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本質安全計装：回路設計の原則とIEC 60079規格解説

2025-08-25

最新の企業ニュース 本質安全計装：回路設計の原則とIEC 60079規格解説

本質安全計装：回路設計の原則とIEC 60079規格の説明

可燃性ガス、蒸気、または粉塵が存在する可能性のある危険な産業環境では、電気的安全性はオプションではありません。それは設計されたものです。最も信頼されているアプローチの1つは、本質安全（IS）であり、故障状態であっても、電気回路が爆発性雰囲気に着火できないようにする設計哲学です。

このブログでは、本質安全計器の背後にある主要な回路設計原則を解き明かし、それらの認証を管理するIEC 60079規格をわかりやすく説明します。

本質安全とは？

本質安全とは、回路内で利用可能なエネルギー（電気的および熱的の両方）を周囲の雰囲気の着火閾値以下に制限する保護技術です。防爆エンクロージャとは異なり、ISは発生源での着火を防止することに焦点を当てており、センサー、送信機、ハンドヘルド計器などの低電力デバイスに最適です。

IS計器の回路設計原則

本質安全回路を設計するには、エネルギー、耐故障性、およびコンポーネントの動作を細心の注意を払って制御する必要があります。主な原則は次のとおりです。

1. エネルギー制限

  • 電圧と電流は安全なレベル（通常は<30Vおよび<100mA）に制限されます。
  • インダクタとコンデンサに蓄積されたエネルギーは、スパーク放電を防ぐために最小限に抑える必要があります。

2. ツェナーバリアとガルバニック絶縁

  • ツェナーバリアは電圧をクランプし、過剰なエネルギーをアースに逃がします。
  • ガルバニックアイソレータは、安全ゾーンと危険ゾーンを分離するために、トランスまたはオプトカプラを使用します。

3. 電流制限抵抗

  • 直列抵抗は故障電流を制限し、エネルギーを安全に放散します。

4. コンポーネントの選択

  • 予測可能な故障モードを持つ認定コンポーネントのみが使用されます。
  • コンデンサとインダクタは、着火エネルギーを超えないように慎重にサイズが決められています。

5. 冗長性と故障解析

  • 回路は、単一または二重の故障状態でも安全を維持するように設計されています。
  • FMEDA（故障モード、影響、および診断解析）は、安全性を検証するためによく使用されます。

IEC 60079：統括規格

IEC 60079シリーズは、爆発性雰囲気で使用される機器の国際的なベンチマークです。具体的には、IEC 60079-11：本質安全「i」

IS機器およびシステムの要件を定義します。

  • 最大許容エネルギー、耐故障性、および試験手順を指定します。
  • IEC 60079-25：ISシステム設計

ISデバイスと関連機器の相互接続をカバーします。

  • 個々のコンポーネントだけでなく、システム全体のコンプライアンスを保証します。
  • 認証とマーキング

認定されたISデバイスには、

  • Ex ia IIC T4のようなマーキングが表示され、以下を示します。保護タイプ：「ia」（二重故障耐性）
  • ガスグループ：IIC（水素、アセチレン）
  • 温度クラス：T4（最大表面温度≤135°C）
  • 輸出とコンプライアンスにとって重要な理由

計装機器のメーカーおよび輸出業者（特に石油・ガス、化学、セラミックスなどの分野）にとって、IEC 60079への準拠は、グローバル市場へのアクセスに不可欠です。本質安全設計は、規制要件を満たすだけでなく、重い防爆エンクロージャを排除することにより、設置コストを削減します。

エレガンスとしての安全性

道教の設計の精神において、本質安全とは、

より少ないことでより多くを達成すること、つまり、過剰なエネルギーを取り除き、回路を簡素化し、力任せではなく抑制を信頼することです。それは静かな形の保護であり、エレガンスがエンジニアリングと出会う場所です。

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