정전기 안전 - 정전기 제어 (습도, MIE, 제거)

정전기와 습도의 관계

지난 포스팅에서는 정전기의 발생과 메카니즘에 대해서 알아보았습니다. 이번 포스팅에서는 정전기를 제어하는 방법에 대해 알아 보겠습니다.

🔹 정전기와 습도의 영향

• 물질의 표면저항은 주위 습도에 의해 제어가 가능하며, 65 % 이상의 습도에서 대부분의 물질은 정전기의 축적을 방지하기에 충분한 표면 도전율을 갖는다. 그러나 습도가 30 % 이하로 떨어지면 양질의 절연체가 되어 전하의 축적이 증가하게 된다.
• 습도는 물질의 표면도전율을 증가시키지만, 생성되는 전하는 대지와 연결된 도전성 경로가 있어야 소멸된다.
• 일부 절연체는 공기로부터 습분을 흡수하지 않으며 높은 습도에서도 그 표면저항률을 감소시키지 않는다. 이와 같은 절연체의 예로는 플라스틱파이프 및 용기, 필름, 오염되지 않은 폴리머 물질, 석유류 표면 등을 들 수 있다.

🔹 상대습도와 정전기 

정전기의 발생 방법	정전압 (V)
	10-20% (상대습도)	65-90% (상대습도)
카펫트 위를 걷는 동작	35,000	1,500
비닐 바닥 위를 걷는 동작	12,000	250
작업대 위의 작업자	6,000	100
작업지시판의 비닐	7,000	600
작업대에서 Poly Bag을 드는 동작	20,000	1,200
폴리우레탄으로 채운 작업용 의자	18,000	1,500

습도를 높이면 정전기는 90% 감소된다!
가장 쉬운 제어방법이다.

신개념 가습장치 파인포그​ *출처 : https://m.blog.naver.com/PostView.nhn?blogId=flymysky&logNo=220538458791&proxyReferer=https:%2F%2Fwww.google.com%2F

*출처 : https://www.condair.co.uk/news/condair-jetspray-humidifies-fujifilm

   
TIP! Pure Water (Demi Water라고도 칭함)는 물속에 이온성분이 제거되었기 때문에 전기전도도가 매우 낮다.
TEST 결과 Pure Water의 경우 정전기 제거 효과가 낮았다. (ulsansafety 경험)

최소점화에너지 (MIE)

🔹 최소점화에너지 (MIE)

산소분위기에서 가연성 물질 및 분진이 정전기 방전(점화원)과 만나면 폭발ㆍ화재가 일어날 수 있다. 최소점화에너지는 가연성물질에 따라 다르며 정전기가 제대로 배출, 소멸되지 않으면 방전이 되는데, 이때 방전에너지가 최소점화에너지 보다 클 경우 폭발ㆍ화재가 발생할 수 있다. 정전기의 방전에너지가 최소점화에너지 보다 작을 경우에는 안전하다고 볼 수 있다.

일반적으로 우리가 알고 있는 연소의 3요소는 가연물, 산소, 점화원이다. 점화원인 불꽃과 Spark가 없어도 연소가 이루어 질수 있다. 제조업에서는 분체 부터 고압가스, 인화성가스 까지 다양한 화학물질을 취급 한다. 화학물질에 따른 MIE값을 제어할수 있어야 된다. 무턱대고 불이 안나겠지 하고 기도만 할수 없는 노릇이다. 연소의 3요소가 아닌 연소의 4요소를 알고 사업장 안전에 적용해야 한다. 

🔹 화학물질 별 최소점화에너지 (MIE)

수소(H2)는 매우 0.016mJ의 낮은 에너지에도 연소가 시작된다. 반대로 분체인 폴리프로필렌은 15,000mJ에서 연소가 시작된다. 이와 같이 물질에 따른 최소점화에너지는 다르다. 아래의 자료는 KOSHA 연구 자료를 토대로 작성되었으며 모든 화학물질에 대한 자료가 없어 아쉬운 부분이 있지만 C.H 물질의 경우 분자량이 작을수록 MIE값이 낮은 경향을 보인다. 

물질명	MIE [mJ]	물질명	MIE [mJ]	물질명	MIE [mJ]
hydrogen	0.016	ethylene	0.070	methanol	0.140
benzene	0.200	xylene	0.200	methane	0.210
cyclohexane	0.220	ethane	0.240	heptane	0.240
hexane	0.240	toluene	0.240	butane	0.250
butane	0.250	propane	0.250	n-pentane	0.280
propylene	0.280	cyclopentane	0.540	ammonia	680.000
P.E(Polyethylene)	10,000	P.P(Polypropylene)	15,000

정전기 측정과 최소점화에너지를 이용한 상관관계에 대해서는 다음 포스팅에서 자동계산 기능을 추가하여 포스팅 하겠습니다.

🔹 외적 인자의 영향

• 가스 및 증기상 : 온도가 높을수록, 압력이 높을수록, 산소의 농도가 높을 수록 MIE 값이 낮아져 작은 점화(방전) 에너지로 폭발이 일어나기 때문에 위험하다.
• 분체 : 온도가 높을수록, 압력이 높을수록, 습도가 낮을수록, 입자의 크기가 작을수록 MIE 값이 낮아져 작은 점화(방전)에너지로도 폭발이 일어나기 때문에 위험하다.
• 분체 입경과 MIE 상관관계 : 분체의 입경이 작을수록 MIE값이 낮아져 위험도가 올라간다.

입경(㎛)	MIE(mJ)
710~1680	5000 이상
355~709	250~500
180~354	50~250
105~179	10 이하
53~104	10 이하

 미세 분체의 폭발 실험 영상 

미세 분체의 폭발 실험 영상

 

정전기로 인한 사고예방 안전 관리

🔹 가연성 물질의 차단
전기의 제거 단계 이전에 모든 점검 및 정비 작업 시 가연성 물질이 누출되지 않도록 하는 것이 가장 중요하다. 

🔹 접지 및 본딩(Bonding)에 의한 대전방지
접지는 정전기 제거 대책 중 가장 기본적인 대책으로 물체에 발생한 정전기를 대지로 누설, 완화시켜 정전기가 축척되거나 대전되는 것을 방지하기 위해 도체를 접지하면 대전 전위가 대지와 거의 등전위가 되므로 점화성 방전이 발생하지 않는다.
특히, 정비 작업을 위해 설비를 해체한 경우 기존 설비에 접지 및 본딩이 설치되어 있었지만, 정비 작업을 위해 설비(배관, 용기)를 해체, 분리하는 경우 접지 기능이 상실되어 정전기가 축적되므로 이 경우 임시 접지를 하여 정전기가 배출되도록 해야 한다. 

🔹 습도 유지
정전기로 인한 화재.폭발 사고 우려가 있는 장소에는 습도를 충분히 유지시켜 정전기 발생을 억제시킨다. (가습, 습증기, 스팀화 등)

신개념 가습장치 파인포그​ *출처 : https://m.blog.naver.com/PostView.nhn?blogId=flymysky&logNo=220538458791&proxyReferer=https:%2F%2Fwww.google.com%2F

🔹 인체 정전기 제거
•정전기 제거봉 및 로프 커튼: 작업 전 정전기 제거봉 및 로프 커튼을 사용하여 인체에 축적된 정전기를 제거한다.

🔹 정전기 제거 카드
작업 전 정전기 제거 카드에 접촉하면 안전한 수준으로 정전기가 소멸된다.

출처 : http://blog.daum.net/_blog/ArticleCateList.do?blogid=0J1FH&CATEGORYID=228882&dispkind=B2201&navi=&totalcnt=1

🔹 제전복
정전기로 인한 사고 위험성이 있는 작업 시에는 카본사 재질로 제작된 제전복을 착용하여 인체 정전기를 대기로 소멸(방전) 시킨다.  제전복과 일반 작업복에 대해 실한 결과 일반 작업복의 경우 2500~4500 Volt가 축적되었으며, 제전복의 경우 1000 Volt로 축적되었으며, 약 3초 후 50 Volt까지 완화되었습니다. (ulsansafety 직접 실험)

출처 : http://kj-mall.com/

🔹 제전기
Ionizer를 적용하여 이온을 강제로 생성한 다음 대기로 양이온과 음이온을 확산시킴으로써 정전기를 중화시킨다. 단, 제전기는 방폭 기능이 없으므로 방폭지역에서의 사용은 불가능하다.

출처 : http://itempage3.auction.co.kr/DetailView.aspx?itemno=A830141025

🔹 도전Bag
가연성 PWD 등을 처리할 때는 제전사 재질로 제작된 도전 Bag에 접지하여 사용함으로써 축적된 정전기를 빠른 속도로 소멸시킨다 (단, 반드시 접지 집게를 사용하여 접지를 해야 기능이 유지됨).

일반 BIG BAG	CONDUCTIVE BAG (도전백)
• 일반 BIG BAG은 PP 또는 PE 재질로 제작되어 마찰대전과 유동대전에 의한 정전기가 발생한다. • 분체의 수송과 포장 과정에서 발생된 정전기는 약3만~4만 Volt로 매우 높다.	• CONDUCTIVE BAG (도전백)은 PP 또는 PE 재질로 제작되었으나, 도전사(Carbon 재질)이 일정한 간격으로 배치되어 정전기 제거(완화) 효과가 높다. • 단, 접지 클램프를 반드시 부착해야 효과가 높다. • 분체의 수송과 포장 과정에서 발생된 정전기는 약3만~4만 Volt로 매우 높으나 CONDUCTIVE BAG (도전백)을 사용한 경우 800~1000 Volt로 측정된다. (클램프 부착하지 않은 경우) • 접지 클램프를 부착한 경우 50~100Volt로 측정되며 완벽히 안전한 수준까지 감소되었다.

• 해당 실험은 ulsansafety가 직접 실시한 것으로 BAG 표면에서 측정한 결과임을 고려하기 바랍니다.

🔹 자연완화

인위적인 정전기의 소멸이 어려운 경우 대기에 방치하여 정전기가 소멸될 때 까지 기다린다. 굉장히 중요한 부분이다. 축적된 정전기는 시간이 지나면 대기의 공기층으로 소멸이 된다. 특히, 분체의 경우는 온도가 떨어지면 정전기가 소멸된 것으로 볼수 있다. 분체의 경우 포장 이후 2~3일간 정전기가 5000V이상 축적되어 소멸이 잘 되지 않는다. 시간과의 싸움이다.