本質安全防爆システム用ケーブル・グランドの選定方法

本質安全防爆システムは、爆発性雰囲気の中で人命と施設を保護しますが、エンジニアがIS回路の完全性を損ない、グランドループを発生させ、爆発性ガスに引火して壊滅的な爆発を引き起こす可能性のあるエネルギーパラメータを超える標準的なケーブルグランドを選択したために、多くの設置が壊滅的に失敗します。一般産業用に設計された従来のケーブルグランドは、適切なガルバニック絶縁、低キャパシタンス構造、安全バリアを維持する認証されたエネルギーパラメータなど、ISアプリケーションに必要な特別な機能を備えていないことがよくあります。

本質安全防爆システム用のケーブルグランドは、ガルバニック絶縁を維持し、認定された低キャパシタンスおよび低インダクタンスパラメータを提供し、適切なアース配置を確保し、安全バリアの完全性を維持し、爆発性雰囲気での発火源を防止するために適切なIS認定を受けなければならない。 これらの特殊な要件は、IS回路パラメータ、危険区域分類、および安全バリア仕様に基づく慎重な選択を要求し、作業員の安全と規制への準拠を保証します。

テキサス州の石油化学プラント、北海のオフショアプラットフォーム、中東全域の化学施設において、安全エンジニア、計装スペシャリスト、施設管理者と働いてきた経験から、適切なISケーブルグランドの選定は、文字通り生死に関わる問題であることを学びました。本質安全防爆を維持するケーブルグランドを選択するための重要な知識を共有しましょう。

目次

• 本質安全防爆の原則と要件とは？
• ケーブルグランドはIS回路の完全性にどのような影響を与えるか？
• ISケーブル・グランドにはどのような認証と規格が適用されますか？
• 用途に応じたISケーブルグランドの選び方とは？
• 設置およびメンテナンスの条件は？
• 本質安全防爆形ケーブルグランドに関するFAQ

本質安全防爆の原則と要件とは？

本質安全防爆の原理は、エネルギー制限、ガルバニック絶縁、および故障保護を通じて、危険区域回路の電気エネルギーを発火不可能なレベルに制限します。¹, そのため、キャパシタンス、インダクタンス、リークパスを追加することなく、これらの安全バリアを維持する特殊なケーブルグランドが必要となる。.

エネルギー制限や絶縁を損なう部品があれば、安全システム全体を破壊する発火源となる可能性があるため、ISの原理を理解することは不可欠です。

エネルギー制限の基礎

電圧制限： ISシステムは火花の発火を防ぐために最大電圧を制限しており、ほとんどのアプリケーションでは通常DC28Vで、電圧降下や絶縁破壊を起こさないケーブルグランドが必要です。

電流制限： 最大電流の制限により、爆発性大気を発火させる可能性のある加熱効果を防ぎ、ケーブルグランドには電流集中点を作ることなく低抵抗経路を維持することが要求される。

電力制限： 総電力損失の制限は、加熱による発火を防ぐため、IS回路に大きな消費電力を追加しない低損失特性のケーブルグランドを必要とします。

エネルギー貯蔵の限界： 容量性と誘導性のエネルギー貯蔵限界は、貯蔵されたエネルギー放電による発火を防ぐため、ケーブルグランドの電気的パラメータはシステムの安全計算にとって重要である。

ガルバニック絶縁要件

地球の孤立： IS回路は大地アースからの適切な絶縁を維持する必要があり、絶縁マウントのケーブルグランドや、安全バリアを損なわない特定のアース配置が必要です。

回路の分離： 異なるIS回路は互いに分離する必要があり、別々の安全システム間のクロスカップリングや干渉を防ぐケーブルグランドが要求されます。

バリアの完全性： 安全エリア内の安全バリアは、危険エリア回路からの分離を維持する必要があり、この重要な分離を維持するケーブルグランドが設置全体に必要です。

障害保護： ISシステムは、単一または複数の障害条件下でも安全性を維持する必要があり、部品の故障や損傷があっても安全性を維持できるように設計されたケーブルグランドが必要です。

危険地域の分類

ゾーン0/1/2の条件 さまざまな危険区域ゾーンには、さまざまなIS機器の要件があり、ケーブルグランドは、連続的、断続的、または異常な爆発性雰囲気の存在に対して適切な認証が必要です。

ガスグループの分類 異なる爆発性ガス(IIA, IIB, IIC)は様々な点火エネルギーを持ち、特定のガス危険に対して適切なエネルギーパラメータと構造材料を持つケーブルグランドを必要とする。².

温度分類： 機器の温度制限（T1-T6）は、最大表面温度を制限し、適切な温度定格と放熱特性を持つケーブルグランドを必要とする。

粉塵環境： ゾーン20/21/22の粉塵危険区域では、可燃性粉塵用途に適切な粉塵進入防止と表面温度制限を備えたケーブルグランドが必要です。

サウジアラビアの主要な石油化学コンビナートの安全エンジニアであるアーメッド氏は、施設の拡張中に適切な IS ケーブルグランドの選択の重要性を発見した。彼のチームは当初、新しい圧力トランスミッタの設置に標準的な真鍮製ケーブルグランドを指定していましたが、これらが IS 回路のガルバニック絶縁を損なうとは認識していませんでした。試運転前の安全審査で、私たちは、金属ケーブルグランドがISの原則に違反するアース接地経路を作り、潜在的に発火源を作る可能性があることを特定しました。私たちは、適切な絶縁バリアと低キャパシタンス構造を特徴とする認定ISケーブルグランドに交換し、安全システムが地域の規制と国際IS規格の両方に適合するようにしました。

ケーブルグランドはIS回路の完全性にどのような影響を与えるか？

ケーブルグランドは、キャパシタンス、インダクタンス、安全バリアの計算に含まれなければならない漏れ抵抗などの電気的パラメータを通してIS回路の完全性に影響を与え、同時にシステムの安全マージンを維持する適切なアース配置と絶縁バリアを提供する。

ケーブルグランドはIS回路パラメータや安全計算に大きな影響を与えるため、これらの電気的影響を理解することは非常に重要です。

電気的パラメータに関する考察

キャパシタンス効果： ケーブルグランドは、回路全体の静電容量が特定の危険区域分類の安全限度内に収まっていることを保証するために、安全バリアの計算に含める必要がある静電容量をIS回路に追加する。

インダクタンスの影響： ケーブルグランド内の誘導成分は、IS 回路の動作とエネルギー貯蔵計算に影響を与える可能性があり、誘導負荷のある回路や長いケーブル配線では特に重要です。

漏れ抵抗： ケーブルグランドを介した導体とアース間の絶縁抵抗は、セーフティバリアの性能に影響するため、IS規格や安全計算で指定された最小値を満たさなければならない。

アース・ループの防止： 不適切なケーブルグランド接地は、IS 回路の完全性を損なうグランドループを作り、繊細な計装システムにノイズや安全上の危険をもたらす可能性があります。

絶縁および接地要件

ガルバニック絶縁のメンテナンス ISケーブルグランドは、必要な機械的サポートと環境シールを提供しながら、危険区域回路とアース付き機器エンクロージャ間の適切な絶縁を維持する必要があります。

スクリーンの接地： ISケーブルグランドを介したケーブルスクリーンの接地には、電磁両立性と安全接地機能を提供しながらISの完全性を維持するための特別な技術が必要です。

等電位ボンディング： ISケーブルグランドを介した金属部品の適切なボンディングは、IS回路絶縁要件を維持しながら電気的安全性を確保します。

故障電流経路： ISケーブルグランドは、障害条件下でセーフティバリアの動作を損なったり、新たな発火源を作ったりしないように、制御された障害電流経路を提供しなければならない。

素材と建設への影響

導電性材料： 金属製ケーブルグランドは、意図しない導電経路によってIS回路の完全性が損なわれるのを防ぐため、アースの配置と絶縁要件を慎重に考慮する必要がある。

断熱材： 非金属ケーブルグランドは、より良いIS絶縁を提供するかもしれないが、危険区域アプリケーションのための機械的強度、耐環境性、および火炎伝播要件を満たさなければならない。

ハイブリッド・デザイン： 一部のISケーブルグランドは、金属強度と絶縁バリアを組み合わせ、要求の厳しい用途に最適な機械的および電気的性能を提供します。

表面抵抗： ケーブルグランドの表面処理とコーティングは電気的パラメータに影響するため、ISシステム設計と安全計算で考慮しなければならない。

インストール設定の効果

設置タイプ	ISの考察	ケーブルグランド要件	安全への影響
ダイレクトマウント	地球の分離が重要	絶縁または絶縁設計	高い
バリア取り付け	安全／危険の分離を維持する	適切な接地による標準	ミディアム
ジャンクションボックス	複数回路の絶縁	個別回路分離	高い
導管システム	連続アース経路	ボンディングとアイソレーションのバランス	ミディアム

取り付け方法： ケーブルグランドの取り付け方法が異なると、IS回路のパラメータやアースの配置に影響するため、電気的導通や絶縁の要件を慎重に考慮する必要があります。

ケーブル配線： ケーブルグランドを通るISケーブルの配線は回路パラメータに影響し、分離距離、電磁両立性、安全バリアの完全性を考慮しなければならない。

ISケーブル・グランドにはどのような認証と規格が適用されますか？

IS ケーブルグランド認証には IECEx が含まれます。³, ATEX、FM、CSA、およびIEC 60079、EN 60079を含む本質安全防爆規格への準拠を検証するその他の国家認証、および特定の危険区域分類とガスグループ分類に関する地域規制。.

適切な認証は必須である。なぜなら、認証されていないコンポーネントは、ISシステム全体の承認を無効にし、インシデントが発生した場合に法的責任を生じさせる可能性があるからである。

国際認証機関

IECEx認証： 国際電気標準会議（IEC）の爆発性雰囲気の認証スキームは、参加国間の相互承認により、ISケーブルグランドの世界的な認知を提供します。

ATEX指令： 欧州の設備で使用される、またはEU市場に輸出されるISケーブルグランドにCEマーキングとノーティファイド・ボディ認証を要求する欧州連合爆発性雰囲気指令⁴.

FM認証： 北米市場向けのFactory Mutual認証で、クラスI、ディビジョン1、ディビジョン2の危険区域で使用されるISケーブルグランドの認証を取得。

CSA認証： カナダ市場向けのカナダ規格協会認証は、北米市場への完全な参入のためにFM認証と同時に必要とされることが多い。

地域と国の基準

IEC 60079シリーズ： ISケーブルグランドを含む爆発性雰囲気機器の国際規格で、世界市場向けの構造、試験、アプリケーション要件を網羅しています。

EN 60079シリーズ： IEC 60079に基づく欧州整合規格に欧州の要求事項を追加したもので、ATEX適合とISケーブルグランドのCEマーキングのために必須です。

NFPA 70/NEC： 米国のプロジェクトにおけるケーブルグランドの選択と設置方法に影響する、米国におけるIS設置のための米国電気工事規定（National Electrical Code）の要件⁵.

API規格： 石油・ガス産業用途の米国石油協会規格で、石油上流施設のISケーブルグランドに関する追加要件が規定されている。

認証パラメータとマーキング

エンティティパラメータ： Entity "機器として認証されたISケーブルグランドには、システム安全計算とバリア選択に含まれなければならない電気パラメータ（Co、Lo、Ro）が含まれている。

シンプルな器具： 一部のケーブルグランドは、セーフティバリアの計算に含める必要のない、本質的に安全な電気的パラメータを持つ「単純器具」として認定される。.

温度コード： 認証マークには、特定の設置環境における通常および故障時の最大表面温度を示す温度クラス（T1～T6）が含まれる。

ガスグループの格付け 認証には、着火エネルギー要件が異なるさまざまな爆発性ガス環境への適合性を示すガスグループ分類（IIA、IIB、IIC）が含まれます。

文書化とトレーサビリティ

適合証明書： ISケーブルグランドが適用される規格や認証に準拠していることを証明する適切な文書が、規制当局の承認や保険の適用に必要です。

取り付け説明書： 認証の有効性とシステムの安全性を維持する、適切なISケーブルグランドの取り付けを保証する認証された取り付け手順。

パラメータ宣言： 静電容量、インダクタンス、抵抗値など、ISシステムの計算や安全バリアの選択に必要な電気パラメータの文書化。

メンテナンスの必要性： 耐用年数を通じてコンプライアンスと安全性能の継続を保証するために、認証で定められたメンテナンス手順と点検間隔。

オランダのロッテルダムにある大規模な化学処理施設の計装を管理するマーカス氏は、プラントの近代化プロジェクトで認証の複雑さを知りました。彼のチームは、新しい分析装置の設置のためにISケーブルグランドを必要としていたが、既存のサプライヤーの製品はATEX認証しか持っておらず、安全バリアはシステム計算のためにIECEx認証の実体パラメータが必要であることを発見した。このミスマッチは、高価な安全バリアの変更またはシステムの再設計を必要としていました。私たちは、適切なエンティティパラメータ文書化を含むATEXとIECExの両方の認証を取得したISケーブルグランドを提供し、すべての欧州規制要件を満たしながら、既存の安全システムとのシームレスな統合を可能にしました。.

用途に応じたISケーブルグランドの選び方とは？

ISケーブルグランドの選択には、回路パラメータ、危険区域分類、環境条件、安全バリア要件を分析し、特定のアプリケーションの本質安全防爆を維持する適切な認証、電気パラメータ、材料、構造の特徴を選択する必要があります。

異なるISアプリケーションは、ケーブルグランドの選択とシステム統合の考慮事項に影響するユニークな要求事項を持っています。

プロセス計装アプリケーション

圧力トランスミッタ IS圧力トランスミッタは、ゾーン1のアプリケーションで安全バリア性能を維持しながら信号の完全性を維持するために、低キャパシタンスと適切なスクリーンアースを備えたケーブルグランドを必要とします。

温度センサー： RTDと熱電対の回路は、IS回路の完全性を維持しながら測定エラーを防ぐために、最小限の熱影響と適切な絶縁を持つISケーブルグランドが必要です。

流量計： 電磁流量計と超音波流量計は、安全バリアを維持しながら干渉を防ぐために、EMC互換性と適切なアース配置を備えたISケーブルグランドを必要とします。

分析機器： ガスクロマトグラフや分析装置は、危険な環境での正確な測定のために、超低リークと耐汚染性を備えたISケーブルグランドを必要とします。

制御システムの統合

DCSの統合： 分散制御システムは、システム全体のISインテグリティを維持しながら、特定の安全バリアタイプと通信プロトコルに適合するISケーブルグランドを必要とします。

PLCシステム： IS I/Oモジュールを搭載したプログラマブルロジックコントローラには、適切な絶縁と電磁両立性を提供しながらデジタル通信をサポートするケーブルグランドが必要です。

安全計装システム： SIL規格の安全システムには、システム全体の安全インテグリティレベルをサポートする適切な信頼性定格と故障モード特性を持つISケーブルグランドが必要です。

ワイヤレスシステム： ISワイヤレストランスミッターは、RF性能と本質安全防爆の要件を維持しながら、アンテナ接続を収容するケーブルグランドを必要とします。

環境と設置に関する考慮事項

オフショア・プラットフォーム 海洋環境では、優れた耐食性を持つISケーブルグランドが必要であり、一般的には塩水噴霧や極端な気象条件に対して適切な認証を受けたステンレス鋼構造である。

化学処理： 過酷な化学環境では、電気的パラメータと認証を維持しながら、特定の化学薬品に耐える特殊な材料とコーティングを備えたISケーブルグランドが必要です。

高温用途： 製油所や石油化学プラントでは、高温のプロセス機器の設置のために、より高い温度定格と熱安定性を持つISケーブルグランドが必要になる場合があります。

振動環境： コンプレッサーステーションや回転機器には、緩みや故障を防ぐため、機械的強度と耐振動性を強化したISケーブルグランドが必要です。

ケーブル・タイプの互換性

ケーブルタイプ	ISの考察	グランド要件	代表的なアプリケーション
計装	低キャパシタンスが重要	エンティティ・パラメータの指定	トランスミッタ、アナライザ
熱電対	熱影響を最小限に抑える	低熱質量設計	温度測定
光ファイバー	アイソレーション・メンテナンス	非導電性構造	高速データ
装甲	地球の連続性	適切なアーマー・ターミネーション	過酷な環境

多芯ケーブル： 複数の回路を持つISアプリケーションでは、同じケーブル・エントリー内の異なるIS回路間に適切な分離と絶縁を提供するケーブルグランドが必要である。

ハイブリッドケーブル： ISアプリケーションにおける電力と信号の組み合わせには、異なる導体タイプと絶縁要件に対応しながら適切な絶縁を維持する特殊なケーブルグランドが必要です。

設置およびメンテナンスの条件は？

ISケーブルグランドの取り付けとメンテナンスには、認証要件、適切な接地手順、定期的な検査スケジュール、および本質安全防爆基準と規制要件への継続的な準拠を保証するための文書化の実践を厳守する必要があります。

不適切な処置はISの完全性を損ない、安全上の危険を引き起こす可能性があるため、適切な設置とメンテナンスが非常に重要です。

インストールのベストプラクティス

認証コンプライアンス： すべての設置手順は、ISケーブルグランドの承認とシステムの安全性を維持するため、設置プロセス全体を通して認定された設置手順に従わなければなりません。

アーシングの手順 IS規格と現地の電気規格に従った適切なアース配置により、IS回路の絶縁要件を損なうことなく安全性を確保。

トルク仕様： ISケーブルグランドの構成部品や認証を損傷することなく、適切なシーリングと電気的接触を確保するために、メーカーの仕様に従って正確なトルクを適用する。

環境シーリング： IP定格を維持し、IS回路パラメータや安全性能に影響を及ぼす可能性のある湿気や汚染物質の侵入を防ぐための適切なシーリング技術。

検査および試験要件

目視検査： IS ケーブルグランドの性能や安全性に影響を及ぼす可能性のある物理的な損傷、腐食、劣化を特定するため、定期的な目視検査を実施する。

電気テスト： 絶縁抵抗、導通、アースボンド試験を含む定期的な電気的パラメータ検証を行い、IS要求事項への継続的な準拠を確保する。

認証の検証： 認証文書とコンプライアンス状況を定期的に見直し、耐用年数を通じて継続的な有効性と規制へのコンプライアンスを確保する。

環境モニタリング： 温度、湿度、化学物質への暴露、機械的ストレスなど、ISケーブルグランドの性能に影響を与える可能性のある環境条件の評価。

文書化と記録管理

設置の記録： 認証番号、設置手順、試験結果、規制および保険要件への適合性検証を含む、ISケーブルグランドの設置に関する詳細な文書。

メンテナンス・ログ 検査結果、試験データ、修理、交換を含む包括的なメンテナンス記録により、継続的なコンプライアンスを証明し、信頼性分析をサポートする。

チェンジ・マネジメント： 安全の完全性または認証コンプライアンスに影響を及ぼす可能性のある、IS ケーブルグランドの設置に対するあらゆる変更の適切な文書化および承認手順。

緊急時の手続き 安全システムを脅かしたり、危険な状況を作り出す可能性のあるISケーブルグランドの故障や損傷に対応するための明確な手順。

結論

本質安全防爆システム用のケーブルグランドを選択するには、ISの原理、認証要件、およびアプリケーション固有の考慮事項を深く理解する必要があります。成功するかどうかは、適切な電気的パラメータを持つ適切な認証されたコンポーネントを選択することと、システムの寿命を通じて安全性を維持する正しい設置とメンテナンス手順を実施することにかかっています。

ISアプリケーションにおける利害は文字通り生死を分けるため、適切なケーブルグランドの選択と実装は、作業員の安全と法規制の遵守に不可欠です。Beptoでは、本質安全防爆の重要性を理解し、安全でコンプライアンスに適合した設置を確実にするために、適切な文書と技術サポートとともに認定ISケーブルグランドを提供しています。当社のチームは安全エンジニアと緊密に連携し、運用要件を満たしながら安全性を維持するISケーブルグランドの適切な選択と実装を確実にします。

本質安全防爆形ケーブルグランドに関するFAQ

1. “「iec 60079-11:2023」、, https://webstore.iec.ch/en/publication/60654. .IEC 60079-11 は、爆発性雰囲気の本質安全防爆回路に接続される本質安全防爆機器および関連機器の構造要件と試験要件を規定している。Evidence role: general_support; 出典の種類: 規格。サポート本質安全防爆の原則は、エネルギー制限、ガルバニック絶縁、故障保護を通じて、危険区域回路の電気エネルギーを発火不可能なレベルに制限する。. ↩

2. “「1926.407 - 危険な（分類された）場所」、, https://www.osha.gov/laws-regs/regulations/standardnumber/1926/1926.407. .OSHAは、危険な場所に設置する機器について、存在する特定の着火性ガス、蒸気、粉塵、または繊維に関連するクラス、グループ、および動作温度に対する承認を義務付けています。エビデンスの役割：general_support; 出典の種類：政府。サポート異なる爆発性ガス（IIA、IIB、IIC）は、様々な発火エネルギーを持ち、特定のガス危険に対して適切なエネルギーパラメーターと構造材料を持つケーブルグランドを必要とする。. ↩

3. “概要, https://www.iecex.com/certified-equipment-scheme/overview/. .IECExは、その認証機器スキームを、爆発性雰囲気で使用される機器のための国際的な第三者試験および認証システムであると説明している。エビデンスの役割： general_support; 出典の種類： standard.サポートIS ケーブルグランド認証には IECEx が含まれる。. ↩

4. “「潜在的に爆発性雰囲気のための機器（ATEX）」、, https://single-market-economy.ec.europa.eu/sectors/mechanical-engineering/equipment-potentially-explosive-atmospheres-atex_en. .欧州委員会は、ATEX指令2014/34/EUは、爆発の危険性のある雰囲気を意図した機器と保護システムを対象としており、EU市場投入前の適合性評価要件を定めているとしている。エビデンスの役割：general_support; 出典の種類：政府。サポート欧州の設備で使用される、またはEU市場に輸出されるISケーブルグランドにCEマーキングとノーティファイドボディ認証を要求する欧州連合爆発性雰囲気指令。. ↩

5. “「OSHA Subpart S - Electrical Standard eTool”、, https://www.osha.gov/etools/subpart-s. .OSHAは、危険な場所での電気設備要件を要約し、分類された場所で承認されている場合は、本質安全防爆機器と関連配線が許可されることに言及しています。エビデンスの役割：一般_サポート; 出典の種類：政府。サポート米国のプロジェクトにおけるケーブルグランドの選択と設置方法に影響を与える、米国における IS 設置のための米国電気工事規定要件。. ↩