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전기/전기용어

정전기에 의한 재해

1. 정전기에 의한 재해.
정전기를 문자대로 정의를 내리면 “공간의 모든 장소에서 전하의 이동이 전혀 없는 전기"라고 규정할 수 있다. 그러나 일반적으로 우리들의 주변에서 흔히 일어나는 정전 현상이나 정전기 응용 실례, 정전기 재해에서는 필연적으로 전하의 미소한 이동, 즉 전류를 동반하고 있다. 이러한 사실에도 불구하고 정전기라는 단어를 사용하고 있는 이유는 다소의 전하이동이 있더라도 그 전류로 인한 자계의 효과가 정전기가 보유하고 있는 자체의 전계효과에 비해 지배를 받기 때문이다. 이러한 면을 고려하면 정전기의 구체적 정의는 '전하의 공간적 이동이 적고 그것에 의한 자계의 효과가 전계에 비해 무시할 수 있을 만큼 적은 전기'라고 확대하여 말할 수 있다. 일반적으로 서로 다른 두 물체를 마찰하면 두 물체의 표면에 정전기가 발생되므로 정전기를 마찰 전기라고 부르고 있으나, 이종의 물질이 접촉된 후 서로 분리되면서도 정전기가 발생하므로 반드시 마찰에 의해서만 정전기가 발생하는 것은 아니다.

2. 정전기 발생 종류
정전기의 발생은 주로 2개의 물체가 접촉할 때 본래 전기적으로 중성상태에 있는 물체에서 극성 전하가 과잉되는 현상이며 이 과잉 전하를 정전기라 말한다. 발생한 정전기가 물체 상에 축적되는 현상을 정전기 대전이라 한다. 정전기 발생 종류를 나타내면 다음과 같다.
1) 마찰에 의한 발생 : 두 물체의 마찰이나 마찰에 의한 접촉 위치의 이동으로 전하의 분리 및 재배열이 일어나서 정전기가 발생하는 현상.
2) 박리에 의한 발생 : 서로 밀착되어 있는 물체가 떨어질 때 저하의 분리가 일어나 정전기가 발생하는 현상.
3) 유동에 의한 대전 : 액체류가 파이프 등의 내부에서 유동할 때 액체와 관벽 사이에 정전기가 발생하는 현상.
4) 분출에 의한 발생 : 분체류, 액체류, 기체류가 단면적이 작은 분출구를 통해 공기중으로 분출될 때 분출하는 물질과 분출구와의 마찰로 인해 정전기가 발생하는 현상.
5) 충돌에 의한 발생 : 분체류와 같은 입자 상호간이나 입자와 고체와의 충돌에 의해 빠른 접촉, 분리가 행하여짐으로써 정전기가 발생하는 현상.
6) 파괴에 의한 발생 : 고체나 분체류와 같은 물체가 파괴되었을 때 전하 분리 또는 정, 부 전하의 균형이 깨지면서 정전기가 발생하는 현상.
7) 교반(진동)이나 침강에 의한 발생 : 액체가 교반될 때 대전에 의해 정전기가 발생하는 현상.
8) 기타 정전기의 발생 : 전하를 내포하고 있는 물 등의 액체류가 동결되어 파괴되면 파괴면에서 정, 부 전하의 균형이 깨지면서 전기 이중충이 형성되어 정전기가 발생하는 현상.

3. 정전기의 방전 현상
정전기 방전은 정전기의 전기적 작용에 의해 일어나는 전리작응으로 일반적으로 대전 물체에 의해 생기는 정전계가 공기의 절연 파괴강도(약 30kV/cm)에 달했을 때 일어나는 기체의 전리 현상이다. 정전기 방전이 일어나면 대전 물체에 축적된 정전기 에너지가 방전 에너지로 방전 공간에 방출되고 열, 파괴음, 발광, 전자과 등으로 소비된다. 이 방전 에너지가 크게 되면 가연성 물질의 착화 등으로 이어져 정전기 재해의 원인이 된다. 정전기 방전의 형태로는 다음과 같은 형태가 있다.
1) 코로나 방전 : 불평등 전계에 의해 전계의 집중이 일어나 이 부분만이 전리를 일으키는 국부적인 방전
2) 스트리머 방전 : 비교적 강한 파괴음과 수지상의 발광을 수반하는 방전으로서 방전 에너지 밀도가 크기 때문에 정전기 재해, 장해의 원인이 된다.
3) 불꽃 방전 : 대전 물체와 접지 도체의 형상이 비교적 평활할 때에 강한 파괴음과 발광을 수반하게 되고 대기 중에서 돌연 발생하는 방전으로서 방전 에너지 밀도가 크기 때문에 정전기 재해, 장해의 원인이 된다.
4) 연면 방전 : 대전 물체의 뒷부분에 접지 도체가 있는 경우 대전 물체 표면의 전위가 상승되어 대전 물체 표면을 따라 발생하는 방전
5) 뇌상 방전 : 공기중에 떠 있는 대전 입자에 의해 공간 전하운이 발생할 때 발광을 수반하며 발생하는 방전으로서 방전 에너지가 극히 크기 때문에 가연성 물질의 착화원이 될 확률이 높다.

4. 정전기 현상과 재해

정전기의 각종 대전으로 발생하는 재해는 다음과 같이 역학적 현상에 의한 것과 정전유도 현상에 의한 것으로 나눌 수 있다.
1) 역학적 현상에 의한 것 정전기의 전기적 작용인 쿨롱의 힘에 의해 대전 물체 가까이에 있는 가벼운 물체가 대전 물체에 흡인, 반발하는 운동 현상 또는 가벼운 대전 물체가 중력, 풍력 등의 작용과 다른 운동을 하는 현상.
2) 정전유도 현상에 의한 것 대전물체 가까이에 절연된 도체가 있을 때 정전계에 의해 대전 물체 가까이에 있는 도체 표면상으로 대전 물체의 전하와 반대 극성의 과잉 전하가 나타나고, 이것과 극성이 다른 같은 양의 과잉 전하가 대전 물체에서 멀리 있는 표면상으로 나타나는 현상.
정전기에 의한 재해 및 장해는 광범위한 산업분야에서 문제가 되고 있으며, 정전기에 의한 재해로는 감전, 화재 및 폭발, 설비의 기능저하 등을 들 수 있다.