전기방폭
전기방폭은 가연성 가스·증기·분진 등이 존재하여 폭발위험이 있는 장소에서 전기기계·기구가 점화원이 되지 않도록 하는 전기안전기술이다.
전기방폭은 폭발위험장소에서 전기설비의 불꽃, 아크, 고온부, 정전기, 스파크 등이 가연성 혼합기체나 분진운을 점화하지 않도록 하는 기술이다. 화학공장, 정유공장, 도장작업장, 분진 취급공정, 가스저장시설 등에서는 전기기기가 점화원이 되어 화재·폭발사고가 발생할 수 있다.
전기방폭은 폭발성 분위기의 발생 가능성을 고려하여 위험장소를 구분하고, 그 장소에 적합한 방폭구조의 전기기기를 선정·설치·관리하는 방식으로 이루어진다. 따라서 전기방폭은 단순히 방폭기기를 설치하는 것에 그치지 않고, 위험물질의 특성, 환기상태, 점화원 관리, 접지, 정전기 방지, 유지보수까지 포함하는 종합적인 안전관리이다.
전기방폭의 목적은 다음과 같다.
- 전기기계·기구가 폭발성 분위기의 점화원이 되는 것을 방지한다.
- 가연성 가스·증기·분진에 의한 화재와 폭발을 예방한다.
- 폭발위험장소에 적합한 전기설비를 선정한다.
- 전기설비의 고장이나 과열로 인한 점화를 방지한다.
- 정전기와 전기스파크에 의한 점화위험을 줄인다.
- 중대산업사고와 설비손상을 예방한다.
폭발이 발생하기 위해서는 일반적으로 가연성 물질, 산소, 점화원이 필요하다. 전기방폭은 이 중 전기설비가 점화원이 되는 것을 방지하는 데 중점을 둔다.
폭발의 주요 요소는 다음과 같다.
- 가연성 물질
- 산소 또는 산화성 분위기
- 점화원
전기설비에서 발생할 수 있는 점화원에는 아크, 스파크, 고온 표면, 단락, 과부하, 정전기 방전 등이 있다.
폭발위험장소는 가연성 가스, 증기, 미스트, 분진 등이 공기와 혼합되어 폭발성 분위기를 형성할 수 있는 장소이다. 전기방폭에서는 폭발성 분위기의 존재 가능성과 지속시간에 따라 위험장소를 구분한다.
폭발위험장소가 될 수 있는 곳은 다음과 같다.
- 인화성 액체 저장탱크 주변
- 가연성 가스 압축기 주변
- 화학설비의 배관·밸브·플랜지 주변
- 도장작업장
- 용제 세척작업장
- 분진 집진설비 주변
- 분체 이송설비
- 가스용기 저장소
- 정유·석유화학 공정
가스폭발위험장소는 폭발성 가스 분위기가 존재하는 빈도와 지속시간에 따라 0종, 1종, 2종 장소로 구분한다.
| 구분 | 의미 | 예 |
|---|---|---|
| 0종 장소 | 폭발성 가스 분위기가 연속적으로 또는 장시간 존재하는 장소 | 탱크 내부, 설비 내부, 가연성 가스가 상시 존재하는 공간 |
| 1종 장소 | 정상운전 중 폭발성 가스 분위기가 발생할 가능성이 있는 장소 | 밸브, 플랜지, 펌프 주변, 주기적으로 위험분위기가 조성되는 장소 |
| 2종 장소 | 정상운전 중 폭발성 가스 분위기가 발생할 가능성은 낮으나, 발생하더라도 짧은 시간만 존재하는 장소 | 환기 불충분 장소, 비정상상태에서 일시적으로 위험분위기가 생길 수 있는 장소 |
위험장소의 구분이 정확해야 적합한 방폭전기기기를 선정할 수 있다.
분진폭발위험장소는 가연성 분진이 공기 중에 부유하여 폭발성 분위기를 형성할 수 있는 장소이다. 금속분진, 곡물분진, 석탄분진, 플라스틱분진, 목분 등은 조건에 따라 분진폭발을 일으킬 수 있다.
분진폭발위험장소의 예는 다음과 같다.
- 분쇄기 주변
- 혼합기 주변
- 집진기 내부와 주변
- 분체 이송설비
- 사일로
- 곡물 저장시설
- 금속분진 발생 공정
- 목재가공 공정
분진폭발은 가스폭발보다 연소시간이 길고, 2차 폭발로 확대될 수 있으므로 분진 퇴적 관리와 방폭전기기기 선정이 중요하다.
폭발위험장소에서 전기설비는 다양한 방식으로 점화원이 될 수 있다.
대표적인 전기적 점화원은 다음과 같다.
- 스위치 개폐 시 발생하는 아크
- 릴레이와 접점의 스파크
- 단락에 따른 불꽃
- 과부하에 따른 과열
- 모터 표면의 고온
- 정전기 방전
- 케이블 접속부의 접촉불량
- 절연파괴에 따른 방전
- 조명기구의 고온 표면
전기방폭은 이러한 점화원이 폭발성 분위기와 접촉하지 않도록 하거나, 점화능력을 갖지 못하도록 하는 기술이다.
전기방폭의 기본 원리는 점화원과 폭발성 분위기를 분리하거나, 점화가 발생하더라도 외부 폭발로 이어지지 않도록 하거나, 전기기기의 점화능력을 본질적으로 낮추는 것이다.
주요 원리는 다음과 같다.
- 점화원을 폭발성 분위기로부터 격리한다.
- 폭발이 내부에서 발생해도 외부로 전파되지 않도록 한다.
- 전기설비의 안전도를 높여 고온과 스파크 발생을 억제한다.
- 전기회로의 에너지를 최소점화에너지 이하로 제한한다.
- 정전기 축적과 방전을 방지한다.
- 환기와 밀폐를 통해 폭발성 분위기 형성을 억제한다.
방폭구조는 전기기기가 폭발위험장소에서 점화원이 되지 않도록 만든 구조를 말한다. 위험장소의 종류와 위험물질의 특성에 따라 적합한 방폭구조를 선택해야 한다.
대표적인 방폭구조는 다음과 같다.
- 내압 방폭구조
- 압력 방폭구조
- 유입 방폭구조
- 안전증 방폭구조
- 본질안전 방폭구조
- 비점화 방폭구조
- 몰드 방폭구조
- 충전 방폭구조
- 특수 방폭구조
- 분진 방폭구조
내압 방폭구조는 전기기기 내부에서 폭발이 발생하더라도 그 압력을 견디고, 화염이 외부 폭발성 분위기로 전파되지 않도록 만든 구조이다. 기호는 보통 d로 표시한다.
내압 방폭구조의 특징은 다음과 같다.
- 견고한 외함을 가진다.
- 내부 폭발압력에 견딜 수 있다.
- 화염이 외부로 전파되지 않도록 틈새와 간극을 관리한다.
- 스위치, 모터, 조명기구 등에 적용될 수 있다.
압력 방폭구조는 전기기기 내부에 보호가스나 공기를 넣어 외부의 폭발성 가스가 내부로 들어오지 못하게 하는 구조이다. 기호는 보통 p로 표시한다.
압력 방폭구조의 특징은 다음과 같다.
- 외함 내부를 양압으로 유지한다.
- 폭발성 가스의 침입을 방지한다.
- 환기 또는 퍼지 절차가 필요할 수 있다.
- 제어반이나 분석기실 등에 적용될 수 있다.
유입 방폭구조는 전기기기의 불꽃이나 고온부를 절연유 등 액체 속에 넣어 폭발성 분위기와 접촉하지 않도록 하는 구조이다. 기호는 보통 o로 표시한다.
유입 방폭구조의 특징은 다음과 같다.
- 점화원을 액체로 격리한다.
- 절연유의 상태와 누유 관리가 필요하다.
- 변압기나 개폐장치 등에 적용될 수 있다.
안전증 방폭구조는 정상운전 중 아크나 스파크가 발생하지 않는 전기기기에 추가적인 안전도를 부여하여 고장이나 과열 가능성을 줄인 구조이다. 기호는 보통 e로 표시한다.
안전증 방폭구조의 특징은 다음과 같다.
- 전기설비의 안전도를 높인다.
- 단자부, 절연거리, 온도상승 등을 관리한다.
- 정상 운전 중 스파크가 발생하지 않는 설비에 적용된다.
- 접속함, 단자함, 일부 전동기 등에 활용된다.
본질안전 방폭구조는 전기회로의 에너지를 제한하여 정상상태나 고장상태에서도 폭발성 분위기를 점화할 수 없도록 하는 구조이다. 기호는 보통 ia 또는 ib로 표시한다.
본질안전 방폭구조의 특징은 다음과 같다.
- 전기회로의 전압과 전류를 제한한다.
- 스파크가 발생해도 점화에 필요한 에너지에 미치지 않도록 한다.
- 계측기, 센서, 신호회로 등에 많이 사용된다.
- 가장 위험도가 높은 장소에도 적용 가능한 형식이 있다.
비점화 방폭구조는 정상운전 중 폭발성 분위기를 점화할 수 있는 아크, 스파크, 고온이 발생하지 않도록 한 구조이다. 기호는 보통 n으로 표시한다.
비점화 방폭구조는 상대적으로 위험성이 낮은 2종 장소 등에 사용될 수 있으며, 적용 가능 장소와 조건을 확인해야 한다.
몰드 방폭구조는 전기부품을 수지 등으로 몰딩하여 폭발성 분위기와 접촉하지 않도록 하는 구조이다. 기호는 보통 m으로 표시한다.
몰드 방폭구조의 특징은 다음과 같다.
- 전기부품을 몰딩재로 감싼다.
- 스파크나 고온부가 외부와 접촉하지 않도록 한다.
- 센서, 코일, 소형 전기부품 등에 적용될 수 있다.
충전 방폭구조는 전기기기 내부를 분말이나 입자로 채워 아크나 스파크가 외부 폭발성 분위기로 전파되지 않도록 하는 구조이다. 기호는 보통 q 또는 g로 표시된다.
충전 방폭구조는 전기부품의 주변 공간을 충전재로 채워 점화원과 폭발성 분위기의 접촉을 제한한다.
분진 방폭구조는 가연성 분진이 존재하는 장소에서 전기기기가 분진을 점화하지 않도록 한 구조이다. 분진은 외함 안으로 들어가거나 표면에 쌓여 과열과 점화를 일으킬 수 있으므로, 외함의 방진성과 표면온도 관리가 중요하다.
분진 방폭의 주요 관리사항은 다음과 같다.
- 분진 침입 방지
- 표면온도 제한
- 분진 퇴적 방지
- 외함의 밀폐성 유지
- 정기적인 청소와 점검
방폭전기기기는 방폭구조, 적용 장소, 가스그룹, 온도등급 등을 기호로 표시한다. 대표적인 방폭구조 기호는 다음과 같다.
| 기호 | 방폭구조 |
|---|---|
| d | 내압 방폭구조 |
| p | 압력 방폭구조 |
| o | 유입 방폭구조 |
| e | 안전증 방폭구조 |
| ia, ib | 본질안전 방폭구조 |
| n | 비점화 방폭구조 |
| m | 몰드 방폭구조 |
| q 또는 g | 충전 방폭구조 |
| s | 특수 방폭구조 |
| tD | 분진 방폭구조 |
방폭기호는 방폭전기기기가 어떤 원리로 점화원을 관리하는지 보여주므로, 시험과 실무 모두에서 중요하다.
폭발등급은 가연성 가스 또는 증기의 폭발 전파 특성에 따라 구분한 것이다. 폭발등급은 최대안전틈새와 관련되며, 내압 방폭구조의 선정에 중요하다.
대표적인 구분은 다음과 같다.
| 폭발등급 | 최대안전틈새 | 대표 물질 |
|---|---|---|
| 1등급 | 0.6밀리미터 초과 | 메탄, 에탄, 프로판, 부탄 등 |
| 2등급 | 0.4밀리미터 초과 0.6밀리미터 이하 | 에틸렌, 석탄가스 등 |
| 3등급 | 0.4밀리미터 이하 | 수소, 아세틸렌 등 |
등급이 높을수록 화염전파 위험이 크고, 더 엄격한 방폭성능이 요구된다.
온도등급은 전기기기의 최고 표면온도가 가연성 물질의 발화온도를 초과하지 않도록 관리하기 위한 구분이다. 전기기기의 표면온도가 물질의 발화온도 이상이 되면 스파크가 없어도 점화가 발생할 수 있다.
온도등급을 선정할 때에는 다음 사항을 고려한다.
- 취급 물질의 발화온도
- 전기기기의 최고 표면온도
- 주변 온도
- 분진 퇴적에 따른 온도상승
- 운전 중 과부하 가능성
방폭전기기기를 선정할 때에는 위험장소 구분, 폭발성 물질의 종류, 폭발등급, 온도등급, 주변환경을 종합적으로 고려해야 한다.
선정 시 고려사항은 다음과 같다.
- 위험장소의 구분
- 가스 또는 분진의 종류
- 폭발등급
- 온도등급
- 방폭구조의 적합성
- 외함의 보호등급
- 주변 온도와 습도
- 부식성 분위기 여부
- 설치와 유지보수 가능성
방폭전기기기는 적합한 제품을 선택하는 것뿐 아니라 올바르게 설치하는 것이 중요하다. 설치가 잘못되면 방폭성능이 유지되지 않을 수 있다.
설치 시 유의사항은 다음과 같다.
- 위험장소에 적합한 방폭기기를 사용한다.
- 방폭구조에 맞는 케이블 인입장치를 사용한다.
- 접속부와 나사부를 정확히 체결한다.
- 내압방폭 외함의 틈새를 손상시키지 않는다.
- 사용하지 않는 인입구는 적합한 플러그로 막는다.
- 접지를 확실히 한다.
- 방폭성능을 훼손하는 임의 개조를 하지 않는다.
방폭전기기기는 사용 중 외함 손상, 부식, 나사 풀림, 케이블 글랜드 불량, 분진 퇴적 등으로 방폭성능이 저하될 수 있다. 따라서 정기적인 점검과 유지보수가 필요하다.
점검사항은 다음과 같다.
- 방폭 표시의 확인
- 외함의 균열과 손상 여부
- 나사와 볼트의 체결상태
- 케이블 인입부의 밀폐상태
- 접지선 연결상태
- 분진 퇴적 여부
- 표면온도 이상 여부
- 부식과 오염 여부
- 임의 개조 여부
정전기는 폭발위험장소에서 중요한 점화원 중 하나이다. 인화성 액체 이송, 분체 취급, 필름이나 섬유의 이동, 탱크로리 충전 등에서는 정전기가 축적될 수 있다.
정전기 방지대책은 다음과 같다.
- 설비를 접지한다.
- 도전성 물체 사이를 본딩한다.
- 이송속도를 관리한다.
- 가습 또는 제전장치를 사용한다.
- 정전기 방지 작업복과 신발을 사용한다.
- 절연성 용기의 사용을 제한한다.
전기방폭은 점화원 관리뿐 아니라 폭발성 분위기가 형성되지 않도록 하는 조치와 함께 이루어져야 한다. 환기는 가연성 가스나 증기의 농도를 폭발하한계 이하로 유지하는 데 도움이 된다.
환기 관리사항은 다음과 같다.
- 가스 또는 증기의 체류를 방지한다.
- 국소배기장치를 설치한다.
- 밀폐공간의 환기를 확보한다.
- 환기 불량 지역은 위험장소로 검토한다.
- 환기설비 자체도 방폭형으로 선정한다.
- 가스감지기와 경보설비를 설치한다.
위험물 취급장소에서는 인화성 액체의 증기나 가연성 가스가 존재할 수 있으므로 전기방폭이 중요하다. 특히 제4류 위험물의 저장·취급장소에서는 증기 발생과 점화원 관리가 핵심이다.
위험물 취급장소의 전기방폭 대책은 다음과 같다.
- 위험장소를 구분한다.
- 방폭전기기기를 설치한다.
- 정전기 접지와 본딩을 실시한다.
- 환기를 확보한다.
- 화기와 비방폭 전기기기 사용을 금지한다.
- 전기설비 점검 시 정전작업을 실시한다.
- 분전반과 조명기구의 방폭성능을 확인한다.
전기방폭을 통한 재해예방 대책은 다음과 같다.
- 폭발위험장소를 정확히 구분한다.
- 장소 구분에 적합한 방폭전기기기를 선정한다.
- 가스그룹과 온도등급을 확인한다.
- 방폭기기의 임의 개조를 금지한다.
- 케이블 인입부와 접속부를 적정하게 시공한다.
- 정전기 접지와 본딩을 실시한다.
- 분진 퇴적을 방지한다.
- 환기를 확보한다.
- 정기점검과 유지보수를 실시한다.
- 작업자에게 방폭기기 취급방법을 교육한다.
전기방폭은 화재·폭발 위험이 있는 산업현장에서 전기설비를 안전하게 사용하기 위한 핵심 기술이다. 폭발위험장소에서는 작은 스파크나 고온 표면도 대형 사고의 점화원이 될 수 있으므로, 전기설비의 선정·설치·유지관리가 일반 장소보다 엄격해야 한다.
전기방폭은 방폭전기기기의 설치만으로 완성되지 않는다. 위험장소 구분, 환기, 접지, 정전기 방지, 작업절차, 유지보수, 교육이 함께 이루어져야 실제 폭발예방 효과를 얻을 수 있다.
