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제 9 장 전기설비의 방폭화
9.1 개요
▶전기설비의 방폭
전기설비가 원인 → 가연성 가스나 증기 분진에 점화, 착화
→ 폭발 화재가 발생할 수 있는 분위기 조성을 방지하는것
∙화재․폭발의 3요소 사이의 관계
그림 9-1 화재․폭발위험 삼각도
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그림 9-2 점화원의 종류
9.2 점화원으로서의 전기설비
①전기 스파크(spark)
②고열의 전기설비 표면
▶전기설비의 방폭화와 배선의 방폭화
: 어떠한 부분도 점화원이 되지 않도록 조치를 강구
1. 전기기기가 점화원이 되는 경우
A. 정상운전 중에 불꽃을 발생할 염려가 있는 것.
B. 불꽃이나 아크를 발생할 염려가 있는 것.
C. 고장인 경우 고열 또는 불꽃을 발생할 염려가 있는 것.
D. 고온 부위중 가스 또는 증기가 발화온도에 달할 염려가 있는 것.
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2. 방폭화가 요구되는 주요 전기설비
A. 전동기
B. 제어기
C. 차단기 및 개폐기류
D. 조명기구
E. 계측기류
F. 전열기
G. 접속기류
H. 배선용 기구 및 부속품
I. 전자밸브용 전자석
J. 차량용 축전지
K. 신호기
L. 불꽃 또는 높은 열을 수반하는 전기기계․기구
(배전반, 분전반, 정류기, 크레인용 전기장치, 로봇용 전기장치 등)
3. 전기기기 방폭화의 기본방안(기본적 방폭화 방법 또는 구조)
A. 폭발성가스나 분진 접촉방지(압력, 유입 및 분진방폭구조)
B. 용기 내의 폭발 발생 시 용기 밖의 폭발성가스에 인화 방지(내압방폭구조)
C. 고온에 의한 착화방지, 전기-기계적 안전도 증가로 기기의 고장을 억제
하는 방법(안전증방폭구조)
D. 본질적으로 점화능력을 억제하는 방법(본질안전방폭구조)
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9.3 폭발성 가스의 분류
▶가스의 위험도
1. 발화도 (표 9-1 참조) : 가연성 가스, 증기의 발화점(온도)로 구분
2. 폭발등급 (표9-2, 3 참조) : 화염일주한계(화염일주도)에 따라 결정
3. 폭발성가스의 분류
▶발화도 및 폭발등급을 동시에 고려
표 9-4 폭발성가스의 분류예
발화도
폭발등급
1
G1
G2
G3
G4
G5
아세톤, 암모니아,
일 산 화 탄 소 , 에 에탄올, 초산이 휘발유, 아 세 트 알
탄, 초산, 톨루엔, 소밀, 1-부탄올,
데히드, 에
핵산
프로판, 벤젠, 메탄 부탄, 무수초산
틸, 에테르
올, 메탄
2
석탄가스
에틸렌,
에틸렌옥사이드
3
수성가스, 수소
아세틸렌
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2유화탄소
9.4 폭발성 분진의 분류
1. 분진의 정의 및 종류
분진 : 분진 중 75[㎛] 이하의 고체입자(부유 분체)
▶ 분진의 종류
A. 폭연성분진 : 이산화탄소에서도 착화(폭발) ⇒Mg, Al, Al합금
B. 가연성분진 : 산소와 반응하여 발열(폭발) ⇒소맥분(비도전성), 철(도전성)
2. 발화도 : 분진의 발화점(온도)로 구분 (표 9-5 참조)
표 9-6 발화도에 따른 분진의 분류예
분진
폭연성 분진
발화도
Ⅰ1
(＞270℃)
Ⅰ2
( 200℃＜T≤270℃)
가연성 분진
도전성
마그네슘, 알루미늄, 알
루미늄 브론즈
아연, 코크스,
카본블랙
소맥, 고무, 염료, 페
놀수지, 폴리에틸렌
알루미늄
철, 석탄
코코아, 리그닌, 쌀
겨
Ⅰ3
( 200℃＜T≤270℃)
▶ 분진의 폭발한계농도와 최소착화에너지 : 표 9-7 참조
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비도전성
유황
9.5 위험장소의 분류([안기] 333조 및 별표3의4)
1. 가스폭발위험장소의 분류
⇒가스, 증기 폭발위험분위기 존재 시간, 빈도(폭발한계농도에 달할 확률)로 결정
표 9-8 국가별 가스위험장소 분류
위험분위기 장소
국가 및 규격
지속적인
위험분위기
통상상태에서의
간헐적 위험분위기
이상상태에서의
위험분위기
IEC/CENELEC(Europe)
Zone 0
Zone 1
Zone 2
W/Germany
Zone 0
Zone 1
Zone 2
Division 0
Division 1
Division 2
0종 장소
1종 장소
2종 장소
United Kingdom
Korea/Japan
France/Italy
Zone E
Zone F
Netherlands
Increased hazard
Limited hazard
Division 1
Division 2
North America
A. 0종 장소
- 위험분위기가 보통상태에서 계속 발생하거나 발생할 염려가 있는 장소
B. 1종 장소
- 보통상태에서 간헐적으로 위험분위기를 발생할 염려가 있는 장소
C. 2종 장소
- 이상상태(고장, 오동작)에서 위험분위기를 발생할 염려가 있는 장소
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2. 분진폭발위험장소의 분류
⇒분진폭발위험분위기 형성상태와 존재정도에 따라 분류
A. 20종 장소
1) 가연성 분진운이 폭발농도 이상으로 정상작동 중에 연속 또는 자주 존재
2) 제어불가한 정도의 분진(또는 분진층)이 형성될 수 있는 장소
B. 21종 장소
- 20종 장소외의 장소로, 가연성 분진운이 폭발농도 이상으로 정상작동 중
에 존재
C. 22종장소
- 21종 장소외의 장소로, 가연성 분진운이 폭발농도 이상으로 정상작동 중
에 간헐적으로 발생하거나 단기간 존재
9.6 방폭대책
▶ 위험장소에서 전기설비로 인한 화재 폭발을 방지
: 위험분위기 생성확률×전기설비가 점화원이되는 확률 ≒ 0
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1. 위험분위기의 생성방지
2. 전기기기의 방폭화
A. 폭발성가스 누설 및 방출의 방지
A. 점화원의 방폭적 격리
B. 폭발성가스의 체류방지
B. 전기기기의 안전도 증강
C. 폭발성분진의 생성방지
C. 점화능력의 본질적 억제
9.7 방폭구조의 종류 및 특징
∙ 가스 ∙ 증기폭발위험장소용 :
①내압방폭구조 : 많이 사용
③유입방폭구조
②압력방폭구조
④안전증방폭구조 : 많이 사용
⑤본질안전방폭구조 : 계장용
⑥특수방폭구조
∙ 분진폭발위험장소용
①특수방진방폭구조
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②보통방진방폭구조
③방진특수방폭구조
1. 내압방폭구조(flame proof enclosures : 기호 "d")
A. 구조개요
그림 9-3 내압 방폭 구조의 원리
▶ 방폭원리 : 내부폭압의 외부전달금지, 틈새의 소염효과
▶ 용기의 내압강도(KSC 0906) <표 9-9>
내용적
폭발
등급
1,2
3
2[㎤]
2[㎤]초과 100[㎤]이하의 것
100[㎤]초과하는 것
제작 및
사용상 필요
한 강도이상
8[kgf/㎠] 이상
10[kgf/㎠] 이상
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폭발예비시험에서 측정한 폭발압력의 1.5배
단, 최소치는 8[kgf/㎠]이상 10[kgf/㎠]이하
▶ 방폭성능검사
①폭발강도시험 : 용기의 강도시험, 규정압력에서 10회 반복(파손, 변형 무)
②폭발착화시험 : 화염일주방지 검사, 표준가스로 15회 반복(화염일주 무)
B. 대상기기
가. 아크를 발생시킬 수 있는 모든 전기기계ㆍ기구
나. 표면온도가 고온이 될 수 있는 모든 전기기기
C. 특기사항
가. 필요충분 조건
(1) 내부에서 폭발한 경우 그 압력에 견딜 것.
(2) 폭발화염이 외부로 유출되지 않을 것.
(3) 외함 표면온도가 주위의 가연성가스에 점화되지 않을 것.
나. 주요시험항목 : 폭발강도, 인화, 온도시험, 기계적 강도시험
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2. 압력방폭구조(pressurized apparatus : 기호 "p")
A. 구조개요
▶ 방폭원리 : 용기내부를 불활성가스로 가압(위험가스의 침입금지)
▶ 내부압력 : >외부압력+ 5mm H2O(49[pa])
▶ 압력유지방식 : ①통풍식 ②봉입식 ③밀폐식
▶ 부속설비 : ①보호기체 공급설비 ②압력저하보호장치
▶ 압력저하보호방식 : 표9-11참조
B. 대상기기
- 아크를 발생할 수 있는 모든 전기기구
C. 특기사항
가. 비용 고가(내압방폭 불가시 사용)
나. 주요시험항목 :
내부압력시험, 기계적 강도시험,
온도시험
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그림 9-4 압력방폭구조의 원리(통풍식)
3. 유입방폭구조(oil immersion type : 기호 "o")
A. 구조개요
▶ 방폭원리 : 고온발생부분을 유중에 장치(폭발성 가스로부터 격리)
▶ 적용 : 폭발등급에 관계없이 적용가능
▶ 단점 : 보수의 어려움(기름의 열화, 누설), 기름표면온도 상승에 유의
B. 대상기기
- 아크를 발생할 수 있는 모든
전기기구
C. 특기사항
가. 유입저항기 등에 간혹 적용
나. 주요점검항목 : 발화시험,
온도시험
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그림 9-5 유입방폭구조의 원리
4. 안전증방폭구조(increased safety type : 기호 "e")
A. 구조개요
▶ 안전도를 증가시켜 고장 발생율을 극도로 줄인 구조
① 절연성능 강화
② 표면온도상승을 낮게 설계
▶ 구조 : 원칙적으로 전폐구조
① 절연공간거리 및 연면거리 확보 : 표 9-12
② 온도상승 제한(충전부와 가스 접촉우려시) : 발화도 이하(표 9-10)
B. 대상기기 : 아크, 스파크 또는 고온부가 발생하지 않는 전기기기
C. 특기사항
가. 절연물의 재료, 사용법에 주의필요
나. 연면거리를 크게
다. 공간거리를 크게
라. 폭발성가스 접촉우려되는 용기내부 온도 : 가스 발화도에 따른 온도이하
마. 전동기, 변압기, 리액터 등의 온도상승 : 일반기기보다 10[℃]낮게 유지(절
연물 열화에 의한 단락, 지락 사고 예방)
바. 주요점검항목 : 온도상승시험, 기계적 강도시험
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5. 본질안전방폭구조(intrinsic safety type : 기호 "i")
A. 구조개요
- 점화시험, 기타 방법에 의하여 정상 및 사고 시 불꽃이 가스에 점화되지
않음이 확인된 구조
그림 9-7 본질안전방폭 기기의 safety barrier 설치
B. 대상기기
- 열전대(thermocouple), RTD, LED, switch
- 온도, 유량, 압력을 측정하는 transmitter 또는 I/V converter
C. 특기사항
가. 동력을 직접 사용하는 기기는 적용이 불가능
나. 주요점검항목 : 불꽃점화시험, 온도시험, 내전압시험
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6. 특수방폭구조(special type : 기호 "s")
A. 구조개요
- 시험, 기타 방법에 의해 불꽃의 가스 점화방지기능이 확인된 기타구조
- 사입방폭구조, 협격방폭구조
B. 특기사항
가. 특수/일반성능시험과 재료시험 등을 적용조건에 따라 실시
나. 배선, 배관의 방폭화와 운영, 보수, 표시의 방폭계획 수립, 시행
7. 분진방폭구조
A. 특수방진방폭구조(기호 : SDP)
- 분진이 용기 내에 침입하지 않도록 한 구조(전폐구조)
- 용기표면 온도제한(퇴적분진의 발화방지) : 표 9-13
표 9-13 방진방폭구조의 온도상승한도
발화도
과부하로 될 염려가 없는 경우
과부하로 될 염려가 있는 경우
I1
175℃
150℃
I2
120℃
105℃
I3
80℃
70℃
B. 보통방진방폭구조(기호 : DP) : 분진이 침입하기 어렵게 한 구조
C. 방진특수방폭구조(기호 : XDP) :시험 등에 의해 분진방폭 성능이 확인된 구조
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9.8 방폭구조 선정상 유의사항
1 . 방폭구조 선정시 고려사항
A. 분위기 위험도에의 적응성 : 폭발등급 및 발화도에 적합
B. 방폭구조의 득실 : “9.8.2. 방폭구조의 득실” 참조
C. 환경조건에의 적응성 : 고 ∙ 저온, 다습, 부식성 환경등에 주의
D. 보수의 난이도
E. 경제성
2. 방폭구조의 득실
A. 내압방폭구조
B. 유입방폭구조
C. 압력방폭구조
D. 안전증방폭구조
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3. 방폭구조 선정 및 관리([안기] 334조 및 별표3의5)
표 9-14 방진방폭구조의 선정기준(1)
폭발위험장
소의 분류
가
스
폭
발
위
험
장
소
방폭구조 전기기계․기구의 선정기준
0종
장소
․본질안전방폭구조(ia)
․그 밖에 관련 공인 인증기관이 0종 장소에서 사용이 가능한 방폭구조로
인증한 방폭구조
1종
장소
․내압방폭구조(d)
․압력방폭구조(p)
․충전방폭구조(q)
․유입방폭구조(o)
․안전증방폭구조(e)
․본질안전방폭구조(ia, ib)
․몰드방폭구조(m)
․그 밖에 관련 공인 인증기관이 1종 장소에서 사용이 가능한 방폭구조로
인증한 방폭구조
2종
장소
․0종장소 및 1종장소에 사용가능한 방폭구조
․비점화방폭구조(n)
․그 밖에 2종 장소에서 사용하도록 특별히 고안된 비방폭형 구조
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표 9-14 방진방폭구조의 선정기준(2)
폭발위험장
소의 분류
분
진
폭
발
위
험
장
소
방폭구조 전기기계․기구의 선정기준
20종
장소
․밀폐방진방폭구조(DIP A20 또는 DIP B20)
․그 밖에 관련 공인 인증기관이 20종 장소에서 사용이 가능한 폭구조로
인증한 방폭구조
21종
장소
․밀폐방진방폭구조(DIP A20 또는 A21, DIP B20 또는 B21)
․특수방진방폭구조(SDP)
․그 밖에 관련 공인 인증기관이 21종 장소에서 사용이 가능한 폭구조로
인증한 방폭구조
22종
장소
․20종장소 및 21종장소에서 사용가능한 방폭구조
․일반방진방폭구조(DIP A22 또는 DIP B22)
․보통방진방폭구조(DP)
․그 밖에 22종 장소에서 사용하도록 특별히 고안된 비방폭형 구조
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9.9 방폭구조의 표시
1. 방폭구조의 일반적 표시방법
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2. 2종 이상의 방폭구조가 결합된 전기기기
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