방폭구조
방폭구조는 폭발위험장소에서 사용하는 전기기계·기구가 가연성 가스·증기·분진을 점화하지 않도록 설계된 구조이다.
방폭구조는 전기기기 내부 또는 표면에서 발생할 수 있는 아크, 스파크, 고온, 정전기 방전 등이 폭발성 분위기의 점화원이 되지 않도록 한 구조를 말한다. 폭발위험장소에서는 일반 전기기기를 사용할 경우 작은 불꽃이나 과열만으로도 화재·폭발이 발생할 수 있으므로, 위험장소의 종류와 위험물질의 특성에 맞는 방폭구조를 적용해야 한다.
방폭구조는 점화원을 폭발성 분위기로부터 격리하거나, 전기기기 내부에서 폭발이 발생해도 외부로 전파되지 않도록 하거나, 전기회로의 에너지를 점화에 필요한 수준 이하로 제한하는 등 여러 방식으로 구현된다.
방폭구조의 목적은 다음과 같다.
- 전기기기가 폭발성 분위기의 점화원이 되는 것을 방지한다.
- 전기기기 내부의 아크와 스파크가 외부로 전파되는 것을 막는다.
- 전기설비 표면온도가 발화온도를 초과하지 않도록 한다.
- 폭발위험장소에서 전기설비를 안전하게 사용할 수 있도록 한다.
- 화재·폭발에 따른 중대재해와 설비손상을 예방한다.
방폭구조는 점화원과 폭발성 분위기의 관계를 제어하는 방식에 따라 구분된다. 기본적으로 다음과 같은 원리가 사용된다.
- 점화원을 방폭적으로 격리한다.
- 전기기기 내부 폭발이 외부로 전파되지 않도록 한다.
- 전기기기 내부로 폭발성 가스가 침입하지 못하게 한다.
- 전기설비의 안전도를 높여 아크·스파크·고온을 억제한다.
- 전기회로의 에너지를 최소점화에너지 이하로 제한한다.
- 분진의 침입과 퇴적에 따른 점화를 방지한다.
대표적인 방폭구조는 다음과 같다.
- 내압 방폭구조
- 압력 방폭구조
- 유입 방폭구조
- 안전증 방폭구조
- 본질안전 방폭구조
- 비점화 방폭구조
- 몰드 방폭구조
- 충전 방폭구조
- 특수 방폭구조
- 분진 방폭구조
각 방폭구조는 적용 가능한 위험장소, 전기기기의 종류, 유지관리 방법이 다르므로 현장 조건에 맞게 선택해야 한다.
내압 방폭구조는 전기기기 내부에서 폭발성 혼합기가 점화되어 폭발하더라도 외함이 그 압력을 견디고, 화염이 외부의 폭발성 분위기로 전파되지 않도록 한 구조이다. 기호는 일반적으로 d로 표시한다.
내압 방폭구조의 특징은 다음과 같다.
- 견고한 외함을 사용한다.
- 내부 폭발압력에 견딜 수 있어야 한다.
- 화염이 외부로 전파되지 않도록 접합면과 틈새를 관리한다.
- 외함의 볼트와 나사 체결상태가 중요하다.
- 모터, 스위치, 조명기구, 제어기기 등에 적용될 수 있다.
내압 방폭구조에서는 외함의 틈새가 방폭성능에 직접 영향을 주므로, 임의 가공이나 손상은 매우 위험하다.
압력 방폭구조는 전기기기 또는 외함 내부를 보호가스나 공기로 양압 상태로 유지하여 외부의 폭발성 가스가 내부로 침입하지 못하도록 한 구조이다. 기호는 일반적으로 p로 표시한다.
압력 방폭구조의 특징은 다음과 같다.
- 외함 내부 압력을 외부보다 높게 유지한다.
- 폭발성 가스의 침입을 방지한다.
- 운전 전 퍼지 또는 환기 절차가 필요할 수 있다.
- 압력 저하 시 경보 또는 전원차단 기능이 필요할 수 있다.
- 제어반, 분석기, 전기실, 대형 전기설비에 적용될 수 있다.
압력 방폭구조는 양압 유지가 핵심이므로, 압력감시와 누설관리, 퍼지 절차 준수가 중요하다.
유입 방폭구조는 전기기기의 불꽃이나 고온부를 절연유 등 액체 속에 넣어 폭발성 분위기와 접촉하지 않도록 한 구조이다. 기호는 일반적으로 o로 표시한다.
유입 방폭구조의 특징은 다음과 같다.
- 점화원을 액체로 격리한다.
- 절연유의 양과 상태가 중요하다.
- 누유가 발생하면 방폭성능이 저하될 수 있다.
- 절연유의 열화와 오염을 관리해야 한다.
- 변압기, 개폐장치 등에 적용될 수 있다.
안전증 방폭구조는 정상 운전 중 아크나 스파크가 발생하지 않는 전기기기에 대해 절연, 접속, 온도상승, 기계적 강도 등을 강화하여 점화위험을 줄인 구조이다. 기호는 일반적으로 e로 표시한다.
안전증 방폭구조의 특징은 다음과 같다.
- 전기설비의 안전도를 높인다.
- 정상 운전 중 스파크가 발생하지 않는 기기에 적용한다.
- 단자부의 풀림과 접촉불량을 방지해야 한다.
- 허용온도 상승을 초과하지 않아야 한다.
- 접속함, 단자함, 일부 전동기 등에 적용될 수 있다.
안전증 방폭구조는 작은 접촉불량이나 과열도 위험할 수 있으므로, 단자 체결과 온도관리가 중요하다.
본질안전 방폭구조는 전기회로의 전압, 전류, 에너지를 제한하여 정상상태나 고장상태에서도 폭발성 분위기를 점화할 수 없도록 한 구조이다. 기호는 일반적으로 ia 또는 ib로 표시한다.
본질안전 방폭구조의 특징은 다음과 같다.
- 전기회로의 에너지를 최소점화에너지 이하로 제한한다.
- 스파크가 발생해도 점화능력이 없도록 한다.
- 계측기, 센서, 신호회로, 통신회로에 많이 적용된다.
- 방폭 배리어 또는 절연장벽을 함께 사용할 수 있다.
- 위험도가 높은 장소에도 적용 가능한 형식이 있다.
본질안전 방폭구조는 회로 전체의 에너지 제한이 중요하므로, 비본질안전기기와 임의로 연결해서는 안 된다.
비점화 방폭구조는 정상 운전 중 폭발성 분위기를 점화할 수 있는 아크, 스파크 또는 고온부가 발생하지 않도록 한 구조이다. 기호는 일반적으로 n으로 표시한다.
비점화 방폭구조의 특징은 다음과 같다.
- 정상 운전 중 점화원을 만들지 않는다.
- 상대적으로 위험성이 낮은 장소에 적용된다.
- 2종 장소 등에 사용될 수 있다.
- 비정상상태에서의 고장 가능성을 고려해야 한다.
몰드 방폭구조는 전기부품을 수지 등의 몰딩재로 감싸 폭발성 분위기와 접촉하지 않도록 한 구조이다. 기호는 일반적으로 m으로 표시한다.
몰드 방폭구조의 특징은 다음과 같다.
- 전기부품을 몰딩재로 밀봉한다.
- 스파크나 고온부가 외부와 접촉하지 않도록 한다.
- 소형 전기부품, 센서, 코일 등에 적용될 수 있다.
- 몰딩재의 균열, 손상, 열화가 있으면 방폭성능이 저하된다.
충전 방폭구조는 전기기기 내부 공간을 분말 또는 입자 형태의 충전재로 채워 아크나 스파크가 외부 폭발성 분위기로 전파되지 않도록 한 구조이다. 기호는 일반적으로 q 또는 g로 표시한다.
충전 방폭구조의 특징은 다음과 같다.
- 전기부품 주변을 충전재로 채운다.
- 스파크와 고온부의 영향을 외부로 전달하지 않도록 한다.
- 충전재의 양과 상태가 중요하다.
- 충전재가 빠지거나 오염되면 방폭성능이 떨어질 수 있다.
특수 방폭구조는 일반적인 방폭구조로 분류하기 어렵지만, 시험과 검증을 통해 폭발위험장소에서 사용 가능한 것으로 인정되는 구조이다. 기호는 일반적으로 s로 표시한다.
특수 방폭구조는 특정 설비나 특수한 운전조건에 맞추어 설계되는 경우가 많으므로, 인증 조건과 사용 범위를 정확히 확인해야 한다.
분진 방폭구조는 가연성 분진이 존재하는 장소에서 전기기기가 분진을 점화하지 않도록 한 구조이다. 분진은 전기기기 외함 내부로 침입하거나 표면에 퇴적되어 과열과 점화의 원인이 될 수 있다.
분진 방폭구조의 주요 관리사항은 다음과 같다.
- 분진 침입을 방지한다.
- 전기기기의 최고 표면온도를 제한한다.
- 분진 퇴적을 방지한다.
- 외함의 밀폐성을 유지한다.
- 정기적으로 청소와 점검을 실시한다.
방폭구조는 기호로 표시되어 방폭전기기기의 구조와 적용원리를 나타낸다.
| 기호 | 방폭구조 | 주요 원리 |
|---|---|---|
| d | 내압 방폭구조 | 내부 폭발을 견디고 외부 전파를 방지 |
| p | 압력 방폭구조 | 양압으로 폭발성 가스 침입 방지 |
| o | 유입 방폭구조 | 점화원을 액체로 격리 |
| e | 안전증 방폭구조 | 전기적·기계적 안전도 증강 |
| ia, ib | 본질안전 방폭구조 | 전기회로의 점화에너지 제한 |
| n | 비점화 방폭구조 | 정상 운전 중 점화원 발생 방지 |
| m | 몰드 방폭구조 | 전기부품을 몰딩재로 밀봉 |
| q 또는 g | 충전 방폭구조 | 충전재로 점화원 전파 방지 |
| s | 특수 방폭구조 | 특수한 검증 구조 |
| tD | 분진 방폭구조 | 분진 침입과 표면온도 관리 |
방폭구조는 위험장소 구분에 맞게 선정해야 한다. 위험장소는 폭발성 분위기의 존재 가능성과 지속시간에 따라 구분되며, 장소의 위험성이 높을수록 더 엄격한 방폭성능이 요구된다.
가스폭발위험장소는 일반적으로 다음과 같이 구분된다.
- 0종 장소: 폭발성 분위기가 연속적 또는 장시간 존재하는 장소
- 1종 장소: 정상운전 중 폭발성 분위기가 발생할 가능성이 있는 장소
- 2종 장소: 정상운전 중 폭발성 분위기 발생 가능성이 낮고 발생해도 짧은 시간 존재하는 장소
각 방폭구조가 어느 장소에 적용될 수 있는지는 해당 기기의 인증조건과 기준에 따라 판단해야 한다.
방폭전기기기는 사용되는 가연성 가스나 증기의 폭발특성에 따라 적합성을 검토해야 한다. 수소나 아세틸렌처럼 점화가 쉽고 화염전파성이 큰 물질은 더 엄격한 조건이 필요하다.
가스그룹을 고려해야 하는 이유는 다음과 같다.
- 최소점화에너지가 물질마다 다르다.
- 화염전파 특성이 물질마다 다르다.
- 내압 방폭구조의 간극 조건이 달라진다.
- 본질안전 회로의 허용 에너지가 달라진다.
- 방폭기기의 적용 가능 물질이 달라진다.
방폭전기기기의 표면온도는 취급 물질의 발화온도보다 낮아야 한다. 전기기기에서 스파크가 발생하지 않더라도 표면온도가 높으면 가연성 가스나 분진을 점화할 수 있다.
온도등급 관리 시 고려사항은 다음과 같다.
- 취급 물질의 발화온도
- 전기기기의 최고 표면온도
- 주변온도
- 부하상태
- 분진 퇴적에 따른 열축적
- 환기상태
방폭구조를 선정할 때에는 전기기기의 종류뿐 아니라 위험장소와 물질 특성을 함께 고려해야 한다.
선정 시 고려사항은 다음과 같다.
- 위험장소 구분
- 가연성 가스·증기·분진의 종류
- 폭발등급 또는 가스그룹
- 온도등급
- 전기기기의 기능
- 정상 운전 중 스파크 발생 여부
- 설치환경의 온도와 습도
- 부식성 분위기 여부
- 점검과 유지보수 가능성
- 분진 퇴적 가능성
방폭구조는 올바르게 설치되어야 방폭성능을 유지할 수 있다. 방폭전기기기를 설치하면서 외함을 임의로 가공하거나, 부적합한 케이블 인입부품을 사용하면 방폭성능이 손상된다.
설치 시 유의사항은 다음과 같다.
- 인증된 방폭전기기기를 사용한다.
- 위험장소에 적합한 방폭구조를 선택한다.
- 케이블 글랜드와 인입부를 적합하게 시공한다.
- 사용하지 않는 인입구는 적합한 플러그로 막는다.
- 외함 접합면을 손상시키지 않는다.
- 나사와 볼트를 규정대로 체결한다.
- 접지를 확실히 한다.
- 임의 개조를 금지한다.
방폭전기기기는 유지보수 과정에서 방폭성능이 손상될 수 있다. 외함을 열고 닫는 작업, 케이블 교체, 단자 조임, 도장, 청소 등도 방폭성능에 영향을 줄 수 있다.
유지보수 시 유의사항은 다음과 같다.
- 작업 전 정전작업 절차를 따른다.
- 방폭구조에 맞는 부품을 사용한다.
- 외함 접합면을 청결하게 유지한다.
- 볼트와 나사를 빠짐없이 체결한다.
- 패킹과 실링 상태를 확인한다.
- 케이블 인입부의 풀림을 확인한다.
- 방폭 표시가 훼손되지 않도록 한다.
- 수리 후 방폭성능 유지 여부를 확인한다.
방폭전기기기를 임의로 개조하면 방폭구조가 무력화될 수 있다. 구멍을 추가로 뚫거나, 일반 부품으로 교체하거나, 외함의 볼트를 일부 제거한 상태로 운전하는 것은 위험하다.
임의 개조의 예는 다음과 같다.
- 외함에 추가 구멍을 뚫는다.
- 부적합한 케이블 글랜드를 사용한다.
- 내압방폭 외함의 접합면을 깎거나 손상시킨다.
- 볼트를 일부 제거한 상태로 운전한다.
- 일반 스위치나 조명기구로 교체한다.
- 방폭 인증을 받지 않은 부품을 사용한다.
정전기는 방폭구조와 별도로 관리해야 할 점화원이다. 방폭전기기기를 설치했더라도 정전기 방전이 발생하면 폭발성 분위기를 점화할 수 있다.
정전기 방지대책은 다음과 같다.
- 설비와 배관을 접지한다.
- 도전성 물체 사이를 본딩한다.
- 인화성 액체의 이송속도를 관리한다.
- 분체 이송설비의 정전기를 제거한다.
- 제전기를 사용한다.
- 정전기 방지 작업복과 신발을 사용한다.
방폭구조는 점화원 관리 대책이지만, 폭발성 분위기가 형성되지 않도록 하는 환기와 함께 적용되어야 한다. 환기가 불량하면 2종 장소가 1종 장소와 유사한 위험을 가질 수 있다.
환기 관리사항은 다음과 같다.
- 가연성 가스와 증기가 체류하지 않도록 한다.
- 국소배기장치를 설치한다.
- 밀폐공간에는 강제환기를 적용한다.
- 환기설비 자체의 방폭성을 확인한다.
- 가스감지기와 경보장치를 설치한다.
방폭구조를 통한 재해예방 대책은 다음과 같다.
- 폭발위험장소를 정확히 구분한다.
- 위험장소에 적합한 방폭구조를 선정한다.
- 가스그룹과 온도등급을 확인한다.
- 인증된 방폭전기기기를 사용한다.
- 설치 시 방폭성능을 훼손하지 않는다.
- 외함과 케이블 인입부를 정기적으로 점검한다.
- 분진 퇴적을 방지한다.
- 정전기 접지와 본딩을 실시한다.
- 임의 개조를 금지한다.
- 유지보수 작업자는 방폭구조의 특성을 이해해야 한다.
방폭구조는 폭발위험장소에서 전기설비를 안전하게 사용하기 위한 핵심적인 기술이다. 가연성 가스, 증기, 분진이 존재하는 장소에서는 일반 전기기기가 점화원이 될 수 있으므로, 방폭구조를 통해 전기적 점화위험을 통제해야 한다.
방폭구조는 제품의 구조만으로 완성되는 것이 아니라, 위험장소 구분, 적정 선정, 올바른 설치, 정기점검, 임의 개조 금지, 정전기 관리, 환기 관리가 함께 이루어질 때 효과를 발휘한다.
