방폭구조(Type of Protection)의 분류

어떻게 위험지역에서의 폭발을 방지할 수 있을까요? 기본적으로는 위험지역에 설치되는 전기장비를 줄여서 가급적 위험지역 바깥에다 설치하는 것입니다. 아니면 유증기 또는 분진이 있을만한 곳에는 신선한 공기를 계속 공급해서 위험지역의 범위를 줄이는 것도 한 방법입니다. 하지만, 그렇다고 위험지역 자체가 없어지지는 않습니다. 위험지역내에 전기장비의 설치는 불가피 합니다.
방폭형 장비에서는 앞서 살펴본 폭발의 3요소(산소, 연료, 발화원)중에 한가지 요소 이상을 제거해버리거나 작동하지 못하도록 설계하여 폭발을 방지합니다. 3요소중 하나라도 없으면 폭발은 일어나지 않으니까요. 가령, 폭발 3요소중 연료부분을 제거하여 폭발을 방지(Exclusion)하는 방법이 있습니다. Ex o, Ex q, Ex p, Ex m 구조가 이 원리를 따릅니다. 아니면, 발화원을 제거하여 폭발을 방지(Avoidance)하는 구조인 Ex e, Ex i 도 있습니다. 아니면, 산소의 공급이나 이동을 차단시켜 폭발을 방지(Containment)하는 Ex d, Ex p 구조를 통해 방폭을 구현할 수 있습니다. 각 방폭구조별로 어떤 원리를 이용하는지는 두번째, 세번째, 네번째 그림에서 확인하실 수 있습니다.
이처럼 각 방폭구조는 폭발 3요소의 근거하여 폭발을 방지하고 있습니다. 다만, 각 방폭구조는 나름대로의 복잡한 폭발방지 메카니즘을 가지고 있어 반드시 세가지 분류 방법중 한가지에만 해당하지 않을 수 있습니다. 가령, Ex p 구조는 공기의 흐름의 차단시키는 동시에 연료의 유입을 막는 복합적인 방법을 사용하기도 합니다.

방폭구조의 종류

각 (가스 기준) 방폭구조별 기본 개념은 다음과 같습니다.
1) 본질안전방폭(Ex i, Intrinsic Safety) : 본질안전은 아주 낮은 레벨의 전류를 사용하는 등 발화력이 없는 장치나 배선시스템을 적용하여 폭발을 방지하는 방법입니다. 장비내의 전기적 에너지의 크기 자체를 제한하여 발화 원인이나 장비표면의 과열을 본질적으로(?) 차단합니다.
2) 내압방폭(Ex d, Flameproof) : 이 방폭구조를 적용한 장비는 박스(Enclosure) 내부에서 폭발이 일어나도 그 폭발의 영향이 박스외부로는 미치지 않도록 설계합니다. 또한 외부에서의 폭발 또한 박스 내부로 유입되는 것을 막아 폭발의 계속 배선을 타고 전이되는 것을 방지합니다.
3) 몰드방폭(Ex m, Encapsulation) : 발화가능성이 있는 장비를 컴파운드나 수지(resin)같은 것으로 둘러쌓아(encapsulate) 폭발성 혼합가스와의 접촉을 막는 방식입니다. 이 방식은 정상 작동상태에서 표면온도에 제한을 두고 있습니다.
4) 안전증방폭(Ex e, Increased Safety) : 전기장비로부터 발생할 수 있는 과열이나 스파크 등의 발화원의 발생 가능성을 없애기 위해 부품 안전성을 높인 방식입니다. 전기가 통하는 부분(live part)와 연결부분 또는 접지부분간의 간격을 충분히 확보하여 스파크의 발생가능성을 없애는 방법 등을 사용합니다.
5) 압력방폭(Ex p, Pressurised) : 화염성 가스나, 증기, 분진, 부유물 등 발화의 원인이 될만한 것들이 유입되지 않도록 박스(Enclosure)내부의 압력을 충분한 고기압 상태로 유지시키는 방법입니다. 이를 위해 지속적으로 공기(또는 비활성가스)을 박스내부로 넣어 내부를 강제 환기를 시키는 원리입니다. 이로 인해 폭발성 혼합가스의 농도가 희석되고 잠재적인 폭발위험을 방지하는 원리입니다.
6) 오일방폭(Ex o, Oil Immersion) : 아크가 발생할 수 있거나 발화원인이 될 수 있는 모든 장비를 보호용 액체나 오일속에 담그는 방식으로 오일은 발화를 방지하는 역할을 합니다. 장비가 오일내부에 있으니 산소도 없을 것입니다. 그러니 폭발이 일어날 수 없습니다.
7) 충전방폭(Ex q, Powder Filling) : 아크가 발생할 수 있는 장비를 석영(quartz)이나 유리가루가 채워진 박스내에 넣는 방식입니다. 가루가 채워진 상자내부는 발화에 필요한 충분한 산소와 연료가 없기 떄문에 발화 가능성이 없어집니다.
8) 비점화방폭(Ex n, Non-Sparking) : 이 방식은 주변의 폭발성 혼합기체를 발화시키는 아크 자체를 발생할 수 없도록 예방하는 방식입니다. 4가지로 세분됩니다. 스파크를 일으키지 않는 내부구성품을 사용하는 Ex nA, 발화가능성이 없는 구성품을 사용하는 Ex nC, 구성품에 최대한 밀착하여 둘러쌓아 연소할 공간을 거의 없애 발화를 방지하는 방식의 Ex nR, 발화가 될만한 충분한 에너지가 없는 구성품을 사용하는 nL입니다.
9) 특수방폭(Ex s, Special) : 이 방법은 말그대로 무언가 정해진 방식이 있는 것이 아닙니다. 어떤 방법을 사용하던 발화의 가능성이 없도록 정해진 수준의 안전을 제공하는 것입니다. 어떤 정해진 방폭방식에 속하기 보다는 하나 이상의 방법을 사용해 방폭을 구현하는 것입니다. 몰드방폭(Ex m)도 초기에는 Ex s으로 표기되었다가 현재의 Ex m이 된 것입니다.

복합적인 방폭구조의 표시

만일 방폭구조를 복합적으로 사용할 경우에는 방폭구조의 표시를 어떻게 할까요? 가령 Ex d 방식과 Ex e 방식을 동시에 사용하는 장비의 경우 방폭구조는 어떻게 표시해야 할까요? 이전 기준이였던 EN 50014에 의하면, Ex de 나 Ex ed에서 첫번째 글자는 주된 보호구조를 두번째 글자는 보조 보호구조를 의미했습니다. 가령 Ex ed로 마킹된 방폭 전등이 있다면, 그 등기구는 주요 구성부인 enclosure는 안전증방폭(Ex e)으로 구성하고, enclosure 내부의 일부 구성품인 switch 모듈 등은 내압방폭(Ex d)으로 구성되었다는 뜻이였습니다. 만일 Ex edm 등급이라면, 메인 enclosure는 안전증방폭(Ex e)구조에 절연스위치는 내압방폭형(Ex d), 안전기는 몰드방폭(Ex m) 등을 사용한다는 뜻이였습니다.
그러나, 변경된 EN 60079-0의 기준에 의하면, 제조사는 방폭마킹의 혼합구성시의 마킹을 무조건 알파벳 순서(alphabetical order)로 기재하여야 합니다. 따라서 내압방폭형 Ex d 구조는 알파벳 순서상 언제나 Ex e 앞에 표시되어야 하기 때문에 이전에 사용하던 Ex ed 의 표기는 더이상 존재하지 않습니다. 즉 Ex de로 표시해야 합니다. 하지만 이렇게 되면 무엇이 주된 방법인지 바로 파악이 안됩니다. 한마디로 예전보다 오히려 혼동을 유발하는 표시방법으로 변경된 셈입니다. 이제는 제품의 구성을 보고 파악을 해야 합니다.

방폭구조의 종류

방폭구조의 종류를 아래의 표로 정리해봤습니다. 아래 표의 각 방폭구조의 제목을 클릭하시면 각 구조별 상세 설명 글로 넘어갑니다.

자료출처 : Chalmit 사 How to differentiate between an EEx ed and an EEx de luminaire?, letter 및 Eaton사의 Ex Digest