‘전자기파의 발생원리, 특성 및 안전대책’
‘전자기파의 발생원리, 특성 및 안전대책’
  • 승인 2019.03.15
이 기사를 공유합니다

정성효 대림산업 안전품질실 기술안전팀
정성효 대림산업 안전품질실 기술안전팀

현대의 전기 문명을 나무에 비유하면 뿌리는 전기공학, 가지와 잎은 전자공학과 전파공학에 해당한다고 할 수 있다. 모든 물질은 원자로 이루어져 있고 원자는 원자핵과 그 주변을 둘러싸고 있는 전자로 구성된다. 원자핵 속에 (+)전기를 띠고 있는 양성자가 있고, 원자핵의 주변에서 (–)전기를 띠고 있는 전자가 있어 서로 끌어당기는 힘이 작용한다. 이 힘에 의해 전자들이 원자핵에 구속되어 궤도를 이루며 매우 빠른 속도(약 2200Km/sec)로 움직이면서 원자의 볼륨을 형성하고 있다. 이것은 인공위성이 지구의 중력에 구속되어 지구 주변의 특정 궤도를 빠른 속도(약 5km/sec)로 움직이는 모습이나 수성, 금성, 지구, 화성... 등이 태양 주변의 공전 궤도를 돌면서 태양계의 볼륨을 형성하고 있는 모습과 닮았다.

자연 상태에서 원자는 원자핵의 양성자와 원자핵 주변의 전자 숫자가 동일한 상태로 전기적인 평형을 이루고 있다. 이 상태에서 양성자와 전자를 인위적으로 분리시켜 불평형 상태를 만들면 서로 끌어당기는 힘이 생기면서 본래의 평형 상태로 돌아가려는 자연적 복원력(復原力)이 발생한다. 이 복원력에 의해 전원(電源)이 형성되고, 전자의 이동에 의해 전류(電流)가 발생한다. 원자핵 속의 양성자는 전자에 비해 크고 무거운 상태로 고정되어 있어 가볍고 이동이 쉬운 전자가 움직이면서 전류가 발생한다(전류의 방향은 전자 흐름의 반대 방향으로 규정함). 흐르는 물로 물레방아를 돌리는 것처럼 전류의 흐름을 에너지로 사용하는 것이 전기에너지의 본질이다. 전선은 전기의 통로인 도체를 절연(絶緣) 피복으로 둘러싸서 필요한 곳으로만 전류가 흐르도록 만든 전기의 길이다. 누전(漏電)은 전선의 절연 피복이 손상되어 전류가 전선에서 누설되는 것으로 누전 전기에 의해 감전이나 화재가 발생하고 전기설비의 고장이 발생한다. 이런 위험에 대비하여 누전차단기를 설치하여 전원을 차단하거나, 접지(接地)를 설치해서 누전된 전류가 대지를 통해 전원 측으로 안전하게 흘러가도록 안전조치를 시행하고 있다

우리나라는 1초 당 전류의 방향이 60번 바뀌는 60[Hz] 교류(交流) 전기를 사용하고 있다. 마치 왕복 운동하는 톱날로 물체를 자르는 것처럼 정반대로 방향이 바뀌는 전기를 에너지로 사용하는 것이다. 이때 전류의 방향이 바뀌는 횟수인 주파수[Hz]가 커지면 특이한 현상이 일어난다. 주파수가 약 3000[Hz]를 넘어서면 전선의 절연 피복이 온전해도 전류가 전선에서 이탈되어 공간으로 튀어나오는 현상이 발생한다. 중력의 구속으로 선로를 달리는 열차가 안전속도를 초과할 때 탈선 사고가 발생하는 것을 상상하면 직관적 이해에 도움이 된다. 전선에서 공간으로 튀어나온 에너지가 바로 전자기파(電磁氣波)이다. 전자기파는 전기파(E)와 자기파(B)가 서로 직교(直交)하며 서로에게 길을 제공하여 빛의 속도로 직진하는 에너지이다(빛도 전자기파의 일종) 우리가 사용하는 핸드폰, 공중파 방송, 레이더, 인공위성... 등은 모두 전자기파의 발생 현상을 이용한 것이다. 전자기파는 ‘진행속도(V)=C(광속)=주파수(f)*파장(λ)’의 수식을 만족하면서 주파수가 클수록 파장은 길고 에너지가 높아지는 특성을 가진다.

전자기파의 종류는 아래와 같이 분류하고 분류 번호가 빠를수록 주파수와 에너지가 커진다.

...~1.방사선(알파,베타,감마선)/2.X선/3.자외선(紫外線)/4.가시광선(보남파초노주빨)/

5.적외선(赤外線)/6.라디오파/7.위성 통신파/8.FM 방송파/9.TV 방송파/10.경찰·소방 무선파/11.AM 방송파/12.선박용 무선파/13.건설현장 무전기 전파~...

우리는 위와 같은 무수한 전자기파에 둘러싸인 채 살고 있다. 방사선과 X선은 극도로 높은 에너지를 가진 전자기파로 물질을 구성하는 원자에 전기적 변형을 유발하여 치명적 영향을 미치기 때문에 전리(電離) 전자파라고 부르고, 이보다 낮은 에너지를 가진 전자기파를 비전리(非電離) 전자파로 부른다. 비전리 전자파는 에너지가 작아서 원자의 전기적 변형을 유발하지는 않지만 인체에 악영향을 미칠 수 있기 때문에 산업안전보건법으로 규제하고 있다.

‘산업안전보건규칙 668조, 비전리 전자기파 유해성 보호조치’

-발생원의 격리/차폐/보호구 착용, 발생장소 경고문구, 인체의 영향, 안전작업 방법 고지-

전자기파가 인체에 미치는 영향에 대한 제한은 ‘과학기술정보통신부’에서 주관하는 전파법 및 전파법 시행령에서 규정하고 있는 '인체 전자파흡수율(SAR)'을 기준으로 한다.

체중 1Kg당 약 4W의 전자기파에 30분간 노출되면 체세포의 전기적 진동을 유발되어 약 1℃의 체온 상승이 발생한다. 이로 인해 신경계통, 심혈관 계통, 시력 계통 등에 영향을 미칠 수 있기 때문에 인체에 유입되는 전자파의 양을 체중 1Kg당 1.6W 이하로 제한하고 있다.(각국의 제한기준[W/Kg] : 한국&미국 1.6, 유럽&일본 2, 국제표준 2)

핸드폰 통화 시 장시간 통화를 자제하고 부득이 긴 통화 시에는 이어폰을 사용하고, 전기전자 제품을 사용하는 거의 모든 장소에서 발생하고 있는 비전리 전자파에 대해 유의할 수 있도록 ‘비전리파 주의표시' 부착하는 조치가 필요하다. 전자기파의 영향에 대한 한 가지 사례는 타워 크레인을 사용하는 산업현장에서 인양 와이어와 Hook에 발생하는 이상 전압이다. 누전이 없는 상태에서 타워 크레인에 전기 스파크가 발생하는 경우 현장에 유입되는 전자기파가 타워크레인의 인양 와이어, 트롤리 지브, 마스트를 투과하면서 전자유도 전압이 발생한 경우가 대부분이다. 지속적 전원 소스(Source)가 없는 유도(誘導) 전압이지만 경우에 따라 1000[V] 이상의 고전압이 발생하여 감전 및 화재 위험에 노출된다. 이런 경우 해당 설비의 적정 지점에 유도전압 대전방지용(帶電防止用) 접지를 설치하여 근원적 해결이 가능하다. 국내의 지역별 전자기파 강도를 알아보려면 '한국방송통신전파진흥원' 홈페이지에서 확인할 수 있고, 특정 장소의 전자기파 강도를 측정하려면 '한국방송통신전파진흥원'에 요청하면 가능하다.