危険場所の通信設備には、外観も構造も大きく異なる二種類の機器が見られます。一方は頑丈な金属製容器、専用の締結部品、ケーブル引込口を備えた堅牢な電話機、インターホン端末、制御ステーションです。もう一方は、危険場所対応の携帯電話、無線機、低消費電力の現場端末など、一般的な携帯機器に近い形状です。両者とも爆発性雰囲気での使用認証を取得できるものの、防爆の仕組みは根本的に異なります。
設計上、一つ目の方式では、ガス混合物に着火し得る火花、アーク、高温部品が機器内部に存在することを想定し、特別に設計・試験された容器によって内部爆発を閉じ込めます。もう一つの方式では、回路の電圧、電流、電力、蓄積エネルギーを制限し、規定条件下で露出する電気回路が有効な着火源となるほどのエネルギーを持たないようにします。
通信端末では、こうした違いが機器の寸法、スピーカー出力、電池設計、表示器、インターフェース、配線、保守手順、さらにはネットワーク全体の構成にも影響します。したがって、選定時に確認すべき点は次のとおりです。 どの通信機能が必要か。どの程度の電力を必要とするか。固定式か移動式か。設置場所はどの危険場所区分に該当するか。そして通信回路全体にどの防爆構造を適用するか。
「防爆」と「本質安全防爆」は何を意味するのか？
「防爆電話」「防爆無線機」「防爆端末」は、爆発性雰囲気で使用できる認証機器を広く指す製品分類として使われることがあります。しかし IEC 60079 シリーズでは、耐圧防爆構造 Ex d、安全増防爆構造 Ex e、本質安全防爆構造 Ex i、内圧防爆構造 Ex p、樹脂充填防爆構造 Ex m など、複数の防爆構造が区別されています。電気機器が周囲の爆発性雰囲気に着火する危険を低減する目的は同じでも、その方法は異なります。
技術的に正確に比較するなら、次のように表現します。 耐圧防爆構造の通信端末（Ex d）と本質安全防爆構造の通信端末（Ex i）。 IECEx の枠組みでは、IEC 60079-1 が耐圧防爆構造「d」、IEC 60079-11 が本質安全防爆構造「i」に適用され、IEC 60079-0 は Ex 機器の構造、試験、表示などに関する一般要求事項を規定します。この区別が重要なのは、銘板に「Ex」とあるだけでは防爆構造を特定できないためです。続く記号、例えば db、ia、ib、icも読み取る必要があります。
異なる二つの防爆原理
根本的な違いは明確です。耐圧防爆は爆発の外部への伝播を抑え、本質安全防爆は着火エネルギーを制限します。
Ex d：危険を容器内部に封じ込める
耐圧防爆容器は、内部でアーク、火花、着火が絶対に発生しないことを保証するものではありません。規定条件で内部爆発の圧力に耐え、適切に設計された接合面や構造によって周囲の爆発性雰囲気へ火炎が伝播しないようにします。
そのため、容器強度、火炎伝播防止のための接合面やすき間、締結部品、ケーブル引込口など、容器の健全性に関わる構成要素は防爆保護の一部です。
固定式通信端末では、この方式に実用上の利点があります。機器全体が適切な防爆構造で設計・認証されていれば、容器内に通常の通信電子回路、リレー、増幅器、比較的高出力の部品を収容できます。
Ex i：回路エネルギーを着火限界以下に抑える
本質安全防爆は根本的に別の方法を用います。重い容器で内部爆発を封じ込めるのではなく、電圧、電流、電力、および静電容量・インダクタンスに蓄積されるエネルギーを制限します。規定の正常状態と故障状態において、電気火花や熱的作用が対象の爆発性雰囲気を着火させる水準に達しないようにします。
したがって評価対象は容器だけでなく、 電気回路と、それに接続する本質安全回路全体に及びます。
| 比較項目 | 耐圧防爆 Ex d | 本質安全防爆 Ex i |
|---|---|---|
| 基本原理 | 内部爆発に耐え、火炎が外部の雰囲気へ伝播することを防ぐ | 電気・熱エネルギーを制限して有効な着火源を生じさせない |
| 主な設計上の重点 | 容器、接合面、締結部品、ケーブル引込口および関連構造 | 電圧、電流、電力、蓄積エネルギー、回路全体のパラメータ |
| 一般的な特徴 | 頑丈な構造で高出力電子機器の設計自由度が比較的高い | エネルギーを制御し、低消費電力の電子回路や信号回路に適する |
| 一般的な通信機器 | 固定電話、拡声インターホン、制御ステーション、音響・光警報端末 | 携帯端末、無線機、低消費電力の現場機器 |
容器の構造が大きく異なる理由
二つの防爆原理は製品の外観と機械構造に直接表れます。
一般的な固定式耐圧防爆電話は、丈夫なアルミニウム合金、ステンレス鋼、その他適切に設計された金属製容器に、指定のふた、締結部品、ケーブル引込構造を組み合わせます。通常の事務用電話より大きく重いのは、容器が単なる耐衝撃用ではなく防爆構造の重要な部分だからです。小さく見える変更でも慎重に検討する必要があります。異なるボルトへの交換、接合面の加工、現地での穴あけ、ケーブルグランドの変更は、本来の防爆性能を損なうおそれがあります。
本質安全防爆端末では内部回路の設計が重視されます。回路、部品、プリント基板の間隔、蓄積エネルギー、電池、外部接続が適用要件を満たしていれば、重い耐圧防爆容器に必ずしも頼る必要はありません。このため、危険場所用として認証された携帯無線機、移動端末、計器の多くは比較的小型にできます。ただし、樹脂製容器だから本安形とは限らず、金属製容器だから Ex d とも限りません。外観ではなく、認証表示と証明書で防爆構造を確認する必要があります。
電力要件が選定を左右する場合
通信機器で Ex d と Ex i を比較すると、実用上の重要な違いは認証書だけでなく電力配分にも表れます。
通信端末は単なるセンサーではありません。受話器、スピーカー、画面、バックライト、カメラ、無線モジュール、プロセッサー、リレー、表示灯、さらには外付けホーンスピーカーを駆動することもあります。これらの機能はすべて電力を消費します。
耐圧防爆設計では、認証された容器と全体構造で危険に対応しながら、通信用途に必要な回路や高出力部品を収容できます。このため、騒音の大きい場所の固定電話、拡声インターホン、呼出ステーション、警報装置では、耐圧防爆や複合防爆構造が用いられることが多くあります。
本質安全防爆では電力源からエネルギーを制限します。センサー、信号機器、携帯通信機器、専用設計の低消費電力電子機器には有効です。一方、継続的な大音量出力、高出力スピーカー、消費電力の大きい周辺機器が必要になると、本安設計は難しくなります。
したがって、危険場所用電話はすべて本安形にすべきだと考えるのは適切ではありません。騒音の大きい化学プラントに設置する固定電話では、大音量の着信音、高出力のハンズフリー通話、外付けホーンスピーカー、音響・光警報との連動が必要な場合があります。こうした電力条件も選定要素です。
| 通信上の要求 | 耐圧防爆または複合防爆設計 | 本質安全防爆設計 |
|---|---|---|
| 標準的な双方向音声 | 比較的容易に実現できる | 認証された設計に応じて実現可能 |
| 高出力のハンズフリー通話 | 高い出力を確保するための自由度が大きい | エネルギー制限による制約がより大きい |
| 高出力の外付けホーンスピーカー | 適切に認証されたシステムで実現可能 | 通常は電力とインターフェースを追加検討する必要がある |
| 音響・光警報 | 固定式産業用端末で一般的 | 本安システム全体の設計でエネルギー評価が必要 |
| 電池駆動の移動端末 | 可能だが構造が複雑になる場合がある | 低消費電力で専用設計された移動端末に多い |
設置と保守で異なる要求事項
どちらの機器も一般的な産業用端末と同じ方法では設置・保守できませんが、注意すべき箇所は異なります。
耐圧防爆機器は構造変更の影響を特に受けやすい
Ex d 端末の保守では容器構造を維持しなければなりません。火炎伝播を防ぐ接合面やすき間を安易に研磨・加工したり、寸法が同じに見えるという理由だけで指定の締結部品を交換したりしてはいけません。ケーブルグランド、アダプター、閉止プラグも、ねじが合うことだけで選定できません。
配線を容易にするために現地で穴を追加したり、保守時に元の構造部品を未検証の代用品へ交換したりすると、認証時の保護条件に影響する可能性があります。
本安システムは回路パラメータと絶縁・分離の変更の影響を受けやすい
Ex i システムでは、容器よりも回路の変更が主なリスクになることがあります。安全バリアの交換、異なる回路の接続、ケーブル種類や長さの変更、未評価機器の追加、本安回路と非本安回路の所定の分離不足は、元の設計条件を変える可能性があります。
したがって、本安通信回路の保守では、交換品の電圧が同じかどうかを見るだけでは不十分です。システムパラメータと適用される設置書類も再確認する必要があります。
よくある誤解に「本安回路なので、通電したままいつでも取り外しや作業ができる」というものがあります。本質安全防爆は一部の保守作業で利点がありますが、活線作業の許可は、機器の認証、現場手順、適用規格、作業許可制度によって決まります。 本質安全防爆であっても、制限のない活線作業が自動的に認められるわけではありません。
防爆構造は通信業務に適合させる必要がある
危険場所の通信で Ex d と Ex i は競合する製品の呼び名ではなく、異なる二つの工学的手段です。Ex d は着火可能なエネルギーを持つ回路を含む機器について、認証された構造で危険を封じ込める方法を扱います。Ex i は電気・熱エネルギーを回路段階で有効な着火閾値より下に制限する方法です。前者は高音量、高出力、複雑な現場接続を必要とする固定式通信機器で設計の自由度が高く、後者は低消費電力回路、移動端末、計測機器、回路エネルギーを厳密に制御する用途に適しています。ただし、判断は必ず対象製品の Ex 表示、認証内容、現場条件と合わせて行う必要があります。
産業用通信システムでは、標準化だけを目的にすべての機器へ同じ防爆構造を強制すべきではありません。化学プラントでは、耐圧防爆の固定電話、本安形の携帯無線機、危険場所用スピーカー、安全場所に置く通常の指揮・通信指令設備を併用できます。各機器が設置環境に適合し、通信プラットフォームが通話、PTT、指揮・通信指令、警報を一連の運用に統合できるなら、この複合構成の方が実務に適することが多くあります。
Becke Telcom は、石油・ガス、化学、エネルギー、貯蔵設備などの危険場所向けに、防爆電話、産業用通信端末、IP PBX システム、SIP サーバー、RoIP ゲートウェイ、指揮・通信指令システムを提供しています。
よくある質問
耐圧防爆と本質安全防爆は、同じ防爆方式における二つの保護レベルですか？
いいえ。「防爆」は危険場所向け機器全般を指す広い言葉として使われますが、Ex i は本質安全防爆という特定の構造です。厳密には耐圧防爆 Ex d と本質安全防爆 Ex i を比較します。原理が異なるため、単純に上下の保護レベルとして順位付けできません。
Zone 1 には Ex d と Ex i のどちらが適していますか？
必要な保護レベルを満たし、個別の認証書で用途が認められていれば、どちらも Zone 1 で使用できます。Ex db は Zone 1 に適した固定式通信端末で一般的であり、本安機器には Ex ib またはそれより高い保護レベルが使われる場合があります。ガスグループ、温度等級、環境条件、必要な機能も選定に影響します。
本安機器は必ず軽量ですか？
必ずしもそうではありません。本質安全防爆は内部爆発を閉じ込める重い耐圧防爆容器に依存しないため、低消費電力の携帯機器や現場機器を小型化しやすいものの、実際の重量は電池、機械的保護、IP 等級、表示器、通信機能にも左右されます。重量だけで防爆構造は判断できません。
本安機器を一般的なネットワークスイッチや電源に直接接続できますか？
常に接続できるわけではありません。安全バリア、絶縁器、関連機器、本安回路全体のパラメータ整合が必要な場合があります。機器の認証書、制御図、システム設計に従って Uo、Io、Po と Ui、Ii、Pi を照合し、接続機器やケーブルの静電容量とインダクタンスも確認する必要があります。
騒音の大きい危険場所の固定電話にはどの防爆構造が適していますか？
大音量の着信音、高出力のハンズフリー通話、外付けホーンスピーカー、音響・光警報、その他高消費電力の機能が必要な場合、耐圧防爆または適切な複合防爆構造の方が一般に設計の自由度があります。ただし最終判断は防爆構造の種類だけでなく、機器の認証、現場の Zone、環境騒音、実際の機能要件に基づいて行います。
