CO·H2S·LPG 가스 감지 센서 배선 완전 정복 — 경보 설정값·회로도 총정리

가스 감지 센서(CO, H2S, LPG) 배선과 경보 설정 실무

전기화학식·반도체식 센서 배선 도면부터 법적 경보 기준값·PLC 연동까지, 현장 기술자를 위한 완전 실무 가이드

계측·센서 회로 🔴 고급 KEC 2023 IEC 60534

01 / 개요

가스 감지 시스템 개요

가스 감지 시스템은 산업 현장, 지하 주차장, 보일러실, 주방, 화학 플랜트 등에서 유독 가스 또는 가연성 가스의 누출을 조기에 감지하여 폭발·화재·중독 사고를 예방하는 핵심 안전 설비입니다. 감지 대상 가스의 종류(CO, H2S, LPG 등)에 따라 센서의 검출 원리가 다르며, 배선 방식과 신호 처리 방법 역시 달라집니다. 적절한 센서 선정, 올바른 배선, 법적 기준에 맞는 경보 설정값 입력, 그리고 PLC 또는 전용 수신기와의 연동이 완벽하게 갖추어져야만 시스템이 정상적으로 기능합니다. 배선 오류나 경보값 오설정은 오경보(False Alarm) 또는 미감지(Missed Detection)로 이어질 수 있어 반드시 정확한 실무 지식이 요구됩니다.

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CO 감지

일산화탄소는 무색·무취로 감지가 어렵습니다. 전기화학식 센서를 사용하며 1차 경보 50ppm, 2차 경보 100ppm이 기준입니다. 보일러실·주차장에 필수 설치합니다.

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H2S 감지

황화수소는 계란 썩은 냄새가 특징이지만 고농도에서는 후각 마비가 발생합니다. 전기화학식으로 감도가 매우 높으며, 1차 경보 5ppm, 2차 경보 10ppm 설정이 일반적입니다.

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LPG 감지

LPG(프로판·부탄)는 공기보다 무거워 바닥 부근에 체류합니다. 반도체식 또는 접촉연소식 센서를 사용하며, LEL(폭발하한계)의 25% 수준에서 1차 경보를 발령합니다.

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자동 연동

경보 발령 시 차단 밸브(솔레노이드 밸브) 자동 폐쇄, 강제 환기팬 기동, 비상 경보 음향·표시등 점등 등이 PLC 또는 전용 수신기를 통해 자동 연동됩니다.

02 / 배선 연결도

센서 배선 연결도 (Wiring Connection Diagram)

▲ CO·H2S·LPG 가스 감지 센서 배선 연결도 — DC 24V 전원 공통 공급, 아날로그 신호(4~20mA / 0~5V) → 가스 수신기/PLC 입력, 출력 DO로 경보·환기·차단 자동 연동

02-B / 블록 다이어그램

경보 설정 블록 다이어그램 (Alarm Block Diagram)

▲ 가스 감지 시스템 블록 다이어그램 — 센서 검출부터 아날로그 신호 변환, ADC 처리, 비교기 경보 판정, 연동 출력까지의 전체 신호 흐름과 가스별 경보 설정값 기준

02-C / 제어회로도

가스 감지 연동 제어회로도 (Control Circuit Diagram)

▲ 가스 감지 연동 제어회로도 — GR1a(1차 경보 접점): 경보 사이렌·경보등 기동, GR2a(2차 경보 접점): 환기팬 자기유지 기동, GR2b(b접점): 솔레노이드 밸브 차단, DO-OUT: BMS 연동 전송

03 / 기기 구성

기기별 역할 및 선정 기준

가스 감지 시스템을 구성하는 각 기기는 검출 대상 가스의 물리·화학적 특성에 따라 적합한 종류를 선정해야 하며, 설치 환경(방폭 여부, 온도·습도 범위)과 요구 정확도도 반드시 고려해야 합니다. 센서 수명은 전기화학식 기준 약 2~3년으로 정기 교체가 필요하며, 반도체식은 5년 이상 사용 가능합니다. 아래 표는 주요 구성 기기의 IEC 기준번호, 역할, 선정 기준을 정리한 것입니다. 현장 적용 시 반드시 제조사 매뉴얼과 KEC 기준을 함께 참조하여야 합니다.

기기명	IEC번호	역할	전압/용량	선정기준
CO 가스 센서	IEC 60079-29	일산화탄소 농도 검출 (전기화학식)	DC 24V / 4~20mA	검출 범위 0~500ppm, 응답시간 T90 ≤ 60초, 방폭 필요 여부 확인
H2S 가스 센서	IEC 60079-29	황화수소 농도 검출 (전기화학식 고감도)	DC 24V / 4~20mA	검출 범위 0~100ppm, 교차 감도(CO, SO₂) 보상 기능 확인
LPG 가스 센서	IEC 60079-29	가연성 가스 검출 (반도체식·접촉연소식)	DC 24V / 0~5V	LEL 기준 0~100% 검출, 설치 위치 바닥면에서 30cm 이내
가스 감지 수신기	IEC 61779-4	신호 수신, 경보 판정, 출력 연동 제어	AC 220V / 10A	채널 수, 통신 프로토콜(Modbus/RS-485), 자가 진단 기능 확인
솔레노이드 차단 밸브	IEC 60534-1	가스 공급 자동 차단 (2차 경보 연동)	DC 24V / AC 220V	Fail-Safe(전원 차단 시 자동 닫힘) 방식, 가스 압력·관경 맞춤 선정
강제 환기팬	IEC 60034-1	1차 경보 시 강제 환기 기동	AC 380V / 용량 산정	환기 용량 = 실내 체적 × 환기 횟수(10~15회/h), 방폭형 모터 적용

04 / 신호 흐름

신호 처리 및 경보 발령 단계별 해설

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가스 검출 — 센서 내부 반응

가스 분자가 센서의 검출 소자(전기화학셀 또는 반도체 소자)와 반응하여 전기적 변화를 일으킵니다. 전기화학식 CO·H2S 센서는 가스 농도에 비례한 전류(μA 단위)를 발생시키며, 반도체식 LPG 센서는 가스 흡착 시 소자 저항이 감소하는 원리를 이용합니다. 이 미세한 전기 신호는 센서 내부 회로에서 1차 증폭됩니다. 센서의 응답 시간(T90)은 제조사 사양에 따라 다르며, KEC 기준상 검출기 응답 시간은 60초 이내여야 합니다.

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아날로그 신호 변환 — 4~20mA / 0~5V 출력

센서 내부 신호 처리 회로(또는 별도 트랜스미터)가 검출 신호를 표준 아날로그 신호로 변환합니다. 전기화학식 센서는 주로 4~20mA 전류 루프 방식을 사용하며, 4mA는 0ppm(가스 없음), 20mA는 풀스케일(Full Scale) 농도를 나타냅니다. 반도체식 LPG 센서는 0~5V 전압 출력을 사용하는 경우가 많습니다. 4~20mA 방식은 장거리 전송 시 전압 강하의 영향을 받지 않아 케이블 길이가 길어지는 현장에 유리합니다.

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수신기/PLC A/I 모듈 수신 및 디지털 변환

가스 감지 수신기 또는 PLC의 아날로그 입력(A/I) 모듈이 4~20mA 신호를 수신하여 내부 ADC를 통해 디지털 값(예: 0~27648 범위)으로 변환합니다. 변환된 디지털 값은 엔지니어링 유닛(ppm)으로 스케일링(Scaling) 처리되어 실시간으로 농도를 표시합니다. PLC 프로그램 내에서 스케일링 공식은 일반적으로 [ppm = (ADC값 - 4mA_ADC) ÷ (20mA_ADC - 4mA_ADC) × FullScale_ppm] 형태로 작성합니다. 이 과정에서 영점(Zero) 및 스팬(Span) 교정이 올바르게 반영되어야 정확한 농도 표시가 가능합니다.

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비교기 판정 — 1차·2차 경보 발령

PLC 또는 수신기 내부 비교기 로직이 실시간 농도값을 설정된 경보값(Setpoint)과 비교합니다. 1차 경보값 초과 시 경보 사이렌과 경보등이 동작하며 강제 환기팬이 기동됩니다. 2차 경보값 초과 시에는 가스 공급을 차단하는 솔레노이드 밸브가 닫히고, BMS 및 소방 시스템으로 신호를 전송합니다. 히스테리시스(Hysteresis) 기능을 적용하면 경보값 근처에서 반복 경보(채터링)가 발생하는 것을 방지할 수 있으며, 일반적으로 설정값의 5~10% 범위를 히스테리시스로 설정합니다.

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복귀 및 자가 진단 — 정상 복귀 확인

가스 농도가 경보값 이하로 내려가도 현장의 가스 잔류 여부를 직접 확인한 후 수동 복귀(Manual Reset) 스위치를 조작하여 경보 상태를 해제합니다. 자동 복귀(Auto Reset) 방식은 오조작 위험이 있으므로 가스 설비에서는 수동 복귀 방식을 권장합니다. 가스 감지 수신기는 주기적으로 센서 단선, 쇼트, 전원 이상 등을 자가 진단하며, 이상 발생 시 Fault 신호를 출력합니다. 정기 교정(Calibration)은 6개월~1년 주기로 실시하며, 제로가스와 표준가스(Span Gas)를 이용한 2점 교정이 기본입니다.

05 / KEC 기준

관련 KEC 기준

KEC 232.3

가스 감지 회로 배선

가스 감지 회로 배선은 신호 왜곡 방지를 위해 동력 배선과 분리하여 포설해야 하며, 쉴드(차폐) 케이블 사용을 권장합니다. 쉴드는 수신기 측 한쪽 끝에서만 접지(Single-end Shield Grounding)하여 접지 루프(Ground Loop)에 의한 노이즈 유입을 방지해야 합니다. 배선 경로에는 전자기 간섭(EMI) 발생원(인버터, 변압기 등)과 최소 30cm 이상 이격을 유지해야 합니다.

KEC 232.5

경보 설정값 기준

가스 감지 경보 설정값은 산업안전보건법 및 고압가스안전관리법에서 정한 허용 기준치 이하로 설정해야 합니다. CO의 경우 1차 경보는 작업장 내 허용 농도인 50ppm 이하, 2차 경보는 100ppm 이하로 설정하며, 가연성 가스의 경우 폭발하한계(LEL)의 25% 이하에서 1차 경보, 50% 이하에서 2차 경보가 발령되도록 설정해야 합니다.

KEC 234.8

방폭 지역 센서 설치

가연성 가스가 체류할 수 있는 Zone 1, Zone 2 방폭 지역에서는 반드시 방폭형(Ex) 인증을 받은 가스 감지 센서와 수신기를 사용해야 합니다. 방폭 종류는 내압방폭(Ex d), 본질안전방폭(Ex ia/ib), 증압방폭(Ex p) 중 설치 환경에 적합한 것을 선정해야 하며, 방폭 전선관 및 방폭 커넥터(글랜드)를 사용하여 배선해야 합니다.

KEC 241.4

정기 교정 및 유지보수

가스 감지 시스템은 최초 설치 후 정기적인 교정과 유지보수를 실시해야 합니다. 전기화학식 센서는 소모성 소자가 사용되므로 제조사가 권고하는 교체 주기(일반적으로 2~3년)에 따라 정기 교체가 필요합니다. 교정 기록부를 비치하고, 표준가스(인증된 Certified Reference Gas)를 사용한 교정 성적서를 보관해야 하며, 소방 계통과 연동된 경우 소방 당국 점검 시 제시해야 합니다.

06 / 현장 팁

현장 실무 포인트

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센서 설치 위치 결정법

LPG·부탄 등 공기보다 무거운 가스는 바닥면에서 30cm 이내에 센서를 설치해야 하며, CO·암모니아 등 공기보다 가벼운 가스는 천장면에서 30cm 이내에 설치합니다. 가스 배관 연결부, 밸브, 계기 주변 50cm 이내가 최우선 설치 위치이며, 외기가 직접 유입되거나 응결수가 맺히는 장소는 피해야 합니다. 환기구 바로 앞이나 강한 기류 지역도 가스 확산이 빨라 감지가 지연될 수 있으므로 피하는 것이 좋습니다.

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쉴드 케이블 배선 실무

아날로그 신호선(4~20mA, 0~5V)은 반드시 쉴드(차폐) 케이블을 사용해야 하며, 쉴드 연결은 수신기 측 한쪽 끝에서만 접지하는 단말 접지(Single-end Grounding) 방식을 적용합니다. 양쪽 끝에서 모두 접지하면 접지 루프가 형성되어 60Hz 노이즈가 유입될 수 있습니다. 배선 길이가 길어질수록 루프 저항에 의한 전압 강하가 발생하므로, 4~20mA 전류 루프 방식을 우선 선택하고 동선 단면적 0.75mm² 이상을 사용하는 것을 권장합니다.

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교차 감도(Cross Sensitivity) 주의

전기화학식 센서는 목표 가스 외에 다른 가스에도 반응하는 교차 감도 특성이 있습니다. 예를 들어 CO 센서는 H2, H2S, NO₂에도 반응할 수 있으며, H2S 센서는 SO₂, Cl₂에 교차 반응합니다. 혼합 가스가 존재하는 환경에서는 교차 감도 보상 회로가 내장된 고급형 센서를 선택하거나, 다종 가스를 개별 센서로 분리하여 설치해야 합니다. 제조사 데이터 시트에서 교차 감도 수치를 반드시 확인하고 오경보 가능성을 사전에 검토해야 합니다.

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영점 이동(Zero Drift) 방지

전기화학식 센서는 온도·습도 변화, 센서 노화에 따라 영점이 서서히 이동하는 Zero Drift 현상이 발생합니다. 이를 방지하기 위해 정기적으로 제로 가스(Clean Air 또는 N₂)를 센서에 주입하여 영점을 확인하고 재조정해야 합니다. 온도 보상 기능이 내장된 센서를 선택하면 환경 온도 변화에 따른 영점 이동 영향을 크게 줄일 수 있습니다. 또한 센서 설치 초기에는 24~48시간의 워밍업(Warm-up) 시간을 반드시 확보해야 안정적인 신호를 얻을 수 있습니다.

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PLC 스케일링 프로그래밍

PLC에서 4~20mA 신호를 농도(ppm)로 변환하는 스케일링 함수 블록(FC105 또는 SCALE)을 사용할 때는 4mA에 해당하는 ADC 원시값(Raw Value)과 20mA에 해당하는 원시값을 정확히 입력해야 합니다. Siemens S7 기준 4mA = 5530, 20mA = 27648이며, HMI 화면에는 농도값과 함께 센서 상태(정상/경보/고장)를 색상 코드로 표시하면 운전자 편의성이 높아집니다. 경보 발령 이력을 타임스탬프와 함께 데이터 로깅(Data Logging)하면 사고 원인 분석에 유용합니다.

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온도·습도 환경 관리

전기화학식 센서의 동작 온도 범위는 일반적으로 -10°C~50°C이며, 결빙이 발생하면 감지 성능이 크게 저하됩니다. 옥외 또는 냉동 창고 주변 설치 시에는 히터 내장형 센서 하우징을 사용하거나 센서 보호용 발열 커버를 적용해야 합니다. 고습도 환경(상대습도 95% 이상)에서는 응결수가 전기화학셀로 유입되어 센서를 손상시킬 수 있으므로 방수·방습 등급 IP65 이상의 하우징을 선택해야 합니다. 반도체식 LPG 센서는 온도 상승 시 민감도가 변화하므로 온도 보상 교정이 필요합니다.

07 / 시험 포인트

전기기사·기술사 빈출 포인트

• 가스 감지 센서 동작 원리 구분: 전기화학식(CO, H2S — 전류 발생 원리), 반도체식(LPG — 저항 변화 원리), 접촉연소식(가연성 가스 — 연소열 원리)의 차이를 명확히 구분해야 합니다. 시험에서는 "CO 감지에 적합한 센서 종류와 그 원리를 설명하라"는 형태로 출제되며, 각 방식의 장단점(응답 속도, 선택성, 수명, 방폭 적용 가능성)을 함께 서술해야 점수를 얻을 수 있습니다.
• 4~20mA 전류 루프 배선의 장점: 4~20mA 전류 루프 방식이 현장에서 널리 사용되는 이유는 케이블 저항에 의한 전압 강하 영향을 받지 않으며, 4mA가 흐르는 정상 상태와 0mA(단선)를 구분하여 단선 고장을 자동 감지할 수 있기 때문입니다. 시험에서 "전압 신호(0~5V)와 전류 신호(4~20mA)를 비교하라"는 문제가 자주 출제되며, 내잡음성, 장거리 전송, 단선 감지 기능을 핵심 포인트로 기술해야 합니다.
• 경보 히스테리시스(Hysteresis) 적용 목적: 경보 설정값 근처에서 가스 농도가 미세하게 오르내릴 때 경보가 반복 발령·해제되는 채터링(Chattering) 현상을 방지하기 위해 히스테리시스를 적용합니다. 예를 들어 1차 경보 설정값이 50ppm일 때 히스테리시스를 5ppm으로 설정하면, 경보는 50ppm 초과 시 발령되고 45ppm 이하가 될 때 해제됩니다. 기술사 시험에서 히스테리시스 개념과 설정 방법을 수식과 함께 서술하는 문제가 출제된 바 있습니다.
• 방폭 지역 가스 감지 센서 선정 기준: 가스·폭발 위험 지역(Zone 0, 1, 2)에서 사용하는 전기 기기는 방폭 인증을 받아야 하며, 가스 감지 센서도 예외가 아닙니다. 본질안전방폭(Ex ia) 방식은 정상 및 2중 고장 조건에서도 점화 에너지를 발생시키지 않아 Zone 0에도 적용 가능하고, 내압방폭(Ex d)은 주로 Zone 1에 적용됩니다. 전기기술사 시험에서 방폭 종류별 특징과 적용 Zone을 비교·서술하는 문제는 매우 빈번하게 출제됩니다.

08 / 안전

작업 안전 수칙

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가스 누출 환경에서 전기 작업 금지

가스 냄새가 감지되거나 가스 경보가 발령된 상태에서는 즉시 작업을 중단하고 해당 구역을 벗어나야 합니다. 전기 스위치 조작, 배선 작업, 공구 사용은 모두 점화원이 될 수 있으므로 절대 금지하며, 가스 농도가 안전 수준(CO 35ppm 이하, LPG LEL 10% 이하)으로 내려간 것을 확인한 후에만 재진입해야 합니다. 가스 농도 확인은 반드시 방폭형 휴대용 가스 감지기를 사용하여 측정해야 합니다.

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잠금·표지(LOTO) 철저 이행

가스 감지 센서 교체나 배선 작업 전에는 반드시 Lockout/Tagout(LOTO) 절차를 이행해야 합니다. 해당 가스 공급 밸브를 수동으로 잠그고, 전기 패널의 해당 차단기를 내리고 잠금 장치를 설치한 후 "작업 중 투입 금지" 표지를 부착합니다. 솔레노이드 밸브 배선 작업 시에는 제어 전원과 주 가스 차단을 동시에 이행해야 하며, 작업 종료 후 복귀 순서(가스 잠금 해제 전 통기 확인 → 전기 복귀 → 가스 밸브 개방)를 반드시 준수해야 합니다.

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개인 보호 장구 착용

가스 감지 시스템 설치 및 유지보수 작업 시에는 목적에 맞는 개인 보호 장구(PPE)를 반드시 착용해야 합니다. CO, H2S 감지 환경에서는 공기 호흡기(SCBA) 또는 방독면(H2S용 흡수관 장착)을 착용하며, 전기 작업 시에는 절연 장갑(1000V 이상 내전압) 및 안전화를 착용합니다. 센서 교정 작업 시 표준가스 실린더 취급 시에는 가스 실린더 취급 교육을 이수하고 환기가 충분한 장소에서 실시해야 합니다.

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정기 점검 및 기록 유지

가스 감지 시스템은 「산업안전보건법」 및 「고압가스안전관리법」에 따라 정기 점검 의무가 있습니다. 점검 항목에는 센서 응답 테스트(표준가스 주입), 경보 발령 확인, 연동 기기(환기팬·차단 밸브) 동작 확인, 수신기 자가 진단 결과 확인이 포함됩니다. 점검 결과는 점검 일지에 기록하고 최소 3년 이상 보관해야 하며, 교정 성적서와 센서 교체 이력도 함께 보관해야 합니다. 소방 연동 시스템과 연계된 경우 소방 당국의 정기 점검에도 대응할 수 있도록 자료를 구비해야 합니다.

FAQ

자주 묻는 질문 (Q&A)

Q1. CO 가스 감지 센서의 일반적인 경보 설정값은 얼마인가요?

일반 산업 현장에서는 OSHA TWA(허용 농도) 기준에 따라 1차 경보를 50ppm, 2차(긴급 대피) 경보를 100ppm으로 설정하는 것이 일반적입니다. 주거 공간이나 지하 주차장의 경우 더 낮은 기준(1차 25ppm, 2차 50ppm)을 적용하는 경우도 있으며, 관련 법령 및 고객사 안전 기준을 함께 확인하여 최종 설정값을 결정해야 합니다.

Q2. 가스 센서 배선 시 쉴드 케이블을 왜 반드시 사용해야 하나요?

가스 감지 센서의 아날로그 신호(4~20mA, 0~5V)는 매우 미약하여 주변 동력 배선, 인버터, 변압기 등에서 발생하는 전자기 간섭(EMI/RFI)에 취약합니다. 쉴드 케이블의 금속 차폐층이 외부 노이즈를 차단하여 정확한 신호 전달을 보장합니다. 쉴드를 적용하지 않으면 노이즈가 농도 신호에 중첩되어 오경보가 발생하거나 정확한 농도 측정이 불가능해지며, 최악의 경우 누출 가스를 감지하지 못하는 상황이 발생할 수 있습니다.

Q3. KEC에서 가스 감지 회로 기준은 어느 조항에 규정되어 있나요?

KEC 232조는 계측 및 제어 회로 배선에 관한 기준을 규정하며, 가스 감지 회로 배선도 이 범주에 포함됩니다. 방폭 지역에서의 가스 감지 기기 설치는 KEC 234조(방폭 전기 설비)가 추가로 적용됩니다. 또한 「고압가스안전관리법」 및 「산업안전보건법」에서 가스 감지기 설치 위치, 수량, 경보 기준, 정기 점검 의무를 별도로 규정하고 있으므로 KEC와 함께 관련 법령을 병행 검토해야 합니다.

Q4. H2S 센서의 특징과 주의 사항은 무엇인가요?

H2S(황화수소)는 전기화학식 센서로 감지하며, 감도가 매우 높아 1ppm 이하 저농도에서도 정확한 감지가 가능합니다. 그러나 CO, SO₂, Cl₂ 등에 교차 반응하는 특성이 있으므로 복합 가스 환경에서는 선택성을 반드시 확인해야 합니다. 또한 H2S는 고농도(150ppm 이상)에서 후각 마비를 유발하여 냄새로는 감지가 불가능해지므로, 센서의 정상 동작 여부를 정기적으로 반드시 확인해야 합니다. 처리장, 화학 공장, 지하 맨홀 작업 시 특히 주의가 필요합니다.

Q5. 전기기술사 시험에서 가스 감지 센서 관련 문제가 자주 출제되나요?

네, 전기기술사 시험의 서술형 문제에서 가스 감지 센서 배선, 경보 설정, 방폭 기기 선정, 4~20mA 신호 방식의 특징 등이 꾸준히 출제되고 있습니다. 특히 "가스 감지 시스템의 구성과 경보 연동 회로를 설명하라", "전기화학식과 반도체식 가스 센서의 원리와 적용 가스를 비교하라", "방폭 지역에서의 가스 감지기 선정 기준을 서술하라"는 형태의 문제가 빈출입니다. 회로도 작성과 함께 KEC 조항 및 관련 법령을 명시하면 고득점이 가능합니다.

본 가이드는 교육 목적으로 작성되었습니다. 실제 현장 적용 시 반드시 KEC 및 관련 법령의 최신 개정본을 확인하십시오.
KEC 2023 · IEC 60079-29 · IEC 61779-4 · 산업안전보건법 · 고압가스안전관리법 참조