JIS C 60079-25:2008 爆発性雰囲気で使用する電気機械器具―第２５部：本質安全システム | ページ 4

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C 60079-25 : 2008 (IEC 60079-25 : 2003)
                               図C.2 a)−直列接続における電圧加算
                     図C.2 b)−直列接続における電圧加算と起こり得る電流加算
                               図C.2 c)−並列接続における電流加算
                            図C.2−相互接続のための電流・電圧の加算

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                     図C.2 d)−並列接続における電流加算と起こり得る電圧加算
                    図C.2 e)−直列接続又は並列接続における電流及び電圧の加算
                        図C.2−相互接続のための電流・電圧の加算(続き)
  新たな最大電流及び最大電圧を決定した後,組み合わせた回路の本質安全性は,抵抗性回路の安全率を
考慮してJIS C 60079-11に規定する点火曲線によって検証して,外部インダクタンスLo及び外部キャパシ
タンスCoの新たな最大許容値を決定しなければならない。しかし,IEC 60079-14の附属書Aに規定する
手順には,次に示す点に留意する必要がある。
− 許容最大インダクタンスは,最大電圧24 Vの場合だけに有効である。
− インダクタンス及びキャパシタンスの両方が同時に存在することを考慮していない。
  開路電圧及び短絡電流に基づいて安全解析を行う場合,実際に得られる安全率は,20 Vを超える電圧で
は,望ましい値である1.5から約1.0へ減少する。すべての個別機器が区分 “ia” に適合している場合でも,
IEC 60079-14に従った相互接続は一般的に区分 “ib” にしか適合しないことによって,上記は許容できる
とみなす。しかし,低い電圧の場合,安全率は,1.0より相当低い値に下がることがあるので,このような
方法は,安全という視点から有効ではない。
  一つの回路内に非線形特性をもった能動電源が一つ以上ある場合,無負荷電圧及び短絡電流に基づいた
評価では,本来の意図である本質安全性の確認を達成できない。

――――― [JIS C 60079-25 pdf 17] ―――――

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C 60079-25 : 2008 (IEC 60079-25 : 2003)
  実際,台形特性[図C.1 b) を参照]の電源が使用され,そして電子式電流制限素子が使用される場合に,
く形[図C.1 c) を参照]出力特性が発生することがある。そのような回路には,JIS C 60079-11の点火曲
線は使用できない。そのため,この規格は,図表を使って非線形回路を含むネットワーク構成の安全評価
ができる方法を記述する。コンピュータによる新規の火花点火モデルは,複数の非線形電源と,インダク
タンス及びキャパシタンスが共存する回路に対しても,望ましい安全率を導くものである。
  ここに導入する手順は,危険度1区域,グループIIC,IIBに適用できる。ここに提案する相互接続のた
めの手順は,個別の回路又は機器の本質安全パラメータを定義するためのものであり,単純なく形又は線
形回路においてだけ使用できる。
C.2 非線形回路の基本形式
C.2.1 パラメータ
  能動回路の本質安全性を評価する場合には,内部抵抗及び電源電圧の値を知ることが必要である。最も
単純なケースは,電源は二つ(一定)の電気的値,すなわち,電圧Uo及び内部抵抗Ri,又は電圧Uo及び
短絡電流Io[図C.1 a) を参照]で特性が決められる。Uoは,ツェナーダイオードによって決定されること
がある。Uo及びIoは,JIS C 60079-11に規定する故障状態で発生し得る最大値である。図C.1 a) の特性は
線形である。ただし,実際にこの単純な方法で表現できる回路は少ない。
  例として,外部電流制限抵抗をもつバッテリーは,一定の内部抵抗をもたない。さらに,電源電圧は充
電の度合いに応じて変化する。そのような実際の回路における着火の有無を検討するため,それらはより
単純化した等価回路で表されるが,その等価回路は,実際の回路と同等以上の着火能力をもたなくてはな
らない。上記のバッテリーの場合,図C.1 a) に示すように,最大開路電圧はUo,外部抵抗はRiとみなせ
る。この等価回路は,線形特性である。
  非線形回路も,図C.1 b) 及び図C.1 c) に示す二つの基本形式に単純化することができる。台形特性[図
C.1 b)]をもつ電源は,電圧源,抵抗,及びその出力端にある付加的電圧制限素子(例えば,ツェナーダ
イオード)から構成される。図C.1 c) のく形特性は,電子式電流調整器によって電流が制限されている。
  以上の回路の出力を検討する場合,火花点火を“負荷”として扱い,その負荷及び電源の整合も考慮さ
れなければならないことによって,異なる点火限界値が適用されることは明白である。図C.1 a) に示す電
源からの最大有効電力を,次に示す。
                              1
                         Pmax=Uo   Io
                              4
  そして台形特性[図C.1 b)]では,
                              1                               1U
                         Pmax=UQ   Io      (ここに,Uo>        Q )又は,
                              4                               2
                                                               1U
                         Pmax=Uo UQ−Uo      (ここに,Uo ≦      Q )
                                                               2
図C.1 b) の台形特性は,UQが無限大になると図C.1 c) のく形特性となる。
  ここに,Pmax=Uo×Io
  出力特性を完全に規定するため,線形特性及びく形特性では二つのパラメータ,台形特性では三つのパ
ラメータが必要である(表C.1)。

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                        表C.1−出力特性を記述するために必要なパラメータ
                           特性                          必要なパラメータ
                     線形    図C.1 a)         Uo,Io又はUo,R
                     台形    図C.1 b)         Uo,UQ,R又はUo,R,Io又はUo,UQ,Io
                     く形    図C.1 c)         Uo,Io
C.2.2 試験証明書から得られる情報
  能動本安回路をもつ機器は,IEC 60079-14の12.2.1又は12.3に従っていることを認証しなければならな
いので,本安回路に組み込まれる個別の機器について,対応する電気パラメータを記載した試験証明書が
あると考えられる。
  本質安全性を評価する第1段階は,個別の回路の(出力)特性に関連する電気的パラメータを決定する
ことである。通常,使用者又は運転員は,機器の回路構成及び内部構造は不明であるが,試験証明書に与
えられている電気データを参照することはできる。
  通常,与えられる値は,開路電圧(Uoという。),短絡電流(Ioという。),及び最大出力電力Poである。
これらの値から出力特性形式に関する情報の推定が可能である。
    例 (最大値)
          Uo = 12.5 V
          Io = 0.1 A
          Po = 313 mW
          ここに,Poは開路電圧と短絡電流との積の1/4であることから,この例において線形特性[図
        C.1 a)]が有効であることを推定できる。
    例 (最大値)
          Uo = 20.5 V
          Io = 35 mA
          Po = 718 mW
          ここに,Poは開路電圧と短絡電流との積であることから,く形特性[図C.1 c)]が導かれる。
  電力,電流及び電圧の値が上記のように対応しない場合があるが,それは電力定格が静的な状態[(非線
形回路に)接続されているコンポーネントの発熱]として規定され,そして電流及び電圧は動的状態(火
花点火)として与えられるからである。疑問がある場合は,火花点火に関して,いずれかの特性が相互接
続の基本として採用されているのかを確かめることが重要である。
  台形特性の場合,試験証明書の情報は,特性を確定するには十分ではないことがある。三つ目のパラメ
ータ(表C.1参照),UQ又はRのいずれかが不足している。
  Rが付加的パラメータとして追加される場合は,混乱をまねくおそれは少ないことから,一般的にRは
試験証明書に記載されている。パラメータUQ[図C.1 b)]は,UQ=Io×Rで導かれる。
  一般的に,試験証明書は,非線形回路の特性形状も示している。
  一例を,次に示す。
  最大値(台形特性) : 
   Uo = 13.7 V
   Io = 105 mA
   R = 438 Ω

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C 60079-25 : 2008 (IEC 60079-25 : 2003)
   Po = 1 010 mW
  特性は,図C.3 a) に示す。図C.3 b) に等価回路を示す。
  計算を,次に示す。
                        UQ=Io×R=46 V
                        Po=(UQ−Uo)×Uo/R=1 010 mW
                                       図C.3 a)−出力特性
                                       図C.3 b)−等価回路
                        図C.3−台形特性をもつ電源の出力特性及び等価回路
  このようにして,相互接続のために必要なデータは,試験証明書から得ることができる。証明書中にデ
ータがない場合は,機器製造業者又は試験機関から得なければならない。
  本質安全回路の設計においては,相互接続及び接続される構成機器の数を少なくするよう努めることが
望ましい。この目標は,故障状態の考察も必要とされることから,実際には常に達成できるものではない。
このことは,通常時にはエネルギー源として動作していない幾つかの機器が,故障時にはエネルギー源と
みなさなければならないことを意味する。
  計測用トランスデューサ,プロッタなどの機器の受動入力回路は,本質安全性の見地からは能動的エネ
ルギー源として動作する可能性がある。そのため,証明書に記載される最大値を参照しなければならない。
結果として,回路の動作特性は本質安全性から大きく外れることもある。証明書に記載された開路電圧Uo
及び短絡電流Ioは,過渡的状態だけを示している場合がある。一方,電力値は定常状態に対して適用され
るが,定常状態には接続されたコンポーネントの温度上昇が検討されなければならない。
C.3 複数の本安回路と複数の電源の相互接続
C.3.1 合成出力特性の決定
  複数の回路の組合せにおいてそれを電源とみなすとき,回路の出力特性は既知であるとする(C.2参照)。

――――― [JIS C 60079-25 pdf 20] ―――――

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