인체의 정전기 피해 방지

제조 현장에서 나타나는 대전된 인체로부터 잠재적인 발화가능성이 있어, 정전하 축적을 예방하는 조치 등이 필요하여 이에 대해 공유하고자 한다.

 

 

 

인체의 정전기 피해 방지

제조 현장에서 작업자는 평소 생활에서 발생하는 정전기보다 대전량이 큰 경우도 있다.

인체에 대한 방전은 통증이나 불쾌감을 유발할뿐만 아니라, 경우에 따라서는 기기 트러블이나 발화, 폭발의 원인이 되기도 한다.

 

 

인체의 대전 및 방전

인체는 전도체이며 건조한 환경에서 수천 볼트의 고전압을 발생하는 정전하를 축적한다. 이 전하는 신발과 바닥마감재와의 접촉 또는 다양한 제조작업중에 발생한다. 인체에 대전되어 있는 전하량이 2× 10^-7 ～ 3 × 10^-7 (C) 이상에서 전하가 방전하는 경우 통증을 느낀다. 전하량을 인체의 대전전위로 표현하는 경우 정전용량을 100 pF로 가정하면 약 3 ㎸이다.

표 1은 인체의 대전전위와 전격과의 관계이다.

<표 1> 인체대전과 전격과의 관계

 

 

대전 물체에서 인체로의 방전

대전 물체에서 인체로 방전할 경우 전격발생의 전하량은 2 × 10^-7～ 3 × 10^-7 (C) 이지만 물체의 정전용량은 각각 다를 수 있으므로 물체의 대전전위에 대한 전격발생전위는 일률적이지 않고, 정전용량에 따라 각각 다른 값을 가진다.

그림 1은 대전물체가 도체인 경우 정전용량에 따른 전격발생전위이다. 즉, 대전전위 이상이면 정전기는 대전물체에서 인체로 방전하며, 2 × 10^-7～ 3 × 10^-7 (C) 이상의 전하량이 인체에 방전되어 전격을 받는다. 그러나, 대전물체가 부도체인 경우 전격발생의 한계는 없으나 대부분 대전전위가 30 ㎸ 이상이면 정전기가 대전물체에서 인체로 방전하여 전격을 받는다.

따라서, 대전물체가 부도체인 경우 전격발생의 한계는 대전전위 10 ㎸, 대전전하밀도 10^-5 (C/㎡) 라고 정할 수 있으며, 정확한 전격발생의 전위는 전위측정으로 전격의 발생을 검토한다.

<그림 1> 정전용량에 따른 전격의 발생전위

정전쇼크는 무의식적으로 작업자에게 불쾌함과 부상을 입힐 수 있다. 방전 자체는 인간에게 위험하지 않지만, 추락 또는 이동기계와의 충돌은 무의식적인 반응의 원인일 수 있다. 따라서, 정전기에 대한 위험을 방지하는 다양한 방법이 있다. 이러한 방법에는 비금속성 수동레일, 절연성 문손잡이, 기타 부도성 차폐가 있다.

 

 

인체 정전하 축적 예방 조치

인체는 도전성이므로 대지와 분리되어 있으면 전하를 축적할 수 있으며 이러한 전하는 신발과 바닥재와의 접촉과 분리 등에 의해 발생된다. 

따라서 발화성 혼합기(인화성 혼합물)가 존재하는 장소에는 대전된 인체로부터 잠재적인 발화가능성이 있으며, 인체에 정전하의 축적을 예방하기 위한 조치가 필요하다.

여러 상황에서 작업자의 의복과 신발은 정전하의 발생과 동시에 유출하는 도전성이 있다. 실크와 합성섬유는 우수한 절연체이고, 이들로 제조한 의복에서 정전현상이 발생하지만 의복착용 자체는 위험요소가 아니다. 한편, 옷을 벗을 때 상당한 정전기가 발생할 수 있다. 병원 수술실, 폭발물 제조시설, 낮은 전기 에너지로 발화될 수 있는 인화성 및 폭발성 분위기를 생성하는 곳과 이와 유사한 장소 등에서 겉옷을 벗는 것은 특히 위험하다. 이러한 지역에서 착용하는 의복은 정전기방지용이어야 한다.

 

전하의 축적을 방지하기 위한 조치는 다음과 같다.

 

1. 고무옷, 고무장화, 고무창 신발, 부도성 합성고무 신발의 착용을 피한다.

 

2. 도전성 바닥마감재와 도전성 신발

(1) 바닥재료는 고체 또는 코팅제품일수 있으며, 면적이 작은 경우 금속판으로 설치할 수 있다. 바닥의 접지저항은 10^8 Ω이하여야 하며, 오물, 왁스 및 기타 고저항 물질의 축적으로 바닥의 전도도가 감소되는 경우에 주의한다.

(2) 대전방지용 신발의 접지저항은 10^6 Ω ~ 10^9 Ω이어야 하는데, 최소점화에너지가 낮은 고위험 물질을 취급하는 곳에서는 10^6 Ω 이하의 접지저항이 필요한다.

(3) 신발의 저항은 오물축적 및 접촉면적 감소에 따라 증가하므로 주기적으로 측정하여야 한다.

(4) 상용전원에 의한 감전위험이 있는 곳에서는 대전방지용 신발을 사용해서는 안된다.

 

3. 개인용 접지장치

(1) 대전방지용 신발만으로 불충분한 경우에는 손목띠, 신발접지기, 도전성 덧신과 같은 개인용 접지장치를 보조적으로 사용한다.

(2) 개인용 접지장치의 저항은 10^6 Ω ~ 10^8 Ω 이어야 한다.

 

4. 대전방지 또는 도전성 의류

(1) 정전기 위험이 있는 장소에서는 합성섬유로 만든 의복 착용을 제한하고 대전방지 기능을 갖는 의류를 착용한다.

(2) 장갑은 대전방지 제품이거나 도전성을 가져야 한다.

(3) 청소용 천은 대전방지 성분으로 된 면 또는 섬유를 사용하여야 하며, 청소에 사용하는 용제는 도전성을 갖는 것으로 한다.

<그림 2> 정전하 축적 예방 조치 사례(Source : KISA-전기-03)

 

 

도전성 섬유에 의한 대전방지

대전된 물체 가까이에 도전성의 가는 선을 접근시키면 코로나 방전이 일어나고, 이 때 공기의 전리 이온은 극성이 다른 정전기와 만나서 과부족 전하를 주고 받음으로써 정전기를 제거한다. 이러한 자기방전작용을 이용하는 도전성 섬유는 각종 섬유제품의 대전방지에 이용한다. 도전성 섬유는 장섬유, 단섬유 등 각종 형태가 있고, 도전성 섬유의 혼입률은 0.01% ～ 1% 정도로 극히 적다.

1. 제전복

제전복은 발화성 혼합기(가연성 가스, 분진)를 발생할 우려가 있는 작업장에서 의복의 대전에 의한 발화를 방지한다. 이 경우 인체에 축적된 정전기는 정전화 등으로 제거할 수 있기 때문에 옷을 입었을 때의 방전에 의한 발화를 검토한다. 합성섬유의 직편물은 중온 또는 저온에서 50 ～60 ㎸, 15 ～ 18 × 10^-7 C/㎠의 대전량이다. 도전성 섬유 제전복의 방전전하량은 10^-11C ～ 10^-12 C의 극히 적은 양이므로 발화위험이 없다.

 

2. 카페트

카페트의 정전방지는 어떤 조건에서도 인체의 뇌격감지 한계인 3 ㎸ 이상으로 대전하지 않아야 한다. 카페트의 대전성(인체 대전전위)은 의복의 재료와 같으며 습도 의존성이 있고, 일반적으로 저습도인 경우 대전성이 높다. 도전성 섬유가 혼합된 카페트의 대전성은 습도의 영향이 큰 특징이 있다.

 

Reference : KFS 440 정전기 기준