1. 서 론

최근, 산업재해 중 심각한 재해인 중대 산업재해 시행으로 작업자 인명피해 예방 및 법령의 개념 정의와 해결 방안에 관한 사회적 의견이 일치하지 않는 문제가 지속적으로 사회적 이슈가 되고 있는 실정이다. 산업재해는 통계적으로 불안전한 행동과 불안전한 상태인 개인적 결함 중 불안전한 행동의 발생비율 88%로 감전사고 위험의 상존하며 휴먼에러는 불안전한 행동, 불안전한 상태에서 산업재해 확대된다. 따라서 불안전한 행동의 주체인 작업자에 대한 개인용 안전장구 중 안전모의 기능 확장에 대한 필요성이 대두 되고 있는 실정으로 작업자의 착각, 고전압 충전부 접촉 사고 발생 등 안전사고 및 복잡하고 다양한 전기설비의 작업환경에 독립 작업시 작업자 또는 입회자의 휴먼에러에 의한 충전부 감전사고발생하고 있다. 인적 에러에 대한 근원적 사고 예방을 위한 접근 감지 센서 등 IT 연계 다중 안전망 시스템 구축의 필요성이 대두되고 있는 시점에 무재해의 다방면 노력에도 사고의 지속적 발생의 극복, 실질적이고 시스템적인 접근방식의 변환을 통해 사고 예방과 사물인터넷 결합한 시스템 개발을 통해 현장 업무 시 전기안전관리자, 설계·감리자, 시공업자 등의 전기재해 및 유사현상 발생에 효과적으로 대응할 수 있다.

표 1은 최근 10년간 감전사고 발생분포를 나타내며 부상자 평균 498명, 사망자 평균 24.2명으로 발생을 나타내며 잠재적 위험성의 심각성을 알 수 있다.

표 2는 감전형태별 감전 사고는 충전부 직접접촉 176명으로 42.7%, 아크 158명으로 38.3%, 누전 41명으로 9.9%, 플래쉬 오버(flashover) 24명으로 5.8%, 정전유도 11명으로 2.6%, 낙뢰 2명으로 0.4% 발생을 나타낸다.

표 3은 활동상태(직업)별 감전사고 분포는 전기기술자가 161명으로 39%, 기계/설비 36명으로 8.7%, 생산직 26명으로 6.3%,건설/인테리어 23명으로 5.5%, 미취학아동 18명으로 4.3%, 농어민 17명으로 4.1%, 학생(초중고교생)14명으로 3.4%, 기타/미상 69명으로 16.7% 등으로 분포한다. 주요 사고 원인 분석으로 위험요인 도출로 작업환경의 활선, 정전, 활선과 정전작업 등의 복잡함은 휴먼에러로 이어지고 있다. 따라서 불안전한 행동의 주체인 작업자에 대한 개인용 안전장구 중 안전모의 기능 확장에 대한 필요성 대두 되고 있는 실정이다 ^[1].

2. 사물인터넷과 연계 안전사고 예방시스템

휴먼에러(human error)는 인간은 심리적 · 신체적 · 정신적으로 불완전한 존재, 따라서 신체적 · 정신적 한계로 인해 인간은 일상생활에서나 산업현장 등에서 많은 에러를 범하며 살고 있으며 즉, 인간이 발생시키는 이러한 에러가 휴먼에러(human error)는 일상에서 작은 불편을 초래하는 것부터 인명 피해와 재산 손실을 가져오는 대형 사고의 결정적 원인이 되기도 한다.

이때 에러는 주어진 목표로부터 일정한 제한 범위를 벗어난 결과로 누락(omission), 작위(commission), 순서(sequence), 수행(extra neous), 시간(time)오류로 정의된다. 휴먼에러에 의한 반복되는 충전부 인체감전사고 자동 예방 시스템은 현재 체인형 잠금장치(chain lock)를 사용하고 있으나, 버튼식 배전반 잠금장치의 한계점 발생을 개선하고자 한다. 또한 무선주파수는 10kHz 이상 300,000MHZ범위의 주파수, 파장 0.1mm이상의 범위, 즉 진동수 3Hz이하의 전자기파이고 RF(radio frequency)로 약칭, 무선주파수에 해당하는 전자기파는 방송에 사용되는 전파와 각종 무선 통신의 신호를 송·수신하는 교류 전류 진동수로 활용되고 있다. 여기서, 스마트 안전서버, 스마트 부속설비(배전반 접근 감지, 캠 스위치 열림 경고 캡), 스마트 안전 음성경보 장치, 스마트 안전모 KIT, 관리자용 제어장치는 시험 성적서에 의한 UHF 300~3,000kHz 범위 RF 424~447 MHz, Bluetooth 5.0 무선통신으로 구성한다.

2.1 스마트 안전 서버(smart safety server)

스마트 안전 서버는 메인 서버장치로서 전기설비의 활선 또는 부분 활선, 정전 작업시에 작업자 및 외부인의 출입에 대한 안전서 확보를 위해 전기설비의 도어 부분의 내부 또는 외부에 감지 센서를 이용하여 경광등, 음성 메시지, 위험작업 표시 구획을 표시하여 시각효과를 극대화하기 위해 그림 1은 메인 서버 장치로 전달 장치를 나타내며 각 센서의 동작 신호(400MHz)를 수집하여 작업자의 전달 장치에 전달하며 문자도 전송되는 무선 운용, 비상전원, 편리성을 겸비한 장치이다.

메인 서버 장치는 정전 시에도 사용이 가능한 블루투스 5.0 적용으로 스마트 안전 서버 중심에서 이론적으로 작업구역은 전·후·좌·우 40m 송·수신 가능하나 장애물 시 최대 10~20m 근거리 작동이 가능, 전기적 신호를 이용하여 정보를 전송하는 통신 방법인 RF(radio frequency) 447MHz는 원거리 개념으로 다른 층간 송·수신이 가능, LTE(SMS)는 기능을 내장하여 적용 한다 ^[2].

그림 1. 스마트 안전 서버

Fig. 1. Smart safety server

2.2 스마트 안전 부속 설비(smart safety accessories)

스마트 안전 부속 설비는 불안전한 상태의 개선 시스템의 구조이며 작업자 및 외부인, 현장, 사무실 시스템 구성으로 구분된다.

그림 2. 스마트 안전 부속 설비

Fig. 2. Smart safety accessories

2.3 스마트 안전 음성경보 장치(smart safety voice alarm device)

스마트 안전 음성경보시스템은 산업현장의 전기설비에서 재난을 예방하기 위하여 현장의 위험을 작업자에게 인식시키는 메시지를 전달하고, 설비 상태 및 작업 진행 방법 등을 음성으로 메시지를 전달하여 안전사고를 예방할 수 있는 맞춤형 음성경보 시스템 장치이다.

그림 3은 안전 음성경보 시스템 구조를 나타내며 전기설비 검사, 안전진단, 점검, 유지보수, 설치공사 등에서 발생할 수 있는 안전사고 발생 및 발생 징후를 사전에 신속히 감지하여 피해를 최소화할 수 있는 감지 및 모니터링 기능을 한다. 안전관리 시스템과 연결 가능한 통신 포트가 있어 원격 대피 안내 방송이 가능하고 안전사고 피해 최소화하고 재해의 확산을 방지하기 위한 확산 방지 기능이 있다. 스마트폰을 통한 음성 멘트 업로드 기능, 시간을 지속적으로 운영을 위한 RTC(real-time clock), 수동적 적외선 센서(infrared ray sensor)로 적외선을 통해 사람의 움직임을 감지하고 레이더 센서(radar sensor) 모듈로 거리별 움직임 등 먼지, 분진이 많은 환경에서 안정적인 모션 감지 및 휴먼에러의 복합작용으로 고성능 모션 감지, 지향성 및 저전력 고출력 스피커를 위한 고효율 증폭기 사용으로 확장 기능으로 음성출력 레벨 95dB 이상 고출력 음성경보 안내, 적외선과 레이다 복합 감지, 배전반 도어 OPEN 감지(외부) 경보 알림 거리 1m 이내, 외부인 근접 감지센서(주출입구 및 보조출입구 감지) 경보알림 거리 3m 이내, 개폐기 및 차단기 조작용 캠 스위치 OPEN 경고 투명 캡 OPEN 경고는 자체 경보 기능과 자석형 부착식이며 본체 지지대 삼각대 구현 및 높이 30~50cm 이내로 구축한다. 배터리 증설 및 사용 전원 시 무제한 사용할 수 있는 충전용 배터리, 충전시 과충전, 과방전, 과열 방지, 완충 시 자동 전원 차단의 충전 기능과 배터리 대기전력 차단 기술 및 저 전력 구동 회로 설계, 강력 자석 또는 철 브라켓 부착으로 설치가 간편하다. 센서 연동 확장 가능하고 유·무선 통신 확장으로 무선 블루투스로 스마트폰을 통한 용이한 환경 설정 및 음성 멘트 업로드 기능으로 안전관리 시스템 구축이 가능하다 ^[3].

그림 3. 안전 음성경보시스템의 구조

Fig. 3. Structure of safety voice alarm system

2.4 전기설비 안전사고 예방(electrical facility safety accident prevention)

2.4.1 전기설비 안전사고 예방 시스템

그림 4는 불안전한 상태의 전기설비 안전사고 예방 구성도이며 정전이 수반되지 않거나 일부 정전구간 또는 책임분계 점에서 수변전실 최초 개폐기까지의 구간에서 활선상태에 있는 전기설비 대한 안전관리 시스템의 구성이다. 스마트 안전 서버와 스마트 안전 음성경보시스템을 적용하며, 활선 상태 배·분전반에는 적색의 경광등(자석 부착형), “전기안전 점검 중”의 문구가 적용된 디지털 LED 전광판, “경고!! 접근 금지” 문구가 적용된 경고문구 LED를 부착, 배·분전반 도어 Open 감지 센서(자석 부착형), 개폐기 및 차단기 조작용 캠 스위치 Open 경고 투명 캡을 부착하여 상시 감시한다. 주 출입구와 부 출입구에는 외부인 근접 감지 센서를 설치하여 100° 이상의 시야 각과 거리 별 조정으로 현장 여건에 맞게 활용하여 관계자 이외의 출입을 사전 차단한다.

그림 4. 안전관리 시스템 구성도

Fig. 4. Safety management system configuration diagram

2.4.2 불안전한 행동 예방의 스마트 안전모 KIT

그림 5는 불안전한 행동 예방의 스마트 안전모(smart helmet) KIT의 안전 장구는 스마트 안전 서버에서 각 선서의 동작 신호 각 센서의 동작 신호(400MHz)를 수집하여 작업자용 스마트 안전모로 전달한다.

그림 5. 스마트 안전모 KIT

Fig. 5. Smart hard hat KIT

여기서 활선 상태 배·분전반에는 경광등, 디지털 LED 전광판, 도어 Open 감지 센서 등에서 발생되는 신호는 작업자 구성원 모두에게 실시간 1:N 방식으로 전달하며 전달된 신호를 수신, 조작용 캠 스위치 Open 경고 캡(cap)은 자체 경보 기능을 갖는다. 감시 센서별 음성 경보음, 진동으로 구분하여 확인되며 종합적이고 안정적으로 작업환경을 개선 또한 불한전한 행동 및 불안전한 상태의 요소들이 제거되면 관리자용 시스템 스마트 스위치를 적용하여 ON/ OFF 기능으로 해제가 가능하며 그림은 불안전한 행동 예방을 위한 개인용 스마트 안전모를 나타낸다 ^[4]. 개인용 안전 장구 중 안전모는 떨어지거나 날아오는 물체에 맞거나 높은 곳에서 떨어짐에 의한 위험을 방지 또는 경감하고, 머리 부위 감전 위험을 방지하는 ABE 등급을 적용, 폴리락틱 애씨드 수지(PLA, poly lactic aci d) 재질과, RF 424~447 MHz, Bluetooth 5.0 무선통신, 규격(Dimensions)은 W x D x H (50x46x21, 버튼 포함 시 56x55x21), 센서확장단자(USB C type) 업그레이드 단자로 활용, 내장 리튬 폴리머 배터리 3.7V, 250mA가 사용된다. 조명은 발광다이오드를 활용하여 친환경적 특성의 장점을 극대화, 안전모의 챙 부분은 투명하게 처리하여 시야확보가 되도록 하였으며, 안전모의 보안경 사용하여 현장 작업자의 작업 중에 발생할 수 있는 단락 사고에 얼굴 앞면을 보호, 안전모에 설치하는 활선 접근경보기는 발광 음향식이다. 스마트 안전 서버와 통신을 통한 각종 시나리오에 의한 음성멘트 송출(80dB 이상 경보음과 음성 메시지)로 안정적이고 현장 작업자 간 업무 및 유사시 대비 등의 효율적으로 활용, 활선 감지는 감도 조절 기능 구현, TOF(time of flight) 센서로 거리 측정이 가능하고 레이저 포인터 기능 탑재로 속도 및 견고성 등 강화, 충전식 배터리와 보조 배터리로 C타입 충전케이블 통해서 8시간 이상 사용, 과충전, 과방전, 과열 방지, 완충시 자동 전원 차단, 저전압 시 경보 기능과 배터리 잔량이 최저인 경우 검전 기능을 제외하고 모두 전원을 차단(옵션)하도록 구성한다. 기타사항으로는 그림 6과 같이 방수기능, 손목형 활선 접근경보기와 관리자용 제어장치는 점검, 비상 복전, 해체 버튼 구현하며 비상, 복전 기능 1순위부여, 점검 버튼은 무조건 동작하도록 상황에 맞게 사용이 가능 하도록 소지, 무선 블루투스 통신 및 스마트폰을 통한 시스템 설정 관리 기능(옵션)하도록 한다.

그림 6. 관리자용 제어장치

Fig. 6. Control device for administrators

2.5 스마트 안전장비 하드 케이스(smart safety equipment hard case)

그림 7은 스마트 안전장비 하드 케이스를 나타내며 스마트 안전장비 하드케이스에는 스마트 안전 서버 내장형, 디지털 LED 전광판, 접근감지, 경광등, 스마트 안전음성 경보 시스템(주출입구), 안전음성 경보 시스템(부출입구), 경고문구 로그 LED, 배전반 도어 OPEN 감지, 배터리(주, 보조), 활선감지 안테나 및 거리측정, 스피커 KIT, 조명 KIT, 관리자용 시스템 ON/OFF 스위치, 각종 리드선 및 커넥터 등이 수납 기능을 한다. 스마트 안전장비 하드케이스의 충전 방식은 사무실 등 전원 확보(AC 220V)로 충전, 현장업무 특성상 차량 이동 중 충전이 가능하도록 차량 시거 소켓으로 구성되며 충전은 콘센트형(INPUT AC 220V, OUTPUT DC 12~24V)과 차량형((INPUT DC 12V, OUTPUT DC 5~12V) 시거 잭을 활용하여 충전하는 다기능 방식 적용한다. 하드케이스의 하단 부는 바퀴와 고정 지지대로 이동 및 고정 사용이 용이하게 한다.

그림 7. 스마트 안전장비 하드 케이스

Fig. 7. Smart safety equipment hard case

3. 결 론

본 논문에서는 현장 안전 수칙 및 중대재해처벌법, 산업안전보건법을 준수를 통해 전기재해를 예방하고 작업 현장의 불안전한 상태와 불안전한 행동에 대한 휴먼에러를 근원적 사고 예방을 위한 IT 연계 다중 안전망시스템 구축의 필요성이 대두되고 있는 시점에 무재해의 다방면 노력에도 사고의 지속적 발생의 극복하기 위한 실질적이고 시스템적인 접근방식의 변환을 통해 사고 예방과 사물인터넷 결합한 시스템 개발을 통해 현장 업무 시 전기안전관리자, 설계·감리자, 시공업자 등의 전기재해 및 유사현상 발생 때에도 예방 활동에 효과적인 활용 할 수 있어 유용성을 확인하였다. 따라서 본 논문은 안전사고 예방 시스템 사용을 통해 현장업무 시 반복되는 사고를 방지하기 위한 사용자 또는 설계·감리자, 시공자 등 교육의 목적으로 활용할 수 있다. 또한 현장 업무에 능동적으로 대응하고 개인용 안전장구 착용 생활화 정착에 기여하여 안전(화재)사고 제로화 실현에 중추적인 역할을 할 수 있을 것으로 기대된다.