방폭지역 구분, 방폭구조의 종류(내압방폭, 본질안전방폭, 유입방폭 등)

1. 방폭지역의 구분

인화성 또는 가연성 물질이 화재․폭발을 발생시킬 수 있는 농도로 대기중에 존재 하거나 존재할 우려가 있는 장소를 방폭지역이라고 하며, 이 방폭지역은 가스방폭 지역과 분진방폭지역으로 구분하여 위험분위기가 존재하는 시간과 빈도에 따라 그 종별을 결정하고, 이것은 방폭전기기계․기구 및 배선방법을 결정하는데 중요한 사 항이 된다.

 

가. 가스방폭지역

(1) 방폭지역의 국가별 구분

 

 (2) 방폭지역의 구분

 방폭지역은 폭발성 위험분위기의 생성빈도와 존재하는 시간에 따라 다음과 같이 구분된다.

 

① 0종 장소

위험분위기가 지속적으로 또는 장기간 존재하는 장소

㉮ 설비의 내부(용기내부, 장치 및 배관의 내부 등)

㉯ 인화성 또는 가연성 액체가 존재하는 피트(Pit)등의 내부

㉰ 인화성 또는 가연성의 가스나 증기가 지속적 또는 장기간 체류하는 곳

 

② 1종 장소

상용의 상태에서 위험분위기가 존재하기 쉬운 장소

㉮ 통상의 상태에서 위험분위기가 쉽게 생성되는 곳

㉯ 운전․유지보수 또는 누설에 의하여 자주 위험분위기가 생성되는 곳

㉰ 설비일부의 고장시 가연성물질의 방출과 전기계통의 고장이 동시에 발생 되기 쉬운곳

㉱ 환기가 불충분한 장소에 설치된 배관계통으로 쉽게 누설될 우려가 있는 곳

㉲ 주변 지역보다 낮아 가스나 증기가 체류할 수 있는 곳

㉳ 상용의 상태에서 위험분위기가 주기적 또는 간헐적으로 존재하는 곳

 

③ 2종 장소

이상상태하에서 위험분위기가 단시간 동안 존재할 수 있는 장소

(이 경우 이상상태는 상용의 상태 즉, 통상적인 유지보수 및 관리상태 등에서 벗어난 상태를 지칭하는 것으로 일부 기기의 고장, 기능상실, 오작동 등의 상 태)

㉮ 환기가 불충분한 장소에 설치된 배관계통으로 쉽게 누설되지 않는 구조의 곳

 

㉯ 가스켓(Gasket), 패킹(Packing)등의 고장과 같이 이상태에서만 누출될 수 있는 공정설비 또는 배관이 환기가 충분한 곳에 설치될 경우

㉰ 1종장소와 직접 접하며 개방되어 있는곳 또는 1종 장소와 닥트, 트랜치, 파 이프 등으로 연결되어 이들을 통해 가스나 증기의 유입이 가능한 곳

㉱ 강제 환기방식이 채용되는 것으로 환기설비의 고장이나 이상시에 위험분위 기가 생성될 수 있는곳

 

④ 비방폭지역은 위에서 언급한 방폭지역으로 구분되지 않는 다음의 장소

㉮ 환기가 충분한 장소에 설치되고 개구부가 없는 상태에서 인화성 또는 가 연성 액체가 간헐적으로 사용되는 배관으로 적절한 유지․관리가 될 경우 의 배관 주위

㉯ 환기가 불충분한 장소에 설치된 배관으로 밸브, 핏팅, 플렌지등 이상시 누 설될 수 있는 부속품이 전혀없고 전부 용접으로 접속된 배관 주위

㉰ 가연성 물질이 완전 밀봉된 수납 용기속에 저장되고 있을 경우의 수납용 기 주위

㉱ 보일러, 화로, 가열로, 소각로 등 개방된 표면이나 고온표면의 존재가 불 가피한 설비로써 연료 주입 배관상의 밸브, 펌프 등의 위험발생원 주변의 전기기계․기구가 적합한 방폭구조이거나 연료주입 배관 주위에 전기기 계․기구가 없을 경우의 개방화염 또는 고온 표면이 있는 설비 주위

 

2 .방폭구조의 종류 및 구조

(1) 폭발성 가스 또는 증기에 대한 방폭구조

폭발성 가스 또는 증기가 존재하는 장소에서 전기기기의 사용중에 발생할 수 있는 전기불꽃, 아크 또는 고온에 의하여 폭발성 가스 및 증기가 폭발하는 것 을 방지할 수 있는 구조로 특수하게 설계 제작된 기기를 방폭형 전기기계․기 구라 하는데, 그 방폭구조는 전기적인 점화원에 의한 폭발을 예방하기 위한 여러 방법으로 전기설비의 안전성을 확보하는 하나의 기술이다.

방폭전기기계․기구의 기본적인 안전확보 기술은 점화원이 되는 에너지를 감 소 또는 차단하는 방법과 가연물이 에너지원에 접근하지 못하도록 하는 원리 를 적용하는 것으로, 전기설비의 점화원을 위험조건과 차단하는 방법에는 여 러 가지가 있다.

 

(가) 내압(耐壓) 방폭구조(flameproof type, d)

 

내압방폭구조란 용기 내부에서 폭발성가스 또는 증기의 폭발시 용기가 그 압 력에 견디며, 또한, 접합면, 개구부 등을 통해서 외부의 폭발성가스에 인화될 우려가 없도록 전기설비를 전폐구조의 특수 용기에 넣어 보호한 것으로, 용기 내부에서 발생되는 점화원이 용기 외부의 위험원에 점화되지 않도록 하고, 만 약 폭발시에는 이때 발생되는 폭발압력에 견딜 수 있도록 한 구조이다. 따라 서 내압 방폭구조는 일반적으로 큰 전류를 사용하는 전기기기의 방폭구조에 적합하다.

내압방폭구조는 개별기기 보호방식으로서 전기기기의 성능조건을 유지하기에 는 적합한 방폭구조지만 외부․전선(WIRING)의 보호는 불가능하므로 0종 장 소에서는 사용할 수 없다.

 

[그림] 내압 방폭구조의 원리

  

(나) 압력(壓力) 방폭구조(pressurezed type, p)

 

압력방폭구조는 전기설비 용기 내부에 공기, 질소, 탄산가스 등의 보호가스를 봉입하여 당해 용기의 내부에 가연성 가스 또는 증기가 침입하지 못하도록한 구조이다.

내압방폭구조는 용기가 내부폭발에 견디도록 하기 위해 소형 용기에 적합한 구조이지만, 용기의 크기가 증가하게 되면 용기 보호에 필요한 비용이 증가하 기 때문에 사용이 제한되며, 이때 용이하게 사용할 수 있는 방폭구조가 바로 압력방폭구조이다.

압력방폭구조는 용기 내로 위험물질이 침입하지 못하도록 점화원을 격리하는 것으로 정상운전에 필요한 운전실과 같이 큰 용기와 기기에 사용된다.

 

 

[그림] 압력방폭구조의 원리

 

(다) 유입(油入) 방폭구조(oil immersed type, o)

 

유압방폭구조란 전기기기의 불꽃, 아크 또는 고온이 발생하는 부분을 기름 속 에 넣어 기름면 위에 존재하는 폭발성가스 또는 증기에 인화될 우려가 없도록 한 구조로 변압기(transformers), 스위치, 개폐장치, 대형 전기기기에 주로 사용 되는 유입방폭구조는 안전적인 측면도 있지만 운전작동시 효과적인 성능이 유 지되도록 한 구조로서 개발된 구조이다

 

(라) 안전증방폭구조(increased safety type, e)

 

안전증방폭구조란, 정상운전중에 폭발성 가스 또는 증기에 점화원이 될 전기 불꽃,아크 또는 고온이 되어서는 안될 부분에 이런 것의 발생을 방지하기 위하 여 기계적, 전기적인 구조상 또는 온도상승에 대해서 특히 안전도를 증가시킨 구조를 말한다.

 

(마) 본질안전방폭구조(intrinsic safety type, ia or ib)

 

본질안전방폭구조는 방폭지역에서 전기(전기기기와 권선등)에 의한 스파크, 접 점단락 등에서 발생되는 전기적 에너지를 제한하여 전기적 점화원 발생을 억 제하고 만약 점화원이 발생하더라도 위험물질을 점화할 수 없다는 것이 시험 을 통하여 확인할 수 있는 구조를 말한다.

본질안전방폭구조 전기기기도 특수구조의 밀폐 용기형태에 의해 사고예방 또 는 차단효과를 필요로 하는 경우에는 보호용기를 사용하며, 이 보호용기는 정 상 작동상태에서 분리하여 검사 또는 유지보수가 이루어지도록 한다. 본질안전 방폭구조의 에너지 제한은 특수구조 용기의 성질에 의한 것이 아니고 본질적 으로 안전한 전류가 정상 작동상태에서 발생하며, 또한 회로의 단락, 차단 등 에 의해서도 점화 가능한 에너지를 발생하지 못하도록 한다.

본질안전방폭구조는 점화능력이 발생되지 못하도록 특수고장을 고려하여 Ex "ia"와 기계설계시 안전요소를 고려한 Ex "ib" 2가지 종류로 구분하며, 이의 차이점은 다음과 같다.

 

① Ex "ia"

ㅇ 정상운전 상태에서 단독고장, 각각의 병행고장시 점화원이 발생되지 않 도록한 구조로서 안전요소는 단독고장은 1.5, 병행고장시 1.0을 고려한다.

ㅇ 0종 장소에 일반적으로 사용하고 있으며 보호용기로 또는 안전요소를 배가시킨 구조이다.

② Ex"ib"

ㅇ 정상상태에서 또는 단순고장 상태에서 점화원이 발생되지 않는 구조로

"ib"구조는 0종 장소에서는 사용할 수 없다.

본질안전방폭구조에 사용되는 전원의 제한조건은 다음과 같다.

- 위험지역에서 30V, 50mA 이하가 필요한 기기는 본질안전방폭구조로 가능하다.

- 전원이 50V, 150mA, 3W 이상인 경우 본질안전이 불가능하다.

화학공장의 측정계기에 사용되는 Analogue signal은 일반적으로 30V DC 이하에서 4~20mA범위에서 작동하므로 본질안전방폭구조로서 적합 하다.

 

(바) 충전방폭구조(filled, q)

 

이것은 위험분위기기가 전기기기에 접촉되는 것을 방지할 목적으로 모래, 분 체 등의 고체충진물로 채워서 위험원과 차단, 밀폐시키는 구조로 충진물은 불 활성물질이 사용되어야 한다.

 

(사) 비점화방폭구조(nonsparking type, n)

 

일반적으로 석유화학공장은 위험지역중 90%이상이 2종지역으로 구분되며, "n"형 방폭구조는 2종 장소 전용 방폭기구로 이 2종 위험지역은 위험성의 빈 도, 기간 등에 의해 비정상적인 조건이 연간 몇 시간에 불과 함으로 이런조건 에서 정상 작동시 점화원이 되지 않도록 전기기기를 보호하는 방법이다. 이 보호방법은 정상운전중인 고전압등까지도 적용가능하며 특히 계장설비에 에너 지 발생을 제한한 본질안전구조의 대용으로 적용가능하다.

 

(아) 몰드(캡슐)방폭구조(mold type, m)

 

이 방폭구조는 보호기기를 고체로 차단시켜 열적안정을 유지한 것으로, 유지 보수가 필요없는 기기를 영구적으로 보호하는 방법에 효과가 매우크다. 일 반적으로 캡슐방폭구조는 용기와 분리하여 사용하는 전자회로판 등에 사용하 는데, 충격, 진동 등 기계적 보호효과도 매우크다.

 

(자) 특수방폭구조(special type, s)

 

앞에서 설명한 구조 이외의 방폭구조로서 폭발성 가스 또는 증기에 점화 또는 위험분위기로 인화를 방지할 수 있는 것이 시험, 기타에 의하여 확인된 구조 로, 특수 사용조건 변경시에는 보호방식에 대한 완벽한 보장이 불가능하므로, 0종, 및 1종장소에서는 사용할 수 없다.

이들 방폭구조로는 용기내부에 모래 등의 입자를 채우는 충전방폭구조, 또는 협극 방폭구조 등이 있다.

 

바) 충전방폭구조(filled, q)

 

이것은 위험분위기기가 전기기기에 접촉되는 것을 방지할 목적으로 모래, 분 체 등의 고체충진물로 채워서 위험원과 차단, 밀폐시키는 구조로 충진물은 불 활성물질이 사용되어야 한다.

 

 

 

 

(사) 비점화방폭구조(nonsparking type, n)

 

일반적으로 석유화학공장은 위험지역중 90%이상이 2종지역으로 구분되며, "n"형 방폭구조는 2종 장소 전용 방폭기구로 이 2종 위험지역은 위험성의 빈 도, 기간 등에 의해 비정상적인 조건이 연간 몇 시간에 불과 함으로 이런조건 에서 정상 작동시 점화원이 되지 않도록 전기기기를 보호하는 방법이다. 이 보호방법은 정상운전중인 고전압등까지도 적용가능하며 특히 계장설비에 에너 지 발생을 제한한 본질안전구조의 대용으로 적용가능하다.

 

(아) 몰드(캡슐)방폭구조(mold type, m)

 

이 방폭구조는 보호기기를 고체로 차단시켜 열적안정을 유지한 것으로, 유지 보수가 필요없는 기기를 영구적으로 보호하는 방법에 효과가 매우크다. 일 반적으로 캡슐방폭구조는 용기와 분리하여 사용하는 전자회로판 등에 사용하 는데, 충격, 진동 등 기계적 보호효과도 매우크다.

 

(자) 특수방폭구조(special type, s)

 

앞에서 설명한 구조 이외의 방폭구조로서 폭발성 가스 또는 증기에 점화 또는 위험분위기로 인화를 방지할 수 있는 것이 시험, 기타에 의하여 확인된 구조 로, 특수 사용조건 변경시에는 보호방식에 대한 완벽한 보장이 불가능하므로, 0종, 및 1종장소에서는 사용할 수 없다.

이들 방폭구조로는 용기내부에 모래 등의 입자를 채우는 충전방폭구조, 또는 협극 방폭구조 등이 있다