산업안전기사 실기 신출대비 — 8. 전기 방폭 관리 해설 페이지

[모범답안]
① 0종 (탱크 내부 증기공간은 폭발성 분위기가 연속·장기간 존재)
② 1종 (통기구 개구부는 정상 작동 중 주기적으로 증기 방출·생성)
③ 2종 (정상 시 누출 없고 이상 시에만 단시간 누출)
■ 핵심 채점어: ① 0종 / ② 1종 / ③ 2종 / 연속 존재/주기적 방출/이상 시 단시간
※ 근거: KS C IEC 60079-10-1(누출등급 연속/1차/2차와 장소 종별 대응), 산업안전보건기준에 관한 규칙 제230조(폭발위험이 있는 장소의 설정 및 관리)

[해설]

KS C IEC 60079-10-1은 누출등급(연속·1차·2차)에 따라 폭발위험장소를 0종·1종·2종으로 나눈다.

• 탱크 내부 증기공간은 액면 바로 위라 폭발성 분위기가 연속·장기간 존재하므로 0종이다.
• 통기구 주변은 정상 운전 중에도 호흡작용으로 증기가 주기적으로 방출되므로 1종이다.
• 펌프 씰 주변은 정상 시 누출이 없고 밀봉부 손상 같은 이상 시에만 단시간 누출되므로 2종이다.

외우는 요령: 연속 존재는 0종, 정상 운전 중 생길 수 있으면 1종, 이상 시에만 잠깐이면 2종이다.

[모범답안]
① EPL: 기기가 점화원이 될 확률(위험도)에 따라 부여하는 기기 보호등급
② Ga → 0종, Gb → 1종, Gc → 2종
(Ga는 2개 고장 상태에서도 점화되지 않는 매우 높은 보호수준, Gb는 정상+예상 고장 시, Gc는 정상 작동 시 보호)
■ 핵심 채점어: 기기보호등급/점화 확률 / Ga=0종 / Gb=1종 / Gc=2종
※ 근거: KS C IEC 60079-0(EPL 정의), KS C IEC 60079-14(EPL과 폭발위험장소 대응: Ga=0종·Gb=1종·Gc=2종)

[해설]

KS C IEC 60079-0의 EPL은 기기가 점화원이 될 확률에 따라 매기는 기기 보호등급이다. KS C IEC 60079-14는 이 등급을 장소의 위험도에 맞춰 고르게 한다.

• Ga는 0종에 쓴다. 고장 두 개가 겹쳐도 점화되지 않는 매우 높은 보호수준이라 폭발성 분위기가 늘 있는 장소에 맞다.
• Gb는 1종에 쓴다. 정상 작동 때는 물론 예상되는 고장이 나도 점화원이 되지 않기 때문이다.
• Gc는 2종에 쓴다. 정상 작동 중에만 보호되므로 이상이 있을 때만 잠깐 폭발성 분위기가 생기는 장소에 맞다.

외우는 요령: a·b·c 순서가 0·1·2종 순서와 같다. 상위 등급 기기는 하위 종 장소에도 쓸 수 있다.

[모범답안]
① T1 = 450℃
② T2 = 300℃
③ T3 = 200℃
④ T4 = 135℃
⑤ T5 = 100℃
⑥ T6 = 85℃ (각 값 이하)
■ 핵심 채점어: 450 / 300 / 200 / 135 / 100 / 85
※ 근거: KS C IEC 60079-0(전기기기-일반 요구사항, 온도등급별 최고표면온도)

[해설]

KS C IEC 60079-0의 온도등급은 기기 표면이 도달할 수 있는 최고표면온도의 상한이며, 숫자가 클수록 허용온도가 낮아진다.

• T1 — 450℃ 이하.
• T2 — 300℃ 이하.
• T3 — 200℃ 이하.
• T4 — 135℃ 이하.
• T5 — 100℃ 이하.
• T6 — 85℃ 이하.

기기 표면온도는 취급 가스의 발화온도보다 낮아야 하므로 발화온도가 낮은 가스일수록 T 숫자가 큰 기기를 쓴다.

혼동 주의 — T3 200℃ 다음은 150℃가 아니라 135℃이다.

[모범답안]
판정 기준: 기기의 최고표면온도가 가스의 발화온도(250℃)보다 낮아야 함
사용 가능: T3(200)·T4(135)·T5(100)·T6(85)
사용 불가: T1(450)·T2(300) — 최고표면온도가 발화온도 이상
■ 핵심 채점어: 최고표면온도 < 발화온도 / T3·T4·T5·T6 가능 / T1·T2 불가
※ 근거: KS C IEC 60079-0(온도등급), KS C IEC 60079-14(온도등급 선정 원칙: 기기 최고표면온도 < 가스 발화온도)

[해설]

KS C IEC 60079-14의 온도등급 선정 원칙은 기기의 최고표면온도 < 가스 발화온도이다. 표면온도가 발화온도 이상이면 기기 표면 자체가 점화원이 되기 때문이다.

최고표면온도가 발화온도 250℃보다 낮은 T3(200℃)·T4(135℃)·T5(100℃)·T6(85℃)는 사용할 수 있다.

T1(450℃)·T2(300℃)는 최고표면온도가 250℃를 넘어 사용할 수 없다. 혼동 주의: T 뒤 숫자가 클수록 표면온도가 낮은, 더 안전한 등급이다.

[모범답안]
① IIA: $\text{MESG} \ge 0.9$ mm / IIB: $0.5 \lt \text{MESG} \lt 0.9$ mm / IIC: $\text{MESG} \le 0.5$ mm
② ㄱ 1.0mm → IIA, ㄴ 0.65mm → IIB, ㄷ 0.28mm → IIC
(대표가스: IIA 프로판·메탄, IIB 에틸렌, IIC 수소·아세틸렌)
■ 핵심 채점어: IIA≥0.9 / IIB 0.5~0.9 / IIC≤0.5 / 1.0→IIA / 0.65→IIB / 0.28→IIC
※ 근거: KS C IEC 60079-20-1(가스·증기 분류 자료-MESG), KS C IEC 60079-0(가스그룹 IIA/IIB/IIC)

[해설]

MESG(최대안전틈새)는 화염이 틈새를 통해 바깥으로 전파되지 않는 최대 틈새로, 값이 작을수록 위험해 더 엄격한 등급이 된다. 근거는 KS C IEC 60079-20-1과 60079-0의 가스그룹 분류다.

• IIA는 MESG 0.9 mm 이상(프로판·메탄)이므로 1.0 mm는 IIA다.
• IIB는 0.5 mm 초과 0.9 mm 미만(에틸렌)이므로 0.65 mm는 IIB다.
• IIC는 MESG 0.5 mm 이하(수소·아세틸렌)이므로 0.28 mm는 IIC다.

혼동 주의: 경계값 0.9 mm는 IIA, 0.5 mm는 IIC에 포함되고, IIB는 양 끝값을 모두 제외한다.

[모범답안]
① 압력(p): 용기 내부에 보호기체(신선한 공기·불활성가스)를 봉입해 내부압을 외부보다 높게 유지하여 외부 폭발성 가스가 용기 내부로 침입하지 못하게 한 구조
② 안전증(e): 정상 운전 중 불꽃·아크·과열이 발생하지 않는 부분에 대해 이들이 생기지 않도록 구조 및 온도상승에 대한 안전도를 특별히 높인 구조
③ ia = 2개의 고장이 동시에 발생해도 점화되지 않음(0종 사용), ib = 1개의 고장이 발생해도 점화되지 않음(1종 사용)
■ 핵심 채점어: 보호기체 봉입·내부압 높게 / 불꽃·아크·과열 발생 억제/안전도 증가 / ia=2고장·0종 / ib=1고장·1종
※ 근거: KS C IEC 60079-2(압력방폭 p), KS C IEC 60079-7(안전증 e), KS C IEC 60079-11(본질안전 ia/ib)

[해설]

세 구조는 근거 표준(KS C IEC 60079-2·7·11)이 다르다. 점화원과 폭발성 가스가 만나지 못하게 막는 방식도 각각 다르다.

• 압력방폭구조(p)는 용기 안에 신선한 공기나 불활성가스 같은 보호기체를 봉입해 내부압을 외부보다 높게 유지한다. 그래서 외부 가스가 안으로 들어오지 못한다.
• 안전증방폭구조(e)는 정상 운전 중 불꽃·아크·과열이 생기지 않는 부분이 대상이다. 이들이 생기지 않도록 구조와 온도상승에 대한 안전도를 특별히 높인다.
• 본질안전 ia는 고장 2개가 동시에 생겨도 점화되지 않아 0종에 쓴다.
• 본질안전 ib는 고장 1개까지 점화되지 않음을 보장해 1종에 쓴다.

혼동 주의: 내압(d)은 내부 폭발을 견뎌 바깥으로 번지지 않게 하는 구조다. 압력(p)은 가스가 아예 들어오지 못하게 하는 구조다.

[모범답안]
① MIE: 가연성 혼합기(가스·증기·분진)를 점화시키는 데 필요한 최소한의 에너지
② $E = \dfrac{1}{2} \times 100\times10^{-12} \times (10^{4})^{2} = \dfrac{1}{2} \times 100\times10^{-12} \times 10^{8} = 5\times10^{-3}$ J = 5 mJ
③ 온도·압력·산소농도 증가 시, 화학양론농도(가연 하한~상한 중앙) 부근일 때 (수소·아세틸렌 등 IIC 가스일수록 MIE 작음)
■ 핵심 채점어: 점화에 필요한 최소 에너지 / ½CV² / 5mJ(5×10⁻³ J) / 온도·압력·산소농도↑ / 화학양론농도 부근
※ 근거: E=½CV²(정전에너지 관계식), KS C IEC 60079-11(본질안전-점화에너지 개념)

[해설]

MIE는 가연성 혼합기(가스·증기·분진)를 점화시키는 데 필요한 최소한의 에너지다. 대전 도체의 방전에너지가 이 값 이상이면 착화원이 된다.

C = 100 pF = 100×10^-12 F, V = 10 kV = 10⁴ V를 정전에너지 공식에 대입한다.
$E=\dfrac{1}{2}CV^{2}$
$E=\dfrac{1}{2}\times100\times10^{-12}\times(10^{4})^{2}$
$E=5\times10^{-3}$ J = 5 mJ

MIE는 온도·압력·산소농도가 높을수록, 그리고 혼합기 농도가 화학양론농도 부근일수록 작아져 점화가 쉬워진다. 수소·아세틸렌 같은 IIC 가스는 MIE가 특히 작다.

[모범답안]
① 0종: 본질안전방폭구조 ia (및 몰드 Ex ma)
② 1종: 내압 d·압력 p·안전증 e·유입 o·본질안전 ia/ib·몰드 m·충전 q (0종용 구조 포함)
③ 2종: 1종에 사용 가능한 모든 구조 + 비점화방폭구조 n
(상위 종 장소용 구조는 하위 종 장소에도 사용 가능)
■ 핵심 채점어: 0종=본질안전 ia / 1종=d·p·e·o·ia/ib·m·q / 2종=1종용 전부+비점화 n / 상위→하위 사용 가능
※ 근거: 산업안전보건기준에 관한 규칙 제311조(폭발위험장소에서 사용하는 전기 기계·기구의 선정 등), KS C IEC 60079-14(폭발성 분위기-전기설비 설계·선정 및 설치)

[해설]

산업안전보건기준에 관한 규칙 제311조와 KS C IEC 60079-14에 따라 장소의 위험도에 맞는 방폭구조를 고른다. 상위 종 장소용 구조는 하위 종 장소에도 쓸 수 있다.

• 0종은 폭발성 분위기가 늘 있는 장소라 두 고장에도 안전한 본질안전 ia(및 몰드 ma)만 쓴다.
• 1종에는 내압 d·압력 p·안전증 e·유입 o·본질안전 ia/ib·몰드 m·충전 q를 쓸 수 있다.
• 2종에는 1종에 쓰는 구조 전부를 쓸 수 있고, 정상 작동 중 점화원을 억제하는 비점화방폭구조 n도 쓸 수 있다.

혼동 주의: 하위 종용 구조를 상위 종 장소에 쓰면 안 된다. 그래서 비점화 n은 1종에 쓸 수 없다.