방폭구조 분류 및 선정

1. 방폭 구조의 종류

1) 내압 방폭구조 (Flame proof enclosure “d” )

내압방폭은 방폭 기기의 기본이 되며, 가장 먼저 고안된 방폭 방법으로서 용기 내부에서 가연성 가스가 폭발하였을 경우 용기가 그 폭발 압력에 견디고, 폭발 시 발생하는 불꽃이 틈새나 구조적인 접합면을 통하여 용기 밖에 존재하는 위험 가스에 점화되지 못하도록 하며, 외부 폭발 시에 발생되는 폭발압력에 견딜 수도 있으며, 또한 구조용기 표면의 온도에 의해서도 점화가 일어나지 않도록 설계된 구조를 말한다. 따라서 용기의 크기가 증가하면 비용이 증가하기 때문에 사용이 제한되며, 일반적으로 큰 전류를 사용하는 소형 전기기기의 방폭구조에 적합하다.

(1) 접합면의 폭 (Width of joint)

내압방폭 용기의 내부로부터 외부로 접합면에 연해서 측정한 가장 짧은 거리.

(2) 접합면의 틈새 (Gap of flameproof joint)

접합면의 면에 수직으로 측정한 두 면 사이의 거리.

(3) 구조적 특성

내압방폭 구조는 접합면의 종류, 폭, 내용적에 따른 최대안전틈새(Maximum Experimental Safe Gap)에 따라 ⅡA, ⅡB, ⅡC의 세 등급으로 분류되며 이는 가스의 위험 정도인 가스등급 기준과 일치한다.

(4) 시험

내압방폭 기기는 방폭 기기 일반에 대하여 시행하는 시험 외에 기계적 강도를 확인하기 위하여 용기 내부에 압력을 가하는 시험, 즉 폭발강도 시험과 용기 내부에서 일어나는 폭발이 용기 외부 가스에 점화를 일으키는가를 확인하는 폭발 인화 시험을 시행한다.

(5) 장점

접합면에 패킹 대신 금속면 접합을 채택하여 패킹의 노화 탈락으로 인한 방폭성능 상실 없음.

(6) 단점

무겁고 비싸며, 내부 폭발에 의하여 내부기기가 손상됨.

(7) 적용기기

아크가 발생할 수 있는 모든 전기기기로써 스위치류, 변압기류, MCB, Motor 류 등에 적용된다

2) 안전증 방폭 (Increased Safety “e”)

1 종 장소와 2 종 장소에 적합한 구조이다. 안전증 방폭 구조는 전기기기의 권선, Air Gap, 접속부, 단자부등과 같이 정상적인 운전 중에는 불꽃, 아크 또는 과열이 생겨서는 안 될 부분에 이런 것의 발생을 방지하기 위하여 구조와 온도상승에 대하여 특히 안전도를 증가시킨 구조이다. 이 구조는 단지 아아크 또는 과열 등의 점화원이 될 수 있는 한 발생하지 않도록 고려한 것뿐이고 만일 전기기기의 고장이나 파손이 생겨서 점화원이 생긴 경우에는 폭발의 원인이 될 수 있다. 따라서 이 구조에서는 사용상 무리나과실이 없도록 특히 주의할 필요가 있다.

(1) 제한 온도 (Limiting Temperature)

전기 장치나 그 부속품에 허용되는 최고의 온도를 말하며, 아래 2 가지온도중 낮은 온도를 의미.

• 가스의 점화 온도
•  기기에 사용되는 물질의 열적 안전성에 관련된 온도

(2) 절연 공간 거리 (Clearance)

스파크나 아크가 발생하지 않도록 제한을 두는 공간을 통한 최단 거리

(3) 장점

구조가 튼튼하고 내부고장 발생이 어렵기 때문에 비교적 안전성이 높다.

(4) 단점

고장이나 불꽃 또는 고온을 발생한 경우 방폭성능이 보장되지 않는다.

(5) 적용기기

스파크, 아크 또는 고온부가 발생하지 않는 전기기기에 적용한다

 

3) 압력 방폭구조 (Pressurized Apparatus “f”)

전기설비 용기 내부에 공기, 질소 등의 불활성가스 등을 불어넣어 용기 내의 압력을 외부 압력보다 50pa (5mm H2O) 높게 유지하여 내부에 가연성 가스 또는 증기가 유입되지 못하도록 한 구조이며, 이 방폭구조의 용기 내부에는 비방폭형 전기기기를 사용하기 때문에 운전실수, 불활성 가스 공급설비 고장등에 의해 가연성 가스 또는 증기가 용기 내부로 유입되어 보호효과가 상실되면 경보가 작동하거나 (Z Purge, 경보방식) 기기의 운전이 자동으로 정지 (X Purge, 통전정지방식) 되도록 보호장치를 설치하여야 하는 구조이다

(1) 시험

내부압력시험, 기계적 강도 시험, 온도시험 등의 시험을 수행한다.

(2) 장점

내압방폭구조보다 방폭성능이 우수함

(3) 단점

보호기체 공급설비, 보호기체 압력저하 시 자동경보 또는 운전정지 등의 보호시설이 필요하므로 가격이 비싸다.

(4) 적용기기

아크가 발생할 수 있는 모든 기구로써 전기 Panel 등에 적용된다

4) 유입 방폭구조 (Oil Immersion “O”)

2 종 장소에만 적합한 구조이다. 유입 방폭구조는 전기기기의 불꽃 또는 아아크 등이 발생해서 폭발성가스에 점화할 우려가 있는 부분을 광물성기름 (Mineral Oil)으로 적절한 절연 내력과 아크를 소멸시키는 특성을 갖는 유중에 넣고 유면 상의 폭발성가스에 인화될 우려가 없도록 한 것이다. 따라서 사용 중에 항상 필요한 유류 수위를 유지해야 하고 또 유면상에는 외부의 폭발성가스가 침입하고 있다고 생각해야 하므로 유면의 온도상승 한도에 대해서 규정하고 있다.

(1) 주요 시험항목

발화온도를 시험한다.

(2) 장점

가연성 가스의 폭발등급에 관계없이 사용하므로 적용 범위가 넓다.

(3) 단점

• 기름의 열화 또는 누출 등으로 정비작업이 어렵다.
• 사용 중 항상 적정한 기름 액위를 유지하여야 한다.
• 유면의 온도상승 한계가 있다.

(4) 적용기기

아크를 발생할 수 있는 기기로써 개폐기류, 스위치류, 변압기류, MCB,
저항기류 등에 적용한다.

5) 본질 안전 방폭 구조 (Intrinsic Safety “ia, ib”)

0 종, 1 종, 2 종 장소 또는 Class I Division 1 지역에 모두 적합한 구조이다. 본질적인 방폭 구조는 폭발성 가스등의 혼합물이 점화되어 폭발을 일으키는 데는 전기불꽃에 의해 어느 최소한도의 에너지가 주어질 필요가 있다는 개념을 기초로 하고 있다. 물론 전기 불꽃에 의한 점화 외에 열에 의한 점화와 전류에 의해 가열된 도체의 뜨거운 표면에 의한 점화들도 있지만 극히 예외적인 경우를 제외하면 보통은 불꽃점화의 경우보다 훨씬 전기에너지가 크지 않으면 점화가 일어나지 않으므로 제외한다. 방폭지역에서 정상 시 및 사고 시에 발생하는 스파크, 아크 또는 고온부에 의하여 발생되는 전기적 에너지를 제한하여 전기적 점화원 발생을 억제하고 만약 점화원이 발생하더라도 위험물질을 점화할 수 없다는 것이 시험을 통하여 확 된 구조를 말한다. 즉 단선이나 단락등에 의해 전기회로 중에서 전기불꽃이 생겨도 폭발성 혼합물이 결코 점화하지 않는 경우에는 본질적으로 안전하다고 할 수 있다.(전기기기를 전자화하여 최소한의 전기에너지만이 위험지역에 흐르도록 제 한여 필요로 하는 신호를 얻고 주위의 가연성 물질에는 점화능력이 없도록 함)

(1) 본질안전회로

정상 운전 시나 특별히 지정된 사고가 일어난 조건에서 발생한 스파크나열에너지가 가연성 가스 및 증기를 점화시킬 능력을 갖은 한계 에너지 이하의 전기 에너지만을 사용하는 회로를 말한다.

(2) 본질안전기기

모든 회로가 본질 안전이 된 기기를 말한다.

(3) 본질안전 관련기기

모든 회로가 전부 본질 안전 회로가 될 필요는 없지만 본질 안전의 특성에 변압기영향을 미치는 회로를 포함하고 있는 기기를 말하며 방폭지역 내에서는 다른 형태의 방폭에 의하여 보호되기도 하고 방폭지역 밖에 설치되기도 한다. 예를 들면 도 기록 계기는 비방폭 지역인 조정실내에 설치되지만 온도측정용 열전대는 방폭지역 내에 설치되어 있으므로 최소한 계기의 인입선은 본질안전방폭이 되어야 한다.

(4) 본질안전기기의 분류

본질안전기기와 본질안전 관련기기도 방폭 분야에서는 내압방폭에서와 같이 그룹 ⅡA, ⅡB, ⅡC로 분류된다.

(5) 본질안전기기의 종류

• ⅰa: 정상적인 운전 중이나 어느 1 개의 사고가 발생하였을 경우 또는 임의로 선택한 2 개의 사고가 연합하여 발생하였을 경우에도 가연성 가스 또는 증기를 점화시킬 수 없는 전기 계통이나 회로를 말한다.
• ⅰb: 정상적인 운전 중이나 어느 1 개의 사고가 발생하였을 경우 가연성 가스 또는 증기를 점화시킬 수 없는 전기 계통이나 회로를 말한다.

(6) 제한조건

• 30V, 50 mA 이하가 필요한 기기는 본질안전방폭구조로 가능.
• 50V, 150mA 이상인 경우 본질안전방폭구조가 불가능하다 따라서 석유화학공장의 측정계기에 사용되는 아날로그 시그날은 일반적으로 30 VDC 이하 4~20mA 범위에서 작동하므로 본질안전방폭구조 사용이 가능하다.

(7) 장점 및 단점

내압방폭구조에 비해 경제적이며 소형.

(8) 적용기기

Thermocouple, Switch, Flow, Temperature, Pressure Transmitter 등에 적용된다.