Ⅰ서 론
최근 수년간 우리나라 뿐 아니라 세계적으로 전 자·통신 산업의 발전이 필수적이고, 이를 위한 주파 수 대역의 확장이 전 세계적인 추세이다. 그 결과 전자파 상호의 간섭과 전자파 환경에서의 인체에 대한 전자파 유해도가 사회전반에서 가장 뜨거운 화두가 되었다.
전자파에 과다 노출되면 인체에 유해할 수 있다 는 연구결과 이후 WHO(World Health Organization) 는 1996년부터 International EMF Project를 수행하고 있으며, IARC(International Agency for Research on Cancer)에서는 2002년도 극 저주파 전자계를 발암물 질 2B등급(Possibly Carcinogenic)으로 <Table 1>과 같이 분류하였으며, 2011년 5월에는 Interphone Study의 연구결과에 따라서 이동 단말기(휴대폰)의 전자파도 발암물질 2B로 분류하였다. 전자파의 인 체 영향에 대한 연구는 지금도 지속되고 있는 상태 이며, 전자파에 대한 발암물질 등급에 대한 논란도 지속되어지고 있다.
따라서 미국, EU, 일본을 중심으로 한 선진국에 서는 EMF/EMI/EMC 대책 부품 및 소재를 개발하기 위한 정부차원의 집중적이고 지속적인 투자가 이루 어지고 있다.
육상의 전자파 환경에 대한 연구는 지속적인 투 자와 연구가 이루어지고 있지만 해상에서의 환경인 선박의 전자파 환경에 관한 시험 및 분석은 연구되 지 않는 실정이다. 선박은 안테나 및 레이더가 탑재 되어 있는 최상층 갑판구역(Top Side), 무선설비 및 선박의 안전 항해를 위한 항해장비가 내재되어 있 는 선교 (Bridge), 선박의 추진을 위해 탑재되어있는 고출력 모터, 발전기 및 배전반 등의 기자재들이 사 용되고 있다.
따라서 본 연구는 선박이라는 특정 공간에서의 전자파 환경을 측정 분석 후 국내기준과 해외 기준 에 측정한 결과를 비교 분석하여 해상환경에 적용 가능한 최적 기준을 제안하는 것을 목적으로 한다 [1-3].
Ⅱ전자파 강도 국내외 규격
여기에서는 현재 전파법으로 규정되고 적용하고 있는 국내 전자파 규격 및 측정방법과 국외 전자파 강도 규격을 소개하고자 한다.
1국내 전자파강도 기준
국내 전자강도 규격은 전파법 제 47조의 2제1항 의 규정에 의하여 전자파 인체보호 기준에 관하여 필요한 사항을 일반인, 직업인으로 구분하여 규정 하고 있다. <Table 2>, <Table 3>은 국내 전기장강도 일반인 기준 직업인 기준을 보여준다.
여기서 “일반인”이라 함은 전자기장에 노출되고 있는 사실을 모르거나 조치를 취할 수 없는 자를 말하며 의료목적으로 노출 받는 자는 제외한다.
국내 전파법 제 47조의 2의 기준에 대한 요건은 다음과 같다. 주파수(f)의 단위는 주파수 범위란에 표시된 단위와 같고 자속밀도는 자기장강도에 자유 공간의 투자율 (4π×10-7 )을 곱한 것이다. 100kHz 이 하의 주파수 대역에서는 측정을 위해서는 시간평균 을 취하지 않은 최대값으로 한다. 단 60Hz 주파수 대역의 송전선로는 이 기준을 적용하지 아니한다.
직업인 기준은 직무상 작업수행 과정에서 자신 이 전자기장에 노출되고 있음을 알고 있고 이의 잠 재적인 위험성을 알고 주의하도록 훈련받은 자를 말한다[4].
2국외 전자파강도 기준
본 논문에서는 국가별 전자파 강도 기준을 유럽 4개 국가의 기준을 <Table 4>와 같이 표현하였으며 국가별 주파수 범위는 60Hz 이고 단위는 밀리가우 스이다.
스웨덴은 전자파 기준을 학교, 주택, 병원, 요양 시설 등에 0.2 mG 로 권고 하고 있으며 이는 어 린이 및 전자파 취약 계층을 따로 분류하여 적 용하고 있다. 스위스는 신규로 건축한 건물(학교, 유치원, 침실)에 대한 경우에는 시설한계치 10 mG 를 적용하고 있으며 일반인 기준은 ICNIRP의 기준 인 1000 mG를 적용하고 있다. 이탈리아는 하루 4시 간 이상 체류가 예상되는 건물에 따라 주의값 100 mG, 품질목표 30 mG를 적용하고 있다. 네덜란드는 학교 및 송전선로 신설 근처 주거지에 4 mG를 적 용하고 있다 [5-7].
Ⅲ측정 방법
1측정기기 요건
측정기기는 다음 조건을 만족하여야 한다. 측정 기기는 기기의 교정절차에 따라 적절히 교정되어야 하며 유효기간 이내에 것을 사용해야 한다. 수신기 는 주파수 선택적인 협대역 측정이 가능하여야 한 다. 수신기는 전자파 강도의 실효값을 환산과정 없 이 직접 측정할 수 있어야 한다. 프로브와 수신기를 연결하는 케이블은 이중 차폐 등 적절히 차폐된 것 을 사용하여 외부전자파에 의한 영향을 받지 않도 록 하여야 한다.
2프로브 요건
프로브는 다음 조건을 만족하여야 한다.
첫째 측정프로브는 편파에 상관없이 측정이 가 능한 등방성 프로브여야 한다. 둘째 프로브 동장영 역의 최소값은 0.05V/m 이하, 최대값이 100V/m 이 상이여야 한다. 셋째 프로브의 등방성 특성은 ± 2.5dB 이내 이어야한다. 넷째 프로브 고정용 지지대 는 낮은 유전체 손실 탄젠트 (tanδ≤0.05) 와 낮은 상대유전율 (єr ≤5.0) 값을 가져야 한다[8].
3측정 과정
본 논문에서의 전자파 강도 측정은 전파법 제 47 조 2에 의해 이루어 졌으며 측정 절차는 다음 각 세목의 순서를 따른다.
측정기기의 적합 여부를 확인한다. 측정환경을 확인하고 기록한다. 측정 시작지점을 선정한다. 프 로브의 높이를 지면으로부터 1.5m에 위치시킨다. 프로브와 수신기 1.0m 이상 이격시킨다. 수신기를 다음과 같이 조정한다. 측정결과가 가장 높은 지점 에서 전자파강도를 6분간 측정하여 평균값을 산출 하여 기록한다. 측정된 3개의 값 중 최대값을 현측 한다. 계산된 노출지수를 모두 합하여 총 노출지수 를 구하고 그 결과를 기록한다.
4측정 장비
공간이 협소한 선박의 특성 때문에 측정 장비 및 부대품은 현장에서 측정 용이성 확보를 위해 휴대 형 및 소형으로 구성하였으며 측정된 데이터는 신 뢰성을 확보하기 위해 노트북에 내장된 프로그램을 통해 사용자의 임의적인 조작 없이 전산화된 서버 로 전송하도록 구축하였다. 측정은 수신기 및 측정 안테나로 구성되어 있다. 시험장비는 <Table 5>와 같이 구성하였다[9].
Ⅳ실선 측정 및 분석
1측정 대상
본 논문에서의 전자파 강도 측정 대상 선박으로 는 한국해양대학교 실습선 한바다 호, 조양운수 차 도선에서 측정하였다. 측정방법으로는 전파법 제 47조 2에 의해 이루어 졌으며 <Table 6>은 측정대 상 선박인 한바다 호의 주요 제원을 보여주고 있다 [10]. <Fig. 1>
2한바다 호의 측정 구역
본 논문에서 <Fig. 2>는 한바다 호의 전자파 환 경측정을 위해 선원들이 거주 및 작업하는 3가지 구역으로 측정 장소를 선정하였다. 측정은 실제 선 원이 작업하는 작업 위치에서 측정하였으며 국내 전자파 강도 측정 고시(전파법 제 47조의 2)에 따라 각 높이별 측정결과가 가장 높은 위치에서 측정하 였다.
Narda EMF Test 장비인 EFA-300, SRM-3000에서 측정된 결과값은 실습선 한바다 호에서 측정한 전 자파 강도를 실선과 측정값으로 표현하고 있다. 실 선은 전제척인 스펙트럼을 보여주고 있으며 측정된 숫자의 값은 최대값(Max)으로 선박에 탑재되는 장 비로부터 방사되는 전자기장강도이다.
3최상층 갑판구역(Top Side)의 측정결과
최상층 갑판구역은 선박의 항해를 위해 송수신 하는 통신 안테나가 탑재되어 있는 구역이다. 수신 기에서 측정된 결과값은 실선과 측정치로 표현되며 실선은 측정된 측정 안테나 대역의 주파수 스펙트 럼 값이다. 최상층 갑판 구역에서 측정한 측정값을 나타내면 <Fig. 3>, <Fig. 4>와 같다.
<Fig. 3>는 최상층 갑판구역(Top Side)의 VHF 장 비 안테나를 측정한 결과이다. VHF안테나의 동작 주파수 전기장 강도 156.76 MHz에서 46.91 V/m가 측정 되었다. 이는 국내 직업인 기준 61 V/m에 약 14 V/m의 차이를 나타내고 있다. <Fig. 4>는 최상층 갑판구역의 VHF 장비 안테나를 측정한 결과이며 156.76 MHz에서 자기장 강도 79.16 mA/m가 측정되 었다. 이는 국내 직업인 기준 160 mA/m와 약 80 mA/m의 차이를 나타내고 있다.
4선교(Bridge)의 측정결과
선교는 선박의 항해를 위해 각종항해 장비 및 통 신 안테나가 탑재되어 있는 구역이다. 통신을 위한 VHF 장비에서의 측정한 결과는 <Fig. 5>, <Fig. 6> 과 같다.
<Fig. 5>는 선교(Bridge)의 VHF 장비를 측정한 결과이다. VHF안테나의 동작주파수 전기장강도 156.76 MHz에서 2.814 V/m가 측정 되었다. <Fig. 6> 은 선교(Bridge)의 VHF 장비를 측정한 결과이며 전 원 주파수 50Hz에서 자기장강도 443.68 mA/m가 측 정 되었다. 이는 국내 직업인 기준에는 만족하는 기 준이며 국내 기준에 비해 노출량 2%로 육상장비의 LED 모니터 수준이다.
5기관실(Engine Room)의 측정결과
기관실(Engine Room)에서는 전원을 분배하는 배 전반, 추진 컨트롤러 등이 탑재되어 있는 구역으로 배전반에서의 고 전압, 고 출력을 사용하는 구역이 다. 본 논문에서는 전원주파수 60Hz 대역에서의 자 기장 강도를 측정하였다.
<Fig. 7>는 기관실(Engine Room)의 배전반을 측 정한 결과이다. 전원 주파수 60Hz에서 자기장강도 31.42 A/m가 측정 되었다. 이는 국내 직업인 기준 (610 A/m)의 약 9%에 해당한다. <Fig. 8>은 기관실 (Engine Room)의 트랜스포머를 측정한 결과이며, 전원주파수에서 60Hz에서 자기장강도 14.12 A/m가 측정되었다. <Fig. 9>는 기관실(Engine Room)의 케 이블을 측정한 결과이며 전원주파수 60Hz에서 자 기장강도 9.61 A/m가 측정되었다.
6기관실(Engine Room)의 국내기준과 이탈 리아 기준의 상관관계
측정 결과 국내 전자파강도기준에는 모든 구역 에서의 <Table 7>과 같이 측정값이 만족하였고, 4시 간의 시간을 고려한 이탈리아 기준에는 <Table 8> 과 같이 측정값이 모두 만족하지 않았다.
이는 선박의 최상층 갑판구역, 선교에서는 안전 한 항해를 위해 단기적으로 항해 및 통신장비를 사 용하므로 국내 기준적용이 적합 하지만 하루에 6시 간 이상 기관실에서 근무하며 추진 및 전기 공급을 위해 24시간 동작하고 있는 추진 및 전기설비에 대 해서는 국내 기준을 적용하는 점에는 한계가 있다.
또한 한바다 호의 배전반 위치는 <Fig. 1>과 같이 기관실의 선원들의 작업 공간의 바로 뒤편에 배전 반이 위치하고 있어 선박의 배전반에 대한 충분한 전자파 인체보호 기준의 충분한 고려가 이루어 지 지 않음을 알 수 있다.
Ⅴ결론
본 논문은 최근 이슈화 되고 있는 전자파 환경에 서의 인체에 대한 전자파 유해도에 대하여 특정 공 간인 선박에 대하여 전자파 환경을 측정 후 측정 결과를 바탕으로 국내 기준과 시간을 고려한 이탈 리아 기준을 분석하였다. 측정결과 비록 국내 전자 파 인체보호 기준에는 측정결과가 만족하였지만, 이탈리아의 전자파 인체보호 기준 적용 시에는 제 한치를 초과하는 자기장 강도를 확인 할 수 있었다.
또한 한바다 호의 기관실의 전자파 환경을 보면 서 각 구역에 전원을 분배하는 배전반 위치가 기관 실 선원들의 작업공간에 위치하고 있는 점으로 보 아 선박 설계에 충분한 전자파 영향이 고려되어 있 지 않음을 알 수 있었다.
따라서 추가적인 연구를 통하여 선박의 기관실 에 대한 새로운 전자파 인체보호 기준 지정과 기관 실에서의 설계 개선 및 배전반 장비에 대한 충분한 차폐가 이루어져야 할 것이다.
