폭발을 일으키는 요소: 가연성 물질, 산소, 발화원
폭발은 다량의 에너지가 갑자기 방출되어 강력한 폭발파를 발생시키는 발열 반응입니다.
폭발은 가연성 물질, 산소, 발화원이 존재할 때 발생합니다. 이들 중 하나라도 없으면 발열 반응이 일어나지 않습니다.
폭발을 안전하게 방지하기 위한 다양한 폭발 방지 조치가 존재합니다. 1차__폭발 방지 기능은__폭발성 대기가 존재하지 않도록__방지하는 반면,__2차 폭발 방지 기능은 설계를 통해 유력한 발화원을 예방함으로써 폭발을 안전하게 방지합니다. 예를 들면, 유력한 발화원으로는 전기 스파크, 전기 장비의 뜨거운 표면, 전기 아크, 정전기 등이 있습니다. 애플리케이션에 따라 2차 방폭을 위한 다양한 보호 원리가 적용된 여러__유형의 보호가__존재합니다. 3차__폭발__방지 기능도 있습니다. 여기에는 폭발로 인한 결과를 허용 가능한 수준으로 줄이는 설계 조치가 포함됩니다.
다음 개요에서는 2차 폭발 방지에 초점을 맞춥니다. 보호 타입에 따라 장치를 선택할 때 사용자는 위험의 유형과 위험의 기간 및 빈도를 분석해야 합니다. 발화 온도와 발화 에너지에 따라 발화원을 조사하여 위험의 종류를 판단합니다. 위험의 기간 및 빈도의 경우 영역 분류와 장비 범주 및 장비 보호 수준 간의 관계가 설정됩니다.
그룹 II(가스) 폭발 위험이 있는 대기에서 사용하기 위한 장치는 발생할 수 있는 최대 장치 표면 온도를 나타내는 온도 등급(T1~T6)으로 구분됩니다. 표면 온도는 폭발성 가스 혼합물과 접촉할 수 있는
전기 장비 품목의 모든 부품에 유효합니다.
온도 등급에 지정된 온도가 가스 혼합물의 발화 온도보다 낮은 경우에만 장치를 사용할 수 있습니다. 더 높은 온도 등급, 즉 더 낮은 표면 온도가 표시된 장치는 더 높은 점화 온도를 갖는 가스 혼합물과 함께 사용될 수도 있습니다. 따라서 T6 표시가 있는 장치는 모든 가스에 사용할 수 있습니다.
분진의 경우 온도 등급(T1 - T6) 간에 구분이 없습니다. 그룹 III(분진)에 해당하는 장치에는 최대 표면 온도가 표시되어 있습니다. 추가의 분진 침전물을 고려해야 합니다. 폭발 방지의 원리에서 온도 제한에 대한 자세한 내용을 확인할 수 있습니다(다운로드 참조).
| 최대 표면 온도(°C) | 발화 온도 범위(°C) | 예제 | |
|---|---|---|---|
| 온도 등급 | |||
| T1 | 450 | >450 | 일산화탄소, 메탄, 수소 |
| T2 | 300 | >300 ... ≤450 | 아세틸렌, 부탄, 에틸렌 |
| T3 | 200 | >200 ... ≤300 | 가솔린, 황화수소, 시클로헥산 |
| T4 | 135 | >135 ... ≤200 | 아세트알데히드, 디에틸에테르(기타 물질 없음) |
| T5 | 100 | >100 ... ≤135 | 해당 물질 없음 |
| T6 | 85 | >85 ... ≤100 | 이황화탄소 |
그룹 II(가스) 및 III(분진) 폭발 위험이 있는 대기에서 사용하기 위한 장치는 장치의 최대 발화 에너지를 나타내는 그룹(IIA - IIC, IIIA - IIIC)으로 구분됩니다.
장치의 최대 발화 에너지가 물질(가스 또는 분진 혼합물)의 최소 발화 에너지보다 낮은 경우에만 장치를 사용할 수 있습니다. IIC 마킹이 있는 장치는 모든 가스 환경에서 사용할 수 있으며 IIIC 마킹이 있는 장치는 모든 분진 환경에 사용할 수 있습니다.
가스는 분진보다 폭발성이 더 높습니다. 예를 들어 IIB 장치는 IIIC에 적합합니다.
| 필요한 발화 에너지 | 물질로 인한 위험 | 물질의 예 | |
|---|---|---|---|
| 그룹 | |||
| IIA | +++ | + | 아세톤, 에탄, 암모니아, 일산화탄소. 프로판, 부탄, 가솔린, 디젤 연료, 아세트알데히드 |
| IIB | ++ | ++ | 메탄, 에틸렌, 에틸에테르, 에틸알코올, 황화수소 |
| IIC | + | +++ | 수소, 아세틸렌, 이황화탄소 |
| IIIA | +++ | + | 가연성 부스러기, 예: 면 섬유 |
| IIIB | ++ | ++ | 비전도성 분진(예: 밀가루, 목재) |
| IIIC | + | +++ | 전도성 분진, 예: 알루미늄 분진 |
위험영역 구분 평가는 플랜트 운영자의 책임입니다. 유럽에서는 ATEX 지침 1999/92/EC(작업장 지침)를 통해 규제됩니다. 또한 운영자는 IEC/EN 60079-10의 요구 사항도 준수해야 합니다.
- Zone 0:
가스, 증기 또는 미스트 형태의 공기와 가연성 물질의 혼합물로 구성된 폭발성 대기가 지속적으로 또는 장기간 또는 자주 존재하는 영역
- Zone 1:
공기와 가스, 증기 또는 미스트 형태의 가연성 물질의 혼합물로 구성된 폭발성 대기가 정상 작동 중에 가끔 발생할 가능성이 있는 영역
- Zone 2:
가스, 증기 또는 미스트 형태의 공기와 가연성 물질의 혼합물로 구성된 폭발성 대기가 정상 작동 시 발생할 가능성이 없지만 발생하는 경우에도 짧은 기간 동안만 지속되는 영역
장비 카테고리 및 장비 보호 레벨은 장치의 안전 수준과 보호 수준을 설명합니다. 어느 구역에 적합한 장치인지는 장비 카테고리(카테고리 1, 2, 3)를 통해 ATEX 지침 2014/34/EU에 표시됩니다. 표준 IEC/EN 60079-0에서는 각 영역에 대한 장치의 적용 가능성이 장비 보호 레벨(EPL: a, b, c)을 통해 설명됩니다. 장비 카테고리 마킹과 장비 보호 레벨 모두에서 G는 "가스"를 나타내고 D는 "먼지"를 나타냅니다. 예를 들어, 가스 애플리케이션에서 1G 및 Ga로 표시된 장치는 매우 높은 수준의 안전 및 보호 기능을 제공하기 때문에 위험 영역 0에 적합하고, 따라서 다른 모든 가스 영역에도 적합합니다. 구조적으로 이러한 장치는 두 가지 독립적인 오류가 발생하는 경우에도 안전하도록 설계되었습니다.
| 안전 수준 또는 보호 수준 |
장비 카테고리
ATEX Directive 2014/34/EU |
장비 보호 레벨(EPL)
표준 IEC/EN 60079-0 |
|
|---|---|---|---|
| 위험영역 구분 | |||
| Directive 1999/92/EC | |||
| 가스 영역 | |||
| 영역 0 | 매우 높음 – 두 개의 독립적인 오류가 발생하는 경우에도 여전히 안전합니다. | 1G | Ga |
| 영역 1 | 높음 – 단일 독립 오류가 발생하는 경우에도 여전히 안전합니다. | 2G | Gb |
| 영역 2 | 일반 - 페일세이프 아님 | 3G | Gc |
| 분진 영역 | |||
| 영역 20 | 매우 높음 – 두 개의 독립적인 오류가 발생하는 경우에도 여전히 안전합니다. | 1D | Da |
| 영역 21 | 높음 – 단일 독립 오류가 발생하는 경우에도 여전히 안전합니다. | 2D | Db |
| 영역 22 | 일반 - 페일세이프 아님 | 3D | Dc |
유럽에서는 표준 IEC/EN 60079-0에 따른 마킹과 함께 ATEX Directive 2014/34/EU에 따른 마킹도 있어야 합니다.
ATEX 지침에서는 장비를 그룹과 카테고리로 분류하도록 요구합니다. 장비 그룹 I에는 화염 및/또는 먼지로 인해 위험에 처할 수 있는 광산 장비가 포함됩니다. 장비 그룹 II에는 화학 산업, 석유 및 가스 처리, 공장 및 사일로의 폭발 위험이 있는 분진 등과 같이 광업과 관련되지 않은 기타 모든 Ex 영역이 포함됩니다.
IEC/EN 60079 표준 시리즈의 마킹에는 보호 타입, 가스 및 먼지 그룹, 온도 등급, 장비 보호 수준(EPL)에 대한 정보가 포함됩니다.
II – 장비 그룹: I = 광산 | II = 모든 비-광산 Ex 영역
1 – 장비 카테고리: 1 = 영역 0/영역 20에 적합
G – 대기: G = 가스
i – 보호 타입: i = 본질 안전
a – 보호 레벨: a = 영역 0/영역 20에 적합
II – 그룹: II = 가스
C – 하위 그룹: C = 수소, 아세틸렌, 이황화탄소
T6 – 온도 등급: T6 = 85°C
Ga – 장비 보호 레벨: G = 가스 | a = 영역 0에 적합
II – 장비 그룹: I = 광산 | II = 모든 비-광산 Ex 영역
1 – 장비 카테고리: 1 = 영역 0/영역 20에 적합
D – 대기: D = 분진
i – 보호 타입: i = 본질 안전
a – 보호 레벨: a = 영역 0/영역 20에 적합
III – 그룹: III = 분진
C – 하위 그룹: C = 전도성 분진, 예: 알루미늄 분진
125°C – 최대 표면 온도: 125°C = 125°C의 최대 표면 온도
Da – 장비 보호 레벨: D = 분진, a = 영역 20에 적합
II – 장비 그룹: I = 광산 | II = 모든 비-광산 Ex 영역
1 – 장비 카테고리: 1 = 영역 0/영역 20에 적합
( ) – 괄호: 관련 장비 (예: 본질 안전 시그널 컨디셔너 - 안전 영역에 있지만 Ex i 회로는 Ex 영역으로 라우팅됨)
G – 대기: G = 가스
i – 보호 타입: i = 본질 안전
a – 보호 레벨: a = 영역 0/영역 20에 적합
Ga – 장비 보호 레벨: G = 가스, a = 영역 0에 적합
[ ] – 괄호: 관련 장비 (예: 본질 안전 시그널 컨디셔너 - 안전 영역에 있지만 Ex i 회로는 Ex 영역으로 라우팅됨)
II – 그룹: II = 가스
C – 하위 그룹: C = 수소, 아세틸렌, 이황화탄소
II – 장비 그룹: I = 광산 | II = 모든 비-광산 Ex 영역
1 – 장비 카테고리: 1 = 영역 0/영역 20에 적합
( ) – 괄호: 관련 장비 (예: 본질 안전 시그널 컨디셔너 - 안전 영역에 있지만 Ex i 회로는 Ex 영역으로 라우팅됨)
D – 대기: D = 분진
i – 보호 타입: i = 본질 안전
a – 보호 레벨: a = 영역 0/영역 20에 적합
Da – 장비 보호 레벨: D = 분진, a = 영역 20에 적합
[ ] – 괄호: 관련 장비 (예: 본질 안전 시그널 컨디셔너 - 안전 영역에 있지만 Ex i 회로는 Ex 영역으로 라우팅됨)
III – 그룹: III = 분진
C – 하위 그룹: C = 전도성 분진, 예: 알루미늄 분진
원리:
가능한 발화원, 폭발 안전 제어
보호 개념:
견고한 하우징 구조, 타입 테스트
적용 영역:
모터, 스위칭 장치, 전원 전자 장치
원리:
발화원의 안전한 차단
보호 개념:
가능한 발화원 없음, 특별한 조치를 통한 오작동 차단
적용 영역:
모터, 변압기, 조명기구, 단자대, 부스바 박스
원리:
폭발성 대기의 안전한 배제
보호 개념:
발화 방지 가스를 사용하여 하우징을 과압 이하로 유지
적용 영역:
기계, 모터, 컨트롤 캐비닛(전자 제품)
원리:
발화원이 있지만 안전하게 제어됨
보호 개념:
몰딩 컴파운드, 광유, 모래에 장비를 매립하는 행위
적용 영역:
전자 제품, 변압기, 커패시터, 릴레이
원리:
스파크 또는 열 효과가 발생할 수 있지만 발화되지 않음
보호 개념:
결함 및 에너지 저장 효과를 고려한 안전한 에너지 제한
적용 영역:
측정 및 제어 기술, 센서, 액추에이터, 계측
영역 2/영역 22의 요구 사항을 줄이기 위해 모든 보호 타입을 단순화합니다. EU 타입 테스트 인증서가 필요하지 않습니다. 다음과 같은 보호 타입을 사용할 수 있습니다.
본질 안전(Ex i) 보호 타입은 폭발 위험이 있는 영역의 시스템에 대한 측정 및 제어 기술 분야에서 전 세계적으로 확립되었습니다.
본질 안전 회로는 일반적으로 다음 요소로 구성됩니다.
Ex i 유형 타입의 기본 보호 원리는 폭발 위험이 있는 영역으로 전도되어 그곳에 저장되는 에너지를 제한하는 것입니다. 이는 스파크에서 발생할 수 있는 에너지가 항상 폭발 가능성이 있는 주변 대기의 최소 점화 에너지보다 작아야 함을 의미합니다.
각 연결 부위에서 발화성 스파크 발생이나 뜨거운 표면을 방지하기 위해서는 사용자 또는 시스템 운영자가 EN/IEC 60079-11 및 건설 표준 EN/IEC 60079-14에 따라 "본질 안전 증명"을 입증하고 문서화해야 합니다. 이 프로세스는 사용자에게 특정 요구 사항에 따라 다양한 제조업체의 Ex i 필드 장치와 Ex i 절연기를 선택하고 결합할 수 있는 이점을 제공합니다.
다른 모든 타입의 보호와 달리 Ex i는 IEC/EN 60079-11에 따른 단일 장비 항목뿐만 아니라 전체 본질 안전 회로를 의미합니다.
"Ex i - 본질 안전" 보호 타입의 장점:
