본질안전 누액감지기 설치의 필수품, 제너 배리어(Zener Barrier) 완벽 해부

위험물 저장소나 화학 공장에 누액감지기를 설치할 때 가장 중요한 부품 중 하나가 바로 제너 배리어(Zener Barrier)입니다. 본질 안전 방폭(Intrinsic Safety, Ex "i") 시스템의 심장과도 같은 이 장치가 왜 누액감지기에 필수적인지, 그 기술적 원리를 깊이 있게 파헤쳐 봅니다.

누액감지기의 안전을 지키는 본질 안전 방폭

인화성 액체가 누출될 수 있는 위험 지역에는 전기 스파크 하나가 대형 참사를 부를 수 있습니다. 이를 막기 위해 IEC 60079 표준에 따라 다양한 방폭 기술이 적용됩니다.

내압방폭(Ex d), 안전증방폭(Ex e) 등 여러 방식이 있지만, 누액감지기 센서와 같이 미세한 전류를 다루는 계측기에는 주로 본질안전방폭(Ex i) 구조가 사용됩니다. 그리고 이 구조를 완성하는 것이 바로 제너 배리어입니다.

본질 안전(Intrinsic Safety)이란?

• 에너지 제한 기술: 누액감지기가 정상적으로 작동하거나 고장이 났을 때조차도, 발생할 수 있는 전기적 에너지(스파크)나 열을 점화원 이하로 억제하는 기술입니다. 즉, 애초에 폭발을 일으킬 힘을 주지 않는 가장 안전한 방폭 방식입니다.

제너 배리어와 누액감지기의 관계

위험 지역(Hazardous Area)에 설치된 누액감지기 센서는 전기가 필요합니다. 이때 안전 지역(Safe Area)에 있는 제어반에서 전력을 공급하는데, 중간에 설치된 제너 배리어가 '안전 필터' 역할을 합니다. 과도한 전압이나 전류가 누액감지기 쪽으로 흘러들어가는 것을 막아 폭발 가능성을 원천 차단합니다.

시스템 구성도
본질 안전 방폭형 누액감지기 시스템은 반드시 아래와 같이 [안전 지역의 제어기] - [제너 배리어] - [위험 지역의 감지 센서] 순서로 구성되어야 합니다.

일반적인 방폭 구조와 달리, 본질 안전 시스템에서 배리어는 선택이 아닌 필수입니다.

배리어를 통해 누액감지기로 공급되는 에너지는 점화 곡선 이하로 철저히 통제됩니다.

누액감지기 보호의 핵심, Zener Barrier

위험 지역의 누액감지기 센서는 전기 신호를 통해 누출 여부를 알립니다.
제너 배리어는 이 신호는 통과시키되, 사고를 유발할 수 있는 위험한 수준의 전기에너지는 컷오프(Cut-off) 시킵니다. IEC 테스트 데이터에 기반한 안전한 레벨의 전력만 누액감지기로 보내주는 것입니다.

즉, 제너 배리어 없이는 방폭 지역에 누액감지기를 설치하는 것 자체가 불가능하거나 매우 위험합니다.

내부 회로를 살펴보면 안전 원리를 더욱 명확히 알 수 있습니다.

이 그래프의 안전 영역 내에서만 누액감지기가 동작하도록 강제합니다.

제너 배리어의 3중 안전 장치 (누액감지기 보호)

제너 배리어는 다음 세 가지 부품의 유기적인 결합으로 누액감지기 회로를 완벽하게 보호합니다.

1. 제너 다이오드(Zener Diode): 전압 제한(Voltage Limiting)을 담당합니다. 누액감지기로 과전압이 들어오려 하면, 제너 다이오드가 즉시 작동하여 전압을 접지(Ground)로 빼버립니다.
2. 저항(Resistor): 전류 제한(Current Limiting)을 담당합니다. 과도한 전류가 누액감지기 센서로 흘러들어가는 것을 막아줍니다.
3. 퓨즈(Fuse): 최종 차단(Circuit Breaking)을 담당합니다. 제너 다이오드가 감당할 수 없는 과전류가 지속될 경우, 퓨즈가 끊어지면서 회로를 물리적으로 분리하여 누액감지기가 설치된 현장의 폭발을 막습니다.

결론적으로, 폭발 위험 지역에 누액감지기를 설치할 때 제너 배리어는 선택이 아닌 필수 안전장치입니다. 전압, 전류, 과부하를 동시에 제어하여 어떤 상황에서도 점화원이 되지 않도록 보장하기 때문입니다.