방폭전기기기 선정

왜 배우는가: 방폭전기기기 선정은 폭발성 가스·분진이 존재하는 장소에 전기설비를 설치할 때 점화원 발생을 막는 기본 설계 절차다. 위험장소 구분과 방폭구조 선정이 함께 묻히므로 설계·감리 실무와 소방·산업안전 시험 모두에서 반복해 출제된다.

출제 이력: 제109회 1교시 8번, 제90회 3교시 3번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

방폭전기기기 선정은 위험장소의 종류와 가스·분진의 특성에 맞는 방폭구조와 온도 등급, 가스 등급을 정하는 절차다.

핵심 키워드

• 방폭전기기기: 폭발성 분위기에서 점화원이 되지 않도록 구조를 갖춘 전기기기다.
• 위험장소 구분: 위험분위기의 존재 빈도와 지속시간에 따라 0종·1종·2종(가스), 20종·21종·22종(분진)으로 나눈다.
• 방폭구조: 내압, 안전증, 본질안전, 유입 등 점화를 막는 방식이다.
• 최고표면온도(T등급): 기기 표면온도가 발화온도를 넘지 않도록 정한 등급으로 T1~T6이다.
• 가스등급(IIA·IIB·IIC): 최대안전틈새와 최소점화전류비로 정한 가스 그룹이다.
• 기기 보호등급(EPL): 기기의 사용 가능 구역을 Ga·Gb·Gc 등으로 나타낸다.
• 분진 방폭: 분진 위험장소에서 외함 보호(IP 등급)와 표면온도 제한을 적용하는 방식이다.
• 선정원칙: 위험장소 종류, 가스 등급, 온도 등급을 모두 만족하는 기기를 고른다.

2. 개념 풀이

쉬운 말로 하면 폭발성 가스나 먼지가 있는 곳에서는 평범한 전기기기가 불꽃을 내 폭발을 일으킬 수 있다. 그래서 그 장소의 위험 정도에 맞는 특수 구조의 기기를 골라 쓰는 것이 방폭전기기기 선정이다.

정식 정의는 위험장소를 구분한 뒤 그 구분에 대응하는 방폭구조, 최고표면온도 등급, 가스 등급을 충족하는 전기기기를 설치하는 설계 행위다. 위험장소 구분은 위험분위기가 생성되는 빈도와 지속 시간으로 정한다. 0종장소는 위험분위기가 지속적으로 존재하거나 생성될 우려가 있는 장소다. 1종장소는 통상의 상태에서 생성될 우려가 있는 장소다. 2종장소는 이상상태에서 단기간 존재할 수 있는 장소다.

분진 방폭지역은 가스와 다른 기준을 쓴다. 21종장소는 정상운전 상태에서 분진이 부유하거나 퇴적되어 위험분위기가 생성되는 장소다. 22종장소는 정상운전에서는 분진이 점화될 정도로 존재하지 않으나 설비 고장이나 비정상 동작으로 간헐적으로 조성될 수 있는 장소다.

최고표면온도는 기기 표면이 도달할 수 있는 최고 온도다. 이 값이 가스의 발화온도보다 낮아야 점화가 일어나지 않는다. 온도 등급 T1부터 T6까지는 허용 표면온도 상한이 점차 낮아진다.

가스 등급은 최대안전틈새(MESG)와 최소점화전류비(MICR)로 정한다. 틈새가 좁은 가스일수록 점화 에너지가 작아 더 엄격한 등급이 필요하다. 가스별 적용 등급은 최대안전틈새와 최소점화전류비 자료로 확인한다.

3. 등장 배경과 필요성

초기에는 장비가 위험지역에 설치될 목적으로 만들어졌는지만 확인하면 되었다. 이후 위험지역을 심각도에 따라 나누는 방식이 도입되었다. 미국은 Divisions 체계를 쓰다가 Zones 체계로 옮겨 갔고, Zone 0이 가장 위험하고 Zone 2가 가장 낮은 위험을 뜻하도록 했다.

IEC 60079 시리즈는 모든 방폭 보호 형태를 하나의 체계로 묶었다. 각 보호 형식에는 문자 코드가 붙어 현장 작업자가 보호 형식을 식별하고 검사·정비할 수 있게 되었다. 예를 들어 캡슐화는 "m"으로 표시하고 보호 수준 문자와 함께 "ma", "mb", "mc"로 쓴다. 현재는 한 기기가 여러 보호 형태를 함께 쓰는 경우도 많아, 선정 시 방폭구조 조합을 확인해야 한다.

국내에서는 산업안전보건법상 위험장소 구분과 전기설비의 방폭 기준이 적용되며, 전기설비의 설치 기준은 한국전기설비규정(KEC)에서 다룬다. 국제 기준은 IEC 60079-10-1이 가스 위험장소 구분, IEC 60079-10-2가 분진 위험장소 구분을 정한다.

선정원칙이 중요한 이유는 위험장소를 줄이는 설계와 함께 기기를 정확히 맞추는 것이 안전의 두 축이기 때문이다. IEC 기준도 0종이나 1종 장소를 설계 단계에서 최소화하고 2종 장소를 주로 두도록 권고한다. 장소를 줄이면 그만큼 고가의 방폭기기 수량도 줄어든다.

온도 등급 T4의 최고표면온도 상한은 관련 기준에 따른다.

4. 구성요소·원리·절차

방폭전기기기 선정은 위험장소 구분, 가스군·온도등급, 보호방식(방폭구조)의 세 축이 모두 맞아야 끝난다. 세 축 중 하나라도 어긋나면 해당 기기는 그 장소에 쓸 수 없다.

표 설명: 위험장소는 선정의 출발점이다. 가스군과 온도등급은 대상 물질의 성질로 정해진다. 보호방식은 장소와 물질에 맞춰 고른다.

원리는 전기 불꽃과 고온 표면이 가연성 가스·분진과 만나 폭발 조건을 채우지 못하게 하는 것이다. 방법은 두 가지다. 하나는 점화원을 용기 안에 가두는 것(내압방폭 d, 압력방폭 p 등)이다. 다른 하나는 회로 에너지를 점화 한계 이하로 제한하는 것(본질안전방폭 ia·ib)이다. 설계 단계에서 0종·1종 구역을 줄이고 2종 중심으로 설계하는 것이 기본 원칙이다. 이는 IEC 60079-10-1이 제시하는 기준이다.

위험장소별 선정 원리는 다음과 같다. 0종은 위험분위기가 지속되므로 관련 기준에 맞는 방폭구조와 기기보호등급을 적용한다. 1종은 정상 운전에서 위험 분위기가 생기므로 d, e, ib, p, q 등 1종용 구조를 쓴다. 2종은 이상 상태에서만 위험하므로 관련 기준에 맞는 2종용 구조를 쓴다.

선정 절차는 다음과 같다.

• 공정 흐름과 누출 원인을 기준으로 위험장소를 구분한다.
• 대상 가스 또는 분진의 가스군과 발화온도를 확인한다.
• 장소별로 허용되는 방폭구조와 EPL을 정한다.
• 기기의 최고표면온도로 온도등급을 판정한다.
• 분진 장소는 IP 등급을 확인한다.
• 기기 표시(Ex 기호, EPL, 가스군, 온도등급)를 확인하고 설치한다.

온도등급 판정식은 다음과 같다. $T_{max} \le T_{ig}$ 여기서 T_{max}는 기기 최고표면온도(℃), T_{ig}는 가스 발화온도(℃)다. 기기 최고표면온도는 정상 운전과 이상 상태 모두에서 판단한다.

계산 예(가상의 예): 대상 가스 발화온도를 230℃로 가정한다. 등급별 허용 최고표면온도를 보면 T3는 200℃ 이하, T2는 300℃ 이하다. T2는 가스 발화온도를 넘으므로 부적합하다. T3를 고르면 200 < 230으로 조건을 만족한다. 결과는 T3 이상의 등급 중 가장 낮은 온도 등급인 T3이다. 온도 범위가 상식 범위 안인지 확인하면 된다.

5. 관련 법령·기준·표준

위험장소 구분은 「산업안전보건기준에 관한 규칙」의 폭발위험장소 정의를 따른다. 기기의 방폭 구조와 시험 기준은 IEC 60079 시리즈를 바탕으로 한 국내 KS 규격을 따른다. 전기설비 설치는 한국전기설비규정(KEC)을 함께 본다. 법령 조항 번호는 확인되지 않아 적지 않는다.

표 아래 설명: 온도등급은 T1에서 T6으로 갈수록 허용 표면온도가 낮아진다. 가스군은 IIA에서 IIC로 갈수록 점화 에너지가 작은 가스까지 포함한다. 아세틸렌은 IIC에 해당하므로 IIC 기기를 써야 하며, 수소의 적용 가스군은 대상 물질의 자료로 확인한다.