、無線を認証するFactory Mutual Research Corporation、携帯電話を認証するUnderwriters Laboratories（UL）、およびカナダではCanadian Standards Associationです。 EUでは、本質安全認証の規格はCENELEC規格EN 60079-11であり、ATEX指令に従って認証されなければなりませんが、世界中の他の国ではIEC規格に準拠しています。世界貿易を促進するために、世界中の標準化機関が調和活動に従事し、ある国で製造された本質的に安全な機器が、冗長で高価なテストと文書なしで最終的に別の国での使用を承認されるようにします。