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문제 정의
- 본 연구는 국내 충전소에서 작업자의 정전기로 인한 화재·폭발의 위험성을 평가하기 위해 온·습도별 인체대전전위의 영향과 작업복(도전성섬유 혼입 유무, 혼방비율, 세탁횟수)으로 인한 충전소 내에서의 화재·폭발 위험성을 다음과 같이 고찰하였다.
제안 방법
- 각 실험은 동일조건에서 각 3회 실시하였으며, 각 실험 후 축적된 전하를 방류시키기 위하여 인체는 Wrist-strap과 도전성매트를 활용하여 접지설비에 방류했다. 대전된 외투는 각 실험이 끝나면 접지판 위에 놓아 5분간 방치하고 송풍형제전기를 이용하여 제전시켰으며, 실험장소는 항온항습실 내부에서 실시하였다.
- 대전방법은 Fig. 2와 같이 정해진 보폭으로 좌우 이동을 5회 반복하여 측정하였으며, 옷을 벗을 때 발생하는 마찰효과를 얻기 위하여 상의 외투의 앞면을 개방한 채 양손으로 옷의 앞부분 가장자리를 잡고 좌우 각각 5회씩 당겨 문질렀고(1회 왕복마다 실시), 옷을 벗음과 동시에 인체 및 작업복의 대전전위를 측정하였다.
- 따라서 본 연구에서는 국내 LP 가스충전소의 작업자관련 현장조사를 통해 LP 가스충전소에서 실제로 사용되고 있는 작업복(동복) 샘플링 및 작업자의 작업환경 등을 파악하여 온·습도별 인체대전전위 및 작업복대전의 영향, 세탁횟수별 전하량, 마찰대전전위 등을 고찰하고 정전기로 인한 화재·폭발 위험성을 분석하였다.
- 본 실험은 인체 및 작업복의 대전전위 측정에 대한 실험 평가기준이 없기 때문에 국내 LP 가스충전소의 현장방문을 통해 충전소 각각의 작업환경 및 작업방법 등을 파악하여 실제 국내의 충전소 작업 중에 발생할 수 있는 인체 및 작업복의 대전전위를 측정하고, 인체대전전위로 화재·폭발의 발생 위험성을 평가하기 위하여 Fig. 1과 같이 실험장치를 구성하였다.
- 세탁횟수에 따른 시료별 마찰대전전위, 반감기 및 작업복의 대전전위를 측정하여 제전처리된 섬유의 제전성능 변화를 고찰하였다. 시료는 Table 2와 같이 선정하였고, KS K 6330의 절차에 따라 세탁 및 건조를 실시한 시료를 FITI 시험연구소에 의뢰하여 KS K 0555 B(면포 마찰)방법을 이용해 마찰대전전위와 반감기를 측정하여 제전성능을 평가하였다.
- 세탁횟수에 따른 작업복의 대전전위와 시료별 전하량(KS K 7807)은 온·습도 영향을 고려하여 항온항습실에서 실시하였으며 환경조건은 20±2℃, RH 40±2%이고 장치구성은 Fig. 3과 같다.
- 시료는 국내 충전소에서 지급되는 동복 충전복과 일반복으로 구분하여 인체에서 발생될 수 있는 대전전위를 측정하였다.
- 실험은 남자를 대상으로 하였으며, 이동을 통해 마찰대전을 시키고 상의 작업복(외투 : 동복)을 벗을 때 옷의 온·습도 변화에 따른 작업복의 종류별 인체 및 작업복의 대전전위를 측정하였으며, 작업복과 인체와의 직접접촉을 위해 시험자는 런닝을 입지 않고 속옷 하의만 입었다.
- 작업복의 정전기 제전성능을 평가하기 위해서 KS K 6330(섬유 시험에 대한 가정 세탁과 건조 과정)과 KS K 0555(직물 및 편성물의 대전성 시험 방법), KS K 7807(정전기 대전 방지 작업복)에서 규정되어 있는 시험방법을 이용하여 세탁횟수에 따른 작업복의 대전전위 및 반감기를 측정하였으며, 세탁 횟수에 따른 작업복의 전하량을 측정하기 위해 Fig. 3과 같이 장치를 구성하여 항온항습실에서 작업복 1점을 Friction equipment로 대전(면포마찰 : 10회)을 시켜 Faraday cage에 넣고 Electro meter와 LCR meter를 이용하여 전하량을 측정하였고, 잔류 대전전위를 KSD-0103으로 확인하여 Ionizer blower로 제거하였다11-13).
- 본 실험에서는 콘크리트를 바닥 재료로 사용하였다. 현장 조사결과 대부분의 충전소에서 콘크리트를 바닥 재료로 사용하고 있어 충전소 환경과 유사한 콘크리트저항을 선택하였으며, 콘크리트 밑에 흙과 메시형 접지도체를 매설하여 접지하였다.
대상 데이터
- 본 실험에서는 콘크리트를 바닥 재료로 사용하였다. 현장 조사결과 대부분의 충전소에서 콘크리트를 바닥 재료로 사용하고 있어 충전소 환경과 유사한 콘크리트저항을 선택하였으며, 콘크리트 밑에 흙과 메시형 접지도체를 매설하여 접지하였다.
- 시료는 도전성섬유를 혼입한 원단과 혼입하지 않은 원단으로 구분하였으며, 모든 시료는 대전방지처리가 되어 있다. 섬유의 성분은 폴리에스테르를 기본으로 면과 레이온이 혼방으로 사용되었다.
- Table 2는 본 연구에서 사용된 작업복의 제전원단으로 섬유의 종류, 성분 및 혼방비율 등을 나타낸 것이다. 시료는 도전성섬유를 혼입한 원단과 혼입하지 않은 원단으로 구분하였으며, 모든 시료는 대전방지처리가 되어 있다. 섬유의 성분은 폴리에스테르를 기본으로 면과 레이온이 혼방으로 사용되었다.
이론/모형
- 세탁횟수에 따른 시료별 마찰대전전위, 반감기 및 작업복의 대전전위를 측정하여 제전처리된 섬유의 제전성능 변화를 고찰하였다. 시료는 Table 2와 같이 선정하였고, KS K 6330의 절차에 따라 세탁 및 건조를 실시한 시료를 FITI 시험연구소에 의뢰하여 KS K 0555 B(면포 마찰)방법을 이용해 마찰대전전위와 반감기를 측정하여 제전성능을 평가하였다.
성능/효과
- 1) 가스충전소에서의 일반복을 착용하였을 경우 인체대전전위는 3,980V이며, 방전이 발생할 경우 약 0.79mJ(LP 가스의 MIE : 0.25mJ)로 화재·폭발가능성이 높다.
- 2) 모든 시료의 경우 세탁횟수가 증가할수록 제전성능이 저하되기 때문에 사용기간(세탁횟수)에 따른 작업복의 교체주기를 설정해야 한다(제전복의 제전성능 평가와 제전복 지급현황을 고려하여 교체주기는 2년을 권장한다).
- 3) 가연성 가스가 존재하는 충전소 등에서는 상하의 제전복을 착용하고 제전복을 일정기간 사용하게 되면 제전성능 감소 등으로 인해 화재·폭발위험성이 있기 때문에 제전복의 교체주기를 설정하고, 작업자에 대한 정전기관련 기준 및 기술지침마련이 필요하다.
- RH 50% 이하의 경우 일반복(Ⅱ형)에 의한 인체대전전위는 3,980V로 방전이 발생할 경우 약 0.79mJ(LP 가스의 MIE : 0.28mJ)로 화재 · 폭발이 용이한 것으로 측정되었다.
- 그리고 온도별 인체대전전위를 측정한 결과 동일한 상대습도에서는 측정값의 변동이 적어 인체대전전위의 발생에는 영향을 미치지 않는 것으로 판단되며, 습도의 제어가 정전기 관리에 중요 환경조건이라 판단된다.
- 마찰대전전위 및 반감기의 측정결과 Fig. 4와 5에 나타난 바와 같이 세탁횟수가 증가할수록 모든 시료의 대전전위가 상승하였으며, 이는 세탁횟수가 제전성능의 감소에 영향을 미친다는 것을 알 수 있다. 다만, 섬유재질 및 혼방비율 등에 따라 대전전위의 차이가 나타나는 것으로 판단된다.
- 실험결과 세탁횟수가 20회를 넘으면 도전성섬유를 혼입한 시료 B를 제외한 나머지 시료는 대전전위가 3kV을 초과하는 것으로 나타나 화재·폭발 가능성이 높은 것으로 판단된다.
- 실험결과 인체대전전위는 습도변화에 의하여 유동성이 큰 것으로 나타났다. RH 60% 이상이 되면 인체대전은 거의 발생되지 않는 것으로 측정되었다.
- 작업복의 제전성능 실험결과 안감(A시료)의 경우 도전성섬유가 혼입되었음에도 마찰대전전위, 반감기, 전하량 등의 측정값이 가장 높게 측정되었다. 이는 Fig.
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