정전기에 의한 화재위험

'정전기에 의한 화재위험'

 

겨울이 되니까 날이 점점 건조해지면서 정전기가 많이 발생하기 시작했습니다. 

한 번씩 정전기로 인해 발생한 스파크 때문에 정신이 번쩍들만큼 따끔하고 아팠던 분들이 계실텐데요. 산업현장에서는 따끔하기만 정도면 다행일 정도로 정전기로 인해 큰 화재, 폭발 사고들이 발생하는 경우가 있습니다.

 

<정전기에 의한 화재>

 

먼저 정전기란 영어로 Static electricity, 

Static (정적인, 변화하지 않는, 움직임이 없는) Electricity (전기)  말그대로 움직임이 없는 전기로 이해하면 될 것 같습니다. 이와 반대되는 개념이 동전기(Dynamic electricity)로 움직임이 있는 전기(우리가 일반적으로 말하는)로 이해하면 되겠습니다.

 

정전기 - 靜電氣 - Static electricity - 움직임이 없는 전기
동전기 - 動電氣 - Dynamic electricity - 움직임이 있는 전기

 

 

 

 

 전기가 움직인다는 것은 시간의 흐름에 따라 전하의 이동이 있다는 이야기인데 정전기는 전하의 이동이 없다는 이야기겠지요.

<정전기 대전과정>

 

 전하가 이동하기 위해서는 이동시키기 위한 적당한 힘(전위차)과 경로(저항 조건)가 필요한데 정전기는 이런 조건이 만족되지 않아 전하의 이동이 멈춰서 대기 중인 상황으로 보면 되겠습니다.

 다시 말해 두 지점간 충분한 전위차를 갖고 적당한 저항을 가진 경로가 있다면 전하는 이동할 수 있지만 정전기는 충분한 전위차를 갖지 못하거나 너무 높은 저항을 가진 물체(절연체)로 가로막혀 있어 전하의 이동이 제한되는 것입니다.

 

<정전기에 의한 화재2>

 

 우리 주변에 존재하는 공기는 좋은 절연체입니다. 하지만 그 한계는 존재하고 공기의 절연내력은 약 3,000V/㎜ 정도입니다. 즉, 공기의 절연내력을 파괴시킬 정도의 전위차를 갖고 적당한 조건만 갖춘다면 언제든 전하는 이동할 수 있다는 것이겠죠.

 하지만 절연내력을 파괴할 정도의 전위차를 가지고 있다는 것은 두 지점간 엄청난 전하의 불균형이 있다는 것이고 이런 불균형을 깰정도의 전하의 이동은 크고 작은 섬광을 동반하며 이것을 방전현상이라고 합니다.

 

 그럼 우리 주변에 물체들은 어느 정도의 정전기를 발생시킬 수 있을까요?

직접 정전기 측정기를 가지고 정전기를 측정해 봤습니다.

 

<우리 주변의 정전기 대전>

 

정전기의 방전을 예방할 수 있는 방법에는 어떤 방법이 있을까요?

정전기는 크게 도체냐 부도체냐에 따라 다른 방법으로 정전기 대전을 방지하게 됩니다.

 

▣ 도체

 도체는 전하가 어렵지 않게 이동할 수 있을 정도의 저항을 가지고 있는 물체들로 우리 주변의 금속과 같은 물체들은 대부분 도체로 볼 수 있습니다.

 그렇기 때문에 다른 곳으로 전하가 이동될 수 있도록 적당한 경로를 만들어 주게 되면 전하가 대전되는 것을 방지할 수 있습니다.

 

 ▶ 접지와 본딩

 접지와 본딩은 도체의 대전방지를 위해 가장 효과적인 방법입니다. 두 방법 모두 상호간 전하가 잘 이동할 수 있도록 적당한 저항을 가진 경로를 만들어 주는 것입니다.

 다만 차이점은 접지(Grounding)는 물체와 대지, 본딩(Bonding)은 물체와 물체간 연결하는 것입니다.

 본딩(Bonding)을 통해 두 물체간 전하의 이동경로를 만들어 주어 물체간 전위차가 발생하는 것을 방지(등전위형성)하고, 

<본딩(Bonding)

 

접지(Grounding)를 통해 물체에 대전된 잉여전하를 기준전위(0V)인 대지로 흘려보내는 역할을 하는 것입니다.

<접지(Grounding)>

 

 

<본딩 + 접지>

 

 

 

 

 

<저항/전도도와 도체/반도체/부도체의 관계>

 

▣ 부도체

 부도체는 전기적 저항이 높아 전하의 이동이 어렵기 때문에 대전방지제를 첨가하여 부도체 자체에 도전성을 주거나 대기 중 공기를 이온화(+, -) 시켜 부도체 주변을 전기적으로 중화시켜 대전을 방지합니다.

 

▶ 대전방지제

 대전방지제 중 하나는 계면활성제를 이용하여 부도체에 흡습성과 이온성을 이용하여 도전성을 부여합니다. 때문에 부도체 주변에 일정 수준의 습도를 유지할수록 계면활성제의 효과가 좋아집니다.

 대표적인 계면활성제에는 소비톨(Sorbitol), 글리세린(Glycerin), 폴리에틸렌 글리콜(Polyethylene Glycol) 등이 있습니다.

 

▶ 제전기

 공기를 강제로 이온화(양이온, 음이온)시켜 대전물체와 반대 극성의 이온이 대전물체로 이동되어 대전전하와 재결합, 중화되어 정전기를 제거하는 원리입니다.

 제전기는 크게

1. 전압인가식
2. 자기방전식
3. 방사선식

으로 구분할 수 있으며 각 제전기를 비교하면 다음과 같습니다.

	전압인가식	자기방전식	방사선식
제전능력	높음	중간	낮음
구조	복잡	간단	간단
취급	복잡	간단	복잡
적용범위	넓음	협소	협소
기종	다양	적음	적음

 전압인가식 제전기는 제전능력이 가장 뛰어나지만 강제로 고압의 코로나 방전을 일으킴으로써 공기를 이온화하기 때문에 폭발위험이 있는 장소에서 점화원으로의 작용할 수 있는 위험이 있으므로 방폭구조의 적용이 필요합니다. 그리고 기계적인 구조가 복잡하여 Maintenance 에도 신경을 써야 합니다.

 

 방사선식은 구조가 간단한 Passive 방식의 제전기로 Maintenance의 비용이 전압인가식에 비교하여 적게 소요되지만 방사선이라는 인체에 치명적인 위험요인이 있기 때문에 설치위치나 취급에 각별한 주의가 필요합니다.

E-188-2021 _•정전기 재해예방에 관한 기술지침.pdf

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