石油化学プラントやその他の爆発性環境では、わずかな電気火花でも壊滅的な結果を招く可能性があります。これらの危険区域に接続された機器が、潜在的な故障状態においても絶対に安全であることを保証するためには、特別な安全バリアが不可欠です。主な2つのソリューションとして、ツェナーバリア（本質安全防爆バリア）とガルバニックアイソレータがあります。この記事では、それらの動作原理、用途、および比較優位性を検証します。

ATEXバリアまたはI.S.バリアとしても知られるツェナーバリアは、危険区域へのエネルギーの流れを制限することによって機能します。その設計により、故障時であっても、回路エネルギーが爆発性混合物を着火させるために必要な最小閾値を下回るように保証されます。

標準的なダイオードは一方向にのみ電流を流しますが、ツェナーダイオードは特定の逆電圧閾値に達すると導通するように設計されています。安全バリアでは、これらのコンポーネントは、電圧が安全限界を超えると、過剰な電流をすばやくアースに流し、危険なエネルギーを効果的にクランプします。

• 抵抗器: 危険区域に入る電流を制限します
• ツェナーダイオード: 過剰な電流をアースに迂回させることで、故障時の電圧をクランプします
• ヒューズ: 過負荷状態からツェナーダイオードを保護します

通常動作中、抵抗器は電流の流れを制限します。電圧が安全閾値を超えると、ツェナーダイオードが作動して過剰な電流を分流し、ヒューズは機器の損傷に対する最終的な保護として機能します。

適切な機能には、IEC 60079-14規格に従って設置された専用のI.S.アースが必要です。この重要な安全対策は、システムの完全性に直接影響します。

そのシンプルさと費用対効果にもかかわらず、ツェナーバリアにはいくつかの制約があります:

• 専用のI.S.アースが必須であり、設置の複雑さが増します
• 追加のループ負荷により、機器の性能が低下する可能性があります
• 信号変換または増幅機能がない

これらの制限により、現代の設置ではガルバニックアイソレータによる広範な置き換えが行われています。

PR 9000シリーズのようなガルバニックアイソレータは、根本的に異なる設計を採用しています。どちらの技術も危険区域のエネルギーを制限しますが、アイソレータは、トランスとフォトカプラを使用して、入力、出力、および電源回路間の3ポート電気的絶縁を実装しています。

この完全な電気的分離は、グランドループとノイズ干渉を防ぎ、システムの信頼性と安全性を大幅に向上させます。

アイソレータの固有の電気的絶縁により、特別なアース要件が不要になり、設置とメンテナンスが大幅に簡素化されます。

• 専用のI.S.アースの不要化
• ループ負荷の低減による機器性能の向上
• 信号変換および増幅機能
• ノイズおよびサージ耐性の向上

• 温度測定（熱電対/RTD）
• 圧力トランスデューサ信号伝送
• 流量計信号調整
• 防爆バルブ制御

爆発性環境で使用される機器は、適用される保護方法への準拠を確認するために認証が必要です。EUではATEX認証が必須であり、IECExが国際規格として機能します。

• 認証機関の識別
• 適用規格
• 電気的パラメータ
• 設置仕様
• 特別な動作条件

適切なI.S.ループ設計には、次の3つのコンポーネントの分析が必要です:

• 認定されたフィールド機器（危険区域）
• 関連機器（安全区域インターフェース）
• 互換性のある相互接続ケーブル

• Uo (Voc): 開放回路電圧
• Io (Isc): 短絡電流
• Po: 出力電力
• Ca: 許容静電容量
• La: 許容インダクタンス

関連機器のパラメータとフィールドデバイスの仕様を比較することにより、互換性のある機器の組み合わせと最大ケーブル長を簡単な計算で決定します。システムは以下を満たす必要があります:

• Uo ≤ Ui（電圧制限）
• Io ≤ Ii（電流制限）
• Po ≤ Pi（電力制限）
• Ca ≥ Ctotal（静電容量制限）
• La ≥ Ltotal（インダクタンス制限）

これらの原則を遵守することで、本質的に安全な動作が保証され、危険な場所での爆発のリスクが最小限に抑えられます。