정전기 대전현상

왜 배우는가: 정전기 대전은 인화성 액체와 가연성 가스·분진을 취급하는 석유화학, 도장, 인쇄, 제조 현장에서 화재·폭발의 점화원이 되므로 실무에서 가장 먼저 관리해야 하는 위험이다. 시험에서는 대전 원리, 방전 형태, 고무타이어 운반체 주입 설비의 완화조치 등이 여러 교시에 걸쳐 반복해서 출제된다.

출제 이력: 제120회 2교시 4번, 제103회 3교시 2번, 제91회 4교시 3번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

정전기 대전은 물체 사이의 접촉·분리·마찰·충격·유동·분사로 전하가 한쪽에 축적된 상태이다.

핵심 키워드는 다음과 같다.

• 정전기 대전
• 전하 분리
• 고유저항
• 도전율
• 정치 시간
• 방전
• 본딩·접지

2. 개념 풀이

정전기는 물체끼리 문지르거나 떨어질 때 전기가 한쪽에 쌓여 있는 현상이다. 쉽게 말하면 전기가 흐르지 않고 머물러 있는 상태다. 정식 정의는 「정전기재해 예방을 위한 기술상의 지침」 제3조 1호에 따라 '물체와 물체 사이에 접촉 또는 분리, 마찰, 충격, 유동 및 분사 등으로 인하여 전하가 축적된 상태'다. 이 전기는 전하의 공간적 이동이 적어 자계 효과가 무시될 정도로 작은 정전계에 의한 현상이다.

정전기 현상은 고체와 고체 사이뿐 아니라 고체와 액체, 액체와 액체, 액체와 기체 사이에서도 생긴다. 대전 현상을 가리키는 핵심 용어는 다음과 같다.

• 고유저항: 한 변의 길이가 1m인 정육면체의 대향면 사이 저항이며 단위는 Ω·m이다. 값이 작을수록 전하가 잘 빠져나간다.
• 도전율: 고유저항의 역수이며 단위는 S/m이다. 도전율이 낮은 물질일수록 전하가 쌓이기 쉽다.
• 정전기적 접지: 대지에 대한 접지저항이 10⁶Ω 이하인 상태를 말한다. 접지저항은 10⁶Ω 이하이면 족하나 실제 적용은 100Ω 이하로 접지가 가능하다. 정전기 누설전류는 미소하므로 이 접지저항 기준이면 충분하다.
• 정치 시간: 대전된 도체의 전하가 자연적으로 방전되어 줄어드는 데 걸리는 시간이다. 주입 후 대기하는 시간의 근거가 된다.
• 방전: 축적된 전하가 공기 중으로 빠져나가는 현상이며 불꽃 방전이 가장 위험하다. 방전 에너지가 가연성 혼합기의 최소 점화에너지를 넘으면 폭발로 이어진다.
• 본딩·접지: 본딩은 서로 다른 금속체 사이의 전위차를 없애는 전기적 연결이고, 접지는 그 전하를 대지로 흘려보내는 연결이다.

3. 등장 배경과 필요성

정전기 현상은 오래전부터 알려져 있었다. 고대 그리스의 탈레스가 호박을 양피에 문질러 가벼운 물체를 끌어당긴 것이 기록상 시초이며, electricity라는 말도 호박을 뜻하는 그리스어에서 유래했다. 현대 산업에서 정전기가 문제가 된 이유는 고분자 물질과 인화성 액체의 사용이 크게 늘었기 때문이다. 합성수지 필름, 화학섬유, 고무 벨트, 석유 제품은 전기 전도성이 낮아 전하를 쉽게 흘려보내지 못한다.