접지 및 본딩에 의한 대전방지

접지는 정전기의 방지대책중에서 가장 기본적인 대책으로서 물체에 발생한 정전기를 대지로 누설, 완화시켜 물체에 정전기의 축적 또는 대전을 방지하기 위한 것이다.

 

 

 

접지 및 본딩에 의한 대전방지

접지는 정전기의 방지대책중에서 가장 기본적인 대책으로서 물체에 발생한 정전기를 대지로 누설, 완화시켜 물체에 정전기의 축적 또는 대전을 방지하기 위한 것이다. 또한, 대전물체의 부근 또는 대전물체와 접촉된 물체에 정전유도에 의한 정전기의 발생을 방지하고, 대전물체의 전위상승 또는 정전기의 방전을 억제하기 위한 것이다.

 

 

접지 및 본딩의 대상 

(1) 접지의 대상은 금속 도체이다
(2) 다음 물체에는 그 표면에 금속도체를 접지전극으로 이용하는 간접 접지방법을 적용할 수 있다. 
- 전도도 1 × 10^-6 S/m 이상인 도체 및 표면 고유저항 1 ×10^9 Ω 이하인 물체
- 전도도 1 × 10^-6 S/m ～ 1 × 10^-10 S/m  인 중간영역의 도체 및 표면 고유저항 1 × 10^9 Ω ~ 1 × 10^11 Ω인 물체
(3)  정전기의 발생범위에 있는 부도체 및 표면 고유저항이 10^11 Ω 이상인 물체의 표면은 특별한 경우를 제외하고 직접 또는 간접 접지하지 않아야 한다.
(4)  본딩의 대상은 금속도체 상호간 또는 대지와 전기적으로 절연된 2개 이상의 금속이 접촉된 금속도체이다.

다음 표 1(a), 1(b)는 정전기에 관련된 도체 및 부도체의 구분이다.

<표 1 (a)> 저항률에 따른 도체 부도체의 구분

 

<표 2 (b)> 표면저항에 따른 도체 부도체의 구분

 

 

접지 및 본딩저항

정전기를 방지하기 위한 접지저항은 어떠한 조건이나 환경에서도 1 × 10^6 Ω 이하를 확보하도록 표준환경조건(기온 20℃, 상대습도 50%)에서 100 Ω 이하로 관리하는 것이 기본이다. 다른 목적의 접지와 공용한 경우 접지저항은 공용접지 저항만으로도 충분하다. 그리고, 본딩의 저항은 접지저항과 동일한 표준환경조건에서  1 × 10^3 Ω 미만이어야 한다.

 

 

접지에 의한 대전방지 효과

금속도체는 직접 접지, 금속 이외의 도체는 금속도체를 이용한 간접접지에 의해 정전기를 대지로 누설시켜 정전기의 대전을 방지할 수 있다. 중간영역의 도체중 정전기의 발생이 적은 경우에는 금속도체를 이용한 간접접지에 의하여 정전기의 대전을 방지할 수 있다.
반면에 부도체는 간접접지로 정전기의 대전을 방지할 수 없으므로 접지 이외의 다른 대전방지대책이 필요하지만, 부도체중에서도 전도도가 1 × 10^-10 S/m ～ 1 × 10^-12 S/m 인 정전기의 발생이 아주 적은 경우에는 간접접지에 의하여 대전을 방지할 수 있다. 그러나, 이 경우에는 정전기의 누설 시간이 필요하기 때문에 순간적으로 대전을 방지할 수 없고, 일반적으로 정치시간의 설정이 필요하다.

한편, 전도도에 관계없이 이동, 유동, 부유에 의해 대전된 분체류, 액체류 등은 직접접지 또는 그림 1과 같이 간접접지한 경우 그 움직임이 용이하지 않으면 더 많은 정전기를 발생한다. 따라서, 이와 같은 경우에는 접지에 의하여 대전을 방지할 수 없다.

<그림 1> 이동중인 대전물체의 오접지

 

 

(1) 비금속 고체의 대전방지 효과
전도도 1 × 10^-6 S/m 이상인 도체(필름, 시트포함) 또는 표면고유저항 1 × 10^9 Ω 이하인 고체의 표면은 금속도체를 간접접지함으로써 대전을 방지할 수 있다. 또한, 전도도  1 × 10^-6 S/m ～ 1 × 10^ -10 S/m 인 중간영역의 도체 또는 표면 고유저항 1 × 10^9 ～ 1 × 10^11 Ω인 고체의 표면은 정전기의 발생이 적고 지속적으로 발생하지 않을 경우 간접접지로 대전을 방지할 수 있다.
그러나, 부도체의 표면을 도전성 처리하여 표면 고유저항이 1 × 10^9 Ω 이하일 때에는 간접접지에 의하여 표면의 대전을 방지할 수 있다. 금속도체를 절연도료로 도장하거나 유리 등으로 표면처리하면 표면이 정전기로 대전되므로 접지 이외의 다른 대책을 강구하여야 한다.
또한,  절연성 필름 등을 금속박으로 접지하면 필름 등의 대전 전위는 감소하지만 필름 등에는 정전기가 계속 축적되어 있으므로 주의하여야 한다.

(2) 분체류의 대전방지 효과
전도도 1 × 10^-10 S/m ～ 1 × 10^-12 S/m 인 분체류가 정지 또는 퇴적되어 있을 때 그 금속관이나 용기를 접지하면 분체류의 대전을 간접적으로 방지할 수 있다. 단, 이 경우에는 대전된 정전기가 대지로 누설하는 시간이 필요하므로 정치시간을 설정할 필요가 있다. 그러나, 일반적으로 유동하거나 일정한 공간 등에 부유하는 분체류는 접지에 의해서 대전을 방지할 수 없으므로 제전기를 사용하는 등 다른 대책이 필요하다. 분체류의 전도도는 흡습정도, 체적비중, 형상 측정법에 따라 변화하므로 접지할 때 대전방지의 효과를 확인하여야 한다.

(3) 액체류의 대전방지 효과
전도도 1 × 10^-10 S/m ～ 1 × 10^-12 S/m 인 액체가 정지하고 있을 때 금속도체(액중에 있는 금속관 이나 금속제 용기 등)를 간접접지하면 대전을 방지할 수 있다. 그러나, 이 경우에는 대전된 정전기가 대지로 누설하는 시간이 필요하므로 정치시간을 설정할 필요가 있다. 관내를 유동하거나 노즐로 부터 분출되는 액체류는 전도도에 관계없이 접지에 의해 대전을 방지할 수 없으며, 전도도 1 × 10 ^-12 S/m 인 정지 액체에 대해서는 정치시간을 설정할 지라도 접지만으로 대전방지효과를 기대할 수 없다.

 

 

(4) 정치시간과 대전방지 효과
정치시간은 대전방지 효과와 밀접한 관계가 있는 것으로서 접지상태에서 정전기의 발생후 다음 발생까지의 시간 또는 정전기의 발생후 접지에 의해 대전된 정전기를 누설할 때까지의 시간이다. 정치시간은 정전기를 대지로 누설시켜 대전량을 적게 하는 목적으로 설정하는 것이지만 물체의 전도도가 1 × 10^-12 S/m 이하인 경우에는 반드시 대전량이 감소한다고 할 수 없다.
그러나,  대전물체가 가연성 물질이고 위험한 분위기의 조성가능성이 있는 경우 표 2의 (a)  및 (b)에 있는 정치시간을 설정하여 정전기를 대지로 누설시키는 것이 바람직하다.

<표 2 (a)> 정치시간 일람표

 

<표 2 (b)> 정치시간 일람표(일반적 위험물)

 

 

배관내 액체의 유속제한

(1)  불활성화할 수 없는 탱크,  탱커,  탱크로리,  탱크차,  드럼통 등에 위험물을 주입하는 배관은 다음과 같은 관내 유속이하이어야 한다.
- 저항률 10^10 Ω․㎝   미만의 도전성 위험물은 7 m/s  이하.
- 에테르, 이황화탄소 등과 같이 유동대전이 심하고, 폭발 위험성이 높은 것은 1 m/s 이하. 
- 물이나 기체를 혼합한 비수용성 위험물은 1 m/s  이하.
- 저항률 10^10 Ω․㎝ 이상인 위험물은 표3의 값 이하.  단,  주입구가 액면 밑에 충분히 잠길 때까지는 1 m/s  이하.

<표 3> 관경과 유속제한 값

 

(2) 주입구는 다음과 같이 설비한다.
- 탱크는 위쪽에서 위험물을 낙하시키는 구조로 하지 않으며,  주입구는 위험물이 수평방향으로 유입 및 교반하지 않도록 아래쪽에 시설하며,  밑부분에 고이는 수분을 제거할 수 있을 것.
- 탱커,  탱크,  탱크로리,  탱크차,  드럼통 등에서 위쪽으로부터 주입배관을 넣어 주입하는 경우에는 주입구가 용기의 바닥을 향할 것.
- 위험물의 펌프는 가능한 탱크로부터 먼 곳에 설치하고,  배관은 난류가 없도록 굴곡을 적게 할 것.
- 스트레너는 가능한 탱크의 주입구로부터 먼 곳에 위치시키고,  그 단면적이 큰 버킷 타입 (Bucket  Type)을 사용할 것.

(3) 정치시간은 직접 또는 간접 접지된 대전물체의 전도도가 클수록 대전방지의 효과가 크다. 잔류시간은 대전물체와 접지된 금속물체가 전기적으로 접지되어 있을 때에만 유효하고, 접촉이 불충분하면 효과가 반감된다. 금속도체의 표면을 피복할 때에는 전도도가 대전물체보다 적은 물체로 피복하지 않아야 하며, 표면의 일부는 전기적으로 접촉하여야 한다.

 

 

정전유도의 방지효과

접지는 물체에 정전기가 발생하지 않아도 정전유도에 의한 정전기의 대전방지에 유효하다. 정전유도에 의한 대전과 접지에 의한 유도전하의 누설은 그림 2를 참조한다. 대전된 물체의 부근에서 정전유도나 정전분극의 가능성이 있을 경우에는 다음과 같은 접지에 의해 대전을 방지할 수 있다.

(1) 금속도체의 직접접지
(2) 전도도 100 pS/m를 초과하는 금속 이외의 도체는 간접접지 
(3) 전도도 1 pS/m 이하의 부도체는 표면을 직접접지

<그림 2> 정전유도에 의한 대전과 그 방지

 

 

제전접지(除電接地)

대전체에 접지체가 접근하여 불꽃방전이 발생하는 경우에는 접지체에 큰 직렬저항을 접속하여 방전전류를 누설시킴으로서 방전을 방지할 수 있다. 이 때의 직렬저항을 제전접지저항이라 하며, 폭발성가스 등이 존재하는 위험장소에서 폭발방지에 상당한 효과가 있다. 그러나, 제전접지저항을 크게 하면 접지체가 대전되고, 그 대지전위가 상승하여 접지체가 위험원이 될 수 있으므로 제전접지 저항은 10^9 Ω 정도로 유지하는 것이 바람직하다.
한편, 작업자의 인체 대전을 방지하거나 대전체에서 작업자로의 방전을 방지하기 위한 제전접지저항은 10^6 ～ 10^8 Ω이 안전하다고 실험결과 보고되어 있으므로 작업의 성질이나 제전접지의 대상물에 따라 그 저항치를 조절할 필요가 있다.

 

Reference : KFS 440 정전기 기준