鉱業用途において、ケーブルが「本質安全防爆」となる条件とは？

地下炭鉱では、メタンガスと可燃性の石炭粉塵の存在により、常に爆発の危険性があります。ケーブルを含む電気機器からの火花一つで、炭鉱全体が燃え上がる可能性があります。本質安全防爆（IS）ケーブルが非常に重要になる。

爆発を封じ込める耐火性（Ex-d）機器とは異なり、本質安全防爆構造（Ex-i）設計上、着火を防止します。電気エネルギー（電圧、電流、温度）を危険な雰囲気を着火させることができないレベルに制限します。鉱業用途では、次のような規格が適用されます。IEC 60079-11BS 6704、およびDGMSの要件では、ケーブルは単なる受動コネクタではなく、電気的パラメータを厳密に管理しなければならない能動的な安全部品です。

このガイドでは、鉱業においてケーブルが「本質的に安全」であるために必要な要素について、データに基づいた包括的な説明を提供します。認証基準、電気的パラメータ、構造要件、ガス検知器からセンサーネットワークまで幅広い用途における選定基準などを網羅しています。

1. 基本原則：回路が「本質的に安全」である理由とは？

本質安全（IS）は、エネルギー制限基本的な概念はシンプルでありながら厳密である。すなわち、通常運転時または故障時において、利用可能な電気エネルギーが周囲の可燃性雰囲気に引火しないようにすることである。

ケーブルに関する重要な洞察：バリアと現場装置を接続するケーブルは、断線または短絡した場合に点火可能な火花を発生させるのに十分なエネルギー（静電容量または誘導電荷）を蓄積してはならない。静電容量の高い標準的な鉱山用ケーブルは、安全バリアを完全に無効にしてしまう可能性がある。

2. コア規格：IEC 60079-11、BS 6704、DGMS

本質安全防爆構造の鉱山用ケーブルは、国際規格および地域規格の階層構造に準拠しなければならない。

（本質安全防爆型採掘システムの図）

重要なポイント：法令遵守は絶対条件です。地下炭鉱においては、ISケーブルは防護柵およびセンサーと一体となった「システム構成要素」として認証を受ける必要があります。ケーブルを恣意的に代替することはできません。

3. 本質安全レベル：Ex-ia 対 Ex-ib

本質安全回路はすべて同じレベルの保護を提供するわけではない。その違いは、システムが許容できる故障の数にある。

ケーブル選定への影響：Ex-ia回路は、二重故障条件下での安全性を確保するために、Ex-ibよりもさらに厳しいケーブルL/Cパラメータの制限を要求する。

4. 重要なケーブルパラメータ：静電容量とインダクタンスの制限

ISケーブルにとって最も重要な電気的パラメータは、分布容量（Cc）そしてインダクタンス（Lc）単位長さあたり。

• 静電容量が重要な理由：障壁からセンサーまで長いケーブルが伸びている場合、ケーブルはコンデンサのように機能します。ケーブルが切断されると、蓄積された電荷が放電して火花が発生する可能性があります。電荷が過剰になると、点火可能な火花が発生します。
• インダクタンスが重要な理由：誘導性負荷（コイル、モーター、あるいは単にワイヤーループなど）は、回路が開いたときに高電圧スパイクを発生させる可能性がある。

実務上の意味：標準的な鉱山用ケーブルは静電容量が高く、バリアとセンサー間の許容距離が制限される可能性があります。IS認証ケーブルは、低静電容量絶縁材（例：ポリエチレンまたはXLPE）許容される長さを最大化する。

BS 6704規格では、具体的に以下のことが規定されています。公称インダクタンスと抵抗比のために：

1. 電話ケーブル（ガス発生地域での通信用）
2. 信号ケーブル（リモコン用）
3. 柔軟なワイヤーアーマーケーブルおよび鋼線アーマーケーブル（電力回路およびハイブリッド回路向け）

5．構造：遮蔽型採掘ケーブルと遮蔽型採掘ケーブルの比較

鉱山環境は電気的にノイズが多い（可変周波数駆動装置、大電流モーターなど）。信号の完全性を確保するにはシールドが不可欠だが、シールドによってケーブルの電気的安全特性が変化する。

（本質安全防爆認証を受けた鉱山用ケーブルの断面図）

スクリーニング済みマイニングケーブルの推奨事項：干渉の大きい環境（例：長壁式採掘機の近く）では、シールド（編組）ケーブルが望ましい。ただし、危険なエネルギーを蓄積するグランドループの発生を防ぐため、金属シールドは適切に接地（一点接地）されなければならない。

6．主要技術仕様（データシート）

鉱業用ISケーブルのデータシートを確認する際は、認証互換性を確保するために、以下の特定の値を確認してください。

7. 「ライトブルー」ルール：視覚による識別

IEC 60079-14では、本質安全回路は水色で識別できる(RAL 5015)

• 鞘の色：採掘用ケーブルの外被は水色であるべきです。
• マーキング：ケーブルには、Ex-iaまたはEx-ibのマークを耐久性のある方法で表示する必要があります。
• 端末:接続箇所には、水色の絶縁材またはラベルを使用する必要があります。

ISアプリケーションに標準的な黒色のマイニングケーブルを使用している場合、電源を入れる前にコード準拠に違反する可能性が高いです。

8. 鉱山自動化用フレキシブルセンサーケーブル

現代の鉱業では、シャトルカー、ルーフボルター、ロングウォールシールドなどの機器に「フレキシブルセンサーケーブル」が使用されています。

• 要件：連続的な曲げに耐える高い柔軟性（クラス6撚り線）を備えています。
• 工事：細い銅線＋PURジャケット（耐摩耗性のため）＋編組スクリーン。
• IS関連性：これらの動的ケーブルは、数百万回の屈曲サイクル後も電気的特性（静電容量／インダクタンス）を維持する必要があります。絶縁層に亀裂が生じると静電容量が変化し、ISエンティティの概念が損なわれます。

9. ISケーブルを必要とする鉱業用途

危険区域に入るすべての低エネルギー回路には、ISケーブルの使用が義務付けられています。

10. エンティティパラメータ：なぜどのケーブルでも使えるわけではないのか

ケーブルが「本質安全防爆」であるためには、以下の条件を満たす必要があります。「実体概念」:

• バリア出力:Voc（最大開放電圧）、Isc（最大短絡電流）、Ca（最大許容静電容量）、La（最大許容インダクタンス）。
• ケーブルテレビの現実：Cc（ケーブルの静電容量/フィート）、Lc（ケーブルのインダクタンス/フィート）。
• フィールドデバイス：Ci（内部容量）、Li（内部インダクタンス）。

検証式：

• Cc（ケーブル）＋Ci（デバイス）≦Ca（バリア）
• Lc（ケーブル）＋Li（デバイス）≦La（バリア）

これらのパラメータのいずれかがケーブルのデータシートに記載されていない場合は、ない本質安全防爆構造のケーブル。

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