설치도 중요한 내압방폭박스

내압방폭구조와 관련하여 압력중첩현상(Pressure Piling)이란 것이 있습니다. 압력중첩현상이란 2개이상의 내압방폭 박스가 배관 등을 통해 연결되어 있을때 일어날 수 있습니다. 왼쪽 사진에서 보이듯이 Switchstack이라고 해서 많은 내압방폭박스가 서로 연결되어 설치되어 있습니다. 만일 연결된 박스 중 어느 한쪽 박스에서 내부폭발이 일어나면 불꽃(flame)과 함께 압력파(pressure wave)가 발생하는데, 연결된 배관 등을 통해 다른 쪽의 박스에 있던 가연성폭발기체를 압력파가 압축시키고, 뒤따르는 화염에 의해 압축된 폭발성기체에 불이 붙으면서 그 폭발력이 훨씬 커지게 되는 현상입니다. 이로 인해 두번째의 내압방폭 박스에서는 본래 견딜 수 있도록 설계된 압력보다 더 큰 폭발이 일어나는 셈이라 방폭효과를 보증할 수 없게 됩니다.
따라서 내압방폭 박스를 연결하여 설치할 때에는 박스 하나하나 Sealing에 많은 주의를 기울여야 합니다. 하나쯤은 괜찮겠지라고 대충 작업하게되면 그 하나로 인해 전체가 문제가 될 수 있습니다. 이렇듯 내압방폭 박스에 있어 설치 및 유지는 중요한 사안입니다.
압력중첩 현상은 개별박스의 내부에서도 일어날 수 있습니다. 박스내부에 설치된 구성품의 배열에 문제가 있을 때, 즉 외부 flamepath로 통하는 쪽에 구성품이 장벽처럼 설치되어 있으면 압력중첩 현상이 일어날 수 있습니다. 때문에 제조사에서는 반드시 폭발가스의 배출을 위한 충분한 공간이 확보할 수 있도록 내부 구성품들의 배열합니다. 만일 사용자 임의로 내부 구성품을 추가 설치했거나 구성품의 위치를 변경한 경우 압력중첩현상을 야기할 수 있기 때문에 반드시 제조사와 협의를 거쳐야 합니다.
기본적으로 모든 내부 구성품은 박스의 내부벽면과 최소 12mm의 간격을 띄어서 설치되어야 하고, 설치되는 지역의 가스등급에 따라 최소간격을 유지하고 배열해야 합니다. 만일 Flanged Joint방식의 내압방폭 박스일 경우에는 박스 외부의 주변 물체와의 공간도 확보해야 합니다. 이것도 가스등급에 따라 IIC일 경우 40mm이상은 확보되어야 합니다.

취급에도 주의가 필요한 내압방폭박스

당연한 말이지만, 내압방폭박스의 Hole은 오직 제조사에서만 가공(Field drilling)할 수 있습니다. 만일 사용자가 임의로 수정을 가하면 내압방폭인증(Certification)이 유지되지 않습니다. 박스의 수정은 실제로도 쉽지 않습니다. 박스가 두껍고 무겁기도 해서 가공할 엄두도 나지 않습니다.
내압방폭박스는 임의의 홀가공보다는 박스의 부주의한 취급으로 내압방폭인증이 깨지는 경우가 더 많습니다. 앞서 말씀드린대로 내압방폭박스는 특히 flamepath를 꼭 유지해야 하는데, 현장에서 flamepath에 대한 개념없이 내압방폭 장비를 함부로 다루다가 Flamepath를 훼손하는 경우가 빈번하게 발생하고 있습니다.
내압방폭 박스가 보통 두껍고 무겁기 때문에 크기가 큰 내압방폭박스는 덮개를 열기도 쉽지 않습니다. 이에 박스본체와 덮개 사이에 드라이버 툴을 넣고 마구잡이로 박스덮개를 열다가 flamepath를 훼손되는 경우 등이 빈번하니 주의해야 합니다.
flamepath는 내압방폭박스의 검수시에 가장 먼저 검사하는 사항입니다. flamepath에 손상이 있는지의 여부와 박스에 가공되어 있는 hole에 알맞는 sealing이나 cable gland가 장착되어 있는지가 주요 이슈인 점을 감안하면, flamepath에 손상이 없도록 조심해야 합니다. 두번째 그림을 클릭하면 연결되는 동영상은 Flamepath가 손상되었을 때 어떤 일이 일어나는지를 확실하게 보여줍니다. 첫번째 실험장면에서는 내부폭발 실험에도 폭발가스가 주변으로 전이되지않고 정상적인 내압방폭박스로 작동을 했지만, flamepath에 의도적인 손상을 가하고(51초부분), 내부폭발 실험을 하니 주변 폭발성 기체와 반응하여 무서운 폭발력을 가진 장비로 돌변하는 영상입니다.

내압방폭박스 관련 주의할 점

내압방폭박스가 flamepath라는 미세한 틈을 허용하기 때문에 이전에 제작되었던 내압방폭박스는 사실 IP등급이 낮았고 사실 이것이 내압방폭박스의 취약한 부분중에 하나였습니다. 하지만, 최근에는 o-ring 등을 적용하여 IP67까지 구현하고 있습니다. 박스나 Cover에 작게 패인 홈을 만들고 여기에 o-ring 등을 설치하여 IP등급을 유지하면서 동시에 flamepath에는 영향이 없도록 설계 제작하고 있습니다. 하지만, 모든 종류의 내압방폭박스에 IP67이 가능하지는 않을 수 있으니, 염두하셔야 합니다.
또한 부식방지도 내압방폭박스의 중요한 이슈입니다. 가령 joint 부분에 부식이 발생하면 가공된 면의 접합면이 부식으로 패이게 되고 이는 결국 정교하게 가공된 flamepath의 폭을 넓히는 효과가 생기게 합니다. 이에 실리콘이나 lanolin으로 된 grease를 사용하기도 합니다. 이때 사용되는 grease는 사용자가 임의로 구할 수는 없으며, 반드시 제조사와 협의하셔야 합니다.
만일 내압방폭박스에 방수성능의 향상을 위해 flanged joint에 greased tape를 적용하는 경우라면 한겹으로만 적용해야 한다는 규정이 있습니다. DENSO Tape라고 불리는 이 tape는 영국 Denso사에서 석유로부터 추출된 수분 및 부식억제제 등을 첨가해 만든 방식테이프입니다. 하지만, Flanged Joint가 아닌 다른 방식의 joint가 적용된 장비나 가스등급이 IIC인 장비에는 적용할 수 없다는 점도 주의하셔야 합니다.
이와 같이 내압방폭박스는 유지보수가 까다롭고 가격적인 부담이 있어 유럽지역에서 Indirect 연결방식을 선호하기도 합니다. 기존 내압방폭박스에서 반드시 내압박스내부에 있어야할 부분을 제외한 나머지는 안전증박스(Ex e)로 분리하여 설치하고 두 박스는 병렬로 연결하여 사용합니다. 왼쪽 세번째 그림처럼 가령 위쪽 내압방폭박스에는 꼭 필요한 비방폭용 구성품을 넣고, Terminal Block 같은 단순구성품들은 아래의 Ex e Junction Box를 설치하되 두 장비는 bushing으로 연결하는 방식입니다. 이 방식의 장점은 단자대등이 외부로 빠져 크기가 작아진 내압방폭박스로 비용부담이 줄어들고, Junction Box 등에서는 가공 또는 수정이 비교적 편리하다는 것입니다.

자료출처: Eaton사의 Ex Digest