정전기란 무엇인지 정의를 내려보고 정전기 발생의 종류와 영향을 주는 요인들이 어떤 것들이 있는지와 정전기 발생을 방지할 수 있는 대책에 대해서 살펴보도록 하자.
1. 정전기의 정의
정전기를 문자 그대로 정의를 내려면 "공간의 모든 장소에서 전하의 이동이 전혀 없는 전기"라고 할 수 있다. 그러나 일반적으로 우리들의 주변에서 흔히 일어나는 정전현상이나 정전기 재해에서는 반드시 아주 작은 전하의 이동, 즉 전류를 동반하고 있다. 이런 사실에도 불구하고 정전기라는 단어를 사용하고 있는 이유는 많든 적든 전하의 이동이 있더라도 그 전류로 인한 자계의 효과가 정전기가 가지고 있는 자체의 전계효과에 비해 무시할 수 있을 정도로 작고, 정전기로 인한 현상들이 거의 대부분 전계의 효과에 의해 지배를 받기 때문이다. 이러한 것을 고려하면 정전기의 구체적인 정의는 "전하의 공간적인 이동이 적고 그것에 의한 자계의 효과가 전계에 비해 무시할 수 있는 만큼 적은 전기"라고 확대해서 말할 수 있을 것 같다.
2. 정전기 발생 종류
2-1 마찰에 의한 발생
두 물체의 마찰이나 마찰에 의한 접촉위치의 이동으로 전하의 분리 및 재배열이 일어나서 정전기가 발생하는 현상을 말하며 접촉과 분리의 과정을 거쳐 정전기가 발생하는 대표적인 예로는 고체, 액체류 또는 분체류에 의하여 발생하는 정전기는 주로 이런 마찰에 기인한다.
2-2 박리에 의한 발생
서로 밀착되어 있는 물체가 떨어질 때 전하의 분리가 일어나 정전기가 발생하는 현상을 말하며 이것을 접촉면적, 접촉면의 밀착력, 박리속도 등에 의해 정전기 발생량이 변화한다. 일반적으로 마찰에 의한 것보다 더 큰 정전기가 발생한다는 것은 여러 실험에 의해 알려져 있다.
2-3 유동에 의한 대전
액체류가 파이프 등 내부에서 유동할 때 액체와 관벽 사이에 정전기가 발생한다. 액체류가 파이프 등 고체와 접촉하면 액체류가 고체와의 경계면에 전기이중층이 형성되어 이때 발생된 전하의 일부가 액체류와 함께 유동하기 때문에 정전기가 발생하는 현상으로 정전기 발생에 가장 크게 영향을 미치는 요인은 액체의 유동속도이지만 그 밖에 액체 흐름의 상태에도 관계가 있다.
2-4 분출에 의한 발생
분체류, 액체류, 기체류가 단면적이 작은 분출구를 통해 공기 중으로 분출될 때 분출하는 물질과 분출구와의 마찰로 인해 정전기가 발생한다. 이 경우에 분출되는 물질과 분출구를 구성하는 물질과의 직접적인 마찰에 의해서도 정전기가 발생하지만 실제로 더 큰 정전기가 발생하는 요인은 분출되는 물질의 구성입자들 간의 상호충동이다. 유체가 분사할 때 순수한 가스 자체는 대전 현상이 보이지 않지만 가스 내의 Dust, Mist 등이 혼입하면 분출 시에 대전한다.
2-5 파괴에 의한 발생
고체나 분체류와 같은 물체가 파괴되었을 때 전하분리 또는 정,부전하의 균형이 깨지면서 정전기가 발생하는 현상이다.
2-6 교반(진동)에 의한 발생
액체가 교반될 때 대전하므로 탱크로리나 탱커는 수송 중에 대전하여 접지하도록 규정하고 있다.
3. 정전기 발생에 영향을 주는 요인
3-1 물체의 특성
정전기 발생은 접촉 분리하는 두 가지 물체의 상호 특성에 의해 결정되며 한 가지 물체만의 특성에는 전혀 영향을 받지 않는다. 일반적으로 대전량은 접촉이나 분리하는 두 가지 물체가 대전서열 내에서 가까운 위치에 있으면 적고 멀리 위치해 있을수록 대전량이 큰 경향이 있다. 또한 물체가 불순물을 많이 포함할수록 이 불순물로 인해 정전기 발생량은 커지게 된다.
3-2 물체의 표면 상태
물체의 표면상태는 정전기 발생에 영향을 주어 일반적으로 표면이 원활하면 발생이 적어지게 된다. 또 물체 표면이 수분이나 기름 등으로 오염되었을 때는 산화, 부식에 의해 정전기가 크게 발생된다.
3-3 접촉면적 및 압력
접촉면적은 정전기 발생에 큰 영향을 주며 이것이 클수록 발생량도 커지고 또한 접촉압력이 증가하면 접촉면적도 증가하므로 결과적으로 정전기 발생량도 증가하게 된다.
3-4 분리 속도
분리과정에서 전하가 완화되는 시간에 따라 정전기 발생량이 좌우되며, 전화완화시간이 길면 전하분리에 주는 에너지도 커져서 발생량이 증가한다. 또한 일반적으로 분리속도가 빠를수록 정전기의 발생량은 커지게 된다.
4. 정전기 발생 방지 대책
첫째, 대전방지대책으로 금속물체를 대지의 전위와 같거나 최소로 하기 위해 접지극으로 동판을 매설하고 거기에 금속물체를 접속하는 접지가 있으며 금속물체를 전부 접지하기 곤란한 경우에 대전방지대상 도체와 누설저항이 낮은 도체를 이용하여 전기적으로 접속하는 방법인 본딩이 있다.
둘째, 인체의 대전방지책으로 보호구 착용이 있다.
셋째, 대전방지제 사용으로 고체의 경우에 대전방지제를 도포함으로 정전기를 예방하고 액체의 경우 연료에 대전방지액을 첨가하여 정전기를 예방하기도 한다.
넷째, 가습에 의한 공기의 상대습도를 높이는 방법이다. 상대습도를 높임으로써 물체표면의 흡습량이 증가하고 표면 저항률이 낮아져서 물체의 도전성이 증가하고 대전이 어렵게 된다.
다섯째, 그 밖에 제전제 및 제전기 사용 등이 있다.
5. 요약 및 결론
정전기는 공간의 대부분에서 전하의 이동이 거의 없는 상태를 말한다. 이는 전류의 흐름이 거의 없는 상태를 의미하지만, 실제로는 전하의 이동이 있을 수 있다. 이런 상황에서도 '정전기'라는 용어를 사용하는 이유는 전류로 인한 자기장의 효과가 무시할 수 있을 정도로 작고, 정전기로 인한 현상이 대부분 전기장의 영향을 받기 때문이다. 정전기 발생 종류는 마찰, 박리, 유동, 분출, 파괴, 교반 등 다양한 상황에서 발생할 수 있으며 각각의 상황에 따라 전하의 분리와 이동이 발생하여 정전기가 발생한다. 정전기에 영향을 주는 요인은 물체의 특성, 표면 상태, 접촉면적 및 압력, 분리속도 등이 있으며 정전기 발생 방지 대책으로 접지, 본딩, 보호구, 대전방지제, 가습 등이 있다.
정전기 발생 방지는 다양한 측면에서 중요하다. 전기기기 오작동, 전기화재, 전기적 충격 등의 위험을 초래할 수 있고 감전사고도 발생할 수 있다. 그리고 장비의 수명이 단축되거나 생산설비의 생산성이 떨어지는 원인이 되기고 하기 때문에 정전기 발생 방지는 전기 시설물 및 장비의 안전성을 유지하고 인적 및 환경적인 위험을 최소화하는데 매우 중요하다.