용접안전-공기층 절연파괴로 아크 발생

용접안전-공기층 절연파괴로 아크 발생

이번에는 용접작업시 공기층 절연파괴로 인한 아크(불꽃)이 발생하는 현상에대해서 알아보겠습니다.

▶교류아크용접기

교류를 사용하여 금속 전극(피복 용접용)과 모재와의 사이에서 아크를 내어 모재의 일부를 녹임과 동시에 전극봉 자체도 선단부터 녹아 떨어져 모재와 융합하여 용접하는 기계장치이다. 금속 아크 용접은 금속 전극(피복 용접용)과 모재와의 사이에서 아크를 내어 모재의 일부를 녹임과 동시에 전극봉 자체도 선단부터 녹아 떨어져 모재와 융합하여 용접하는 방법 등이 있다. 교류를 사용하는 용접법을 일반적으로 교류 아크 용접이라 한다. 교류 용접기는 아크를 안정시키기 위해 그 무부하에 전압이 높고 500A 용접기에서 95V 이하로 되어 있다.

▶교류아크용접기와 TIG용접기 사용시 공기층 절연파괴의 위험성

용접이란 전극 합선의 원리를 이용하는 것이다. 홀더선과 리드선(어스 크램프)의 전기적 합선을 일으켜 아크를 발생시키고 고열을 발생시킨다. 이 고열은 철판을 녹여서 모재 금속을 결합시키는 것이다. 

용접을 할때 모재를 목이는 부분에 아크가 발생하는 것이 정상이다. 그러나 가끔 모재 용접부위가 아닌 엉뚱한 곳에서 아크가 발생하는 것을 본 적이 있을 것이다.

다음은 공기층 절연파괴로 인한 아크 발생을 실험한 영상이다.
첫번째는 모재에 어스 크램프를 체결하지 않아 정상적인 용접회로가 구성되지 않은 실험이고
두번째는 모재에 어스 크램프를 체결하여 정상적인 용접회로가 구성된 실험 영상이다

두번째 영상은 모재에 어스 크램프를 체결하여 정상적인 용접회로가 구성되어 공기 절연층 파괴가 일어나지 않는 반면 첫번째 영상에서는 모재에 어스 크램프를 체결하지 않아 공기 절연파괴가 일어나는 영상이다. 즉, 정상적인 용접회로가 구성되어 있을때 공기측 절연파괴 현상을 방지 할 수 있다. 

가끔 용접사가 모재에 직접 접지하지 않고 용접하는 경우 공기층 절연파괴로 아크가 발생한다.  
화기작업 감독을 할때 눈여겨 볼 부분이다.

▶공기층 절연파괴

※ 방전이란 어떠한 현상인가?
방전(放電)은 전극사이에 걸리는 전위차에 의해 전극간에 존재하는 기체에 절연파괴가 발생하여 전자가 방출되고 전류가 흐르는 현상이다. 

정전기의 대전물체 주위에는 정전계가 형성이 정전계의 강도는 물체의 대전량에 비례하지만 이것이 점점 커지게 되어 결국, 절연체에 전압을 인가할 경우 어느 값 이상의 전압이 되면 절연물이 파괴되어 불꽃방전이 일어나고 그 부분이 도전성이 되어 절연성능을 잃게 되는데 이것을 절연파괴라고 함

공기의 절연 파괴 강도 (약 30KV/cm)에 도달하게 되면 공기의 절연 파괴현상, 즉 방전이 일어나게 됨

√ 기본적으로 아크용접기의 경우 전기적 회로가 잘 구성이 되어 있다면 공기 절연파괴에 의한 아크는 형성되지 않는다. √ 용접기의 두 개의 전기선 (홀드선과 모재에 접지하는 귀선용 케이블)의 접속이 완벽하지 않은 경우 아크가 발생된다.
 1. 모재 접지 클램프가 헐렁거리게 접지를 한 경우
 2. 모재에 직접 접속을 하지 않고 WORK PLATE에 접속하여 모재와 WORK PLATE가 접속이 원활하지 않아 공기 절연파괴가 발생함

▶인화성 물질 취급 공정에서의 위험성

인화성물질을 취급하는 공정, 폭발위험장소, 위험물보관소, 가스보관소에서 용접작업을 할때 모재 접지 불량으로 인한 공기층 절연파괴 현상이 일어나는 경우 폭발, 화재 사고의 위험성이 상존한다. 인화성가스가 언제 누출될지 모른다!
아래의 사진은 실제 화학공장 파이프렉 Bracing부분에서 아크 불꽃이 일어나는 사진이다. 이론적으로 가능하다. 파이프렉 또는 철골구조의 경우 조립을 하게된다. 철재 구조물 사이에 간격이 생기게 되는데 이 공기층에서 전류가 흐르면서 아크가 발생된다.

화학공장의 경우 철골에 모재 접지를 금지해야 한다. 단, 감전예방을 위해 철골에 3종 접지는 가능하다.

▶모재 접지 간격

용접작업 시 모재 접지 간격은 짧을수록 용접효률과 안전에 유리하다.

▷건설현장 용접 용단 작업시 안전보건작업 기술지침 (KOSHA GUIDE C-108-2017)
4.3 (5) 접지클램프는 용접대상물(모재)에 접지해야 하며, 모재가 아닌 주변 구조물(철재빔 등)에 접지하지 않도록 한다

C-108-2017 건설현장 용접 용단 작업시 안전보건작업 기술지침.pdf

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▷ 듀폰사  Ground Connections and Hazards, Arc-Welding Equipment
4. Welding current return path
    4.1 Whether the welding voltage is alternating current or direct current,
    the welding leads should be as short as reasonably possible. The return
    path should be direct to the voltage source. AC welding leads act as a
    radio frequency transmitter. Keeping the leads as short as possible will
    minimize the opportunity for radio interference with electronic equipment.

위험은 항상 숨어 있다. 우리가 보는 것만이 전부가 아니다. 이 포스팅을 위해 관심과 지원을 해 주신 듀폰코리아의 최준환 이사님께 감사의 마음을 표합니다.

 

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