화재·폭발 위험장소에서의 정전기 발생, 대전·방전 매커니즘 (Mechanism)에 대해 공유하고자 한다.
정전기 관련 화재·폭발 원인
원인변수 도출을 위한 분석모형
정전기 관련 화재·폭발 원인변수 도출을 위한 분석모형은 다음 <그림 1>과 같다.
<그림 1> 원인변수 도출을 위한 분석모형(이미지 출처: KOSHA 연구보고서)
정전기 관련 중대재해·중대산업사고를 분석하기 위한 다음 <표 1> 변수카드 양식을 활용한다.
<표 2> 재해·사고 변수카드 양식
물질 관련 원인변수
물질 관련 원인변수로서 도전성, 최소점화에너지, 물성, 취급조건 등이 있다.
특히 인화성 액체의 정전기 대전 영향 요인은 다음과 같다.
- 이송속도: 비도전성 재질 호스 및 배관을 통하여 이송 시 유동대전에 의한 정전기 발생에 영향을 미치며, 이송속도가 빠를수록 정전기 발생량은 증가함
- 유전상수: 인화성 액체에 전압이 인가되면 양전하와 음전하로 나눠지는데, 이 상태가 얼마나 지속되는지에 관한 척도로, 유전상수가 높으면 전기적 에너지를 저장할 수 있는 능력이 크다는 것을 의미함
- 완화시간: 인화성 액체에 발생한 정전기 전하의 축적 및 소멸과정에서 최초값의 36.8%까지 감소하는 시간을 시정수 또는 완화시간이라고 함
- 폭발범위: 인화성 액체의 증기가 공기와 혼합하여 폭발반응을 일으킬 수 있는 적정한 농도범위를 폭발범위라고 함
공정·작업 관련 원인변수
정전기 관련 화재·폭발은 이송조건에서 다수의 정전기 대전이 발생하고 있으며, 저장 및 투입 등의 조건에서 정전기 대전이 주로 발생하였고 공정·작업 관련 원인변수는 다음과 같이 요약할 수 있다.
| 설비 관련 변수 | 작업자 관련 변수 |
| - 도전성 - 접지 - 운전조건 - 작업내용 |
- 보호구 - 작업내용 - 매뉴얼 및 교육 |
정전기 매커니즘(Mechanism) 관련 원인변수
(1) 대전
대전대상, 대전서열, 대전조건, 대전종류, 대전전위 등이 있다.
- 원인물질의 최소점화에너지 값과의 비교를 위해 정전기 방전에너지 값의 결정이 중요한데, 정전기 방전에너지 값에 영향을 미치는 요인이 정전기 대전이고 정전기 대전대상에 따라서 정전기 방전에너지 값도 달라질 수 있다. 예를 들어 부도체에 정전기 대전되는 경우 방전 시 정전기 완화에 필요한 시간이 길어지므로 방전에너지 값이 작아지는 경향도 보일 수 있다.
- 또한 대전서열도 정전기 방전에너지 값에 영향을 미칠 수 있는 영향인자로 대전서열에서 상호 위치가 멀면 멀수록 방전에너지 값은 높아질 수 있다. 따라서 정확한 대전서열 파악을 위해서는 마찰·접촉 등 상호관계가 발생하는 물질을 확인할 수 있어야 하는데 정전기 현상의 재현성 부족 및 기술적 한계로 대부분이 추정의 방식이 적용되고 있다.
- 대전전위 측정은 정전기 화재·폭발 원인조사 시 가장 범용적으로 활용할 수 있는 방법이다.
(2) 축적
접지, 차폐, 제전, 온·습도 등이 있다.
- 원인물질 또는 제조설비 등에 정전기 대전 시 물질 또는 설비의 물리적 특성이 도전성인 경우 접지를 통해 사전에 충분히 정전기를 안전한 수준으로 관리할 수 있다. 또한, 화재·폭발위험장소에서의 점화원을 정전기로 판단하기 위해서는 물질 또는 설비의 물성이 도전성이라고 한다면, 접지실시 여부는 아주 중요한 판단 근거가 될 수 있기 때문에, 재해/사고 조사시 필수적으로 확인이 필요하다.
- 또한, 원인물질 및 제조설비에 정전기가 대전되더라도 제전장치 설치여부에 따라서 제전성능이 양호하다면 정전기 방전으로 이어지지 않는 경우도 있다.
- 화재·폭발 중대재해·중대산업사고에서 점화원을 정전기로 판단하는 경우 단순히 온·습도가 높고 낮음을 기준으로 판단하고 있지만, 대전물질, 공정·작업 및 설비 등에 따라서 적합하지 않을 수도 있다.
(3) 방전
대상, 종류, 정전용량, 전하량, 방전에너지 등이 있다.
- 원인물질 또는 제조설비에 대전된 정전기의 방전대상이 정전기 방전에너지 값에 영향을 미치게 되는데 예를 들어 대전 정전기가 도체를 통해 방전되는 경우 방전에너지 값은 커지게 된다.
- 또한, 정전기 대전 물질 또는 설비의 방전종류는 원인물질의 최소점화에너지와의 비교를 위해 필요한 정전기 방전에너지 값 결정에 영향을 미치는 영향요인이다.
정전기 관련 사고 조사
정전기 관련 화재·폭발 원인분석 시 현상의 물리적 측면, 조작 및 운전 오류 등의 인적 측면과 작업방법·절차 등을 다양하게 확인하여 다음과 같이 직·간접, 근본 원인 관련 데이터를 수집할 필요가 있다.
(1) 직접 원인
- 정전기 화재·폭발 기점
- 화재·폭발 대상 기체
- 점화원으로 작용한 대전물체
- 화재·폭발 발생시점
- 인적 거동
(2) 간접 원인
- 물리적 현상 발생 요인
- 방호벽 요인
- 위험장소에서의 근로자 활동
- 피해 확산 방지
(3) 근본 원인
- 시스템 및 조직 요인
- 정보 관리 요인
Reference : KOSHA 연구보고서 정전기 화재·폭발 원인분석을 통한 안전관리 방안 마련
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