프레스 방호장치

왜 배우는가: 프레스는 산업재해 사망·절단 사고가 많은 대표적 기계로, 슬라이드 하강 위험을 막는 방호장치의 기능과 종류를 알아야 현장 설비 선정과 점검을 바르게 할 수 있다. 기술사 시험에서도 방호장치 기능과 클러치 형식별 적합성 문제가 반복해서 출제된다.

출제 이력: 제126회 1교시 13번, 제111회 1교시 4번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

프레스 방호장치는 프레스의 슬라이드 작동 중 작업자의 신체 일부가 위험한계에 들어가지 않도록 하는 장치다.

• 프레스 방호장치: 신체 일부의 위험한계 진입을 막는 장치
• 위험한계: 재료나 가공물이 놓여 작업이 이루어지는 위험 범위
• 슬라이드(램): 프레스에서 상하 왕복운동을 하는 부분
• 클러치: 플라이휠의 힘을 슬라이드에 전달하고 동력을 제어하는 부분
• 양수조작식 방호장치: 양손으로 조작 스위치를 동시에 눌러야 작동하는 방호장치
• 감응식 방호장치: 광선 등으로 신체 진입을 감지해 슬라이드를 정지시키는 방호장치
• 정지성능: 방호장치 작동 후 슬라이드가 멈추기까지의 성능
• 재기동방지: 운전 중 감지장치 작동 후 기계가 자동으로 기동되지 않게 하는 기능

2. 개념 풀이

쉬운 말로 하면 프레스는 금형 사이에 손이 들어가면 슬라이드가 내려와 손을 끼이게 하는 기계다. 방호장치는 이 상황에서 사람 손이 위험 범위에 있으면 기계가 내려오지 못하게 막는 장치다.

정식으로는 「산업안전보건기준에 관한 규칙」 제103조 제1항은 사업주가 프레스 등을 사용하여 작업하는 근로자의 신체 일부가 위험한계에 들어가지 않도록 덮개 설치 등 필요한 방호 조치를 하여야 한다고 정한다. 다만 슬라이드나 칼날에 의한 위험을 방지하는 구조인 프레스등은 그러하지 아니하다. 덮개 설치가 곤란하면 같은 조 제2항에 따라 프레스 종류, 압력능력, 분당 행정 수, 행정 길이, 작업방법에 상응하는 성능의 방호장치를 설치해야 한다.

방호장치는 크게 가드식(고정식·가동식), 양수조작식, 감응식(광선차단식 등)으로 나눈다. 가드식은 신체가 들어갈 틈을 물리적으로 막고, 양수조작식은 작업자의 손을 조작 스위치에 묶어 두며, 감응식은 신체 진입을 센서로 감지해 슬라이드를 정지시킨다.

방호장치 안전인증 고시 제3조는 광선차단식 방호장치의 핵심 용어를 정의한다. 위험유발 결함은 광축이 차단됐을 때 출력신호개폐장치가 꺼진 상태로 전환하지 못하는 결함이다. 블랭킹은 검출성능보다 큰 물체가 검출영역에 있어도 출력이 꺼지지 않도록 부분적으로 무효화하는 기능이다. 유효구경각은 투광부와 수광부의 최대허용각도다.

3. 등장 배경과 필요성

프레스 사고는 작업자가 재료를 넣고 빼는 짧은 순간에 집중된다. 슬라이드는 짧은 시간에 큰 힘으로 내려오므로 사람이 반응해 피하기 어렵다. 그래서 설비 자체가 위험을 차단하도록 하는 방호 원리가 필요해졌다.

기계 설계 측면에서는 위험원을 없애는 본질적 안전화가 먼저이고, 그것이 어려울 때 방호장치로 위험을 막는다. 프레스는 작업 방식이 다양하고 금형 교체가 잦아 한 가지 방호 방식으로 모든 작업을 커버하기 어렵다. 따라서 작업 성질에 맞춰 방호장치를 선정하는 기준이 법령에 정해졌다.

또 방호장치는 설치만으로 끝나지 않는다. 행정 전환스위치나 방호장치 전환스위치는 항상 유효한 상태로 유지해야 하며, 발 스위치로 방호장치를 우회할 우려가 있으면 발 스위치를 제거하도록 한다. 이런 운용 측면의 요구가 생긴 배경은 방호장치를 무력화하는 불안전한 행위가 사고로 이어졌기 때문이다.

4. 구성요소·원리·절차

프레스 방호장치는 검출부, 제어부, 동력 차단부로 구성된다. 검출부가 작업점 접근을 감지하면 제어부가 출력신호를 끊고, 동력 차단부가 클러치를 해제하고 브레이크를 작동시켜 슬라이드를 정지시킨다. 핵심 원리는 고장이 나도 위험한 쪽이 아니라 안전한 쪽으로 동작하는 것이다(위험유발 결함 방지).

검출부는 감지 방식에 따라 가드식, 광전자식, 양수조작식으로 나뉜다. 광전자식은 광축이 차단되면 출력신호개폐장치가 꺼진 상태로 바뀌어야 한다. 광축이 형성된 상태에서는 켜진 상태를 유지한다. 이 전환이 되지 않는 결함이 위험유발 결함이므로 방호장치 설계와 인증에서 가장 먼저 배제한다.

방호장치 선정 절차는 다음과 같다.

• 프레스의 종류, 압력능력, 분당 행정 수, 행정 길이, 작업방법을 파악한다.
• 작업점과 조작 위치 사이의 위험한계를 정한다.
• 덮개 등 방호조치가 곤란한지 판단한다(제103조 제2항 적용 여부).
• 방호장치 정지성능을 확인하고 안전거리를 산정한다.
• 설치 후 행정 전환스위치와 방호장치 전환스위치가 항상 유효한 상태인지 점검한다.
• 발 스위치를 쓰면 방호장치 우회 우려가 있는지 확인하고, 우려가 있으면 제거한다.
• 정기 점검과 성능 재확인을 시행한다.

안전거리는 방호장치가 프레스를 정지시키는 데 걸리는 시간을 기준으로 정한다. 정지시간이 길수록 작업자 손이 작업점에 닿기 전에 멈추도록 검출 위치를 더 멀리 둬야 한다. 안전거리는 정지시간에 비례해 길어지며, 구체적인 계산식과 계수는 설치 기준에 따라 적용한다. 시험에서는 정지시간과 안전거리가 비례한다는 원리를 먼저 쓴다.

5. 관련 법령·기준·표준

프레스 방호는 「산업안전보건기준에 관한 규칙」 제103조가 기본 근거다. 제1항은 신체 일부가 위험한계에 들어가지 않도록 덮개 등 방호조치를 하도록 한다. 다만 슬라이드나 칼날에 의한 위험을 방지하는 구조이면 제외한다. 제2항은 작업의 성질상 제1항 조치가 곤란하면 프레스의 종류, 압력능력, 분당 행정 수, 행정 길이, 작업방법에 상응하는 방호장치를 설치하도록 한다. 양수조작식과 감응형 안전장치는 프레스 정지성능에 상응하는 성능이어야 한다. 제2항은 2024.6.28 개정 표시가 있다.

방호장치의 성능 기준과 용어 정의는 「방호장치 안전인증 고시」 제3조가 정한다. 주요 정의는 다음과 같다.

기준 수치 중 시험에서 반드시 쓸 값은 위험한계 정의와 제103조 제2항의 성능 기준이다. 세부 계수는 설치기준과 인증 시험 결과에 따른다.

국제 기준에는 프레스 방호 관련 표준이 있으나 이 절에서는 국내 기준만 다룬다. 방호장치 명칭은 현행 「방호장치 안전인증 고시」 용어를 따른다.