본질안전방폭구조 종류 - Zener Barrier, Isolated Barrier

본질안전방폭구조 종류 - Zener Barrier, Isolated Barrier

1. 본질안전방폭구조 개념

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전기기기는 공장 등에서 주된 화재원인이 된다. 정전기, 스파크, 아크는 점화원으로 작용하기에 에너지가 충분하다. 최소점화에너지 이상의 전기 에너지를 가지고 있는 경우가 많다.

$W = 1/2CV^2$ (최소점화에너지)

 

전기기기에 의한 폭발 및 화재를 방지하기 위해 방폭설비를 설치한다. 방폭설비는 크게 8가지 종류가 있다.

구분	기호	특징
본질안전방폭구조	ia,ib	0종 장소 사용가능
내압방폭구조	d	1종 장소 사용가능
안전증방폭구조	e	1종 장소 사용가능
유입방폭구조	o	1종 장소 사용가능
몰드방폭구조	m	1종 장소 사용가능
압력방폭구조	p	1종 장소 사용가능
충진방폭구조	q	1종 장소 사용가능
비점화방폭구조	n	2종 장소 사용가능

 

이중에서 유일하게 본질안전방폭구조만이 0종 장소에서 사용가능하다. 2에서 0으로 갈 수록 위험도가 높아진다. 0종 장소가 가장 위험하다. 즉, 본질안전방폭구조는 위험한 장소에서 쓸 수 있다. 왜 그럴까?

 

본질안전방폭구조는 단어 그대로 화재, 폭발이 일어나지 못하도록 설계되었기 때문이다. 화재, 폭발이 발생하려면 3가지가 필요하다. 

가연물

산소

점화원

 

본질안전방폭구조는 이 3가지 중에서 점화원을 없애준다. 점화가 되려면 일정 에너지 이상이 필요하다. 이것이 최소점화에너지이다. 최소점화에너지 이하의 전기에너지, 기계에너지 등은 화재, 폭발을 일으키지 못한다. 화학반응에서 활성화에너지로 보면 된다. 

 

$k = e^{-E_a/RT}$ (아레니우스 식)

 

즉, 점화에너지를 최소점화에너지 이하로 만들기 위한 것이 바로 본질안전방폭구조이다.

 

이러한 본질안전방폭구조는 크게 2종류가 있다. 

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2. Zener Barrier

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1) 정의: 비정상 전압, 전류를 제너다이오드, 저항, 퓨즈로 제한 및 차단하는 방식

2) 구성

 - 제너다이오드 병렬 구성 (고장방지능력 확보, 정전압 유지)

 - 저항: 전류제한

 - 퓨즈: 과전압차단

 - 접지: 고장전류 순환

3) 특징

 - 구조가 간단, 가격이 저렴

 - 제어기기 및 주변기기 접지, 본딩 필요

 - 퓨즈 단선시 재사용 불가

 - Isolated Barrier와 차이: 접지를 해야하며, 안전성이 상대적으로 낮은 편

 

 

3. Isolated Barrier

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Isolated Barrier (본질안전방폭구조)

 

1) 정의: 비정상전압, 전류를 변압기, 광전소자, 릴레이를 통해 차단

2) 구성: 변압기, 광전소자, 릴레이

3) 특징

 - 구조가 복잡, 고가

 - Zener 방식에 비해 안정적

 - 접지, 본딩 불필요

 

4. 마무리하며

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이번 포스팅에서는 본질안전방폭구조에 대해 알아보았다. 소방기술사 시험에도 자주 출제되는 개념이며, Zener Barrier, Isolated Barrier의 차이점을 꼭 알아두길 바란다. 

 

방폭은 화재를 예방하는 매우 중요한 장치이다. 소방을 공부한다면 방폭에 대해 잘 알아두는 게 좋다.