비점화 방폭(Ex n, non-sparking)이 사용되는 지역

비점화 방폭은 원래 non-spaking 개념으로 사용되다가 여러 방폭 구조의 요소가 도입되면서 이제는 다양한 방폭 장비에 적용되고 있습니다. 세부적으로는 Ex nA, Ex nC, Ex nL, Ex nR 등 4가지 유형으로 구분되며, 서로 다른 나름의 방폭 매카니즘을 가지고 있습니다. 공통점은 EPL기준으로 Gc, 즉 Zone 2지역에만 적용된다는 점입니다.
Zone 2지역에 적용되는 장비는 많습니다. 사실상 모든 방폭장비가 Zone 2지역(EPL 기준 c)에 적용가능합니다. 오직 Zone 2지역에만 적용되는 방폭구조는 Ex nA, Ex nC, Ex nL, Ex ic, Ex nR, Ex pz 인데, 이중 Ex n+(대문자)로 표시되는 방폭구조를 두고 모두 Ex n이라하며, Zone 2지역용 방폭구조의 대부분을 차지합니다.
왼쪽 첫번째 그림은 위험지역(Zone)별로 적용가능한 방폭구조를 표시한 것입니다. 각 방폭구조가 적용될 수 있는 가장 높은 Zone 지역을 표시하였습니다. (앞서 말씀드린대로 Zone 0지역에 사용할 수 있는 장비는 Zone 1지역, Zone 2지역 모두 사용가능하기 때문에 Zone 0지역용 장비는 Zone 0만 표시하였습니다) 그림에서 확인할 수 있듯이 Zone 2지역용 장비는 위험물질이 존재할 확률이 가장 낮은 곳에서 사용가능하기 때문에 연료 누출원으로부터 가장 멀리 떨어져 있습니다. 이 글에서 살펴보는 Ex n 방폭장비는 이런 Zone 2지역에서만 사용가능합니다.

비점화방폭의 종류

비점화 방폭장비의 기본 개념은 정상적인 작동상태일 때, 아크나 스파크가 발생하지 않아야 하고 장비의 표면온도도 고온이 되지 않는 것입니다. 잘 설계(Well-designed)된 높은 품질(Good Quality)의 일반 장비, 거기에 약간의 안전요건을 더한 제품이라고 정의하고 있습니다. 즉, 고도의 안전요건이 필요한 것은 아닙니다. ATEX 규정의 경우 Ex n 방폭장비는 외부인증기관인 NB(Notified Body)의 검사도 규정하고 있지 않습니다. 제조사 스스로 인증(self-certification)이 가능합니다. (다만 사용자들이 제3기관인 NB에 의한 Certificate를 선호하기 때문에 대부분의 제조사들이 제3의 기관에 인증을 의뢰하고 있습니다.)
Ex n 장비의 기본요건은 표준적인 일반 산업용 장비에 발화원을 차단하는 메카니즘을 접목한 것입니다. 물론 이를 위해 IP등급(IP54이상)도 보장이 되어야 하고요. 안전증 방폭과 거의 흡사하군요. Ex nA 입니다.
여기에 또 다른 안전요건으로 발화력이 없는 구성품을 사용하여 발화가 일어나지 않는 회로로 설계할 수도 있습니다. 본질안전의 냄새가 납니다. 하지만 본질안전 방폭장비와는 다르게 에너지 레벨에 대한 제한은 없습니다. Ex nL이 성립합니다.
만일, Housing으로 내부 구성품을 보호하는 방향으로 안전요건을 더하게되면 Ex nC의 방향입니다. 이처럼 비점화 방폭장비는 여러 방폭구조의 개념을 차용하고 있습니다. 다만 설치되는 지역조건에 맞게 그 적용기준을 Zone 1지역에 적용되는 기준보다는 완화하고 있습니다. Ex n의 세부 분류별 각 내용을 살펴보겠습니다.

Ex nA (Non-sparking) 방폭

단순히 Ex n이라고 표시된 곳에는 Ex nA가 적용될 정도로 Ex n 방폭구조의 대표격입니다. 안전증 방폭의 요소가 있어 발화원 중에 아크와 스파크를 제거하여 방폭을 구현합니다. 다만 안전증 방폭보다는 그 안전기준이 덜 엄격하고, 안전증 방폭은 EPL기준 Gb (Zone 1지역)에도 적용가능하지만 Ex nA방폭은 Gc (Zone 2지역)에만 설치될 수 있다는 차이가 있습니다. “Ex nA”라는 표시는 IEC/EN 60079-7 (2015)규정에 의해 IEC Ex 기준으로는 “Ex ec”라는 표현으로 대체될 것입니다.

Ex nC (Enclosed break) 방폭

한편, Ex nC은 약간은 내압방폭적인 요소를 가진 개념입니다. Housing의 크기(부피)가 20 cm³보다 작은 박스에 구성품(device)과 혼합기체(flammable mixture)를 넣고 가스켓으로 밀봉합니다. 이 상태에서 최대전압 및 최대전류값으로 작동시켜, 박스에 damage가 없거나 spark 등이 발생하는지 등을 테스트합니다. 이 테스트에 통과되면 Enclosed break device 라고 합니다. 대개 퓨즈나, contact, 소형 스위치류에서 사용되는 방폭구조입니다.

Ex nL (Energy limited) 방폭

Ex nL는 에너지의 크기를 제한하는 본질안전방폭의 요소를 가집니다. 가연성 가스에 불이 붙기 위해 필요한 최소 에너지 수준을 밑도는 정도로 제한한 것으로 최근의 변경된 EPL기준으로 EPL Gc, Ex ic로 변경되었습니다. 본질안전에서 다루기도 하며, 설치관련 규정은 주로 본질안전 방폭의 규정을 따르게 됩니다.
세번째 그림은 BARTEC사의 Zone 2용 Local Switch로 같은 제품이라 할지라도 강조점을 어디에 두고 내부 구성을 어떻게 하느냐에 따라 Ex n의 Ex nA, Ex nC, Ex nL로 세분화된 방폭구조를 가질 수 있다라는 것을 나타냅니다. 비점화방폭 중 Ex nR은 다음 글에서 다루겠습니다.

자료출처: Practical Electrical Equipment and Installations in Hazardous Areas (Geoffrey Bottrill), Application Guide AG310 Installation of Ex nA instrumentation(BEKA)