안전증방폭(Increased Saftey, Ex e)의 개념

독일에서 고안되어 발전한 안전증 방폭(Increased Saftey, Ex e)은 폭발의 3요소인 산소, 연료, 발화원중에 발화원(source of ignition)을 제거하여 폭발을 방지하는 방식입니다. 이를 Avoidance라고 하며, 왼쪽 그림에서처럼 Ex i, Ex n 방폭구조가 Ex e와 같은 원리를 사용하고 있으며, 앞서 ‘방폭 구조(Type of Protection)의 분류’에서 말씀드린 3가지 방폭구현 방법중에 하나입니다.
안전증 방폭장비의 기본개념은 정상적인 작동되는 상태에서는 장비 내부나 외부 구성품 등에서 발화원인 과도한 열이나 아크(방전) 또는 스파크(불꽃) 등이 발생하지 않도록 하는 것입니다. 이를 위해 일반적인 장비보다는 안전도가 증가하도록 제품설계와 제작을 하기 때문에 안전증(Increased Safety)이라고 합니다. 제품별로 어떤 방법을 써서 "안전증"하는지는 다음 글에서 설명하겠습니다. 다만 핵심은 그림2와 같이 발화원, 그중에서도 아크(Ark) 및 스파크(Spark)와 발열(Heat)을 제거하는데 초점이 맞춰져 있다는 점입니다.
안전증 방폭은 수많은 방폭장비에 적용이 가능하여 폭넓게 사용할 수 있다는 것이 가장 큰 특징입니다. AC 유도전동기, 등기구(형광등), 정션박스(터미널박스), 스위치기어(Control stations) 등 현재 많은 장비에 적용되고 있습니다. 발화원의 제거라는 기본 개념자체가 가스등급 분류기준인 최대안전틈새(MESG, 내압방폭관련)나 최소발화전류(MIC, 본질안전 관련)와는 완전 별개의 문제라서, 가스등급에도 구애받지 않고 사용할 수 있습니다. 따라서 안전증 방폭 장비의 가스등급은 Ex e II 또는 IIC로 표시됩니다. 하지만, 온도등급은 내부 구성품에 영향을 받습니다. 또한 스파크가 발생할 수 밖에 없는 장치(가령 motor starter)에는 적용될 수 없다는 단점도 있습니다.

내압방폭과 함께 따져보는 안전증방폭

안전증 방폭은 내압방폭(Flameproof, Ex d) 개념인 박스 내부의 폭발이 있을 것을 전제하는 것과는 완전히 다릅니다. 발화원을 제거하는데 초점을 맞추고 있기 때문에 박스 내부의 폭발은 일어나지 않는다고 전제합니다. 해서 두꺼운 내압방폭 박스와는 달리 아주 얇은 두께로 박스를 제작합니다. 내압방폭에 비해 가격이 저렴하고 가볍고, 설치 및 관리도 용이해 집니다.
둘째, 내압방폭박스는 어떤 경우에도 사용자가 임의대로 hole가공을 할 수 없지만, 안전증 방폭은 certificate에서 허용하는 경우 사용자의 hole가공이 가능합니다. 내압방폭의 flamepath도 없어 가공 작업도 어렵지 않습니다. 다만, 사용자가 hole을 가공하는 경우 기본적으로 IP54 등급이상을 유지해야하며, 이를 위해 반드시 Sealing Washer를 사용해야 합니다. (그러나, 안전증 방폭박스도 사실상 hole가공을 허용하지 않습니다. 앞서 사용자가 hole가공을 할 수 있는 전제인 certificate에서 허용하는 경우가 거의 없고, 실무에서는 authorized된 사람만이 hole가공상태를 최종 승인할 수 있다는 논리로 현장에서의 hole가공을 원칙적으로 허용하지 않습니다. 제조사측에서 인정하는 매우 예외적 경우에만 가능할 뿐입니다)
셋째, 안전증 방폭박스(Ex e Terminal box)의 내부의 구성품은 모두 Ex e 구성품용 방폭인증(방폭써티번호 끝에 U자)이 있어야 합니다. 이 점도 내압방폭과 다른 점입니다. 안전증 방폭박스 자체는 오직 외부로부터의 물리적 충격이나 먼지 및 액체의 침투를 막을 뿐(IP등급유지) 다른 기능을 하지 않습니다. 따라서 안전증방폭 내부의 구성품은 모두 발열, 스파크 등을 방지할만한 안전도가 증가된 방폭인증된 제품을 사용해야 됩니다. 단자대(terminal block)도 모두 구성품(U자) 방폭인증이 있는 제품을 사용해야 합니다. 하지만 내압방폭 박스를 사용한다면 방폭인증이 없는 제품을 내부구성품으로 사용가능하므로 안전증 방폭과는 차이가 있습니다.

다른 방폭구조와의 복합적인 적용

안전증 방폭장비는 다른 방폭구조와 함께 사용되는 경우가 많습니다. 그중에서 가장 흔한 방식이 안전증(Ex e) 박스에 내압방폭형 구성품(Ex d)을 넣어 사용하는 방법입니다. 왼쪽 그림의 등기구처럼 안전증방폭형 박스(enclosure)에 조그만한 주물형 케이스로 제작된 내압방폭 switching contact와 안전증 방폭 terminal block 등을 장착하여 사용하는 것입니다. 이는 대부분의 Control Switch에서도 발견되는 방식입니다. 뿐만아니라 안전증방폭형 정션박스(Ex e terminal box)를 내압방폭형 모터나 등기구(Lighting Fixture)에 연결하여 사용하기도 합니다.
왜 이렇게 여러 방식을 혼용해서 사용할까요? 안전증 방폭의 등기구를 가정해봅니다. 안전증 방폭 장비이기 때문에 내부 구성품도 모두 발화원이어서는 안되는 안전증방폭 인증 제품이여야 합니다. 하지만, 등기구에서 필수적으로 사용되는 switch gear는 발화원이 될 수 밖에 없기 때문에 안전증 방폭으로는 제작되지 않으며 따라서 안전증 방폭만으로 장비구성이 되지 않습니다. 해서 switch는 내압방폭(flameproof)형으로 제작하고 이를 안전증 방폭으로 구성가능한 장비와 결합하여 사용하는 것입니다.
이렇게 되면 원래 단일 방폭구조로는 불가능했던 방폭 장비의 공급이 가능해집니다. 다만 방폭 타입의 표시가 Ex e에서 Ex de로 변경되는 것입니다. 최근에는 각 구성품별로 다양한 유형의 방폭개념이 복합적으로 적용된 제품이 기능적으로도 우수하고 안정적이며, 무엇보다 경제적인 이점이 있어 많이 사용되고 있습니다.

자료출처: Eaton사의 Ex Digest