はじめに：なぜ防爆が必要なのか？
化学プラントや工場などでは、可燃性ガスや粉じんが空気中に存在する環境が多く見られます。こうした環境では、電気機器のRY接点のON-OFFによる火花や異常発熱が引火源となり爆発を引き起こす危険性があります。そのため、電気エンジニアは防爆技術を正しく理解し、安全な機器選定と施工を行う必要性があります。
防爆技術の目的は、爆発の発生を未然に防ぎ、作業員の安全と設備の継続稼働を確保することです。そのためには、機器単体の性能だけでなく、設置環境や配線方法を含めた総合的な安全対策が不可欠となります。特に電気工事の現場では、防爆構造の理解不足による施工不良が事故の引き金となるため注意が必要です。
防爆を理解する鍵！「爆発性雰囲気」と「危険場所」
防爆を正しく理解するためには、まず「爆発性雰囲気」という概念を押さえる必要があります。爆発性雰囲気とは、可燃性ガスや可燃性液体の蒸気、もしくは粉じんが空気と混ざり合い、着火源に触れると爆発する可能性がある状態のことです。爆発を防ぐためには、「燃焼・爆発の三要素」である「可燃物」、「酸素」、「着火源」のいずれか一つを取り除く必要があります。この記事の中で説明する防爆電気機器は、「着火源」を排除することで爆発を防ぎます。
この「爆発性雰囲気」が存在する場所は、この爆発性雰囲気の存在頻度に応じて「危険場所（危険個所）」に区分されます。爆発性雰囲気が常時存在する場所を「0種(Zone0)」、通常運転で発生する可能性がある場所を「1種(Zone1)」、異常時のみ一時的に発生する場所を「2種(Zone2)」と定義します。例えば、ガスタンクの内部は0種、タンク開口部は1種、0種や1種に隣接した場所は2種といった具合です。
防爆構造の選定は、この危険場所区分と切り離せません。高リスクの0種では本質安全防爆が有効であり、1種や2種では耐圧防爆やその他の方式が適用されます。つまり、「爆発性雰囲気」と「危険場所」への理解がなければ機器の防爆性能を最大限に活かせません。我々、電気エンジニアは設置場所の性質を正しく把握することから安全設計を始めるべきです。
| 用語 | 定義 | 代表例 |
|---|---|---|
| 特別危険個所(Zone0) | 爆発性雰囲気が常時存在する場所 | タンク内部、反応槽内部 |
| 第一類危険個所(Zone1) | 通常運転で爆発性雰囲気が発生する可能性がある場所 | タンク周辺 |
| 第二類危険個所(Zone2) | 通常時では爆発性雰囲気が無く、異常時のみ一時的かつ短時間に存在する場所 | 屋外配管周辺、通気口付近 |
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粉じん危険場所の基礎知識
防爆と聞くと可燃性ガスを思い浮かべる方が多いですが、実際には粉じんも大きな爆発リスクを持っています。石炭粉、金属粉、穀物粉などは空気中に舞い上がると、火花や高温部に触れることで爆発を起こします。このため、粉じんを扱う工場やサイロ、製粉設備では「粉じん危険場所（危険個所）」の理解が欠かせません。実際に、2021年1月に愛知県知多市の家畜用飼料製造工場で粉じん爆発が発生しました。この時は、タンク修理用の溶接作業が原因でした。T係長のような電気エンジニアが補修に行った際に、事故に巻き込まれる可能性も十分にあるわけです。決して「自分には関係ない」とは言えません。
粉じん危険場所もガスと同様に、爆発性雰囲気の存在頻度により区分されます。粉じんが常時滞留し爆発の危険が高い場所は「Zone20」、通常運転で粉じんが舞う可能性がある場所は「Zone21」、清掃不良や異常時に一時的に粉じんが舞う場所は「Zone22」と定義されます。この区分により、使用する防爆機器の種類や施工方法が決まります。
粉じん防爆はガス防爆に比べて、軽視されがちですが、実際には粉じん爆発の被害は非常に大きく、国内外で重大事故が繰り返されています。電気エンジニアは、ガスと粉じんの両方を考慮し、現場環境に応じた防爆構造を適用することが安全確保の第一歩です。
| 区分 | 定義 | 代表例 |
|---|---|---|
| Zone20 | 粉じんが常時または長時間存在し、爆発性雰囲気が形成される場所 | サイロ内部、粉砕機内部 |
| Zone21 | 通常運転で粉じんが舞い、爆発性雰囲気が一時的に発生する場所 | 製粉設備周辺、集じん機付近 |
| Zone22 | 異常時のみ粉じんが舞い上がる可能性がある場所 |
防爆構造の基礎知識
耐圧防爆構造（記号d）は、機器内部で爆発が生じても外部に影響を与えないよう設計された方式です。厚みのある金属容器が爆発圧力に耐え、接合部から火炎が漏れ出ない構造を確保します。この仕組みにより、高出力のモーターや照明機器などでも安全に使用できるのが大きな特徴です。
耐圧防爆のメリットは、比較的大きな電力を扱える点であり、プラントの主動力設備に適用しやすいことです。一方で、構造上どうしても容器が重く大型となり、設置やメンテナンスの負担が増えるというデメリットがあります。現場では重量物の取り扱いに伴う作業リスクも考慮する必要があります。
一方、本質安全防爆構造（記号i）は、電気回路のエネルギーを火花や発熱が爆発を引き起こさないレベルに制御する方式です。軽量かつ小型であり、信号回路や計装機器に広く利用されています。ただし、許容できる電力が小さいため、主回路や動力回路には使用できず、低電力用途に限定されるのが弱点です。
防爆構造の記号区分表
| 記号 | 名称 | 概要 | 主な用途 |
|---|---|---|---|
| d | 耐圧防爆構造 | 容器内部で爆発が起きても外部に火炎を伝えず、圧力に耐える構造 | モーター、照明器具、高出力機器 |
| i | 本質安全防爆構造 | 回路エネルギーを火花・発熱が着火源とならないレベルに制限 | 計装機器、センサ、信号回路 |
| e | 安全増防爆構造 | 通常では火花を発生しない機器の絶縁・構造を強化し安全性を高めた方式 | 端子箱、照明器具、制御機器 |
| f | 内圧防爆構造 | 機器内部に清浄な空気や不活性ガスを加圧し、爆発性雰囲気の侵入を防ぐ | 分析装置、操作盤、大型制御装置 |
| o | 油入防爆構造 | 機器の発熱部や火花発生部を絶縁油に浸して爆発性雰囲気と接触させない | 大型トランス、制御装置の一部 |
| s | 特殊防爆構造 | 上記以外の特別な安全確保方法が認められているもの | – |
電気工事における注意点：決定的な違いと厳守事項
耐圧防爆構造では、施工精度が防爆性能に直結します。特にケーブル引込部のシーリングが不完全だと、内部で発生した爆発が外部へ伝わる危険があります。また、ボルトやナットの締め付けは規定トルクを守る必要があり、緩みや過不足があると耐圧性能が失われます。さらに、活線作業は禁止されており、必ず電源遮断と残留電荷確認を行うことが基本です。
耐圧防爆機器は、容器表面の小さなヒビや傷でも性能低下を招くため、破損が見られた場合は補修や交換が必須です。補修を軽視すると、防爆認証そのものが無効化されるリスクがあるため、電気エンジニアは現場点検時に外観異常を見逃さないことが重要です。これらの厳守事項を怠ると、事故発生時に重大な責任を負う可能性があります。
一方、本質安全防爆工事では配線分離が最大のポイントです。本質安全回路は、非本質安全回路と絶対に混在させてはならず、専用のケーブルトレイや配管を用いて独立して敷設します。現場では青色の端子台になったり、青色（or黒色）のダクトになったり視覚的にも容易に認識できます。さらに、接地工事についても、本質安全防爆の接地は非危険場所での単独、A種接地にしなければなりません。また、ツェナーバリアなどの安全保持器の接地が不十分だと異常時に大電流が流れ、回路が破壊される危険があります。施工後は必ず回路図通りに配線されているか入念に確認する必要があります。
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まとめ：安全な防爆設計と施工の重要性
防爆設計では、単に耐圧防爆や本質安全防爆などの言葉を理解するだけでなく、設置環境や危険場所の特性を正しく把握することが不可欠です。ガスや粉じんの存在頻度による危険場所区分を理解することで、適切な防爆構造を選定できます。また、粉じんも軽視できない爆発リスクを持つため、ガス防爆と併せて総合的に考慮する必要があります。
電気工事においては、耐圧防爆ではシーリングやボルト締め付けの精度が性能に直結し、本質安全防爆では配線分離や接地の徹底が安全確保の鍵となります。いずれの場合も施工精度やメンテナンスを軽視すると、防爆性能が低下し事故につながる恐れがあります。電気エンジニアは現場での確認作業を怠らず、細部まで安全を確保する責任があります。
最終的に、防爆技術は単なる法令遵守ではなく、作業員の安全と設備の安定稼働を支える重要な技術です。正しい防爆構造の選定と、厳密な施工・点検を徹底することで、事故の未然防止と安全なプラント運営を実現できます。
