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[기고] 수요 증가 예상되는 본질안전 방폭인증김우석 연구원(한국가스안전공사 가스안전연구원)
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[1302호] 승인 2017.06.13  23:11:58
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Principle of Intrinsic Safety

방폭인증센터 운용 통해 인증기술 업그레이드 기대

 

전기기기 소형·경량화 추세 
본질안전 방폭구조 인기 

제조사 단독 설계·적용 어려워
최고 수준 방폭기술 확보

   
 

차세대 방폭구조로 인기를 얻고 있는 본질안전 방폭구조는 정상작동 및 고장상태에서 발생한 불꽃이나 고온부분으로 인해 화재가 발생되지 않은 구조를 말한다. 결국, 모든 위험시설이나 지역에서 사용이 가능한 구조로 전기기기가 소형화 경량화되고 있는 요즘 시대에 가장 걸맞는 방폭구조로 평가받고 있다.,

이에 따라 국가별로 차세대 방폭구조인 본질안전 방폭인증 기술력 확보를 위해 다각적인 노력을 기울이고 있으며 관련 제품 생산을 위해 기업에 대한 기술지원에도 관심을 쏟고 있다.

우리나라도 최근, 한국가스안전공사 방폭인증센터를 통해 전문인력을 양성하고 기술지원에 나서는 등 본격적인 지원제도 마련에 나서면서 향후 국내 방폭인증기술도 한단계 업그레이드 될 것으로 기대된다. <편집자 주>

 

   
Spark Test Apparatus acc. To IEC 60079-11

IECEx 국제인증의 43% 차지

위험지역에서 설치 및 사용되는 모든 전기기기는 폭발의 위험을 방지하기 위해 방폭인증을 받아야 한다.

본질안전 방폭구조의 정의는 정상작동 및 고장상태에서 발생한 불꽃이나 고온부분이 해당 폭발성 가스‧분진 분위기에 점화를 발생시킬 수 없는 회로를 말한다. 정의에서 확인할 수 있듯이 고장상태에서도 점화를 일으킬 수 없는 본질적으로 안전한 방폭구조라고 간략하게 이해할 수 있다. 사실상 모든 위험지역에서 사용할 수 있는 셈이다. 또한 회로 자체에 본질안전 방폭기술을 접목하는 것으로써 다른 방폭구조와는 달리 외함에 대한 요구사항이 거의 없다. 따라서 본질안전 방폭구조가 소형, 경량화에 적합하며 제조비용도 저렴할 수 있다.

방폭인증에서 사용하는 방폭구조는 내압(“d”), 압력(“p”), 안전증(“e”), 유입(“o”), 본질안전(“i”), 비점화(“n”), 몰드(“m”), 충전(“q”), 분진(“t”) 등으로 나뉜다.

각 방폭구조는 제품의 특성 및 위험지역에 따라 적용될 수 있으며 오늘날 진보되는 기술에 따라 전기기기는 보다 소형, 경량화 되어가는 추세이다. 이에 가장 적합한 방폭구조가 본질안전 방폭구조인 것이다.

국내방폭인증(KCs)은 가스안전공사(KGS), 안전보건공단(KOSHA), 산업기술시험원(KTL)에서 수행하고 있다. 2012년 이후 연간 평균 2,900건의 인증서가 발행되고 있으며 이중 본질안전방폭인증 건수는 연간 평균 230건이나 상당수가 외국제조사 및 수입자 인증이며 국내 제조사의 인증건수는 10%미만으로 추정된다.

결국, 외국제조사의 경우 기술 집약적인 본질안전 방폭인증에 집중하고 있음을 확인할 수 있다. 2015년 IECEx 국제인증의 약 43%가 본질안전 방폭인증이었으며 특히 4차 산업혁명 시대가 대두됨에 따라 앞으로 본질안전 방폭인증의 수요는 폭발적인 증가가 예상된다.

 

네 가지의 주요 평가대상 

본질안전 방폭인증에 대해서 조금 더 구체적으로 살펴보면 ①불꽃점화평가 ②온도평가 ③본질안전유지부품 ④무고장 및 이격거리 등이 주요 평가대상이다.

①불꽃점화평가는 회로내의 단락전류, 에너지 저장 부품(Capacitor, Inductor)으로 인한 에너지를 시험 또는 계산을 통해 점화를 일으키는지 확인하는 평가이다.

시험은 불꽃점화시험기(Spark Test Apparatus)로 진행된다. IIC의 경우, 12V에서 허용되는 최대단락전류는 3.3A, 최대정전용량은 1.41uF, 최대유도용량성 에너지는 40uJ이다. 이때, 유도용량성 에너지는 최대고장전류의 1.5배를 적용하여 산출된다.

위의 예시는 정전용량과 유도용량 소자가 단독으로 있을 경우이며, 두 소자가 함께 있을 경우에는 허용되는 최대정전용량과 유도용량 값은 줄어들 수 있다.

②온도평가는 회로에 사용되는 모든 소형부품, PCB기판의 패턴 및 내부 도선의 온도를 시험 또는 계산을 통해 점화에 이르지 않는지를 확인하는 것이다. 온도등급 T4기준에서 주위온도 40℃일 경우 20미만의 부품은 275℃이하여야 하며,  20이상의 부품은 최대소비전력이 1.3W이하여야 한다.

③본질안전유지부품은 불꽃이나 온도로 인해 점화까지 이르지 않도록 에너지를 제한하는 회로에 사용되는 부품들이다. 많이 사용되는 부품은 퓨즈, 저항, 제너다이오드 등이 있다. 퓨즈와 저항은 전류를, 제너다이오드는 전압을 제한하기 위해 주로 사용되며 본질안전유지부품이 되기 위해서는 사용되는 정격(전압, 전류, 전력)이 부품의 최대 정격의 이하여야 한다.

④무고장 및 이격거리는 에너지를 제한하는 회로 즉 본질안전유지부품에 주로 적용되는 개념이다.

   
 

 

   
 

해외방폭인증기관과 교류 

 전기회로에서 고장상태란 단락(short) 또는 개방(open)이다. 한 회로에 10개의 소자가 사용되었다고 가정하더라도 소자에서만 발생 가능한 고장 개수는 크게 늘어난다.  이를 고려하여 불꽃 및 온도 에너지가 점화를 일으키지 않도록 본질안전회로를 디자인하는 것은 결코 쉽지 않은 일이다. 더군다나 대부분의 전기회로는 훨씬 많은 소자들을 사용하고 있다. 이처럼 고장조건을 고려한 에너지 제한 회로 기술에 기반을 두고 있는 본질안전 방폭기술은 최고 난이도의 방폭기술이라 할 수 있으며 국내 제조사가 단독으로 설계 및 적용하기 어려우며, 경험이 부족하여 다른 방폭구조에 비해 접근하기 매우 어려운 것이 사실이다.

이에 가스안전공사 방폭인증센터는 인력 양성을 통해 제조사의 본질안전 기술 및 노하우를 지원하고 있다. 2003년 국제방폭 인증시험기관으로 지정된 이후 지속적인 기술 개발 및 인력 양성을 통해 지난해 1명의 전문 인력을 확보하였으며 4차 산업혁명 시대에 선도적으로 대응하기 위해 3명의 전문 인력을 추가 양성하고 있다.

 또한 방폭인증센터는 제조사의 니즈 파악 및 시행착오를 줄여 경쟁력 제고에도 힘쓰고 있다. 방폭인증센터는 성능확인시험 서비스를 제공하여 회로 설계 단계에서부터 고객의 사양에 맞게 맞춤형 기술을 제공하고 있다. 이에 따라 제조사의 시행착오에 따른 비용 및 시간을 획기적으로 줄일 수 있게 되었다.

가스안전공사는 해외방폭인증기관인 PTB, Intertek등과 MOU로 구축된 세계적인 기술 네트워크를 활용하여 글로벌 방폭인증기관과의 기술 교류를 통해 국제적인 본질안전 회로기술 동향을 파악하고 이를 국내 기업에 지원하여 동반성장에 기여하고자 한다.

 대한민국의 휴대폰, 가전제품 등의 전자제품이 전 세계를 누비고 있다. 우리의 회로기술이 결코 다른 나라에 비해 떨어지지 않는다고 생각한다. 다만 본질안전방폭의 역사가 유럽에서 태동되었으며 우리의 시작이 조금 늦었을 뿐이다. 가스안전공사 방폭인증센터는 국내 제조사가 국내 본질안전 시장뿐만 아니라 해외까지 선점할 수 있는 그날이 올 수 있도록 외부적으로는 기술 지원을 더욱 확대해 나갈 것이며 내부적으로는 세계 최고의 방폭인증기관이 되기 위해 지속적인 노력을 경주할 것이다.

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