개념 한 쪽
인화성 액체가 배관을 흐르면 관벽과의 마찰과 교란으로 정전기가 발생한다. 발생한 전하가 스파크로 방전되면 화재와 폭발 위험이 커지므로 유속을 제한한다. 유속의 제한은 인화성 액체의 관내 유속을 1m/s 이하로 유지하는 정전기 재해 방지 조치에 해당한다.
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출제기준 단원 「유속의 제한」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 정전기 화재 원인 설명 판별 | 1 | 정전기 화재 발생 원인 설명 중 잘못된 것을 가림 |
| 정전기 제거 방법 판별 | 1 | 정전기 제거 방법으로 틀린 것을 가림 |
| 인체 대전 전위 계산 | 1 | 아세톤 취급 시 인체 대전 전위의 허용값을 계산함 |
유속의 제한은 인화성 액체가 관내를 이동할 때 마찰과 와류로 정전기가 축적되는 것을 줄이기 위한 조치이다. 유속이 빠를수록 액체와 관벽 사이의 마찰과 교란이 심해져 대전 전하량이 증가한다. 인화성 액체가 흐를 때 생기는 정전기 화재를 막으려면 관 안에서의 흐름 속도를 1m/s 이하로 낮춰 유지한다.
정전기 재해 방지는 유속 저하만으로 끝나지 않는다. 배관을 접지하면 쌓인 정전기가 땅으로 빠져나가고, 탱크와 배관과 드럼을 본딩하면 서로 다른 금속 사이의 전위차로 생기는 스파크를 막는다. 유속을 느리게 하면 마찰이 줄어 정전기 발생 자체를 줄일 수 있다.
작업장 습도는 정전기 발생과 관련된다. 습도가 낮으면 표면 저항이 높아져 정전기가 쉽게 쌓이고, 습도를 높이면 표면 저항이 낮아져 전하가 빠져나가기 쉬워진다. 따라서 정전기 제거와 예방을 위해서는 작업장 습도를 높게 유지하는 방법을 함께 쓴다.
부도체는 전기가 통하지 않아 접지로 정전기를 흘려보내기 어렵다. 부도체에는 가습, 도전성 코팅, 자기방전제전기 같은 방법을 적용한다. 정전기 화재는 대전체가 접지되지 않아 전위가 쌓이고 가연성 가스가 존재하며 방전 전위차와 충분한 방전 에너지가 있을 때 발생한다.
인체에 축적된 정전기도 화재폭발의 원인이 될 수 있다. 아세톤의 최소착화에너지가 1.15mJ이고 인체의 정전용량이 100pF일 때 정전기 에너지 W=1/2CV²를 이용하면 허용 전위는 약 4.8×10³V 이하로 계산된다. 인체 대전 전위를 이 값 이하로 유지해야 아세톤에 의한 정전기 화재폭발을 방지할 수 있다.
인화성 액체의 관내 유속을 1m/s 이하로 유지한다는 기준을 뒤집어 더 빠른 유속을 안전하다고 하는 선지는 틀린다. 정전기 화재 발생 원인을 묻는 문제에서는 대전체의 접지를 화재 원인으로 보는 설명을 잘못된 것으로 가린다. 정전기 제거 방법을 묻는 문제에서는 접지, 가습, 도전성 도장과 무관한 자외선 쏘임을 틀린 방법으로 가린다. 인체 대전 전위를 계산하는 문제에서는 W=1/2CV²를 V에 대해 정리하고 mJ과 pF을 J과 F으로 바꾸어 계산한다.
정전기로 인한 화재발생 원인에 대한 설명 중 잘못된 것은?
정답 ① · 정전기에 의해 화재가 발생하기 위한 조건들을 나열하고 그 중 성립하지 않는 것을 찾는 문제이다. 정전기로 인한 재해를 예방하기 위해 가장 기본적으로 수행하는 조치가 금속 물체를 대지와 연결하는 접지이므로 접지를 했을 때 화재가 발생한다는 설명은 명백히 틀린 진술이다.
정전기 화재 발생 조건은 대전체 접지 금지, 가연성 가스 존재, 방전 전위차, 방전 에너지 충분이므로 접지 시는 옳지 않다.
정전기 제거의 방법으로서 틀린 것은?
정답 ④ · 산업 설비에서 화재와 폭발을 방지하기 위해 정전기를 축적되지 않도록 제어하는 방법을 묻는 문제이다. 정전기를 제거하기 위해서는 금속 부분을 접지하여 전하를 대지로 방출하거나, 주변 상대습도를 60% 이상으로 가습하여 공기 중 누설을 촉진하고, 대전방지 도장 등을 통해 도전성을 높이는 방법을 사용한다.
정전기 제거는 접지, 가습, 도전성 도장 등으로 전하를 방출시켜야 하므로 자외선 쏘임은 정전기 제거 방법이 아니다.
아세톤을 취급하는 작업자에 의한 정전기로 인한 화재폭발을 방지하기 위해서는 인체 대전 전위를 얼마 이하로 유지해야 하는가? (단, 인체의 정전용량은 100[pF], 아세톤의 최소착화 에너지는 1.15[mJ] 이다.)
정답 ③ · 정전기 에너지(W)는 W = 1/2 × C × V^2 공식으로 계산됩니다. 아세톤의 최소착화에너지가 1.15mJ이고 인체의 정전용량이 100pF이므로, 인체에 인가될 수 있는 최대 허용 전위를 구하면 V = √(2W/C) = √(2 × 1.15×10^-3 / 100×10^-12) = √(2.3×10^7) ≈ 4795V가 됩니다.
정전기 에너지 W=1/2CV^2 공식을 이용해 최소착화에너지 이하가 되는 전위 V를 계산하면 약 4.8×10³V가 된다.
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