정전기 발생 및 방지대책

정전기란

정전기는 절연물에 전하가 축적된 상태다.

이 전하가 방전되면 화재·폭발과 전자기기 장해를 일으킨다.

마른 날 문고리가 따끔한 것도 같은 현상이다.

발생 원리

물체를 문지르거나 떼어내면 전하가 분리되어 한쪽에 남는다.

이 전하가 절연체에 쌓이면 축적이 커진다.

전위 차이가 공기의 절연 한계를 넘으면 전하가 불꽃을 내며 이동한다.

도체는 전하가 쉽게 흘러 소멸하고, 절연체는 전하가 오래 남는다.

방전 에너지와 착화

방전 에너지는 1/2·C·V²로 구한다.

V가 커질수록 방전 에너지는 크게 늘어난다.

방전 에너지가 가연물의 최소 착화에너지보다 크면 점화된다.

가연성 가스의 최소 착화에너지는 약 0.02~2.5mJ 수준이다.

예제: 정전에너지 계산

정전용량 20μF, 대전전위 3kV인 도체의 정전에너지를 구해 보자.

전압은 제곱하는 것을 잊지 않는다. 3kV는 3×10³V다.

계산하면 정전에너지는 90J이다.

이 값은 가연성 가스의 최소 착화에너지보다 훨씬 커서 반드시 막아야 한다.

발생 유형과 대책

정전기는 발생 기구에 따라 여러 유형으로 나뉜다.

마찰대전은 두 물체의 마찰로, 접촉·박리대전은 접촉 후 분리로 생긴다.

유동대전은 절연 배관 속 액체 흐름으로, 분출대전은 고압 분출로 생긴다.

유도대전은 대전체가 가까이 와서 정전유도가 일어나 생긴다.

답안에는 유형별 원인을 먼저 적고 대책을 잇는다.

방지 대책과 정리

정전기 대책은 발생을 억제하고 전하를 흘려 보내는 방향으로 적용한다.

접지는 전하를 대지로 흘려 축적을 막는 기본 수단이다.

절연체는 접지가 안 되므로 습도와 대전방지제로 표면 저항을 낮춘다.

이온화 제전기는 남은 전하를 중화하고, 위험물 배관은 유속을 제한한다.

이 대책들을 겹쳐 쓰는 것이 기본이다.