방폭(防爆, Explosion Proof)의 정의, 종류, 관련용어 정리

방폭이란 폭발성 환경에서 전기 및 기계 장비가 폭발을 유발하지 않도록 설계된 기술적 방법 및 장치를 의미합니다. 다량의 화학물질을 다루는 화학, 정유, 가스처리 공장등에서는 필수적으로 적용되고 관리되야 합니다. 폭발성 가스, 증기, 먼지 등이 존재하는 장소에서 안전 사고를 예방하기 위해 필수적인 개념입니다.

 

 

- 폭발 위험 지역에서 작업자의 안전을 보호.

- 시설의 손상 방지.

- 화재 및 폭발 사고 예방.

- 주요 표준은 IEC, NEC, ATEX등이 있습니다.

• 국제전기기술위원회 IEC (International Electrotechnical Commission Explosive)
• 미국전기규정 NEC (National Electrical Code)
• 유럽연합 폭발 위험 장비 보호시스템 지침 ATEX (Atmosphères Explosibles, EU Directive)
• NFPA (National Fire Protection Association, 미국)

 

폭발의 3요소 (폭발 삼각형)

폭발이 발생하려면 다음 세 가지 조건이 동시에 충족되어야 합니다.

 

1. 가연성 물질: 가스, 증기, 먼지 등 폭발 가능성이 있는 물질.

2. 산소: 공기 중의 산소 또는 다른 산화제.

3. 점화원: 불꽃, 전기 스파크, 고온 표면 등.

 

방폭 기술은 주로 점화원을 제어하여 폭발을 방지합니다.

연료의 접촉을 없애는 방식(오일,충전,압력,몰드방폭), 점화원을 제거하는 방식(안전증, 본질안전, 비점화방폭 일부)

 

※ Zone0(0종 장소)
    - 위험분위기가 지속적으로 또는 장기간 존재하는 장소
※ Zone1(1종 장소)
    - 통상의 상태에서 위험분위기가 쉽게 생성되는 곳
※ Zone2(2종 장소)
    - 이상 상태하에서 위험분위기가 단시간 동안 존재할 수 있는 장소 

 

1. 내압 방폭구조 (Ex d) 개요:

장비 내부에서 폭발이 발생하더라도 외부로 폭발의 영향이 전파되지 않도록 설계된 구조입니다.

두꺼운 금속 케이싱으로 내부 폭발 압력을 견디며, 폭발로 인한 불꽃이나 가스가 외부로 누출되지 않도록 방지합니다.

특징: 외부 폭발성 환경과의 완전한 격리가 필요하지 않음.

내부 폭발을 견딜 수 있도록 강도 높은 재질로 제작됨.

케이싱의 틈새(플랜지, 스레드)는 폭발 후 가스가 외부로 나가면서도 불꽃이 점화되지 않도록 설계.

 

장점:

고출력 전기 장비에 적합.

유지보수가 비교적 간단.

 

단점:

무겁고 부피가 크며 설치 비용이 높음.

높은 기계적 강도가 요구됨.

 

적용 예: 전동기, 스위치, 제어기.

 

2. 본질안전 방폭구조 (Ex i) 개요:

전기 회로의 에너지를 제한하여 점화 가능성을 제거하는 방식입니다.

전압과 전류를 제한해 점화 에너지(열 또는 스파크)를 억제합니다.

 

특징:

iA: Zone 0 (폭발성 환경이 지속적으로 존재)에서도 사용 가능.

iB: Zone 1 (가끔 폭발성 환경이 존재)에서 사용 가능.

iC: Zone 2 (드물게 폭발성 환경이 존재)에서 사용 가능.

장점:

경량화 가능.

위험 지역에서도 간단히 설치 가능.

단점:

에너지 제한으로 인해 출력이 낮음.

외부 장치와의 연결 시 추가 보호 장치 필요.

 

적용 예:센서, 계측 장비, 데이터 통신 장비.

 

3. 비점화 방폭구조 (Ex n) 개요:

점화 가능성이 낮은 장비를 사용하여 폭발을 방지하는 구조입니다.

Zone 2와 같은 낮은 위험 지역에 적합합니다.

 

특징:

고온 표면, 아크, 스파크가 발생하지 않도록 설계.

장비의 열적 안정성을 강화.

 

장점:

비용이 낮고 설치가 간단.

Zone 2 환경에 적합.

단점:

높은 위험 지역에서는 사용 불가.

제한된 적용 범위.

 

적용 예:조명, 소형 모터.

 

4. 압력 방폭구조 (Ex p) 개요:

장비 내부에 보호 가스를 주입하여 폭발성 가스가 들어오는 것을 방지합니다.

내부 압력을 외부보다 높게 유지하여 외부 가스의 침투를 차단.

특징: 보호 가스로는 질소나 청정 공기가 주로 사용됨.

 

px: Zone 1 사용 가능.

py: Zone 2 사용 가능.

pz: Zone 2 사용 가능 (일부 제한).

장점:

대형 장비에 적합.

다양한 환경에 적용 가능.

단점:

가스 공급 및 압력 유지 시스템 필요.

초기 설치 비용이 높음.

적용 예: 제어 패널, 분석기.

 

5. 유입 방폭구조 (Ex o) 개요:

장비 내부를 절연유로 채워 전기적 스파크와 고온 표면을 방지하는 구조입니다.

절연유가 내부 부품을 둘러싸 폭발 위험을 억제.

특징:

내부 부품의 스파크와 고온 표면을 차단.

내부 부품이 외부 가스와 접촉하지 않음.

장점:

고출력 장비에 적합.

장비 수명이 길어짐.

단점:

유지보수 시 오일 교체 필요.

오일 누출 방지 설계가 필요.

적용 예: 대형 변압기, 고압 장비.

 

6. 몰딩 방폭구조 (Ex m) 개요:

전기 부품을 몰딩 재료로 완전히 밀봉하여 폭발성 환경과 격리하는 구조입니다.

몰딩 재료로는 에폭시, 실리콘 등이 사용됩니다.

특징:

부품이 외부와 완전히 격리.

Zone 1, Zone 2에서 사용 가능.

장점:

소형 전자 장비에 적합.

유지보수가 거의 필요 없음.

단점:

수리 및 교체가 어려움.

고온 환경에서는 사용 제한.

적용 예: 전자 부품, 소형 제어 장치.

 

7. 증가안전 방폭구조 (Ex e) 개요:

전기 장비의 설계를 개선하여 점화 위험을 줄이는 구조입니다.

전기 접속부, 절연, 열 발생 부분을 철저히 관리합니다.

 

특징:

아크 및 스파크 발생 가능성이 없는 장비.

Zone 1, Zone 2에서 사용 가능.

장점:

설치 및 유지보수 용이.

다양한 장비에 적용 가능.

단점:

제한된 출력.

고위험 환경에는 부적합.

적용 예: 모터, 조명 기구.

 

방폭 관련 용어의 이해

‣ '가연물'이란 산소와 반응 시 발열에 의해 연소가 계속되는 물질을 말한다.

‣ '산소'란 가연물의 연소 시에 필요로 하는 것으로 공기 중의 산소 이외에도 산화제와 같이 다른 물질에 산소를 공급하는 물질을 포함한다.

‣ 점화원(착화원)이란 물질이 연소하는 데 필요한 에너지원을 말하며, 화염은 물론이고 전기 불꽃, 마찰열 및 충격 등에 의한 불꽃과 발열, 자연 발화의 원인이 되는 산화열 등을 포함한다.

‣ 인화점(Flash Point)이란 공기 중의 인화성 액체의 표면에 점화원을 근접시켜 착화시키는 데 필요한 농도의 증기를 발생하는 최저 온도를 말한다.

‣ 발화점(Ignition Point)이란 물질을 공기 중에서 가열할 경우 화염이나 점화원이 없이도 발화될 수 있는 최저온도를 말한다.

‣ 폭발한계(Explosive limits)란 인화성 액체의 증기 또는 가연성 가스가 폭발을 일으킬 수 있는 산소와의 혼합비(용량 %)를 말하며, 이를 폭발 범위 또는 연소 범위라고도 한다.

‣ 가스 폭발 위험장소(Hazardous area)란 가스 폭발 분위기가 조성되거나 조성될 우려가 있는 장소를 말하며, 0종 장소, 1종 장소 및 2종 장소 등으로 구분한다(이를 줄여서 ‘폭발 위험장소’라 한다).

 

<방폭 전기 배선의 점검항목>

 

- 0종 장소(Zone 0): 폭발성 가스 분위기가 지속적으로 또는 장기간 빈번하게 존재하는 장소

- 1종 장소(Zone 1): 폭발성 가스 분위기가 정상 작동 중(in normal operation) 가끔 발생할 가능성이 있는 장소

- 2종 장소(Zone 2): 폭발성 가스 분위기가 정상 작동 중 발생할 가능성은 없지만, 발생하더라도 단기간만 존재하는 장소

 

‣ 폭발 분위기(Explosive atmosphere)란 대기 상태에 가스, 증기 또는 분진 상태의 가연성 물질이 혼합되어, 점화 후 스스로 화염 전파의 지속이 가능한 상태를 말한다.

‣ 최고표면온도(Maximum surface temperature)란 최악의 작동 조건 내에서 사용되는 경우에 주위의 폭발 분위기를 점화시킬 수 있는 방폭 전기기기의 표면이 도달하는 최고표면온도를 말한다.

‣ 방폭구조(Type of protection)란 전기기기가 주위의 폭발 분위기를 점화시키지 않도록 별도의 조치를 취한 기기를 말한다.

‣ 환기(Ventilation)란 바람, 공기의 온도 차에 의한 영향 또는 인위적인 수단(팬, 배출기 등)을 이용하여 신선한 공기로 대체시키는 것을 말한다.

‣ 가연성 분진(Combustible dust)이란 대기압 및 정상 온도에서 공기와 폭발성 혼합물을 형성하고 공기 중에서 연소되거나 열과 빛을 낼 수 있는 분진, 섬유, 먼지 등을 말한다.

‣ 분진 폭발 위험장소(Hazardous Area(dust))란 기기의 구조상 또는 사용상에서 분진과 공기의 혼합물의 점화를 방지하기 위한 조치를 취하여야 하는 가연성 분진 운(雲)이 존재하는 장소를 말한다.

 

방폭기기의 표시

현장에서 종종 혼선을 일으키고, 지속적으로 문의하는 사항이 방폭기기 표기에 관한 사항이다.

국내에서는 고용노동부 고시에 따라 인증서가 발급되며, 고시는 2000년 초기 IEC 60079 시리즈를 기반으로 요구사항이 작성되어서 최근 국제방폭인증제도에서 사용하는 표기법과 차이가 있다.

 

국제방폭인증제도에서는 EPL(Equipment Protection Level, 기기보호등급)을 방폭구조 표기 맨 끝자리에 표기하여 다양한 방폭구조가 혼용되더라고 최종 기기보호등급이 0종, 1종, 2종 및 20종, 21종, 22종에 대응하여 쉽게 이해할 수 있도록 기재하고 있고, 최근 발행되는 인증서에는 고시에 따른 인증표기법도 KS C IEC 60079-0의 개정에 따라 EPL과 고시에 따른 표기법을 병기하고 있다.

가스에 의한 폭발위험지역에는 Ga, Gb, Gc로 0종, 1종, 2종에 대응하며 분진에 의한 폭발위 험지역에는 Da, Db, Dc로 20종, 21종, 22종으로 대응한다.

 

아울러 IEC 61241 시리즈는 60079 시리즈의 각 방폭구조로 병합되고 폐지되었으며, 분진에 대한 방폭구조 tD는 용기에 의한 보호 개념으로 KS C IEC 60079-31에 따라 Ex t 구조로 표기 하고 있다.

 

KS C IEC 60079-0에서 기기그룹의 분류는 I 그룹(광산), II그룹(가스·증기), III 그룹(분진) 으로 분류되고 있으며 II 그룹은 IIA, IIB, IIC로 가스별로 세분되고, III 그룹은 IIIA(가연성 부 유물), IIIB(비도전성 분진), IIIC(도전성 분진)으로 세분하고 있다.

기기 그룹별 세부 그룹을 정리하면 다음과 같다.

방폭구조별 세부분류

 

 

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방폭 기술은 산업 안전의 핵심 요소로 폭발성 환경에서 인명과 시설을 보호하는데 필수입니다. 국제 표준 및 최신 기술을 기반으로 방폭 설계를 철저히 수행하고 유지관리에 만전을 가해주시길 바랍니다.

 

Reference : KOSHA GUIDE E-190-2023