전기화재 발생원인 – 정전기

정전기의 정의

• 공간의 모든 장소에서 전하의 이동이 없는 전기
• 정전기 대전에 의한 두 대전체 사이에 고전압이 유기되면 기체 중으로 방전하여 화재, 폭발 현상 유발

 

정전기의 발생(대전) 종류

• 마찰대전
• 박리대전
• 유동대전
• 분출대전
• 교반대전
• 충돌대전 ……

출처:한국산업안전공단

정전기에 따른 재해

– 정전기 장해, 재해의 종류

• 정전기 방전으로 반도체 등 전자소자 파괴, 기기 오동작, 제품 불량 등
• 정전기 방전에너지에 의한 화재, 폭발
• 전격에 의한 추락 등 2차 재해

– 정전기 방전에 의한 화재, 폭발

• 정전기의 방전에너지가 가연성 물질의 종류에 따른 최소점화에너지 이상일 경우 발생

*정전기 방전에 의한 화재,폭발의 발생

– 정전기 방전에너지 (1/2CV2) ≥ 최소점화에너지(MIE)

   C: 정전용량, V:대전전위

정전기 재해 안전대책

– 정전기 발생억제, 제전, 착화성 방전 금지

• 접지(Earth) 및 본딩(Bonding)
• 가습 (공기중 상대습도 65~70% 이상)
• 유속 제한
• 제전제 첨가
• 도전성 재료 사용
• 롤러의 재료 선정
• 제전장치 (전하의 중화)
• 가연설 분위기의 불활성화 (폭발한계 범위 밖으로 억제)

정전기 방지대책 

접지(Earth) 및 본딩(Bonding)

• 도전성 물체의 경우, 정전기가 체류하지 않도록 접지
• 접지저항값은 1MΩ 이하로 할 것. 단, 부도체의 경우 접지해도 효과가 없음
• 도체와 도체 사이의 접촉부 본딩
• 본딩저항값은 1kΩ 이하로 할 것. 일반적으로 금속 플랜지는 본딩 불필요

가습

• 습도가 70% 이상 되면 대전이 급격하게 저하
• Ex, 플라스틱 공장에서 습도를 증가시켜 정전기 문제 해결

출처: keyence.co.kr

대전방지제 (Antistatic agent)

• 대전방지제 사용에 의한 부도체의 도전성 향상
• 대전방지제는 섬유나 수지의 표면에 흡습성과 이온성을 부여하여 도전성 증가
• 대전방지제의 주요 성분은 보통 계면활성제
• 대전방지제의 효과는 습도에 민감하기 때문에 상대습도를 50% 이상 유지

정전차폐

• 접지시킨 도체로 대전체의 일부 또는 전체를 덮어 정전현상을 차단시켜, 내외부를 정전기로부터 차폐하는 것
• 이 차폐는 대전된 정전기 자체를 제거하는 것이 아니므로 주의를 요함

*파이버 드럼/폴리 탱크 등을 금속테이프 또는 도전성테이프로 2.5cm 이하의 간격으로 붙이고 테이프는 상화 접속해서 접지시킬 것

*비도전성 폴리 백에 접지시킨 도전성 그물망을 씌움

비도전성 호스에 금속테이프를 2.5cm 이하의 간격으로 나선형으로 감거나 철망에 감아 호스밴드 등으로 끼워서 접지

도전성 재료의 사용

• 마차대전, 유동대전 등이 우려되는 부도체에 도전성 재료의 첨가, 도포, 혼합
• 타이어, V벨트, 포장지, 합성섬유 등에 도전성 재료의 첨가, 도포
• 유체 등에 품질상 문제가 없는 한도 내에서 도전성 첨가제 혼합

배관 내 유속제한

• 도전성 위험물의 배관유속은 7 m/s 이하로 할 것
• 에테르, 이황화탄소 등 유동대전이 심하고 폭발위험성이 높은 것은 배관 내 유속을 1 m/s 이하로 할 것
• 물기나 기체를 혼합한 비수용성 위험물은 배관 내 유속을 1 m/s이하로 할 것

탱크 내 주입시 유속제한

• 탱크 내에 액체를 쏟아 부어 주입하면 용제가 비산되어 미스트가 발생함과 동시에 고전위 정전기가 발생하여 방전의 위험이 커짐
• 용제류를 탱크에 채울 때 충전배관 내의 유속을 최대속도의 1/3 이하 또는 1 m/s 이하로 제한하고 충전배관의 분출구가 액체 중에 잠겼을 때 천천히 유속을 정상속도로 상승

출처:비엔에프아이디

정치시간의 확보

• 정치시간이란, 용제 등에 대전된 전하가 대지로 누설되어 안전한 수준이 될 때까지 소요되는 시간임
• 탱크로 용량이 클수록 도전율이 낮을수록 (체적 저항율이 높을수록) 높은 전위로 대전되므로 정전기의 누설시간이 길어지고 정치시간도 길어짐
• 탱크에 용제를 주입한 직후 접지선을 제거하면 대전된 용제의 잔류전하가 탱크에 유도 대전되어 방전이 발생할 수 있으므로, 용제 주입 후에는 적절한 정치시간이 경화하기 전에 샘플링 등의 작업을 해서는 아니됨

인체의 대전방지

• 정전기 대전 방지용 안전화 착용
• 손목접지기구 사용
• 작업복은 도전성 재료나 대전 방지 처리한 작업복 착용

* 너무 낮은 저항은 전류의 흐름을 지나치게 빠르게 하여 급격한 방전(불꽃방전)을 일으켜 위험하므로 제품 저항값은 10^4~6 Ω/sq 정도로 유지하는 것이 바람직함

손목띠/대전방지용 안전화

• 손목띠(Wrist strap) : 손목과 접지체 사이에 연결, 전격방지 위해 1MΩ 저항 내장
• 정전화(Antistatic shoes) : 바닥저항은 100 kΩ ~ 100 MΩ, 일반신발은 100,000 MΩ

대전방지용 손목띠

제전복

• 작업복 자체의 대전과 작업복에 의한 인체대전 2가지
• 인체대전은 정전화, 손목띠를 통해 대지로 방전
• 작업복 자체는 절연물이므로 대전된 상태로 재해요인이 될 수 있음 -> 이를 위한 것이 정전작업복 또는 제전복
• 정전작업복은 도전성 섬유를 1cm 에서 5cm 간격으로 짜 넣은 것으로 제전원리는 자기방전식 제전기와 유사한 작은 코로나 방전을 일으켜 정전기를 완화시키는 것
• 도전성 섬유(ECF)는 직경 50 ㎛ 크기의 실인데 그 표면에 도전성 물질을 코팅하여 길이 1cm 에 대하여 100Ω ~ 1,000Ω 정도의 저항을 갖도록 하였음

제전장치

• 제전기를 대전물체 가까이 접근시키면 제전기에서 생성된 이온(정,부이온) 중 대전물체와 반대극성의 이온이 대전물체로 이동하여 이온과 대전물체의 전하가 재결합 또는 중화되어 정전기가 제거됨
• 제전에 필요한 이온 생성방법에 따라 전압인가식 제전장치 / 자기방전식 제전장치 / 방사선식 제전장치

자기방전식 제전장치

• 스텐레스(5㎛), 카본(7㎛), 도전성 섬유(50㎛) 등에 의해 작은 코로나 방전을 일으켜 제전
• (장점) 50kv 의 제거 가능, (단점) 2kv 안팎의 대전이 남는 것

전압인가식 제전창치

• 약 7kV 전압을 인가하여 코로나 방전을 일으키고 발생한 이온으로 제전
• 이온 스프레이식 제전기 : 7kV의 교류전압을 인가한 침을 배치하여 코로나방전에 의해 발생한 이온을 Blower 로 대전체에 붙어서 붙이는 방식이며 분체의 제전에 효과적

제전장치의 선정

• 제전장치는 이온생성방법 및 제전대상에 따라 선정
• 전압인가식 : 제전성능 탁월, 정전기 다량 발생 부위, 폭발위험 우려
• 극성이 일정하고 대전량 크고 빠르게 이동하는 대전체는 직류식 유리
• 방사선식 : 가연성 물질 취급장소, 제전성능 미흡하고 방사선 오염 우려

출처: 한국전기연구원