정전기 대전·방전 종류 및 방지대책

왜 배우는가: 정전기는 작은 전하 축적이 방전 불꽃으로 바뀌어 인화성 가스·분진의 화재·폭발을 일으키고, 인체 전격과 전자기기 오작동도 낳는다. 석유화학·반도체·도장·분체 공정에서 상시 발생하므로 실무 점검의 기본이며, 대전 형태·방전 종류·방지대책을 묻는 문항이 여러 교시에 반복 출제된다.

출제 이력: 제135회 2교시 3번, 제129회 4교시 4번, 제119회 4교시 3번, 제104회 3교시 2번, 제93회 3교시 1번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

정전기는 서로 다른 물체의 접촉·분리나 마찰로 전하가 물체 표면에 머물러 축적되는 현상으로, 방전 시 화재·폭발과 감전 재해를 일으킨다.

핵심 키워드

• 정전기 대전(帶電)
• 마찰대전(Triboelectric charging)
• 유도대전(Induction charging)
• 방전(Discharge)
• 최소 점화에너지(MIE)
• 접지(Grounding)
• 제전장치(Static eliminator)
• 상대습도

2. 개념 풀이

쉬운 말로 하면, 옷을 벗을 때 '찌직' 튀는 소리가 나는 것이 정전기다. 물체 표면에 전자가 남거나 부족해진 상태가 쌓이고, 그 전하가 주변 도체로 한꺼번에 흘러가는 순간이 방전이다.

정식 정의는 다음과 같다. 정전기는 전하 분리에 의해 물체 표면이나 내부에 전하가 정지 상태로 존재하는 현상이며, 이때 발생하는 정전기 에너지가 방전으로 방출될 때 재해가 된다.

핵심 용어는 다음과 같다.

대전(帶電)은 물체가 전하를 띠게 되는 상태다. 전하의 극성은 양(+)과 음(-)으로 나뉘며, 같은 극성끼리는 밀치고 다른 극성끼리는 끌어당긴다.

마찰대전은 서로 다른 두 물질이 접촉한 뒤 분리될 때 한쪽에서 다른 쪽으로 전자가 이동해 두 물체가 반대 극성으로 대전되는 현상이다. 대전 극성은 물질의 대전열(triboelectric series)에서 멀리 떨어진 조합일수록 커진다. 산업현장에서 가장 흔한 대전 형태다.

유도대전은 대전체를 도체에 가까이 할 때 도체의 자유전하가 재배열되는 정전기 유도 현상을 이용한다. 도체를 순간 접지한 뒤 접지를 끊으면 도체에는 반대 극성의 순전하가 남는다. 이 방식은 물체를 직접 문지르지 않고도 대전시킬 수 있다.

박리대전은 밀착된 두 물체가 떨어질 때 생기는 대전이다. 필름 롤 권취, 테이프 박리, 종이 이송에서 많이 발생한다.

유동대전은 액체나 분체가 배관·호스 속을 흐르면서 관벽과 마찰해 대전되는 현상이다. 정전기 재해가 많은 석유류 이송에서 주로 문제가 된다.

3. 등장 배경과 필요성

산업이 고도화되면서 정전기 문제는 두 방향에서 커졌다. 첫째, 석유화학·도장·인쇄·분체 취급처럼 인화성 액체나 가연성 분진을 다루는 공정이 늘어났다. 이들 물질은 최소 점화에너지(MIE)가 낮아 작은 방전 불꽃으로도 점화된다. 둘째, 반도체·전자 공정은 집적회로가 정전기 방전(ESD)에 약해서, 미세한 전하도 소자를 파괴할 수 있다.