폭발위험장소에서의 필드부스에 관한 기술지침(E-11-2012)

o 관련규격 및 자료

    - IEC 60079-27 Electrical apparatus for explosive gas atmospheres-Part 27: Fieldbus intrinsically safety concept and Fieldbus

      non-incendive concept

    - IEC 60079-11 Electrical equipment for explosive atmospheres-Part 11: intrinsically safety circuits

o 관련법령․ 고시 등

    -산업안전보건기준에 관한 규칙 제2편 제3장(전기로 인한 위험방지)

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폭발위험장소에서의 필드부스에 관한 기술지침(E-11-2012)

 

<목 차>

1. 목적

2. 적용범위

3. 정의

4. 전원공급 장치의 요구사항

5. 필드 장치의 요구사항

6. 말단기기

7. 시스템 요구사항

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1. 목적

이 가이드는 폭발성가스 분위기에서 본질안전 개념과 비점화 개념을 사용하는 필드부스 장치, 시스템 그리고 설치에 관한 사항을 기술함을 목적으로 한다.

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2. 적용범위

이 가이드는 폭발성가스 분위기에서 사용하는 필드부스 부속품을 설치하고자 하는 경우에 적용한다.

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3. 정의

(1) 이 가이드에서 사용하는 용어의 뜻은 다음과 같다.

(가) “부스(Bus)”라 함은 트렁크와 그 트렁크에 연결되어 있는 모든 기기들을 말한다.

(나) “장치(Device)”라 함은 적어도 하나의 통신 요소로 이루어져 있고 변환기, 구동기 등의 단말요소 또는 제어요소를 가지고 필드부스에 연결되어지는 물리적 실체를 말한다.

(다) “트렁크(Trunk)”라 함은 많은 지선들의 근원이 되는 주된 통신 통로를 말한다.

(라) “지선(Spur)”이라 함은 마지막 회로가 있는 분기선을 말한다.

(마) “최대 외부 정전용량(Maximum external capacitance)”이라 함은 방폭구조에 영향을 미치지 않고 전기기기의 접속설비에 연결할 수 있는 정전용량의 최대값을 말한다.

(바) “최대 외부 인덕턴스”(Maximum external inductance)라 함은 방폭구조에 영향을 미치지 않고 전기기기의 접속설비에 연결할 수 있는 인덕턴스의 최대값을 말한다.

(사) “최대 내부 정전용량(Maximum internal capacitance)”이라 함은 접속 설비에 나타나는 전기기기의 최대 등가 내부 정전용량을 말한다.

(아) “최대 내부 인덕턴스(Maximum internal inductance)”라 함은 접속설비에 나타나는 전기기기의 최대 등가 내부 인덕턴스를 말한다.

(자) “최대 입력전류(Maximum input current)”라 함은 방폭구조에 영향을 미치지 않고 전기기기의 접속설비에 가할 수 있는 최대전류를 말한다.

(차) “최대 입력전력(Maximum input power)”이라 함은 방폭구조에 영향을 미치지 않고 전기기기의 접속설비에 가할 수 있는 최대전력을 말한다.

(카) “최대 출력전류(Maximum output current)”라 함은 접속설비에서 나올 수 있는 전기기기의 최대전류를 말한다.

(타) “최대 출력전압(Maximum output voltage)”이라 함은 최대전압까지 가해진 전압에서 전기기기의 접속설비에 가해지는 최대전압을 말한다.

(파) “FISCO(Fieldbus intrinsically safety concept)”라 함은 필드부스의 본질안전 개념을 말한다.

(하) “FNICO(Fieldbus non-incendive concept)”라 함은 필드부스의 비점화 개념을 말한다.

(2) 그 밖에 이 지침에서 사용하는 용어의 정의는 이 지침에서 특별히 규정하는 경우를 제외하고는 산업안전보건법, 같은 법 시행령, 같은 법 시행규칙 및 안전보건규칙에서 정하는 바에 따른다.

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4. 전원공급 장치의 요구사항

(1) 일반사항

(가) 최대 내부 정전용량 Ci, 그리고 최대 내부 인덕턴스 Li는 각각 최대 5 nF 그리고 10 μH를 넘어서는 안 된다.

(나) 전원 공급 장치의 출력단은 접지하도록 한다.

(다) 설명서가 없는 내부 매개변수(최대 내부 인덕턴스와 최대 내부 정전용량) Li와 Ci 또는 최대 외부 매개변수(최대 외부 인덕턴스와 최대 외부 정전용량) Lo와 Co는 인증서 또는 라벨이 있어야 한다.

(라) 최대 출력전류 Io는 전원공급의 형태에 따라 “방폭전기기계·기구-제11부 본질안전방폭구조(KS C IEC 60079-11)”와 일치하여야 한다.

(마) 전원공급 출력 매개변수의 결정은 장치의 필드단자에 연결된 필드 결선의 개방, 단락 그리고 접지를 고려하여야 한다.

(2) FISCO 전원공급 장치의 추가 요구사항

(가) 전원공급 장치는 저항을 제한하거나 사다리꼴 또는 구형파 출력특성을 가져야 한다. 최대 출력전압 Uo는 KS C IEC 60079-11에서 규정한 고장상태에서 17.5 V 이하이거나, 정상상태에서 14 V 이하이어야 한다.

(나) FISCO 전원공급 장치의 최대 출력전류는 KS C IEC 60079-11에 따르되 380 mA를 넘어서는 안 된다. <표 1>은 구형파 전원의 평가를 위하여 사용한다.

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<표 1> FISCO 구형파 전원을 사용하기 위한 최대 출력전류

최대 출력전압(V)	IIC에 대한 허용전류(mA) (안전계수 1.5를 포함)	IIB에 대한 허용전류(mA) (안전계수 1.5를 포함)
14	183	380
15	133	354
16	103	288
17	81	240
17.5	75	213

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(다) 최대 출력전력 Po는 5.32 W를 초과하지 않아야 한다.

(3) FNICO 전원공급 장치의 추가 요구사항

(가) 전원공급 장치는 저항을 제한하거나 사다리꼴 또는 구형파 출력 특성을 가져야 한다. 최대 출력전압 Uo는 KS C IEC 60079-15에서 규정한 고장상태에서 17.5 V 이하이거나, 정상상태에서 14 V 이하이어야 한다.

(나) 최대 출력전류 Io는 KS C IEC60079-11을 따라 정하되 고장조건은 무시한다. <표 2>는 구형파 전원의 평가를 위하여 사용한다.

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<표 2> FNICO 구형파 전원을 사용하기 위한 최대 출력전류

최대 출력전압(V)	IIC에 대한 허용전류(mA)	IIB에 대한 허용전류(mA)
14	274	570
15	199	531
16	154	432
17	121	360
17.5	112	319

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5. 필드 장치의 요구사항

(1) 일반사항

다음의 요구사항들은 폭발위험장소 내부 또는 외부에 설치된 본질안전 또는 비점화 부스에 연결된 전원공급 장치 및 단말기 이외의 기기에 적용한다.

(가) 기기의 최소 입력전압 매개변수 Ui는 17.5 V 이어야 한다.

(나) 부스 단자는 KS C IEC 60079-11에 따라 접지로부터 절연시켜야 한다.

(다) 분리된 전력 필드 장치의 부스 단자는 단자가 비활동 상태라는 것을 확신하기 위하여 전기적으로 절연시켜야 하고, 부스의 다중 접지를 막아야 한다.

(라) 각 필드 장치의 최대 내부 정전용량 Ci는 5 nF보다 작아야 한다.

(2) FISCO 장치의 추가 요구사항

(가) 기기의 최소 입력전류 Ii는 380 mA, 최소 입력전력 Pi는 5.32 W 값이어야 한다.

(나) 기기의 내부 인덕턴스 Li는 10 μH 보다 작아야 한다.

(다) KS C IEC 60079-11에서 규정한 정상상태 또는 누전상태에서 부스 단자는 비활동(Passive) 상태이어야 한다. 즉, 단자는 50 μA 보다 작은 누설전류를 제외하고는 시스템에 에너지원이 없어야 한다.

(라) 필드 장치는 기기 그룹 IIC와 온도등급에 적합하게 분류되어야 한다.

(3) FNICO 기기의 추가 요구사항

(가) 기기의 내부 인덕턴스는 20 μH 보다 작아야 한다.

(나) 정상상태에서 부스 단자는 비활동 상태이어야 한다. 즉, 단자는 50 μA 보다 작은 누설전류를 제외하고는 시스템에 에너지원이 없어야 한다.

(다) 필드 장치는 부스 단자의 ‘nL’ 보호형태를 갖는 기기그룹 IIC와 온도등급에 적합하여야 한다.

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6. 말단기기

(1) 일반사항

(가) 시스템에서 요구하는 선로 말단기기는 저항 R (90 Ω～102 Ω), 커패시터 C(0 μF～2.2 μF)의 조합으로 구성된다.

(나) 말단기기는 다음과 같은 사항이 요구된다.

① 최소 입력 매개변수 Ui(최소 입력 전압)는 17.5 V 이고,

② 접지에서 분리되어야 하고,

③ 최대 내부 인덕턴스 Li는 10 μH 보다 작아야 한다.

(다) 말단기기는 필드 장치 또는 전원공급 장치가 혼합되어야 한다.

(라) 말단기기의 정전용량은 시스템의 본질안전이나 비점화에 영향을 주어서는 안 된다.

(2) FISCO 말단기기의 요구사항

(가) 최소 입력 매개변수인 Ii(최소 입력전류)는 380 mA 이고, Pi(최소 입력전력)는 5.32 W 값을 가져야 한다.

(나) 말단기기는 기기 그룹 IIC와 온도등급에 적합하게 분류되어야 한다.

(3) FNICO 말단기기의 요구사항

말단기기는 기기그룹 IIC와 온도등급에 적합하여야 한다.

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7. 시스템 요구사항

(1) 일반사항

시스템은 일반적으로 <그림 1>의 형태를 갖고 있다.

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<그림 1> 일반적인 필드부스 시스템

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(가) 시스템에 사용된 케이블은 다음과 같은 매개변수를 갖는다.

① 루프 저항 Rc는 15 Ω /㎞에서 150 Ω /㎞이다.

② 루프 인덕턴스 Lc는 0.4 mH/㎞에서 1 mH/㎞이다.

③ 정전용량 Cc는 45 nF/㎞에서 200 nF/㎞이다.

④ IIC와 IIB에서 각 최대 지선길이는 60 m이다.

⑤ 지선의 길이를 포함한 각 트렁크 전선의 최대길이는 IIC에서 1 ㎞이고 IIB에서 5 ㎞이다.

(나) 시스템은 하나의 전원, 최대 32 개의 필드 장치, 그리고 2 개의 말단기기로 구성된다.

① 2 개의 말단기기는 트렁크의 끝에 위치하여야 하고,

② 전원공급 장치는 트렁크의 끝으로부터 30 m 이하에 위치하여야 한다.

③ 전원공급 장치가 지선을 통해 연결된 곳에서의 지선은 30 m 길이로 제한하여야 한다.

(다) 연결설비 또는 스위치는 안정성 평가를 수정하지 않고 시스템에 추가하여야 한다.

(라) 전원공급 장치의 기기그룹은 시스템의 장비그룹을 결정한다.

(마) 기기의 부품의 최대 허용온도는 계획된 장소에 적합한지를 확인하여야 한다.

(2) FISCO 시스템의 요구사항

(가) 시스템에 사용된 전원과 모든 필드 장치 그리고 말단기기는 FISCO 요구사항을 적용하여야 한다.

(나) 시스템은 사용된 필드 장치, 말단기기, 기기 그리고 전원공급 장치에 의해 결정되는 범주(ia 또는 ib)를 포함하여야 한다.

(다) 서브시스템은 평가에 의해 합당한 다른 범주를 가질 수 있다.

(라) 시스템의 각 부품의 범주를 명확하게 확인하여야 한다.

(3) FNICO 시스템의 요구사항

(가) FISCO의 요구사항을 따르는 전원공급 장치, 필드 장치, 말단기기 그리고 다른 부속품들은 FNICO 시스템에서 사용될 수 있다.

(나) 필드 장치, 말단기기 그리고 다른 부속품들은 본질안전 요구사항을 따르지만 FISCO 장치가 최소한 17.5 V의 입력 매개변수 Ui와 각각 20 μH와 5 nF 보다 작은 내부 매개변수 Li와 Ci를 제공하는 FNICO 시스템의 전원공급 장치를 사용하지 않는다.

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[첨부자료] 폭발위험장소에서의 필드부스에 관한 기술지침(E-11-2012)

E-11-2012 폭발위험장소에서의 필드버스에 관한 기술지침.pdf

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