정전기 발생에 영향을 주는 요인 및 방지대책

1. 정전기 정의

 ⑴ 정전기란 전하의 공간적 이동이 적어 이 전류에 의한 자계효과가 전계효과에 비해 무시할 정도로 아주 적은 전기를 말한다.

 ⑵ 정전기발생은 주로 2개의 물체가 접촉할 때 본래 전기적으로 중성상태에 있는 물체에서 정(+) 또는 부(-)로 극성전하가 과잉되는 현상이다. 이 과잉전자를 정전기라 한다. 발생한 정전기는 물체상에 축적되는 현상을 정전기대전이라 한다.

2. 정전기 발생요인

 ⑴ 물체의 대전서열

 정전기의 발생은 일반적으로 접촉, 분리하는 2개의 물체가 대전서열 중에서 가까운 위치에 있으면 작고, 떨어져 있으면 큰 경향이 있다.

 ⑵ 물체의 표면상태

 물체표면이 거칠면 정전기의 발생에 큰 영향을 준다. 물체의 표면이 수분, 기름 등에 의해 오염되어 있거나 부식(산화)되어 있으면 정전기 발생에 큰 영향을 준다.

 ⑶ 물체의 이력

 정전기 발생은 일반적으로 처음 접촉, 분리가 일어날 때 최고로 크고 접촉, 분리가 반복되어짐에 따라서 서서히 작게 되는 경향이 있다.

 ⑷ 물체의 접촉면적 및 접촉압력

 접촉면적은 정전기발생 범위에 관계가 있으므로 이것이 크면 정전기발생이 크게 된다. 접촉압력이 크면 정전기의 발생도 크게 되는 경향이 있다.

 ⑸ 물체의 분리속도

 접촉 후 물체가 분리하는 속도는 전하분리에 주어지는 에너지에 관계가 있으며 이것이 크면 정전기 발생이 크게 되는 경향이 있다.

3. 정전기 발생과정의 예

 ⑴ 물체가 마찰할 때 → 마찰대전

 ⑵ 액체가 파이프, 호스 내를 흐를 때 → 유동대전

 ⑶ 액체가 분출할 때 → 분출대전

 ⑷ 접촉되어 있는 물체가 벗겨질 때 → 박리대전

 ⑸ 액체, 분체가 충돌할 때 → 충돌대전

 ⑹ 대전물체 부근에 절연된 도체가 있을 때 → 유도대전

 ⑺ 공기 중에 액체가 분출할 때 → 비말대전

 ⑻ 고체표면에서 물방울이 떨어질 때 → 적하대전

4. 정전기의 완화

 ⑴ 방전에 의한 완화

 부도체의 대전방지를 위해서 사용되는 도전성 섬유는 낮은 전위에서도 방전이 발생하여 완화되는 성질을 이용한 것이다.

 ⑵ 도전에 의한 완화

 도전에 의한 완화는 주로 대전물체와 대지 간의 전기전도에 의해 이루어진다.

5. 정전기 대전에 따른 물리현상

 ⑴ 역학 현상

 전하분리에 의해서 물체가 대전하면 여러 형태의 역학현상이 나타난다. 정전기의 전기적 작용인 쿨롱의 힘에 의해 대전물체 주위에 있는 먼지, 종이조각, 섬유 등 가벼운 물체를 끌어 붙이거나 반발한다. 이를 번스타인(Bernstein)효과 라 한다.

 ⑵ 방전현상

  ① 정전기의 전기적 작용에 의해 일어나는 전리작용으로 기체의 전리현상이다.

  ② 전하분리에 의해서 정전기가 발생하면 그 주위의 매질 중에 전계(Electric Field)가 형성된다. 전계의 크기는 전하의 축적과 더불어 비례하여 상승하며, 어느 한계값에 도달하면 매질은 전기에 의해 절연성을 잃고 도전성으로 되어버려 중화하기 시작한다. 이 현상을 방전현상이라 하며 빛과 소리를 수반하게 된다.

 ⑶ 정전유도현상

 대전물체 가까이에 절연된 도체가 있으면 절연된 도체의 표면상에 대전물체의 전하와 반대 극성의 전하가 나타나는 현상이다.

6. 정전기재해 및 장해

 ⑴ 화재 및 폭발재해

 정전기에 의한 화재, 폭발은 다음의 조건에서 일어날 수 있다.

  ① 가연성물질(가연성가스, 증기 또는 분진)이 공기 등과 혼합해서 폭발한계 내에 있을 것

  ② 정전기스파크의 에너지가 가연성물질(가연성가스 및 증기)의 최소 착화에너지 이상일 것

  ③ 폭발성 분위기를 착화시키기 위해서는 충분한 방전에너지를 방출하는 정전기 방전이 있어야 한다.

 ⑵ 전격재해

  ① 정전기에 의한 전격은 대전 된 인체에서 접지도체로 또는 대전물체에서 인체로 정전기 방전이 일어나면 인체에 전류가 흘러 전격재해가 발생한다.

  ② 전격재해의 피해

   ㈎ 사망의 직접적인 원인이 아니지만 근육의 급격한 수축 등 신체적 손상

   ㈏ 전격에 의해 신체균형을 잃고 높은 장소에서 추락, 전도, 기계로의 접촉 등 2차 재해 발생

   ㈐ 전격에 의한 공포감, 불쾌감으로 능률저하

 ⑶ 생산장해

  ① 생산장해는 정전기의 역학현상과 방전현상에 의해 발생하는 품질저하, 생 산 저하 등 생산 상의 장해가 있다.

  ② 역학현상에 의한 생산장해

제품의 오염

  ③ 방전현상에 의한 생산장해

   ㈎ 방전에너지에 의한 반도체소자 등 전자부품의 손상, 파괴, 특성 열화

   ㈏ 전자파에 의한 전자기기, 장치 등의 통신장해, 오동작

   ㈐ 발광에 의한 사진필름 등의 감광

7. 정전기의 대전현상

 ⑴ 마찰대전

 마찰대전은 물체가 마찰하면 일어나는 대전현상이며, 서로 마찰한 2개의 물체의 접촉, 분리에 의해 정전기가 발생한다.

예를 들면 벨트나 롤 및 분체와 시트 등 주로 마찰대전에 의해 대전한다.

 ⑵ 박리대전

 박리대전은 밀착하고 있는 물체를 당길 때에 일어나는 대전현상이며 접촉, 분리에 의해 정전기가 발생한다.

예를 들면 종이, 필름, 시트, 포 등 얇은 물질은 밀착하고 있기 때문에 박리대전을 일으킨다.

 ⑶ 유동대전

 도전율이 낮은 액체류를 배관 등으로 수송할 때 정전기가 발생하는 현상

 ⑷ 유도대전

 대전물체의 부근에 절연된 도체가 있을 때 정전유도를 받아 전하의 분포가 불균일하게 되며 대전 된 것이 등가로 되는 현상

 ⑸ 비말대전

 공기 중에 분출한 액체류가 미세하게 비산되어 분리하고, 크고 작은 방울로 될 때 새로운 표면을 형성하기 때문에 정전기가 발생하는 현상이다.

 ⑹ 적하대전

 고체표면에 부착해 있는 액체류가 성장하고 이것이 자중으로 액적, 물방울로 되어 떨어질 때 전하 분리가 일어나서 발생하는 현상

 ⑺ 충돌대전

 분체류에 의한 입자끼리 또는 입자와 고체(예 : 용기병)와의 충돌에 의해서 빠르게 접촉, 분리가 일어나기 때문에 정전기가 발생하는 현상

 ⑻ 분출대전

 분체류, 액체류, 기체류가 단면적이 작은 개구부(노즐, 균열 등)에서 분출할 때 마찰이 일어나서 정전기가 발생하는 현상

 ⑼ 침(심)강대전 및 부상대전

 침강대전, 부상대전은 액체의 유동에 따라 액체 중에 분산된 기포 등 용해성의 물질(분산물질)이 유동이 정지함에 따라 비중차에 의해 탱크 내에서 침강 또는 부상할 때 일어나는 대전현상이다.

 ⑽ 동결대전

 동결대전은 극성기를 갖는 물 등이 동결하여 파괴할 때 일어나는 대전현상으로 파괴에 의한 대전의 일종이다.

8. 정전기 방지대책

 ⑴ 본딩과 접지

  ① 본딩이란 접촉부분 등의 금속물체 사이가 절연상태로 되어 있을 경우 이 사이를 도선으로 결합하여 양자의 전위차를 제거하고 방전을 방지하기 위한 방법이다.

  ② 접지란 도체와 대지와의 사이를 전기적으로 접속해서 대지와 등전위화함으로써 정전기 축적을 방지하는 방법이다. 정전기 방지대책 중에서 가장 기본적인 대책이다.

 ⑵ 가연성 분위기의 불활성화

가연성 분위기를 제거함으로써 정전기를 방지하는 방법인데, 이것은 질소, 탄산가스와 같은 불활성가스를 이용하여 공기를 치환시킨다.

 ⑶ 가습

 일반적으로 상대습도가 60～70% 이상이 되면 정전기의 축적을 방지한다.

 ⑷ 제전에 의한 대전방지

  ① 제전은 어떤 물체에 발생 또는 대전되어 있는 정전기를 안전하게 제거하는 것으로 주로 정전기상의 부도체를 대상으로 한 대전방지 대책이며 일반적으로 제전기가 사용되고 있다.

  ② 제전한다는 것은 물체의 전체 대전전하를 완전히 중화시키는 것이 아니고, 정전기에 의한 재해가 발생하지 않을 정도까지 중화시키는 것이다.

 ⑸ 정전유도에 의한 이온화법

 공기 중에 이온을 만들어 대전체 표면의 전하를 중화시켜 공기 중에 방전시키는 것을 이용한 것이다.

 ⑹ 전도성부여

 전기저항이 높은 물질 대신에 전도성이 있는 물질을 사용하는 것으로 액체의 전도성을 증가시키면 전하의 누설을 촉진시키며 정전기 축적을 방지한다.

 ⑺ 마찰을 줄임

 보통 마찰이 정전기를 가장 많이 발생시키는데, 마찰계수가 큰 벨트를 사용하거나 마찰되는 두 물질을 대전서열이 가까운 것으로 선택하거나 두 물질 모두를 도전성 물질로 하는 방법이 있다.

 ⑻ 정전차폐

 접지된 도체로 대전물체를 덮거나 둘러싸는 방법, 대전물체의 표면을 금속 또는 도전성 물질로 덮는 것

 ⑼ 정치시간

 탱크로리 등에 위험물을 주입하여 용기 내의 유동이 정지하여 정전기 방전이 발생치 않을 정도까지 정치 시간을 두고 다음 작업을 진행한다.