본질방폭(본질안전방폭, Ex i)

팡폭 인증에서 말하는 본질방폭(본질안전방폭, Intrinsic Safety)은 위험한 환경에서 전기적 점화원을 본질적으로 제거하거나 제한하여 폭발 자체가 발생하지 않도록 설계된 방폭 구조를 의미합니다.

본질방폭(본질안전방폭, Ex i)의 핵심 내용

• 전기 회로나 장비 내에서 발생할 수 있는 스파크, 아크, 과열 등 점화원 자체를 매우 낮은 에너지 수준으로 제한하여 점화 가능성을 원천적으로 차단합니다.​
• 폭발성 가스나 먼지가 존재하는 위험 환경에서도 장비가 폭발을 일으킬 수 있는 전기적 에너지를 방출하지 않도록 엄격히 제어합니다.
• 비정상 작동이나 고장 상황에서도 방폭 요구 조건을 충족하도록 안전 매개 변수(전압, 전류, 온도 등)를 엄격히 제한하는 기능을 갖춥니다​
• 본질방폭 장비는 가벼운 무게와 낮은 비용, 그리고 전원 차단 없이는 유지보수 및 검사 가능하다는 장점이 있습니다.
• 본질안전 장비에는 'Ex i' 표기가 부착되며, IECEx, ATEX 등 국제 인증 규격에 부합하는 인증을 받습니다.​

본질방폭과 일반 방폭의 차이

• 본질방폭은 점화원을 없애는 데 집중하지만, 일반 내압방폭(ex d)이나 방염방폭과 달리 폭발이 일어날만한 에너지를 아예 발생시키지 않는 점이 차별적입니다.
• 내압방폭은 폭발이 장비 내부에서 발생해도 외부로 확산하지 않도록 견고한 케이스로 보호하는 방식입니다.​

요약

본질방폭은 위험물질이 존재하는 환경에서 작동하는 장비가 자체적으로 폭발을 일으킬 위험이 없도록 에너지 수준을 한계 이하로 제한해 주는 인증 구조로, 산업 현장의 안전을 근본적으로 확보하는 중요한 기술 및 인증 방식입니다.

 

Ex 본질안전(Ex i) 등급별 사용 가능한 Zone 구분은 다음과 같습니다.

등급사용 가능한 Zone 구분설명

Ex ia	Zone 0 (항상 폭발성 가스/화학물질이 존재하는 지역)	가장 높은 안전수준, 비정상 고장 및 최악 상황까지 고려하여 폭발 방지 보장
Ex ib	Zone 1 (가끔 폭발성 가스/화학물질이 존재하는 지역)	정상 작동 시 폭발 방지 보장, 비정상 고장 일부 허용 가능
Ex ic	Zone 2 (드물게 폭발성 가스/화학물질이 존재하는 지역)	정상 작동 시만 폭발 방지 보장, 가장 낮은 등급

• 이 등급 분류는 고장 허용 한계(fault tolerance) 및 안전 설계 요소 적용 수준에 따른 구분입니다.​
• Zone 0에 사용 가능한 Ex ia가 가장 엄격한 기준으로 위험 환경에서 최고 수준의 안정성을 제공합니다.
• Zone 1은 중간 수준, Zone 2는 비교적 위험성이 낮은 환경에 적합한 등급입니다.

요약하면, Ex ia, ib, ic는 각각 Zone 0, 1, 2에 맞춰 설계된 본질 안전 방폭 등급이며, 높을수록 더严格한 안전 요구사항과 고장 허용 범위가 특징입니다.

 

​

Zone 0, 1, 2에서 Ex ia, ib, ic 본질안전(Ex i) 설계 요구 차이는 다음과 같습니다.

Zone별 특징과 설계 요구

• Zone 0
  • 폭발성 가스 혹은 화학물질이 지속적 또는 장기간 존재하는 고위험 구역
  • Ex ia 등급 적용: 비정상 고장(fault condition)과 정상 상태 모두 폭발 방지 보장해야 함
  • 설계 시 에너지 제한, 고장 허용 한계(fault tolerance)가 가장 엄격하며, 이중 안전장치 또는 이중 절연 등의 고급 기본 안전 요구사항 적용
• Zone 1
  • 정상 작업 중 가끔 폭발성 가스가 존재할 수 있는 구역
  • Ex ib 등급 적용: 정상 상태 및 일부 비정상 상태에서 안전 보장
  • 단일 고장 상태까지 방지 가능한 수준으로 설계되며, 에너지 제한과 보호 장치가 Zone 0 대비 다소 완화됨
• Zone 2
  • 정상 상태에서 폭발성 가스가 존재하지 않지만, 비정상 시 단기간 가스 존재 가능성 있음
  • Ex ic 등급 적용: 정상 상태에서만 안전 보장; 최소한의 고장 허용성
  • 설계 기준이 가장 완화되어 에너지 제한 요구가 낮으며, 보호 장치도 최소화됨

설계 차이 요약

• Zone 0(Ex ia)은 최고 수준의 안전성을 요구하여 모든 비정상 상태까지 고려하는 설계 필요
• Zone 1(Ex ib)은 단일 비정상 상태까지 안전 보장, Zone 2(Ex ic)는 정상 상태만 안전 보장
• 에너지 제한, 고장 허용 범위, 안전 계수, 보호 장치 적용 수준이 Zone에 따라 점진적으로 완화됨.​

즉, 위험 수준이 높을수록 설계 요구사항이 엄격하며, 본질안전 설계는 점차 완화되는 수준 차이를 둬 각 Zone 특성에 적합하게 맞춤 적용됩니다.

 

Ex ib 기기의 최대 허용 출력과 보호회로 요구사항은 다음과 같습니다.

• 최대 허용 출력은 IEC 60079-11 표준에 따라 자동 전기 회로의 최대 허용 전압과 전류로 제한됩니다. 보통 최대 허용 전압은 약 28V 이하, 최대 허용 전류는 약 수백 mA 이내로 제한됩니다.
• 회로 내 전력(Po)은 내부 전기 용량(Ci)과 배선 용량(Cw)을 고려하여 산정하며, Po ≤ Pi (허용 입력 전력)을 만족해야 하며, 이는 회로가 폭발성 환경에서 점화원을 생성하지 않도록 보장합니다.​
• 보호회로는 과전류 보호장치(퓨즈, 차단기 등)를 포함하여 과부하 및 단락 상황에서도 회로가 안전하게 차단되도록 설계합니다.
• 전기적 절연, 서지 보호, 차폐 및 접지 규격도 엄격히 적용되어야 하며, 주변 온도 40℃를 기준으로 설계 기준을 충족해야 합니다.
• Ex ib 등급 회로는 정상 작동뿐만 아니라 단일 고장 상태까지 안전을 보장하도록 설계 요구가 있습니다.​

요약하면, Ex ib 기기는 최대 전압 및 전류 제한 내에서 동작하며, 전기 회로의 과부하, 단락 보호, 절연 및 기타 안전장치가 필수적으로 설계되어야 하며, 폭발환경에서 점화원 발생이 없도록 엄격한 기준을 준수해야 합니다.

 

Ex ib 기기의 최대 허용 출력과 보호회로 요구사항은 다음과 같습니다.

• 최대 허용 출력은 IEC 60079-11 표준에 따라 자동 전기 회로의 최대 허용 전압과 전류로 제한됩니다. 보통 최대 허용 전압은 약 28V 이하, 최대 허용 전류는 약 수백 mA 이내로 제한됩니다.
• 회로 내 전력(Po)은 내부 전기 용량(Ci)과 배선 용량(Cw)을 고려하여 산정하며, Po ≤ Pi (허용 입력 전력)을 만족해야 하며, 이는 회로가 폭발성 환경에서 점화원을 생성하지 않도록 보장합니다​
• 보호회로는 과전류 보호장치(퓨즈, 차단기 등)를 포함하여 과부하 및 단락 상황에서도 회로가 안전하게 차단되도록 설계합니다.
• 전기적 절연, 서지 보호, 차폐 및 접지 규격도 엄격히 적용되어야 하며, 주변 온도 40℃를 기준으로 설계 기준을 충족해야 합니다.
• Ex ib 등급 회로는 정상 작동뿐만 아니라 단일 고장 상태까지 안전을 보장하도록 설계 요구가 있습니다.

요약하면, Ex ib 기기는 최대 전압 및 전류 제한 내에서 동작하며, 전기 회로의 과부하, 단락 보호, 절연 및 기타 안전장치가 필수적으로 설계되어야 하며, 폭발환경에서 점화원 발생이 없도록 엄격한 기준을 준수해야 합니다.

 

x ib 기기의 최대 허용 전력 계산 방법과 공식은 IEC 60079-11 등 국제 기준에 기반하며 다음과 같은 원칙을 따릅니다.

최대 허용 전력 산정 기본 개념

• 최대 허용 전력(Po)은 기기 내부 회로나 부품에 허용되는 전기적 출력으로, 폭발성 환경에서 점화원이 발생하지 않도록 제한됩니다.
• Po는 회로 내 전압(V), 전류(I), 정전 용량(C), 인덕턴스(L) 등의 파라미터를 고려해 산출되며,
• 설계 시 내부 및 외부 회로의 작동 조건과 온도 범위, 부품 특성에 따라 제한값이 결정됩니다.

간단 공식 예시

Po=V2/RPo=V2/R

• VV: 회로 작동 전압
• RR: 회로 저항
• 이는 대표적인 단순 계산식이며, 실제 설계에는 다음과 같은 복합 요소가 반영됩니다.

IEC 60079-11 및 평가 요소

• 제한 전압, 최대 허용 전류, 정전 용량과 인덕턴스 상한치
• 에너지 방출 제한(예: 스파크 에너지, 열 발생)
• 주위 온도 조건에 따른 보정
• 보호 회로(퓨즈, 차단기, 서지 보호) 설계가 병행 적용되어야 함

설계 시 주요 참고사항

• 설계자는 각 구성요소의 에너지 제한 값이 규정된 허용치를 초과하지 않도록 제어해야 합니다.
• Ex ib 등급은 단일 고장 상태까지 안전하게 유지돼야 하므로, 최대 허용 전력 산정 시 고장 모드까지 검토합니다.
• 전기적 신호 전송 및 전원 공급 시 최대 출력이 넘지 않도록 보호회로와 배리어를 설계해 점화 가능성을 차단합니다​

요약하면, Ex ib 기기의 최대 허용 전력은 전압, 전류, 저항, 정전 용량 등 여러 요소를 복합적으로 고려해 IEC 60079-11 규격에 따라 계산하며, 보호회로와 함께 설계해 폭발 위험을 사전에 방지해야 합니다.

 

 

설계문서에 포함할 최대허용전력 계산 근거와 검증시험 항목은 다음과 같습니다.

최대허용전력 계산 근거

• 최대허용전력은 IEC 60079-11(본질안전방폭) 표준에서 정의하며, 회로의 최대 전압, 최대 전류, 회로 내 정전용량(Ci)과 유도성(L) 등을 고려해 산출됩니다.
• 전력(Po)은 주로 식 Po=V2/RPo=V2/R를 기본으로 하며, 전압(V)과 저항(R) 및 회로 특성에 따라 조정합니다.
• 보호회로의 퓨즈 및 차단기의 정격 전류, 온도 조건, 고장 모드까지 반영해 안전계수를 적용한 값으로 산정합니다.
• 설계서는 이 계산 근거와 함께, 적용한 안전계수, 주변 온도 등 환경 조건, 인증 기준을 명확히 기술해야 합니다​

검증시험 항목

1. 전기적 안전성 시험
   • 절연 저항 시험
   • 절연 내력 시험 (고전압 시험)
   • 접지 저항 측정
2. 과전류 및 과열 보호 시험
   • 퓨즈, 차단기 작동 시험
   • 발열 시험 (기기 온도 상승 제한 확인)
3. 회로 특성 시험
   • 정전용량과 유도성 측정
   • 단락 시험 및 연속 동작 시험
   • 고장 조건 시 동작 안정성 시험
4. 기능 시험
   • 정상 및 고장 상태에서의 안전성 확인
   • 폭발 환경 시나리오 하의 작동 검증
5. 환경 시험
   • 온도 변화 및 습도 시험
   • 진동 및 충격 시험

종합적으로 설계문서에는 최대 허용 전력 산출 공식과 근거, 적용된 안전계수, 주변 환경 조건, 그리고 이를 바탕으로 실행한 위 시험들의 결과 및 평가가 포함되어야 심사 및 인증에 적합합니다​

필요 시 구체적인 시험 절차서 및 기술 지침서도 작성 권장됩니다.