정전기(Electrostatic)의 방전 / 정전기의 방지법

정전기(Electrostatic)의 방전 / 정전기의 방지법

 

 

1. 정전기의 개요

정전기란 물체에 전하가 축적-방전되는 것으로 정전기의 방전에 의한 재해는 전격,화재, 폭발의 착화원인이 있으며 ,방전에 의해 발생된 noise는 특히 인텔리젼트 빌딩에서 OA, BA 기기의 전자회로의 오동작,부동작 및 이 있다.(전하의 공간적 이동이 적어 이 전류에 의한 자계효과가 전계효과에 비해 무시할 정도로 아주 적다)

1) 정전기발생의 "예"

· 물체가 마찰할 때

· 액체가 분출할 때

· 접촉되어 있는 피복을 벗길 때

· 액체가 파이프 호스內를 흐를 때

· 액체 분체가 충돌할 때

· 액체 등을 옮길 때

 

 

2. 정전기의 방전

1) 정전기의 대전현상(물체가 전하를 갖게 되는 것)

정전기의 대전현상에는 마찰대전, 박리대전, 유동대전, 분출대전, 충돌대전, 유도대전, 비말대전,적하대전, 침강대전, 부상대전, 동결대전 등이 있다.

1-1) 고체의 대전

전하의 분리가 느려 전하의 환하가 서서히 이루어지며 +,- 로 대전하는 물체로서, (+,-의 구별은 물체의 대전적 성질에 의해 결정)

반도체 : 반도체, 절연체 : 절연체, 반도체 : 절연체

 

· 합성수지 및 고무류의 대전방지는 대전방지제, 탄소 등이 혼입되어 있는 도전성 합성수지나 고무를 사용하고 이를 접지한다.

· 합성수지류에 대전방지제를 첨가하거나 도포하여 도전율을 향상시킨다.

· 섬유나 布류의 대전방지는 금속섬유,유기도전성 섬유 등의 도전성 재료를 사용하고 접지시키거나 섬유나 布류에 대전방지제를 첨가하거나 도포한다.

· 유리,자기류의 대전방지는 도전성 유리를 사용하여 접지하거나 표면전체 또는 일부에 도전성 도료를 사용하여 접지하는 방법 및 가습,가수하거나 제전기에 의한 방법이 있다.

· 종이류의 대전방지는 적절한 대전방지제를 도포하여 도전율을 향상시키고 접지하는 방법 또는 가습, 가수하는 방법 및 제전기에 의한 방법 등이 있다.

 

1-2) 기체,분진의 대전

반응형

청정기체는 거의 대전하지 않으나 기체 중에는 이물질이 포함되므로 기체가 유동,분출할 때에는 이물질이 마찰 등에 의해 대전하여 기체가 대전한 것처럼 보인다.

수증기,액화가스,용제증기 등은 노즐에서 기상으로 방출하면 거의 대전하지 않으나 액상 또는 기액 혼합상태로 분출되면 분무대전 또는 충돌대전 등에 의해 액적, 미스트로 정전기가 발생하므로 고압방출(분출)을 방지하고, 방출노즐은 미립화하기 어려운 구조의 것을 사용하며, 유동 또는 분출에 사용되는 도체 및 대전염려의 근접도체는 모두 접지한다.

 

1-3) 분말의 대전방지

용기벽과의 마찰, 분말간의 충돌, 분말의 파쇄 등에 의해 정전기가 발생하며 분말입자가 작을수록 정전기 발생이 크고 최소착화에너지가 저하한다. 즉, 분진농도가 높을수록 방전이 쉽고 또한 착화가 쉽다.

분말의 대전방지는 가습,극성용제의 첨가로 분말의 저항을 저하시키고, 재료의 도전성 재료 사용, 속도의제한, 분말의 크기를 크게 하고, 취급규모를 적정하게 하며, 분말의 비산방지, 제전기 사용 등으로 경감할 수 있다.

1-4) 액체의 대전방지

가연성액체를 취급하는 장치, 용기, 배관 등을 금속제나 도전성의 재료로 된 것을 사용하고 이를 접지한다.

액체용 대전방지제를 혼입하여 도전율을 향상시키며 이와 밀착된 금속을 이용하여 간접 접지한다.

정지된 가영성 액체는 접지이외에 정치시간을 설정하고, 비산하는 가연성 액체에 대해서는 대전을 방지할 수 없기 때문에 액체류의 정전기 발생 방지대책에 의해 재해를 방지해야 한다.

불연성액체의 대전방지는 가연성액체와 같은 방법으로 대전을 방지하며, 정지해 있는 액체에 대해서는 제전기에 의해 대전을 방지한다.

 

2) 대전전하의 방전

정전기의 방전은 정전기의 전기적작용에 의해 일어나는 전리작용으로 일반적으로 대전물체에 의해 정전계가 공기의 절연파괴 전계강도30(㎸/㎝)에 달한 경우에 일어나는 기체의 전리현상이다.

정전기 방전이 일어나면 대전물체에 축적되어 있는 정전기에너지가 방전에너지로서 공간에 방출되어 열, 파괴음, 발광, 전자파 등으로 소비되며, 이 방전에너지가 크면 가연성 물질에 착화를 일으키고 정전기장해 및 재해의 원인이 된다.

방전의 종류는 Corona방전, Streamer(brush)방전, 불꽃방전, 연면방전이 있다.

※ 도체의 정전에너지

- W : 정전(방전)에너지

- C : 대전물체의 정전용량

- V : 대전전위

- Q : 대전전하

 

※ 절연물로부터의 방전

- I : 방전전류

- R : 방전공극의 전압

- V : 방전전극간의 전압

 

3) 방전에너지 

인체의 정전용량을 100~200(㎊)으로 모델화하여 손가락으로 접지면에 방전할 경우의 방전전류 지수함수

◆ τ = (V/R)·e-(1/τ)

- τ : CR

- R : 방전저항(인체 내부저항 + 피부저항 + 공기의 방전저항의 직렬)

· 공기의 절연파괴 강도는 30(㎸/㎝)를 초과하면 공기의 절연파괴인 방전이 발생한다.

· 통증을 느끼는 값 : 5(mJ)

· 전격으로 사망하는 값 : 6~17(J)

 

 

3. 정전기에 의한 전자장애

인간이 정전기에 의해 감전되는 전압은 대체로 500V이며, 이때의 누설전류는 수㎂ 정도이나 전자기기는 이정도의 전압에도 반도체가 파괴되고, device의 誤동작을 일으킨다.

<표> 전자부품의 정전파괴전압

 

 

4. 정전기의 방지대책

정전기의 방지대책은 정전기의 발생을 억제하는 방법과 발생된 정전기의 신속한 방전 및 도전등으로 정전기를 완화시키는 방법이 채용되고 있다. 부도체의 대전방지를 위해서 사용되는 도전성 섬유는 낮은 전위에서도 방전이 발생해서 방전이 일어나기 쉬운 성질을 이용하고 있다. 도전에 의한 완화는 주로 대전물체와 대지간의 전기전도에 의해 이루어진다.

1) 정전기의 발생억제

1-1) 습기의 적정치 유지

실내습도를 60%이상 유지하면 물체표면에 수분에 의한 엷은 피막이 생기고 공기중의 CO₂가 이에 용해되어 도전성이 생겨 정전기 축적을 미연에 방지한다.

· 상대습도 65~90% 유지시 : 정전기전압 1.5(KV)

· 상대습도 10~20% 유지시 : 정전기전압 30(KV)

 

2) 공기의 이온화

대전전하를 다른 극성의 이온을 분산시켜 정전기를 중화시키는 방법으로 가격이 고가이고 역대전의 위험이 있다.

습도,결로현상에 약한 생산현장 등에 적용된다.

 

3) 발생된 정전기의 신속한 방전

접지와 본딩으로 도체의 대전을 방지하는 방식으로 도체와 대지와의 사이를 전기적으로 접속해서 대지와 등전위화 함으로써 정전기의 축적을 방지하는 방법이다. 접지의 효과는 정전기의 축적을 방지하고, 정전유도를 방지하며, 전위상승 및 방전이 억제된다. 따라서 많은 양의 대전이 우려되는 개소(마찰 등에 의해 지속적으로 정전기가 발생되는 부분 또는 장치, 정전기가 대전되어 있는 물질을 다량으로 취급하는 용기, 이동식 또는 가반형의 장치 등)에는 가능한 한 금속재료를 사용하고, 부득이한 경우에는 대전방지처리된 것을 사용하거나, 대전방지제를 사용한다.

정전기 대책을 위한 접지는 1*106Ω 이하이면 족하다.

본딩(부도체로 격리되어 있는 금속도체 상호간을 확실하게 접속하기 위해 실시한다)의 저항은 1*103Ω 미만으로 유지시킨다.

3-1) 컴퓨터센터에서의 정전기 방지방법

· 바닥면에 정전기 방지용 매트,시트 사용

· 도전성 구두 또는 도전성이 높은 구두착용

· 보관,운전에 정전기 방지대책을 실시한 용기사용.

 

3-2) 전도성 타일에 대한 대책

3-2-1) 대전방지

· 전기저항이 1~ 1,000㏁ 이하의 상태 유지.

· 일반 컴퓨터실에 적용하며, 제전 스프레이 대전방지제를 사용한다.

3-2-2) 정전기제거

· 전기저항이 0.01~ 1 ㏁ 이하의 상태 유지.

· 전산실 등 고신뢰성이 요구되는 공간을 도전바닥을 접지하여 대전된 인체를 접지시키는 방법,

(체적저항이 1010(Ω·m)이하일 때 가능한 작업으로 행동반경의 제한 및 작업자 관리가 곤란하다)

 

3-3) ACCESS FLOOR의 정전기 누설방식

· 마감재료는 전도성 타일 사용 (미국의 IBM 제시)

- 전기저항이 0.5 ~ 20,000 ㏁ 이하

· 접지도선 - 8 ㎟ 이상

· 정전기제거용 접지저항은 1㏁ 이하 이어야 한다.

 

4) 대전물체의 차폐(정전차폐)

대전물체의 표면을 금속 또는 도전성 물질로 덮는 것을 말하며, 정전차폐를 실시하면 전기적 작용억제에 의한 대전방지효과, 대전물체의 전위상승이 억제되고, 대전되는 정전기에 의한 역학현상 억제 및 방전억제효과가 있다.

차폐제로는 금속제 또는 도전성의 테이프가 사용된다.

 

5) 정치시간

대전물체가 인화성 물질이고 폭발위험 분위기를 조성 또는 그 가능성이 있는 경우에는 정치시간을 두어 정전기의 발생을 억제한다.

 

6) 제전기에 의한 대전방지

제전은 물체에 대한 대전된 정전기를 이용하여 중화시키는 것으로 전압인가식, 자기방전식, 방사선식의 계전기가 있다.

 

7) 작업자의 대전방지

대전되어 있는 인체에서의 방전시에는 생체장애의 전격재해뿐만 아니라 폭발위험 분위기에서는 점화원이 될 수도 있으므로 손목접지대 등을 이용하여 인체에 접지한다.