가스의 특성 및 Group 분류기준

NEC 코드에서 Class가 물질(type), Division이 상태(type of conditions)에 따른 위험지역의 구분라면, 이제 알아볼 세번째 분류기준인 Group는 물질의 속성(nature)에 따른 분류입니다. 가스는 각자 고유 속성을 가지고 있는데, 공기에 반응하는 정도(The combinations of how each reacts in air)나 액체에서 기체로 바뀌는 시점, 인화성 등으로 자신만의 특징을 가집니다. 이중 방폭에서 주목하는 특징에는 발화온도, 인화점(flash point), 발화한도(flammable limits), 최소발화에너지(minimum ignition energy) 등이 있습니다. 이런 특징들이 모여 가스의 특성을 형성하고, 이를 바탕으로 장비의 설계 및 설치시 유의점 등이 도출됩니다. 위험지역에 출몰하는 물질의 특성에 맞춰 위험지역의 분류와 사용가능한 장비 등급을 정하기 때문입니다.
물론, 특정 가스가 존재하는 지역에 설치될 장비라도 테스트와 승인은 여러 가지 폭발성 가스를 동시에 대비하여 진행될 수 있습니다. 장비의 설계, 설치, 승인 및 운영 관리 등을 모든 기체의 개별 특성에 따라 일일이 대응하기에는 아주 어렵고 많은 비용이 드는 일이기 때문입니다. 해서, IEC코드에서처럼 각 가스나 증기는 개별 특징을 고려해서 그룹으로 묶습니다. 어떤 기준으로 그룹을 묶는지는 IEC 코드의 기준과 마찬가지로 MESG(maximum experimental safe gap)와 MIC비율(Minimum Igniting Current Ratio)입니다. 한마디로 얼마나 쉽게 발화되느냐에 근거한 것입니다.
MESG는 박스(Enclosure) 내부에 있는 가스가 폭발로 인해 외부로 배출될 때 박스와 박스덮개와의 틈새에 따라 측정한 값입니다. 위험한 가스일수록 틈새크기가 작아야 합니다. (앞의 글에서도 알아본 바 있습니다.) 또 다른 기준인 MIC(Minimum Ignition Current). 장비운영시 스파크(Ignition)가 일어날 수 있는 최소전류량입니다. 흐르던 회로가 막혀 스파크가 일어날 때 위험지역에서는 주변에 가연성 가스와 산소가 있기에 폭발로 연결될 수 있습니다. MIC를 따져야하는 경우는 다양한 상황에서 발생할 수 있는데, 용량성 회로(capacitive circuit)에서의 방전이나 유도성 회로(inductive circuit)의 정전(interruption), 저항성 회로(resistive circuit)의 단락(breaking)이나 퓨즈의 발화 등이 그 원인입니다. 만일 이 상황들에 있어 가스의 MIC를 알 수 있다면 스파크가 일어나지 않을 정도의 에너지가 흐르게 하는 전기회로로 디자인할 수 있을 것입니다. 해서 실험실에서 측정한 MIC를 가지고 같은 조건하에서 메탄(methane)을 발화시키기 위한 유도성 스파크 방전(inductive spark discharge)에 의한 최소값으로 나눈 것을 MIC 비율이라 하고, 이 값과 MESC값에 따라 가스를 분류한 것이 첫번째 그림에서 표시한 Group A, B, C, D입니다.

Class I 지역의 물질은 4개의 그룹으로 세분됩니다. 두번째 그림은 이를 간단하게 표현한 것입니다. 첫번째 Group A는 가장 높은 폭발압력을 가진 그룹입니다. 아세틸렌이 유일하게 포함되어 있습니다. Group A용 장비는 폭발에 견디는 힘이 아주 강해야 되고, 박스의 간격(MESG)도 아주 작아야 합니다. 설계 및 제작이 쉽지 않기 때문에 비용도 많이 듭니다.
Group B에 속하는 기체들은 아세틸렌보다는 폭발력이 약합니다. 하지만 Group A와 B에 속하는 가스들은 모두 아주 강한 폭발압력을 갖기 때문에 MESG도 그에 비례해서 작아야 폭발한 가스의 누출로 인한 외부 연쇄 반응(propagation of an explosion)을 방지할 수 있습니다. 그런 이유로 Group A 또는 Group B용도로는 방폭형 모터가 존재하지 않습니다.
Group C의 화학적인 특성은 Group B와 Group D사이 값을 보입니다. 방폭장비의 표면이 충분히 밀착되어야 폭발을 방지할 수 있습니다. 한편, Group D는 현장에서 마주치게 되는 가장 일반적인 기체들입니다. 다른 어떤 그룹보다 Group D에서 사용가능한 장비가 가장 많습니다.
MIC 비율로 보자면 위험한 가스일수록 값은 낮아져야 합니다. Group A와 B는 0.4보다도 낮은 값을 가진 가스, Group C는 0.8보다는 낮은 값, 그 이상이 값을 가진 가스는 Group D로 분류합니다.
IEC코드에서 사용하는 분류 기준과 비교하면 그룹을 나누는 기준값에서 미세한 차이가 있습니다. 또 다른 차이로는 분류등급의 단계와 알파벳의 차이도 보입니다. IEC 코드에서는 IIA, IIB, IIC 3단계로 분류하지만, NEC코드에서는 A, B, C, D 4단계로 나눕니다. IEC 코드에서는 IIC가 가장 높은 등급(가장 위험)이지만, NEC 코드에서는 Group A가 가장 위험한 등급이라는 차이점이 있습니다.
각 코드별 marking에서의 차이는 세번째 그림에서 나타냈습니다. Zone 시스템과 Division 시스템의 가스 분류의 기준은 아래 표를 참고하시면 됩니다.

자료출처: HAZARDOUS LOCATION DATA(Killark)