프레스 방호장치 선정기준

왜 배우는가: 프레스는 산업재해 중 협착·절단 사고가 가장 많이 발생하는 기계 중 하나이며, 작업점 방호장치의 선정 기준을 정확히 아는 것이 사고 예방과 안전인증 판단의 기초가 된다. 기술사 시험에서는 방호장치의 종류와 클러치 방식·SPM 조건별 적용 가능 여부를 묻는 문제로 반복해서 출제된다.

출제 이력: 제138회 2교시 3번, 제136회 1교시 11번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

프레스 방호장치 선정기준은 슬라이드 작동 조건(클러치 방식, 분당 행정수 SPM)에 따라 작업점의 협착 위험을 막을 수 있는 방호장치 종류를 정하는 기준이다.

• 프레스 방호장치
• 작업점 협착점
• 클러치 방식(확동식·마찰식)
• SPM(분당 행정수)
• 손쳐내기식·양수조작식·광전자식
• 위험한계
• 안전거리
• 방호높이

2. 개념 풀이

쉽게 말하면 프레스는 위에서 아래로 내려오는 슬라이드가 작업자의 손을 눌러 다치게 하는 기계다. 그래서 손이 작업점에 들어가지 못하게 하거나, 들어가더라도 슬라이드가 내려오기 전에 멈추거나 밀어내도록 장치를 붙인다. 이것이 방호장치다.

정식 정의는 다음과 같다. 프레스 방호장치 선정기준은 프레스의 클러치 방식과 분당 행정수, 작업 형태에 맞춰 손쳐내기식, 양수조작식, 광전자식 등 방호장치의 적합 여부를 정한 기준이다. 이 기준은 「산업안전보건기준에 관한 규칙」 제103조가 요구하는 방호 조치에 따른다.

위험한계는 재료나 가공물이 놓여 작업이 이루어지는 위험 범위를 말하며, 작업점에서 조작스위치(투·수광기의 연직면)까지의 안전거리로 정의된다. 방호높이는 광축을 형성해 방호장치로 작용하는 유효높이이며, 차광되는 하단점부터 상단점까지의 높이다.

클러치는 플라이휠에 축적된 힘을 슬라이드에 전달하고 동력을 제어하는 부분이다. 확동식 클러치는 슬라이드가 한 번 작동하면 행정이 끝날 때까지 정지가 어려운 방식이다. 마찰식 클러치는 마찰력으로 동력을 연결하므로 정지 제어가 상대적으로 쉽다.

SPM은 분당 행정수(strokes per minute)로, 슬라이드가 1분 동안 왕복하는 횟수다. SPM이 높을수록 정지에 필요한 거리가 길어져 방호장치의 정지성능 요구가 커진다.

3. 등장 배경과 필요성

프레스는 금속판을 높은 힘으로 성형하는 기계라서 작업점의 힘과 속도가 크다. 방호덮개만으로는 재료 공급과 제품 배출 작업을 막기 어려워, 작업 형태에 맞춘 방호장치가 필요해졌다.

초기에는 작업자의 숙련에 의존했으나 협착 재해가 반복되면서 법적 기준이 만들어졌다. 「산업안전보건기준에 관한 규칙」 제103조는 프레스 등의 작업점에 신체 일부가 위험한계에 들어가지 않도록 방호 조치를 하도록 정하고, 작업의 성질상 곤란한 경우 프레스의 종류, 압력능력, 분당 행정수, 행정의 길이 및 작업방법에 상응하는 성능을 갖는 방호장치를 설치하도록 한다.

즉 선정기준의 핵심은 기계의 조건(클러치 방식, SPM, 행정 길이)과 작업 방식(핸드인·노핸드인)을 함께 보고 방호장치를 고르는 것이다. 「방호장치 안전인증 고시」는 프레스 방호장치의 성능기준과 시험방법을 별표로 정하고 있으며, 정지성능이 방호장치 선정의 판단 근거가 된다.

4. 구성요소·원리·절차

프레스 방호장치는 작업점(협착점)에 신체가 들어가기 전에 위험을 감지하거나 기계를 정지시키는 구조로 이루어진다. 핵심 구성요소는 감지부, 제어부(출력신호개폐장치), 기계 정지 연동부이다.

감지부가 신체를 검출하면 제어부가 출력회로를 끊어 슬라이드 정지 명령을 낸다. 정지 명령이 늦으면 방호 효과가 없으므로 방호장치는 정지성능을 갖추어야 한다. 이때 정지시간은 슬라이드 행정의 위치와 분당 행정수로 정해진다.

방호장치의 정지성능은 프레스의 분당 행정수와 행정 길이에 맞아야 한다

원리는 위험유발 결함(failure to danger) 을 막는 데 있다. 광축이 차단됐는데 출력이 계속 켜지면 결함이 위험 쪽으로 작동한 것이다. 따라서 광전자식은 자기진단과 이중 출력 구조를 갖춘다.

선정 절차는 다음과 같다.

• 프레스의 클러치 방식(확동식·마찰식)과 분당 행정수를 확인한다.
• 작업 방식(핸드인·노핸드인)과 작업점 위험한계 거리를 구한다.
• 위험한계와 방호장치의 감지 성능(연속차광폭, 방호높이)을 비교한다.
• 방호장치 종류별 적용 가능 여부를 판정한다.
• 정지성능과 재기동방지 기능을 확인한다.

위험한계 거리 산정은 다음 식을 쓴다. 광전자식의 안전거리 S는 기계 정지시간과 손이 이동하는 거리로 정한다.

$S = f(T_m, T_s)$

여기서 S는 안전거리(mm), T_m은 방호장치 포함 기계 정지시간(s), T_s는 방호장치 응답시간(ms)이다. 이 식은 널리 쓰이는 설계식이며, 계수는 적용 기준에 따라 달라질 수 있다.

정지시간 T_m이 길어지면 안전거리 S도 커진다.

5. 관련 법령·기준·표준

프레스 방호장치의 성능기준은 「산업안전보건법」 제83조에 따른 방호장치 안전인증 고시의 제2장(프레스 또는 전단기 방호장치)에 있다. 법 적용 대상은 「산업안전보건기준에 관한 규칙」 제103조가 정한다. 이 규칙은 행정의 길이, 분당 행정수, 작업방법에 상응하는 방호장치를 설치하도록 정한다.

분당 행정수와 클러치 방식(확동식·마찰식)에 따라 방호장치 적용 범위가 나뉜다. 광전자식 방호장치의 핵심 기준은 다음과 같다.

양수조작식 방호장치는 두 손을 동시에 누르도록 하여 손이 위험한계 안에 있지 않도록 한다. 양수조작식은 프레스 정지성능에 상응하는 성능을 갖추어야 한다.

손쳐내기식 방호장치는 슬라이드 행정에 맞춰 손을 밀어내는 방식이다. 행정수가 높으면 작동 응답이 늦어 적용이 제한된다.

6. 유형과 비교

프레스 방호장치는 작동 원리에 따라 크게 손쳐내기식, 양수조작식, 광전자식으로 나뉜다. 세 방식은 작업자의 손을 위험한계 밖으로 내보내는 방법이 서로 다르다. 기계식 프레스에서는 클러치 방식(확동식·마찰식)과 매분 행정수(SPM)에 따라 적용 가능 여부가 달라진다.