防爆モーターとは？構造、原理、分類、選定方法

防爆モーターとは？構造、原理、および適切な選定方法

防爆モーターは、化学工場、石油精製所、鉱山、溶剤倉庫、粉塵サイロ、または可燃性ガスが存在するエリアなど、火災や爆発の危険がある環境で安全に動作するように特別に設計された電気モーターです。一般的な電気モーターとは異なり、防爆モーターは耐圧防爆構造、火炎伝播防止隙間、および専用の接続システムを備えており、内部の火花や炎が外部環境に広がるのを防ぎます。

危険な産業エリアでは、巻線、端子箱、または機械的摩擦から発生するわずかな電気火花でも、深刻な爆発を引き起こす可能性があります。したがって、適切な防爆モーターを使用することは、技術的な要件であるだけでなく、人、設備、および生産ライン全体の安全を確保するための重要な条件です。

防爆モーターとは？

防爆モーターは、防爆モーターまたはexplosion-proof motorとも呼ばれ、可燃性ガス、溶剤蒸気、または可燃性粉塵が存在するエリアで動作するように製造された産業用電気モーターのシリーズです。

重要な点は、防爆モーターは可燃性ガスがモーター内部に入るのを完全に防ぐものではないということです。実際、このタイプのモーターの主な原理は次のとおりです。

モーター内部で爆発が発生した場合、外殻は爆発圧力に耐える十分な強度を持ち、火炎伝播防止隙間が熱いガスが外部環境に放出される前に炎を冷却します。

これにより、モーター内部で発生した事故が周囲のエリアの引火源になることはありません。

防爆モーターは通常、ATEX、IECEx、NEC/CECなどの厳格な安全基準、または使用する国や地域に応じた同等の基準を満たす必要があります。

なぜ防爆モーターを使用する必要があるのか？

多くの工場では、作業環境に次のような可燃性要素が存在する可能性があります。

• 産業用ガス。

• ガソリン蒸気、溶剤、アルコール、塗料。

• 石炭粉塵、木粉、穀物粉塵、ふすま粉塵。

• 揮発性化学物質。

• 密閉空間内の可燃性ガス混合物。

これらのエリアで標準的な電気モーターを使用すると、電気火花、モーター表面の過度な温度上昇、巻線の短絡、ベアリングの故障、または端子箱の欠陥から爆発のリスクが生じる可能性があります。

したがって、防爆モーターは次の目的で使用されます。

• 危険エリアでの火災・爆発リスクの低減。

• 作業員と工場資産の安全保護。

• 安全検査、消防、保険要件への適合。

• 過酷な環境下での駆動システムの安定稼働。

• 高い安全基準を要求される生産ラインへの適合。

防爆モーターの構造

一般的な電気モーターと比較して、防爆モーターは設計が堅牢で、材料が厚く、より精密な機械加工が要求されます。

モーターハウジング

モーターハウジングは、使用環境に応じて鋳鉄、炭素鋼、またはステンレス鋼で作られています。このハウジングは、モーター内部で爆発が発生した場合に圧力を保持する役割を果たします。

これは、防爆モーターと標準モーターの最大の違いの一つです。モーターハウジングは内部の電気部品を保護するだけでなく、安全シールドとしても機能します。

端子箱

端子箱は、接触不良、接続ミス、またはケーブルの締め付け不足がある場合に電気火花が発生しやすいエリアです。そのため、防爆モーターの端子箱は通常、密閉された堅牢な構造を持ち、専用のケーブルグランドを使用します。

設置時には、技術者はケーブル、コネクタ、ガスケット、および端子箱の蓋が正しく締め付けられていることを確認し、機器の防爆性能を損なわないようにする必要があります。

フランジとモーターカバー

防爆モーターのフランジ、フロントカバー、リアカバーは高精度で加工されています。嵌合面は、安全な火炎伝播防止経路を形成するために基準を満たす隙間を確保する必要があります。

修理後にこれらの位置が研磨、切削、または誤って取り付けられた場合、外観がそのまま残っていてもモーターは防爆性能を失う可能性があります。

モーターシャフトと火炎伝播防止隙間

火炎伝播防止隙間（flame path）は、防爆モーターの構造において非常に重要な詳細です。これは、シャフト、カバー、フランジ、モーター本体などの部品間の狭く長い隙間です。

内部から炎や熱いガスが放出される際、火炎伝播防止経路は、外部環境と接触する前に炎の温度を低下させます。

防爆モーターの動作原理

防爆モーターの動作原理は、内部で爆発を封じ込め、外部に放出される前に炎を消すというメカニズムに基づいています。

このプロセスは次のように理解できます。

1. 可燃性ガスや蒸気がモーター内部に侵入する可能性があります。

2. 電気火花、短絡、または摩擦により引火した場合、モーター内部で小さな爆発が発生する可能性があります。

3. モーターハウジングが圧力に耐え、モーター本体の破壊を防ぎます。

4. 熱いガスと炎が、あらかじめ設計された火炎伝播防止隙間を通過します。

5. 狭く長い隙間を通過する過程で、炎が冷却されます。

6. 外部に放出されるとき、ガスは温度が低下しており、周囲の環境を引火させる能力を失っています。

これは、Ex d Flameproof規格のモーターで一般的に見られる原理です。

防爆モーターの利点

防爆モーターは、高い安全性が求められる産業分野で広く使用されており、次のような利点があります。

危険環境での安全性

防爆モーターの最大の利点は、電気駆動システムからの火災・爆発リスクを低減することです。これは、可燃性ガス、蒸気、または粉塵が存在するエリアでは必須の要件です。

高い機械的耐久性

厚く堅牢な材料で作られているため、防爆モーターは一般的なモーターよりも衝撃、振動、過酷な作業環境に対する耐性がはるかに優れています。

検査基準への適合

化学工場、石油・ガス、鉱山、塗料、溶剤、または可燃性粉塵処理施設では、機器に適切な認証が求められることがよくあります。適切な防爆モーターを使用することで、企業は検査、保険、労働安全要件を容易に満たすことができます。

駆動システムとの柔軟な統合

防爆モーターは、産業用減速機、ギヤードモーター、カップリング、ポンプ、ファン、コンベア、攪拌機、またはその他の駆動機器と組み合わせて、安全な運用システムを構築できます。

注意すべき欠点

利点に加えて、防爆モーターには投資前に計算すべきいくつかの制限があります。

標準モーターより高いコスト

材料要件、精密加工、および安全認証のため、防爆モーターの価格は通常、同出力の標準電気モーターよりも高くなります。

重量が大きい

モーターハウジングが厚いため、全体の重量が増加します。設置時には、機械台、フレーム、および周囲の機械構造を確認する必要があります。

高い技術を要するメンテナンス

ハウジング、フランジ、火炎伝播防止隙間の構造を勝手に分解、研磨、切削、または変更しないでください。メンテナンスは、防爆機器に関する専門知識を持つユニットによって実行される必要があります。

保護レベルによる防爆モーターの分類

以下の表は、エンジニアや購買部門が適切なモーターを簡単に選択できるようにするための一般的な分類です。

危険エリアによる分類

危険エリアを正しく特定することは、防爆モーターを選択する前の重要なステップです。

可燃性ガスまたは蒸気が存在するエリア

可燃性粉塵が存在するエリア

産業における防爆モーターの用途

防爆モーターは、危険な環境を持つ多くの産業で使用されています。

石油・ガスおよび石油精製

防爆モーターは、オイルポンプ、排気ファン、コンプレッサー、攪拌システム、掘削リグ、および燃料貯蔵エリアで一般的に使用されています。

化学および塗料工場

溶剤、化学蒸気、または揮発性物質が存在する環境では、防爆モーターは攪拌機、コンベア、化学ポンプ、および混合システムに使用されます。

鉱山および石炭

メタンガスや石炭粉塵が存在する坑内エリアでは、適切な保護レベルを持つ機器、特に鉱山環境向けの認証を受けたモーターを使用する必要があります。

木材、農産物、食品加工

木粉、ふすま粉、粉末、穀物粉塵は、空気中に浮遊すると爆発性の混合物を形成する可能性があります。粉塵防爆モーターは、コンベア、サイロ、集塵システム、粉砕機、および袋詰め機に一般的に使用されます。

適切な防爆モーターの選定方法

適切な防爆モーターを選択するには、環境条件と運転パラメータを明確に定義する必要があります。

設置ゾーンの特定

まず、モーターの設置場所がZone 1、Zone 2、Zone 21、またはZone 22のいずれであるかを知る必要があります。これは、必要な保護レベルに直接影響する要因です。

爆発性ガスグループの特定

IIC規格に適合したモーターは通常、IIBおよびIIA環境でも使用できますが、コストは高くなります。

温度クラスの特定

モーターの表面温度は、周囲環境の自然発火温度を超えてはなりません。

多くの産業用途では、T4クラスは多くの種類の可燃性ガスや蒸気に適しているため、広く使用されています。

駆動パラメータの特定

防爆規格に加えて、エンジニアは次のような基本パラメータを特定する必要があります。

• モーター出力：kWまたはHP。

• 回転速度：2P、4P、6P、8P。

• 電圧：単相または三相。

• 周波数：50Hzまたは60Hz。

• 取付形式：B3脚取付、B5フランジ取付、B14。

• IP保護等級。

• 絶縁クラス。

• 実際の負荷条件。

• インバータ（VFD）を使用するかどうか。

インバータ（VFD）で防爆モーターを使用する場合の注意点

システムが産業用インバータを使用して防爆モーターの速度を制御する場合、モーターの温度に特に注意を払う必要があります。

モーターが低周波数で動作する場合、シャフトに取り付けられた冷却ファンでは放熱が不十分になる可能性があります。これにより表面温度が上昇し、許容温度クラスを超える可能性があります。

この場合、以下を選択することをお勧めします。

• インバータ専用の防爆モーター。

• 独立した強制冷却ファン。

• PTCまたはPT100熱センサー。

• インバータでの過熱保護設定。

• 負荷パラメータと動作速度範囲の確認。

• 防爆認証を受けたケーブル、グランド、およびアクセサリの使用。

よくある故障と解決策

モーターの過熱

一般的な原因は、過負荷、ファンブレードの粉塵付着、不安定な電圧、またはインバータによる長時間の低速運転です。

解決策は、機械的負荷の確認、冷却システムの清掃、運転電流の測定、およびインバータの設定の再確認です。

異常な振動や騒音

原因としては、ベアリングの摩耗、シャフトの芯出し不良、負荷の不均衡、またはカップリングの取り付けミスが考えられます。

振動、シャフトの同心度、ベアリングの状態を確認し、取り付けポイントを締め直す必要があります。

端子箱の湿気や損傷

ケーブルグランドの緩み、ガスケットの損傷、または端子箱の蓋が適切なトルクで締められていない場合、水、湿気、または粉塵が端子箱に侵入する可能性があります。

メンテナンス時には、ガスケット、グランド、端子、および端子箱の密閉性を確認する必要があります。

防爆モーターの価格に影響を与える要因

防爆モーターの価格は、出力だけでなく、多くの技術的要因に依存します。

主な要因は次のとおりです。

• 保護レベル：Ex dは通常、Ex eやEx ecよりも高価です。

• ガスグループ：IICは通常、IIBやIIAよりも高価です。

• モーター出力：出力が大きいほど価格が高くなります。

• モーター速度：6極または8極モーターは、通常2極、4極タイプよりも高価です。

• 認証基準：ATEX、IECEx、CQ、CO、試験報告書。

• ブランドと原産国。

• 取付形式と付属アクセサリ。

• インバータ、熱センサー、または強制冷却ファンの使用要件。

正確な見積もりを取得するには、出力、電圧、速度、ゾーン、ガスグループ、温度クラス、取付形式、および実際の運転環境に関する完全な情報を提供する必要があります。

信頼できる防爆モーターの購入先は？

防爆モーターのサプライヤーを選択する際、企業は価格だけで比較すべきではありません。これは工場の安全性に直接関わる機器であるため、技術的能力があり、完全な書類を提供するユニットを優先する必要があります。

MDRIVE TECHは、ベトナムの多くの工場向けに駆動および産業オートメーションソリューションを提供しています。ゾーン、ガスグループ、温度クラス、出力、速度、取付形式など、各作業環境に応じた防爆モーターの選定についてサポートします。

MDRIVE TECHのサポート内容：

• 技術要件に応じた防爆モーター選定のコンサルティング。

• 電気モーター、ギヤードモーター、減速機、産業用インバータの供給。

• 要求に応じたCO、CQ、カタログ、技術資料の提供。

• ポンプ、ファン、攪拌機、コンベア、生産ラインに適した駆動ソリューションのコンサルティング。

工場の実際の運転環境に適した防爆モーターについて、MDRIVE TECHまでお問い合わせください。

ホットライン： 0868 789 647
メール： [email protected]

FAQ – 防爆モーターに関するよくある質問

防爆モーターはIP65防水モーターと同じですか？

同じではありません。IP65は、外部からモーター内部への粉塵や水の侵入を防ぐ能力のみを示します。一方、Ex d、Ex e、Ex ecなどの防爆規格は、可燃性ガス、蒸気、または粉塵が存在する環境で安全に動作する能力に関連しています。

Zone 2で標準モーターを使用できますか？

危険エリアで標準電気モーターを使用すべきではありません。Zone 2であっても、プロジェクト要件に応じてEx nA、Ex ec、または同等の規格など、適切な保護レベルを持つモーターを選択する必要があります。

防爆モーターはインバータで使用できますか？

はい、ただしインバータに適したモータータイプを選択する必要があります。多くの場合、表面温度が許容されるTクラスを超えないようにするために、追加の強制冷却ファン、熱センサー、および過熱保護設定が必要です。

粉塵防爆モーターはいつ必要ですか？

粉塵防爆モーターは、木粉、石炭粉塵、ふすま粉、粉末、穀物粉塵が存在するエリア、または産業用サイロ、粉砕機、コンベア、集塵システムなどで一般的に使用されます。

防爆モーターを正しく選択するために必要な情報は何ですか？

出力、速度、電圧、取付形式、ゾーンエリア、ガスまたは粉塵グループ、温度クラス、環境条件、運転負荷、およびインバータを使用するかどうかの情報を提供する必要があります。