정전기

왜 배우는가: 정전기는 전자부품 공정과 가연성 물질 취급 현장에서 소량의 전하로도 손상·화재·폭발을 일으킬 수 있어 실무 위험 평가의 기본이 된다. 시험에서는 발생 원리, 발생요인, 재해방지 대책이 여러 교시에 걸쳐 반복 출제되므로 정의와 원리를 정확히 익혀야 한다.

출제 이력: 제138회 4교시 5번, 제126회 1교시 11번, 제120회 2교시 1번, 제113회 1교시 1번, 제110회 1교시 7번, 제101회 1교시 4번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

답안 첫 줄에는 다음 정의 문장을 쓴다.

정전기는 물체 표면에 전하가 불균형하게 축적되어 전위차를 가지는 정지된 전기 현상이다.

핵심 키워드는 다음과 같다.

• 대전(帶電): 물체에 전하가 축적된 상태
• 접촉대전(Contact Electrification): 두 물질의 접촉·분리에 의한 전하 이동
• 대전열(Triboelectric Series): 물질 간 대전 극성과 크기를 나열한 순서
• 전하 완화(Charge Relaxation): 발생한 전하가 도전 경로로 소멸하는 현상
• 방전(Discharge): 전위차가 절연내력을 넘어 전하가 이동하는 현상
• 등전위본딩(Bonding): 도전체 사이를 연결해 전위차를 없애는 조치
• 제전(Static Elimination): 대전된 전하를 중화하여 제거하는 조치

2. 개념 풀이

쉽게 말하면 정전기는 물건이 문질러지거나 떨어질 때 전기가 한쪽에 쌓여 머무는 현상이다. 전기가 흐르지 않고 한곳에 정지해 있다는 뜻에서 정전기라고 부른다.

정식으로는 서로 다른 두 물질이 접촉한 뒤 분리되면, 전자 친화도 차이에 따라 전자가 한쪽에서 다른 쪽으로 이동한다. 이때 한쪽은 양(+), 다른 쪽은 음(-)으로 대전된다. 전하는 생성되는 순간 그 자리에 머무르며 주변 환경으로 빠져나갈 때까지 축적된다. 이 축적된 전하에 의해 생기는 전위차가 공기의 절연내력을 넘으면 방전이 일어난다.

대전열은 여러 물질을 대전 극성 순서로 나열한 것이다. 두 물질이 대전열에서 멀리 떨어져 있을수록 접촉·분리 후 대전량이 커진다. 전하는 물질의 종류뿐 아니라 접촉 면적, 압력, 분리 속도 같은 조건에 따라서도 달라진다.

정전기 발생은 세 과정으로 나뉜다. 첫째는 전하의 이동이다. 둘째는 전하의 분리이며, 두 물질 사이 경계면에서 한쪽은 정, 다른 쪽은 부 전하로 남는다. 셋째는 전하의 완화이며, 발생한 전하 중 일부가 소멸하는 과정이다. 절연물은 전하가 쉽게 완화되지 않아 대전이 잘 일어난다. 반대로 완화 속도가 빠르면 정전 현상이 눈에 드러나지 않는다.

발생 형태는 접촉·분리 외에도 여러 가지가 있다. 분체류의 충돌, 고체의 파괴, 액체의 교반이나 침강, 대전된 물체 근처에서 생기는 유도대전 등이 대표적이다. 시험 답안에서는 접촉대전과 분리대전을 중심으로 쓰고, 나머지는 열거한다.

3. 등장 배경과 필요성

산업이 고도화되면서 정전기 문제가 커졌다. 반도체·디스플레이 등 전자부품 공정은 수십 볼트 이하의 정전기로도 소자가 손상될 수 있다. 석유화학·도료·인쇄 공정에서는 인화성 액체나 분진이 있는 장소에서 방전 불꽃이 착화원이 된다. 따라서 정전기는 전기 설비의 감전 문제와 별도로, 화재·폭발과 제품 품질 문제를 함께 다루는 관리 대상이 되었다.

현장에서는 플라스틱 필름의 권취, 액체의 고속 이송, 분체의 공기 수송 과정에서 대전이 자주 생긴다. 작업자 자신도 바닥과 의복의 마찰로 대전될 수 있다. 이런 이유로 산업안전보건기준에 관한 규칙은 정전기로 인한 화재·폭발 방지 조치를 별도 조문으로 규정하고 있다.