정션박스(Junction Box)란 무엇인가?
정션박스(Junction Box)는 전기배선의 설치와 유지 관리 등을 쉽게 하기 위한 배선을 위한 장치를 박스 내부에 넣어 보호하도록 만든 장치 입니다. 배선장치로는 여러종류의 커넥터가 있겠지만 주로 단자대(Terminal Block)을 사용하기 때문에 Terminal Box라고도 합니다. 정션박스와 터미널박스 모두 전기적으로 연결하고 끊는 같은 기능을 하지만, Terminal Box는 내부에 Terminal block으로 구성하는 반면, Junction Box는 Terminal block은 물론 다른 종류의 connector 등을 사용하기도 합니다. 방폭실무에서는 통상 같은 뜻으로 사용합니다.
구성내용을 보자면 옆 그림 1에서 보이듯 먼저 단자대가 12개 정도가 rail(=channel, 찬넬)위에 설치되어 있어 나중에 현장에서 wire를 연결할 수 있습니다. 단자대를 외부로부터 보호하도록 둘러싸는 검정색 박스(enclosure)가 있고, 단자대와 enclosure를 합쳐서 보통 정션박스(junction Box)라고 합니다. 정션박스의 재질은 주로 stainless나 사진처럼 GRP를 사용합니다. 정션박스의 하단에는 앞서 살펴본 cable gland가 있어 정션박스에서 외부로 연결될 전선과 연결 및 지지하는 역할을 합니다.
사실 정션박스는 복잡한 장비는 아닙니다. 산업현장에서 특히 전기배선시에는 흔히 쓰이는 장비입니다. 하지만 정션박스를 위험지역에 설치한다면 따져봐야 할 것이 생깁니다. 제일 먼저 따져봐야 할 것은 열(heat)입니다. 정션박스는 전기배선을 위한 장비이고 전기배선에서는 열이 발생하기 마련입니다. 더우기 방폭 정션박스는 대부분 Ex e 방폭구조인데, Ex e 안전증방폭의 기본개념이 바로 전기장비로부터 발생할 수 있는 과열이나 스파크 등의 발생 가능성을 없애는 것입니다.

발열량을 계산하는 공식
방폭용 정션박스에는 표면온도에 따른 온도등급(T Class)을 표시합니다. Ex e 박스의 온도등급은 통상 T6, 나빠도 T5입니다. 방폭용 정션박스가 이 온도등급을 유지하기 위해서는 정션박스의 내부 표면온도에 영향을 주는 요소를 관리해야 합니다. 표면온도에 영향을 주는 요소는 주로 단자대입니다.(정확히는 단자대에 물리는 Wire의 크기) 박스내부에 설치되는 단자대의 크기와 수량이 박스 전체의 발열량을 결정합니다.
발열량을 판단하기 위한 개념으로는 MDP(Maximum Dissipated Power)를 사용합니다. 허용가능한 최대 발열량입니다. 박스 크기별로 제조사가 방폭규정에 따라 설정한 MDP값이 있고, 박스내부에 설치된 각 단자대에서 발생하는 발열량을 P=I²R 로 계산합니다. (여기서 I는 메인변수인 전류이고, R은 단자대와 전선에 존재하는 저항값입니다.) 그 다음 각 단자대의 크기종류별(즉, 단자대에 물리는 전선크기별) 수량(N)을 각 발열량(P1)에 곱하고, 이들을 더해 전체 발열량을 산출하게 됩니다. 말보다 공식으로 쓰면 아래와 같습니다.

P(W) = [ N x P1 ] + [ N x P1 ] + [ N x P1 ] + … [ N x P1 ]

가령, 단자대를 Weidmuller사의 WDU2.5는 10개, WDU4는 4개를 사용했다면 첫번째 N은 10, 두번째 N은 4입니다. 그리고 각 N값에 단자대별 발열량을 곱해서 더해주면 전체 P(W)이 나옵니다. 이 P(W)가 정해진 MDP를 넘지 않아야 하는 것입니다.

발열량을 계산하는 다른 방법
하지만, 발열량 계산법은 번거로울 수도 있습니다. 발열량 계산을 정션박스 제조사에서 해주기도 하지만 어떤 경우에는 MDP 값만 주고 사용자 스스로 계산하라고 하기도 합니다. 해서 Weidmuller와 R.STAHL같은 Maker에서는 DAM(Defined Arrangement Method)이라는 표를 통해 사용자가 MDP의 초과여부를 스스로 가늠하도록 배려하고 있습니다. 그림 2는 Weidmuller사의 KTB MH 303020 모델의 DAM입니다. 가로행은 전선크기(sqm)이고, 세로열은 전류(A)수치이며, 표내부의 값은 접점수입니다. 먼저, 10A로 2.5sqm의 전선을 사용한다고 가정해보시죠. 표에 표시된 대로 허용된 전선의 숫자는 112입니다. 2.5sqmm이니까 단자대를 WDU2.5를 사용한다면 단자대1개에 2개의 전선이 연결되므로 WDU2.5는 56개까지 사용가능하다는 뜻입니다. 이때의 단자대 허용숫자는 정션박스내부에 들어갈 수 있는 물리적인 크기에 따른 허용숫자와는 상관이 없습니다. 해당 J/B의 경우 물리적으로는 2개의 rail에 각 rail당 WDU 2.5 41개까지 장착할 수 있어 총 82개의 WDU2.5를 사용할 수 있지만, 발열량을 고려할때 56개까지만 사용할 수 있습니다.
만일 같은 조건에 6A를 사용한다면 회색바탕이고, 이때에는 단자대의 물리적인 허용수치까지 사용할 수 있습니다. 같은 조건에 28A를 사용한다면 이때에는 단1개도 사용할 수 없고 좀더 큰 용량을 수용할 수 있는 단자대를 써야 한다는 뜻입니다. 여기서의 단자대의 크기는 전선크기 기준입니다. 즉 WDU4를 사용하더라도 전선이 2.5인 이상 설치가능한 단자대 숫자의 변화는 없습니다.

자 이제 여러개의 단자대를 섞어서 사용하는 경우을 가정해 봅니다. 그림 3이 바로 그런 경우입니다. 이경우에는 설치된 단자대의 크기에 따라 각 발열량의 비율을 구하고 각 비율의 합이 100%을 넘지 않으면 됩니다. 표에서처럼 WDU1.5 15개에 10A, WDU4 5개에는 21A, WDU10 3개에 36A를 물린다고 가정해 봅니다. WDU1.5 15개면 30접점이고 10A의 최대치가 62이므로 30/62는 48.4%입니다. 그다음으로 WDU4 5개면 10접점이고 21A의 최대치는 40이므로 10/40은 25%입니다. 마지막으로 WDU10 3개는 6접점이고 36A의 최대치는 38이므로 6/38은 15.8% 입니다. 48.4%+25%+15.8%=89.2% 이므로 100%보다는 작습니다. 이경우 사용가능합니다. 만일 100%을 넘게되면 단자대의 숫자를 줄이던지, 더 큰 크기의 박스를 사용해야 합니다. 이렇듯 DAM을 사용하는 방법은 MDP계산을 일일히 하는 것보다는 설치되는 단자대 크기별 수량을 표와 비교해보면 되기 때문에 사용자 입장에서는 좀 더 간편하다고 할 수 있습니다.

출처: Hazardous Areas Technical Guide : An Introduction to ATEX Terminology & Regulations (Weidmuller, 2011), Ex e Terminal Box Practicalities (EXTEND)