【별표 11의5】본질안전회로 평가를 위한 불꽃점화시험장치(제23조 관련)

1. 불꽃점화 시험방법

가 원리

피시험 회로를 불꽃점화시험기의 접점에 접속하고 시험조에 시험혼합가스로 채운다. 앞서 설명한 안전율이 되도록 회로의 파라미타를 조절하고, 접점을 규정한 회전수만큼 작동시켜 시험혼합가스에 점화가 발생하는지의 여부를 확인한다. 별도로 언급하지 않는 한 시험기의 기계적인 치수의 허용공차는 ±0.5%이며, 전압과 전류는 1%로 정한다.

나. 불꽃점화시험장치

1) 불꽃점화시험장치는 최소 250cm3의 체적을 갖는 시험조와 그 안에 접점의 배열로 구성하고, 접점은 앞서 기술한 시험혼합가스에 불꽃을 발생시킬 수 있도록 배열

비고. 실제 시험기의 설계 예를 그림 4에 나타냄(접점 배치는 그림 1 및 그림 3을 참조)

2) 두 개의 접촉전극 중 하나는 그림 2와 같이 두 개의 슬롯이 있는 회전할 수 있는 카드뮴원판으로 할 것

비고. 전극판으로 쓰여진 카드뮴은 주조형 카드뮴 접촉원판이 사용될 수 있음

3) 또 다른 전극은 직경 0.2㎜의 4개의 텅스텐선이 직경 50㎜의 원주상에 위치하도록 전극홀더에 고정시켜 구성할 것

비고. 전극 유지판의 날카로운 가장자리에서 텅스텐선의 파손을 막기 위하여 텅스텐 선을 조이는 지점의 전극 유지판 각 모서리를 둥글게 연마할 것

4) 접점의 배치는 그림 1과 같이 구성한다. 전극홀더는 텅스텐 접촉선이 카드뮴원판의 스롯 위를 미끄러지도록 회전시킨다. 전극홀더와 카드뮴원판 간의 거리는 10㎜이며 접촉선의 길이는 11㎜이다. 접촉선은 카드뮴원판과 접촉하지 않는 상태에서 카드뮴의 표면에 수직이 되도록 설치할 것

5) 카드뮴 원판과 전극홀더의 구동축 중심간의 거리는 31㎜이며, 기기의 다른 부분 및 베이스 판과는 전기적으로 절연이 되어 있어야 한다. 전류는 기어 비가 50:12인 비도전성 기어가 달린 축에 미끄럼식 접점을 통해 통전되도록 할 것

6) 전극홀더는(필요하다면) 적당한 감속기어가 있는 전동기를 이용하여 80rpm으로 회전시킨다. 카드뮴원판은 반대방향으로 더 적은 속도로 회전시킬 것

7) 가스공급시스템을 사용할 때에는 챔버의 베이스 판(base plate)에 가스밀폐형 베어링 축받이를 설치해야 한다. 전극홀더의 전동기 구동축의 회전수를 기록하기 위한 계수장치를 설치하거나 또는 전극홀더의 회전수를 계산할 수 있도록 시험시간을 결정하기 위한 타이밍장치(timing device)를 사용할 수 있음

비고. 광전지 또는 압력 스위치(그림 5 및 그림 6 참조)등을 이용하면 혼합가스에 점화가 일어난 후 자동으로 구동전동기 또는 최소한의 계수장치를 정지시킬 수 있는 장점이 있음

8) 시험조는 최소 1,500kPa(15bars)의 폭발압력에 견딜 수 있어야 한다. 단, 폭발압력을 감소시키는 장치가 있는 경우는 제외

9) 접점의 단자에서 시험기의 자체 커패시턴스는 접점 개방시 30pF을 초과하지 않아야 한다. 저항은 직류 1A에서 0.15Ω을 초과해서는 안 되며 자체 인덕턴스는 접점 단락시 3μH 미만일 것

다. 불꽃점화시험기의 감도는 별표 11 제1호 다목에 따른 일련의 시험 전․후에 확인해야 한다. 감도에 대해 언급이 없을 때는 다음 절차에 따라 감도가 확인될 때까지 수행할 것

1) 감도회로의 파라미타를 확인

2) 폭발시험가스의 조성을 확인

3) 텅스텐 선을 닦을 것

4) 텅스텐 선을 교체

5) 별표 11의2 제3호에서 기술한 것과 같이 95mH/24 V/100㎃를 단자에 연결하고 시험기기가 공기중에서 전극홀더를 최소한 20,000회전 동안 구동시킬 것

6) 카드뮴 원판을 교체하고 별표 11의2 제1호 다목에 따라 기기를 교정

라. 텅스텐은 매우 잘 쪼개지는 물질이며, 텅스텐 선은 아주 짧은 기간동안 접촉된 후에도 끝부분이 자주 쪼개지는 경향이 있다.     이런 문제를 해결하기 위해서 다음의 절차 중 어느 하나를 따른다.

1) 그림 7과 같은 간단한 장치를 이용해 텅스텐 선의 끝을 녹인다. 이 장치는 선의 끝단에 조그만 구형을 형성시킨다. 이 생성된 구형을 핀셋을 이용하여 작은 압력을 가해 제거한다. 이렇게 준비한 텅스텐 선은 각 텅스텐선 당 50,000번의 불꽃 발생 후 교체할 것

2) 상태가 좋은 큰 가위를 이용해 텅스텐 선을 자른다. 그 다음 등급 0인 사포 또는 이와 상당하는 것을 이용하여, 선의 끝 부분을 포함한 선의 표면을 손으로 문질러 닦은 후 전극홀더에 설치할 것

비고 1. 선을 닦을 때 시험기로부터 전극홀더를 제거하는 것이 좋음

요 건	구멍의 크기(㎛)
전수 통과 24% 이하 잔류 40% 이상 잔류 10% 이하 통과	106 75 53 45

2. 체질하여 결정된 등급 0의 금강사 분말에 대한 사양은 다음과 같음

경험으로 볼 때 사용하는 동안 감도를 안정화시키기 위해서는 정기적인 주기로 텅스텐 선을 깨끗하게 하고 곧게 펴 주어야 한다. 선택 주기는 텅스텐 선에 분진퇴적물이 형성되는 속도에 따라 결정된다. 텅스텐 선의 형상은 불꽃점화 확률과 피시험 회로에 영향을 준다. 텅스텐 선의 끝이 갈라지거나 또는 휘어진 경우에는 교체해야 한다.

마. 다음 절차는 불꽃점화시험장치의 감도를 안정화시키기 위해 새 카드뮴원판의 상태조절에 대한 사항이다.

1) 불꽃점화시험기에 새 원판을 장착

2) 별표 11의2 제1호 다목의 규정에서 기술한 것과 같이 95mH, 24V, 100㎃를 단자에 연결하고 시험기를 공기 중에서 전극홀더가 최소 20,000회전하도록 구동시킬 것

3) 1.4에 따라 준비하고 청소한 새 텅스텐 선을 설치하고 2kΩ의 저항을 통해 2㎌의 비전해 커패시터에 시험기를 연결

4) 별표 11의2 제1호 나목의 규정에 적합한 폭발시험 혼합물을 그룹 ⅡA에 사용하는 경우 용량성 회로에 70V(그룹 I인 경우 95V)를 인가하고 전극홀더가 400회전 할 동안 또는 점화가 일어날 때까지 불꽃점화시험장치를 작동시킨다. 그리고 전압은 5%씩 감소시킨 후 400회전동안 점화가 발생하지 않을 때까지 반복

5) 만일 라.를 60V(그룹Ⅰ에서는 80V)에서 반복해서 점화가 발생하지 않으면 50V(70V)로 라.에서 주어진 절차를 반복

6) 만일 마.를 50V(그룹Ⅰ에서는 70V)에서 반복해서 점화가 발생하지 않으면 40V(55V)로  라목에 주어진 절차를 반복

바. 불꽃점화시험장치는 통상 다음의 제한조건에 따라 본안회로를 시험하는데 사용한다.

1) 3 를 초과하지 않는 시험전류

2) 작동전압이 300V를 초과하지 않는 저항성 또는 유도성 회로

3) 1H를 초과하지 않는 유도성 회로

4) 1.5㎒까지의 회로

시험기는 이들 제한값을 초과하는 회로에 적용할 수 있다. 그러나 감도의 변화가 일어날 수 있음

비고 1. 만일 시험전류가 3 를 초과하면 텅스텐 선의 온도상승으로 시험결과에 영향을 주는 추가적인 점화효과로 이루어 질 수 있음

2. 유도성회로에서 자체 인덕턴스와 회로시정수는 결과에 악영향을 주지 않도록 주의할 것

3. 불꽃점화시험장치의 구동속도를 줄여 큰 시정수를 갖는 용량성과 유도성 회로를 시험할 수 있다. 용량성회로는 텅스텐 선을 두 개 또는 세 개를 제거하고 시험할 수 있다. 불꽃점화시험기의 속도 감소는 그 시험기의 감도를 변화시킬 수 있다는 사실을 주목할 것

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[그림 1] 불꽃점화시험기

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[그림 2] 카드뮴디스크

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① 상세도 X, 배율 10:1

[그림 3] 접촉홀더

1. 절연판   2. 접촉점   3. 절연볼트  4. 절연베어링   5. 가스배기구  6. 밑판

7. 접촉선   8. 접촉홀더   9. 잠금나사  10. 압력유지판   11. 클램프   12. 챔버   13. 카드뮴접촉디스크    14. 밀폐용 고무패킹  15. 가스인입구  16. 기어 50:12

17. 절연커플링  18. 감속기어가 있는 구동모터 80rpm

[그림 4] 불꽃점화시험기의 설계도

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① 금속피스톤       ② 고무다이아프램       ③ 접점스프링

[그림 5] 압력스위치의 예

1. 스위치    2. 차단기   3. 저항    4. 리셑버튼     5. 구동모터

6. 자기유지접점     7. 계전기    8. 폭발압력스위치    9. 표시등

비고. 이 도면에는 폭발위험에 대한 방지책에 대해서는 고려하지 않았다.

[그림 6] 압력스위치를 이용한 자동정지의 예

1. 전류피드   2. 동      3. 텅스텐선(직경 0.2㎜)  4. 절연판

[그림 7] 텅스텐선 절단기

① 코아의 단면적 19㎠  ② 텅스텐선    ③ 동

[그림 8] 텅스텐선 절단기의 회로도