내압 방폭형과 본질안전 방폭형 통신 단말기는 무엇이 다른가?

위험 장소의 통신 설비에서는 서로 매우 다른 두 유형의 장비를 흔히 볼 수 있습니다. 하나는 견고한 금속 외함과 튼튼한 체결 부품, 케이블 인입구를 갖춘 중량형 전화기, 인터컴 단말기 또는 제어 스테이션입니다. 다른 하나는 위험 장소용 휴대전화, 무전기, 저전력 현장 단말기처럼 일반 휴대 장치에 더 가까운 형태입니다. 두 유형 모두 폭발성 분위기에서 사용하도록 인증받을 수 있지만, 보호를 확보하는 원리는 크게 다릅니다.

설계 관점에서 첫 번째 방식은 가스 혼합물을 점화할 수 있는 스파크, 아크 또는 고온 부품이 장비 내부에 존재할 수 있다고 가정하고, 특별히 설계하고 시험한 외함으로 내부 폭발을 가둡니다. 다른 방식은 회로의 전압, 전류, 전력과 저장 에너지를 제한하여 지정된 조건에서 노출된 전기 회로가 유효한 점화원이 될 만큼 충분한 에너지를 갖지 않도록 합니다.

통신 단말기에서는 이러한 차이가 크기, 스피커 출력, 배터리 설계, 화면, 인터페이스, 배선, 유지보수 절차뿐 아니라 전체 네트워크 아키텍처에도 영향을 줍니다. 따라서 선정 시에는 다음 질문에 답해야 합니다. 어떤 통신 기능이 필요한가? 어느 정도의 전력이 필요한가? 고정형인가, 이동형인가? 어떤 위험 장소 구분이 적용되는가? 전체 통신 회로에 어떤 방폭 구조가 사용되는가?

‘방폭’과 ‘본질안전’은 무엇을 의미하는가?

‘방폭 전화기’, ‘방폭 무전기’, ‘방폭 단말기’라는 표현은 폭발성 분위기용으로 인증된 제품을 폭넓게 가리키는 명칭으로 쓰이기도 합니다. 그러나 IEC 60079 시리즈에서는 내압 방폭 구조 Ex d, 안전증 방폭 구조 Ex e, 본질안전 방폭 구조 Ex i, 압력 방폭 구조 Ex p, 몰드 방폭 구조 Ex m 등 서로 다른 보호 방식을 구분합니다. 전기 장비가 주변 폭발성 분위기를 점화할 위험을 줄인다는 목표는 같지만 구현 방법은 다릅니다.

기술적으로 정확히 비교하려면 다음과 같이 구분하는 것이 적절합니다. 내압 방폭 구조 통신 단말기(Ex d)와 본질안전 방폭 구조 통신 단말기(Ex i). IECEx 체계에서 IEC 60079-1은 내압 방폭 구조 ‘d’, IEC 60079-11은 본질안전 방폭 구조 ‘i’에 적용되며, IEC 60079-0은 Ex 장비의 구조, 시험, 표시 등 일반 요구사항을 규정합니다. 명판에 ‘Ex’라고 표시되어 있다고 해서 방폭 구조를 바로 알 수는 없습니다. 뒤에 이어지는 표시, 예를 들어 db, ia, ib 및 ic도 함께 확인해야 합니다.

서로 다른 두 가지 방폭 원리

핵심적인 차이는 명확합니다. 내압 방폭은 폭발의 외부 전파를 제어하고, 본질안전 방폭은 점화 에너지를 제한합니다.

Ex d: 외함 내부에 위험을 가두는 방식

내압 방폭 외함은 내부에서 아크, 스파크 또는 점화가 절대로 발생하지 않는다고 보장하는 구조가 아닙니다. 지정된 조건에서 내부 폭발 압력을 견디고, 정교하게 설계된 접합부와 구조를 통해 화염이 주변 폭발성 분위기로 전파되지 않도록 설계됩니다.

따라서 외함 강도, 화염 전파를 막는 접합면과 틈새, 체결 부품, 케이블 인입구 및 외함의 건전성과 관련된 요소는 모두 보호 시스템의 일부입니다.

고정형 통신 단말기에서 이 방식의 실용적인 장점은 장비 전체가 적절한 보호 방식으로 설계·인증되면 외함 안에 일반 통신 전자회로, 릴레이, 증폭기 및 상대적으로 높은 전력의 부품을 수용할 수 있다는 점입니다.

Ex i: 회로 에너지를 점화 한계 이하로 제한

본질안전 방폭은 근본적으로 다른 접근법을 사용합니다. 무거운 외함으로 내부 폭발을 가두는 대신 전압, 전류, 전력과 정전용량 및 인덕턴스에 저장된 에너지를 제한합니다. 그 결과 규정된 정상 상태와 고장 상태에서 전기 스파크나 열적 영향이 해당 폭발성 분위기를 점화할 수준에 이르지 않도록 합니다.

따라서 평가는 외함만이 아니라 전기 회로와 여기에 연결된 전체 본질안전 회로까지 포함합니다.

외함의 구조가 크게 다른 이유

두 방폭 원리는 제품 외관과 기계 구조에 그대로 반영됩니다.

일반적인 고정형 내압 방폭 전화기는 견고한 알루미늄 합금, 스테인리스강 또는 적절하게 설계된 금속 외함과 지정된 덮개, 체결 부품, 케이블 인입 구조를 사용합니다. 외함은 충격을 견디기 위한 것만이 아니라 방폭 구조의 핵심 부분일 수 있으므로 일반 사무용 전화기보다 무겁고 큽니다. 따라서 사소해 보이는 구조 변경도 면밀히 검토해야 합니다. 다른 종류의 볼트로 교체하거나 접합면을 가공하고 현장에서 구멍을 추가로 뚫거나 케이블 글랜드를 교체하면 본래의 보호 조건에 영향을 줄 수 있습니다.

본질안전 단말기는 내부 회로 설계에 더 중점을 둡니다. 회로와 부품, 인쇄회로기판의 간격, 저장 에너지, 배터리, 외부 연결이 적용되는 본질안전 요건을 충족하면 무거운 내압 방폭 외함에 반드시 의존할 필요는 없습니다. 위험 장소용으로 인증된 많은 휴대 무전기, 이동 단말기, 계측기가 비교적 작을 수 있는 이유입니다. 하지만 플라스틱 외함이라고 해서 자동으로 본질안전 장비가 되는 것은 아니며 금속 외함이라고 무조건 Ex d인 것도 아닙니다. 외관이 아닌 인증 표시와 인증서로 실제 방폭 구조를 확인해야 합니다.

전력 요구사항이 장비 선택을 결정할 수 있음

통신 장비에서 Ex d와 Ex i의 실질적인 차이 중 하나는 인증서 자체보다 전력 예산에서 드러납니다.

통신 단말기는 단순한 센서가 아닙니다. 송수화기, 스피커, 디스플레이, 백라이트, 카메라, 무선 모듈, 프로세서, 릴레이, 표시등 또는 외장 혼 스피커까지 구동해야 할 수 있습니다. 모든 기능에는 에너지가 필요합니다.

내압 방폭 설계에서는 인증된 외함과 전체 구조로 위험을 제어하면서 통신 용도에 필요한 회로와 전력 장치를 수용할 수 있습니다. 따라서 소음이 큰 장소의 고정 전화기, 증폭형 인터컴, 호출 스테이션, 경보 장치에는 내압 방폭이나 복합 방폭 구조가 자주 사용됩니다.

본질안전은 원천에서 에너지를 제한합니다. 센서, 신호 장치, 휴대 통신 장비, 전용 저전력 전자 장치에 특히 유용합니다. 그러나 단말기가 지속적인 고음량 출력이나 고출력 스피커 또는 소비 전력이 큰 주변 장치를 필요로 하면 본질안전 설계가 더 어려워집니다.

따라서 위험 장소의 모든 전화기를 본질안전형으로 만들어야 한다고 단정할 수는 없습니다. 소음이 큰 화학 공정 구역의 고정 전화기에는 큰 호출음, 고출력 핸즈프리 음성 출력, 외장 혼 스피커, 음향·시각 경보 연동이 필요할 수 있습니다. 이러한 전력 요구사항도 선정 기준입니다.

설치와 유지보수 요구사항의 차이

두 유형 모두 일반 산업용 단말기처럼 설치하거나 유지보수해서는 안 되지만 취약한 부분은 다릅니다.

내압 방폭 장비는 구조 변경에 특히 민감함

Ex d 단말기의 유지보수에서는 외함 구조를 보존해야 합니다. 화염 전파를 막는 접합면이나 틈새를 임의로 연마·가공해서는 안 되며, 다른 볼트가 같은 크기로 보인다는 이유만으로 지정 체결 부품을 교체해서도 안 됩니다. 케이블 글랜드, 어댑터, 폐쇄 플러그도 나사산이 맞는다는 이유만으로 선택해서는 안 됩니다.

배선을 쉽게 하려고 현장에서 추가 구멍을 뚫거나 유지보수 과정에서 원래 구조 부품을 검증되지 않은 대체품으로 바꾸면 기존 보호 조건을 변경할 수 있습니다.

본질안전 시스템은 회로 매개변수와 절연·분리 변경에 특히 민감함

Ex i 시스템에서는 외함 변경보다 회로 변경이 주요 위험인 경우가 많습니다. 안전 배리어 교체, 서로 다른 회로의 결합, 케이블 종류나 길이 변경, 검증되지 않은 장비 추가, 본질안전 회로와 비본질안전 회로 간의 필수 분리 미준수는 모두 원래의 설계 조건을 바꿀 수 있습니다.

따라서 본질안전 통신 회로의 유지보수를 교체 장비가 같은 전압을 사용하는지만 확인하는 절차로 축소해서는 안 됩니다. 시스템 매개변수와 해당 설치 문서도 다시 확인해야 합니다.

또 다른 오해는 ‘회로가 본질안전형이므로 언제든 통전 상태에서 분리하거나 작업해도 된다’는 것입니다. 본질안전은 일부 유지보수 상황에서 이점을 제공하지만 활선 작업의 허용 여부는 여전히 장비 인증서, 현장 절차, 적용 표준 및 작업 허가 제도에 따라 결정됩니다. 본질안전이라고 해서 제한 없는 활선 작업이 자동으로 허용되는 것은 아닙니다.

방폭 구조는 궁극적으로 통신 업무에 적합해야 함

위험 장소의 통신에서 Ex d와 Ex i는 경쟁하는 제품 명칭이 아니라 서로 다른 두 가지 공학적 방법입니다. Ex d는 점화에 충분한 에너지가 있을 수 있는 회로를 가진 장비에서 인증된 구조로 위험을 가두는 방법을 다룹니다. Ex i는 회로 수준에서 전기와 열에너지를 유효 점화 한계 아래로 제한하는 방법입니다. 전자는 고음량 출력, 높은 전력, 복잡한 현장 인터페이스가 필요한 고정형 통신 장비에 더 큰 설계 유연성을 제공하고, 후자는 저전력 회로, 이동 단말기, 계측 장비, 에너지를 엄격하게 제한해야 하는 용도에 적합합니다. 다만 어느 경우든 구체적인 제품의 Ex 표시, 인증 및 실제 현장 조건을 벗어나 결론 내릴 수 없습니다.

산업 통신 시스템에서는 표준화를 위해 모든 장비에 같은 방폭 구조를 강제하는 일을 피해야 합니다. 화학 공장은 내압 방폭 고정 전화기, 본질안전 이동 무전기, 위험 장소용 스피커, 안전 구역에 설치된 일반 지휘·현장 지령 장비를 동시에 사용할 수 있습니다. 각 장비가 설치 환경에 적합하고 통신 플랫폼이 통화, PTT, 지휘·현장 지령와 경보를 하나의 운영 흐름으로 통합한다면 이러한 혼합 구조가 실제 요구에 더 잘 맞는 경우가 많습니다.

Becke Telcom은 석유·가스, 화학, 에너지, 저장시설 및 기타 위험 장소에 방폭 전화기, 산업용 통신 단말기, IP PBX 시스템, SIP 서버, RoIP 게이트웨이, 지휘·현장 지령 시스템을 제공합니다.

자주 묻는 질문

내압 방폭과 본질안전은 같은 유형의 서로 다른 두 보호 수준인가요?

아닙니다. ‘방폭’은 위험 장소용 장비를 폭넓게 가리키는 말이지만 Ex i는 본질안전에 기반한 특정 방폭 구조입니다. 엄밀하게는 내압 방폭 Ex d와 본질안전 방폭 Ex i를 비교하는 것이 적절합니다. 두 방식은 원리가 달라 단순히 보호 수준이 높거나 낮다고 순위를 매길 수 없습니다.

Zone 1에는 Ex d와 Ex i 중 무엇이 더 적합한가요?

장비가 필요한 보호 수준을 충족하고 해당 인증서에서 사용을 허용하면 두 방식 모두 Zone 1에서 사용할 수 있습니다. Ex db는 Zone 1에 적합한 고정형 통신 단말기에 흔하고 본질안전 장비는 Ex ib 또는 더 높은 보호 수준을 적용할 수 있습니다. 최종 선정에는 가스 그룹, 온도 등급, 환경 조건과 필요 기능도 영향을 줍니다.

본질안전 장비는 언제나 더 가벼운가요?

반드시 그렇지는 않습니다. 본질안전은 내부 폭발을 가두기 위한 무거운 내압 방폭 외함에 의존하지 않으므로 저전력 휴대 장치와 현장 장비를 작게 설계할 수 있습니다. 그러나 실제 무게는 배터리, 기계적 보호, IP 등급, 화면 및 통신 기능에도 좌우됩니다. 무게만으로 방폭 구조를 판별할 수는 없습니다.

본질안전 장비를 일반 네트워크 스위치나 전원공급장치에 직접 연결할 수 있나요?

항상 가능한 것은 아닙니다. 안전 배리어, 갈바닉 절연기, 관련 장비 및 전체 본질안전 회로의 매개변수 정합이 필요할 수 있습니다. 장비 인증서, 제어 도면 및 시스템 설계에 따라 Uo, Io, Po를 Ui, Ii, Pi와 대조하고 연결 장비와 케이블의 정전용량 및 인덕턴스도 확인해야 합니다.

소음이 큰 위험 장소의 고정 전화기에는 어떤 방폭 구조가 더 적합한가요?

큰 호출음, 고출력 핸즈프리 음성 출력, 외장 혼 스피커, 음향·시각 경보 또는 기타 고전력 기능이 필요한 경우 내압 방폭이나 적절한 복합 방폭 구조가 일반적으로 더 높은 설계 유연성을 제공합니다. 그래도 최종 선정은 방폭 구조만이 아니라 장비 인증서, 설치 구역, 주변 소음 및 실제 기능 요구사항에 근거해야 합니다.