Статическое электричество что это такое простыми словами

Статическое электричество и защита от него

Если электрические заряды свободно перемещаются по проводнику, это называется электрическим током. Если они останавливаются без движения, начинают накапливаться на чем-либо, следует говорить о статическом электричестве. В соответствии с ГОСТом, статикой называют совокупность возникновения, сохранения и свободного накопления электрического заряда на внешней поверхности диэлектризованных материалов или на изоляторах.

Возникновение статического электричества

Когда физическое тело находится в обычном нейтральном состоянии, баланс отрицательно и положительно заряженных частиц в нем соблюдается. Если же он нарушается, в теле образуется электрозаряд с тем или иным знаком, возникает поляризация – заряды приходят в движение.

Дополнительная информация. Каждый физический объект способен производить заряды либо положительного, либо отрицательного направления, чем и характеризуются по трибоэлектрической шкале.

Например:

Статическая электризация предметов может происходить вследствие различных причин. Главными из них являются следующие:

На молекулярном уровне возникновение статического электричества происходит вследствие сложных процессов, когда электроны и ионы со сталкивающихся неоднородных поверхностей с разными атомарными связями поверхностного притягивания начинают перераспределяться. Чем быстрее материалы или жидкости перемещаются друг относительно друга, ниже их удельное сопротивление, больше площади, вступающие в контакт и усилия взаимодействия, тем выше будут степень электризации и электрический потенциал.

Источниками возникновения электростатики, как в бытовых, так и в промышленных условиях, являются компьютерная и офисная техника, телевизоры и прочие агрегаты и приборы, питающиеся от электрического тока. Например, у самого простого компьютера имеется пара вентиляторов для охлаждения системного блока. При разгоне воздуха частички пыли, содержащиеся в нем, электризуются и, сохраняя заряд, оседают на окружающих предметах, коже и волосах людей и даже проникают в легкие.

Также статика в большом количестве накапливается на экранах мониторов. В домах и производственных помещениях электростатические заряды образуются на полах, покрытых линолеумом или ПВХ-плиткой, на людях (в волосах и на синтетической одежде).

В природе очень мощным бывает статическое электричество, возникающее при перемещении облачных масс: между ними возникают огромные потенциалы электроэнергии, что проявляется в грозовых разрядах.

В промышленности часто встречается образование статических зарядов в случаях:

Опасность статического электричества

Наибольшую опасность накопившееся статическое электричество представляет на промышленном производстве. Может произойти неожиданное воспламенение горючего материала искрами от прикосновения оператора с оборудованием на заземлении и последующим взрывом. Энергия электростатических разрядом иногда составляет около 1,4 джоулей – это более чем достаточно для приведения смесей пыли, пара, газа и воздуха, присутствующих в любых горючих веществах, в состояние горения. По ГОСТу наибольшая энергия накопленных зарядов на поверхности промышленного объекта не должна быть более 40 процентов от наименьшей энергии для загорания материала.

При протекании некоторых технологических операций, например:

Обратите внимание! Для того чтобы взорвались бензиновые пары, достаточно 300 вольт, горючие газы – 3 киловольта, а горючие пыли – около 5 киловольт.

Статика также негативно отражается на работе всех точных и сверхточных приборов, радиосвязном оборудовании, создает большие проблемы в функционировании средств автоматики и телевизионной механики. Многие детали сложных электронных приборов просто не рассчитаны на такие высокие значения напряжения, образуемые статическим разрядом. Он выводит эти детали из строя, в результате чего у приборов теряется точность работы.

На людях также могут скапливаться заряженные частицы, если они носят обувь с подошвами, не проводящими ток, шерстяную, шелковую или синтетическую одежду. Электризация происходит при движении (если половое покрытие не проводит электроток) и взаимодействии с диэлектрическими предметами.

Воздействие статики на человеческое тело осуществляется в виде продолжительно протекающего электротока слабого напряжения или же моментного разряда, что вызывает легкие и не всегда приятные покалывания на коже (иногда они оцениваются как умеренные или даже сильные уколы). В целом, такое воздействие потенциалом не выше 7 джоулей считается неопасным для здоровья, однако, даже слабый разряд тока может привести к рефлекторному сокращению мышц, что чревато различными производственными травмами (попадание в рабочие зоны механизмов, захват частей тела или одежды неогороженными двигающимися элементами машин, падение с высоты).

Если рассматривать действие статического электричества на человеческий организм на клеточном уровне, то в результате срабатывания нейрорефлекторного механизма происходит раздражение кожных нейронов и мельчайших капилляров. Это приводит к изменениям в ионном составе тканей нашего тела, что проявляется в повышенной утомляемости в течение дня, постоянному раздраженному психическому состоянию, нарушению ритма сна и другим проблемам в функционировании центральной нервной системы. Общая работоспособность снижается. Провоцируемые постоянным воздействием статического электричества спазмы кровеносных сосудов могут стать причиной брадикардии – уменьшения частоты сокращений сердечной мышцы и повышенного кровяного давления.

Способы защиты от статики на производстве

Против вредного и опасного проявления накопленного статического электротока в производственных условиях разрабатывается и применяется комплекс защитных мероприятий. В их основе лежат следующие методы:

Все способы, применяемые для предотвращения статических электрических разрядов, разделяют на конструкционные, технологические, химические, физические и механические. Три последних направлены главным образом на снижение активности генерирования электрозарядов и быстрейшему их уходу в почву. В то же время первые из перечисленных методов с заземлением не связаны.

В качестве высоконадежного средства защиты от статического электричества выступает так называемая клетка Фарадея. Она выполняется в виде мелкоячеистой сетки, ограждающей машины по всей площади, у нее имеется подключение к контуру заземления.

Благодаря такой конструкции, поля электричества не проникают внутрь клетки Фарадея, а на магнитное поле она никак не влияет. Электрические кабели, покрытые предварительно экраном из металлического листа, защищаются по таким же принципам.

Электростатический заряд можно оптимально уменьшить посредством возрастания токопроводимости промышленных материалов и проведением коронирования (т.е. создания на поверхности материалов воздушной плазмы коронным разрядом комнатной температуры). Достигается это с помощью специального подбора материалов, имеющих повышенную объемную проводимость, наращиванием рабочих площадей и повышением ионизации воздуха вокруг защищаемых механизмов. Специальные агрегаты – ионизаторы, генерируют положительно и отрицательно заряженные ионы, которые притягиваются к противоположно заряженным диэлектрикам и нейтрализуют их заряды.

Важно! Для веществ с высоким электросопротивлением такие способы защиты от статики не подходят.

Обязательным в перечне мероприятий по защите от статического электричества является заземление. В состав заземляющего устройства входит заземлитель (проводящий элемент) и проводник заземления между заземляющей точкой на почве и заземлителем. Достаточным заземление против электростатики считается при сопротивлении в любой точке оборудования не выше 1 мегаОм. Для оборудования часто используются проводящие пленки, покрывающие рабочую поверхность.

В рабочих помещениях настилаются антистатические полы, операторы должны работать в антистатической одежде и обуви (при этом сопротивление материала подошв не выше 100 ом).

Защита от статического электричества в быту

В бытовых условиях существует комплекс мер и мероприятий, помогающих предотвратить образование электростатических разрядов:

Не стоит забывать о защите личных автомобилей от образования статики на кузове машины, особенно перед заправкой его бензином. Делается это с помощью простой антистатической полоски под днищем кузова.

Статическое электричество – это свободные электрические заряды, собираемые на различных диэлектриках. И в промышленности, и в быту происходит накопление совсем неполезного статического электричества, и необходима защита от него, поскольку такие заряды способны нанести вред как машинам, механизмам, так и промышленным объектам и здоровью человека. Только надежные методы способны свести на нет или же совсем не допустить этого отрицательного явления.

Видео

Источник

Особенности статического электричества

С проявлениями статического электричества легко столкнуться в повседневной жизни: при быстром снятии свитера, хождении по ковру в шерстяных носках, при использовании автомобиля. Образуемый в быту заряд неприятен, но не опасен для человека, а промышленности же статика может привести в пожару или взрыву.

Что это такое

Со статическим электричеством знакомы все люди. Это совокупность явлений, которые связаны с возникновением, сохранением и свободного накопления электрического заряда. Последний возникает на поверхности диэлектрика, который плохо проводит ток, или на изолированным проводнике, не имеющим доступ к постоянному току.

В Быту со статическим электричеством сталкивались все

Появление статического электричества связано с отсутствием перемещения заряда. Свободно передвигающиеся по проводнику электрические заряды являются электрический током. Если же эти заряды останавливаются в одном месте, это называется статическим электричеством.

В любом веществе положительные и отрицательные частицы атомов находятся в равновесии, их количество равно. При этом отрицательно заряженные электроны могут перемещаться между атомами, формирую положительный или отрицательный заряд. Это способствует формированию статического нестабильного электрического поля.

Статика неприятна, но не опасна

Важно! О статическом электричестве, его возникновении и способах защиты сказано в ГОСТе 17.1.018-79.

Сколько вольт в статическом напряжении

Сила разряда и характеристика статического напряжения может быть разной. Человек может ощущать разряд свыше 3 тысяч Вольт, увидеть искры можно от 5 тысяч Вольт, накапливать в теле можно до 10 тысяч.

Иногда энергия заряда достигает 1,4 джоулей, чего достаточно для поджигания горючих газов и жидкостей, но это происходит только на производстве.

Как получить

В домашних условиях получить статическое электричество несложно:

Причины возникновения

На молекулярном уровне напряжение возникает при столкновении поверхностей из разных материалов, когда ионы и электроны с поверхностей начинают перераспределяться. Чем больше площади поверхностей и прилагаемые усилия, тем выше степень электризации.

Главная причина возникновения заряда — трение

Существует несколько причин возникновения и накапливания электростатического напряжения:

Область применения

Применять статическую электроэнергия в быту пока что не научились — слишком сложный и опасный процесс получения. Многие приборы, работающие на силе трения, применяются только для показа опытов.

Намного чаще статика применяется на производстве: при покраске поверхностей, очищении от пыли примесей, создании ворса и т.д.

Какая опасность статического напряжения

Главная опасность заключается в неконтролируемом ударе током. В быту это практически неопасно: например, при снятии шерстяного свитера человека ударит током, но сила этого заряда будет крайне мала.

При длительном нахождении в электрическом поле повышенной напряженности у человека могут начаться проблемы со здоровьем: головные боли, нарушение сна, раздражительность, нарушение работы сердечно-сосудистой и нервной систем.

Достаточно сильный разряд может привести к пожару

Намного выше опасность статического напряжения на производстве и при перевозке легковоспламеняемых веществ: при сильном разряде они могут взорваться или загореться. Например, в вентиляции и вытяжке может скопиться пыль из диэлектрического материала, который легко вспыхивает и разгорается из-за постоянной подачи воздуха. При перевозке электричество может скапливаться при перекачке или сливе жидкостей, даже за счет плескания при езде.

Важно! В домашних условиях полезно «заземляться», например, ходить босиком.

Меры безопасности

В бытовых условиях защититься от статики можно при помощи следующих мер:

На производстве снизить электростатическое напряжение можно, уменьшив скорость работы, используя специальные материалы и заземление. Также по ГОСТу энергия накопления заряда на поверхности предметов не должна превышать 40% от наименьшей энергии загорания.

На производстве должны быть приняты меры предосторожности

Статическое электричество многие считают неопасным, хоть и не особо приятным. Однако все зависит от силы заряда: в промышленности или при перевозке большого количества горючих жидкостей накопившийся разряд может быть очень сильным и привести к пожару.

Источник

Что такое статическое электричество и как с ним бороться?

Понятие о статическом электричестве знакомо всем из школьного курса физики. Статическое электричество возникает в процессе появления зарядов на проводниках, поверхностях различных предметов. Появляются они в результате трения, возникающего при соприкосновении предметов.

Что это такое — статическое электричество

Все вещества состоят из атомов. В атоме находится ядро, вокруг которого расположены в одинаковом количестве электроны и протоны. Они способны перемещаться из одного атома в другой. При движении формируются отрицательные и положительные ионы. Их дисбаланс приводит к тому, что возникает статика. Статический заряд протонов и электронов в атоме одинаков, но имеет разную полярность.

Статика появляется в быту. Статический разряд может происходить при низких токах, но высоких напряжениях. Опасности для людей в этом случае нет, но разряд опасен для электроприборов. Во время разряда страдают микропроцессоры, транзисторы и другие элементы схемы.

Причины возникновения статистического электричества

Возникает статика при следующих состояниях:

Заряд появляется в результате электрической индукции. На металлических корпусах автомобилей в сухое время года создаются большие электрические заряды. Экран телевизора или монитор компьютера способен заряжаться от воздействия луча, создаваемого в электронно-лучевой трубке.

Вред и польза от статистического электричества

Статический заряд пытались использовать многие ученые и изобретатели. Создавались громоздкие агрегаты, польза от которых была низкой. Полезным оказалось открытие учеными коронного разряда. Он широко используется в промышленности. С помощью электростатического заряда красят сложные поверхности, очищают газы от примесей. Все это хорошо, но существуют и многочисленные проблемы. Электроудары бывают большой мощности. Они способны иногда поражать человека. Это случается и дома, и на рабочем месте.

Вред статического электричества проявляется в ударах разной мощности при снятии синтетического свитера, при выходе из автомобиля, включении и выключении кухонного комбайна и пылесоса, ноутбука и микроволновой печи. Эти удары могут оказаться вредными.

Возникает статическое электричество, которое сказывается на работе сердечно-сосудистой и нервной систем. От него следует защищаться. Сам человек тоже часто является переносчиком зарядов. При соприкосновении с поверхностями электроприборов происходит их электризация. Если это контрольно-измерительный прибор, дело может окончиться его поломкой.

Ток разряда, принесенного человеком, своим теплом разрушает соединения, разрывает дорожки микросхем, уничтожает пленку полевых транзисторов. В результате схема приходит в негодность. Чаще всего это происходит не сразу, а на любом этапе в процессе работы инструмента.

На предприятиях, обрабатывающих бумагу, пластмассу, текстиль, материалы часто ведут себя неправильно. Они склеиваются друг с другом, прилипают к различным видам оборудования, отталкиваются, собирают много пыли на себя, наматываются неправильно на катушки или бобины. Виной этого является возникновение статического электричества. Два одинаковых по полярности заряда отталкиваются друг от друга. Иные, один из которых заряжен положительно, а другой — отрицательно, притягиваются. Так же ведут себя и заряженные материалы.

На полиграфических предприятиях и в других местах, где используются в работе легковоспламеняющиеся растворители, возможно возникновение пожара. Это происходит в тех случаях, когда на операторе надета обувь с токонепроводящей подошвой, а оборудование не имеет правильного заземления. Способность возгорания зависит от следующих факторов:

Разряды бывают искровыми, кистевыми, скользящими кистевыми. От человека исходит искровой разряд. Кистевой возникает на заостренных частях оборудования. Энергия его настолько мала, что он практически не вызывает угрозы пожара. Кистевой разряд скользящий возникает на листовых синтетических, а также на рулонных материалах с разными зарядами на каждой стороне полотна. Опасность он представляет такую же, как искровой разряд.

Длительное пребывание в заряженной зоне приводит к раздражительности человека, к снижению аппетита, ухудшению сна.

Пыль из производственного помещения удаляется с помощью вентиляции. Она скапливается в трубах и может воспламениться от статистического искрового разряда.

Как снять статическое электричество с человека

Самое простейшее средство защиты от него — заземление оборудования. В условиях производства используются для этой цели экраны и иные приспособления. В жидких веществах применяются специальные растворители и присадки. Активно используются антистатические растворы. Это вещества с низкой молекулярной массой. Молекулы в антистатике легко перемещаются и вступают в реакцию с влагой, содержащейся в воздухе. За счет этой характеристики с человека снимается статика.

Хорошо помогает проведение ионизации. Делается это с помощью антистатической планки. Она имеет много иголок из специальных сплавов. Под действием тока в 4-7кВ воздух вокруг разлагается на ионы. Используются и воздушные ножи. Они представляют собой антистатическую планку, через которую вдувается воздух и очищает поверхность. Заряды статики активно образуются при разбрызгивании жидкостей, обладающих диэлектрическими свойствами. Поэтому для снижения действия электронов нельзя допускать падающей струи.

Желательно использовать антистатический линолеум на полу и чаще проводить уборку с помощью средств бытовой химии. На предприятиях, связанных с обработкой тканей или бумаги, проблему избавления от статики решают смачиванием материалов. Повышение влажности не дает накапливаться вредному электричеству.

Чтобы снять статику, необходимо:

Хорошо увлажняют атмосферу комнатные цветы, кипящий чайник, специальные приспособления. Антистатические составы продаются в магазинах бытовой химии. Они распыляются над ковровой поверхностью. Можно изготовить антистатик самостоятельно. Для этого берут смягчитель ткани (1 колпачок), выливают в бутылку. Затем емкость наполняется чистой водой, которую разбрызгивают над поверхностью ковра. Салфетки, смоченные антистатиком, нейтрализуют заряды на обивке сидений.

Увлажнение кожи производится лосьоном после душа. Руки протираются несколько раз в день. Следует поменять одежду на натуральную. Если она заряжается, обработать антистатиками. Рекомендуется носить обувь с кожаной подошвой или ходить по дому босиком. Перед стиркой желательно насыпать на одежду ¼ стакана соды (пищевой). Она снимает разряды электричества и смягчает ткань. При полоскании белья можно добавить в машину уксус (¼ стакана). Сушить белье лучше на свежем воздухе.

Все перечисленные меры помогают нейтрализовать статические проблемы.

Как самостоятельно избавиться от статического электричества

История открытия электричества

Что такое шаговое напряжение и как покинуть опасную зону

Что такое короткое замыкание по-простому?

Что такое электрофорная машина и как она работает?

В чём и как измеряется емкость аккумулятора?

Источник

НЕМНОГО ТЕОРИИ

Для тех, кому интересно откуда берется статический заряд и для тех, кто хочет бороться с ним с научным подходом или понимать теорию, на основании которой произведено наше оборудование, и был написан данный раздел. Он написан специалистами компании Fraser Anti-Static Techniques, суммарный опыт работы которых в отрасли борьбы со статикой и ее применения составляет более ста лет. Десятилетия опыта были положены в основу передовых и востребованных на рынке устройств и приборов, которые мы продаем.

1. Вступление о статическом электричестве

2. Что такое статическое электричество

3. Как генерируется статическое электричество

4. Измерение статического заряда

5. Четыре основные проблемы, связанные со статическим электричеством

6. Оценка минимального заряда, достаточного для воспламенения опасных атмосфер

I. Вступление о статическом электричестве

Наши клиенты обычно не интересуются научными объяснениями статического электричества. Это работа специалистов Fraser Anti-Static Techniques Ltd., чьи глубокие знания и годы опыта вкупе с качеством производства в результате дают отличную продукцию, которую мы рады представить нашим покупателям.

Но если Вы все-таки хотите получить представление об этом явлении, предлагаем вам ознакомиться с информацией из этого и следующих разделов.

Статическое электричество — не самая развитая область научных исследований, потому что исторически оно не рассматривалось как полезное, в отличие от электрического тока, который имел много применений в обеспечении энергией.

С 1940-х годов растущее применение пластиков в быту и промышленности, а также новые технологии сделали электростатику предметом более глубоких научных изысканий, но общий уровень знаний о статическом электричестве все еще достаточно мал.

В промышленности это все еще очень часто предмет суждений, а не точного научного знания. Слишком много физических и химических свойств взаимодействующих объектов и окружающей среды осложняют проведение точного анализа. Также есть проблемы и с измерением статического электричества.

II. Что такое статическое электричество

Статическое электричество возникает в случае нарушения внутриатомного или внутримолекулярного равновесия вследствие приобретения или потери электрона. Обычно атом находится в равновесном состоянии благодаря одинаковому числу положительных и отрицательных частиц — протонов и электронов. Электроны могут легко перемещаются от одного атома к другому. При этом они формируют положительные (где отсутствует электрон) или отрицательные (одиночный электрон или атом с дополнительным электроном) ионы. Когда происходит такой дисбаланс, возникает статическое электричество.

У положительного иона отсутствует один электрон, следовательно, он может легко принимать электрон от отрицательно заряженной частицы. Отрицательный ион в свою очередь может быть либо одиночным электроном, либо атомом/молекулой с большим числом электронов. В обоих случаях существует электрон, способный нейтрализовать положительный заряд.

III. Как генерируется статическое электричество

Основные причины появления статического электричества:

Поверхностный контакт и разделение материалов, возможно, являются наиболее распространенными причинами возникновения статического электричества на производствах, связанных с обработкой рулонных пленок и листовых пластиков. Статический заряд генерируется в процессе разматывания/наматывания материалов или перемещения друг относительно друга различных слоев материалов. Этот процесс не вполне понятен, но наиболее правдивое объяснение появления статического электричества в данном случае может быть получено проведением аналогии с плоским конденсатором, в котором механическая энергия при разделении пластин преобразуется в электрическую:

Результирующее напряжение = начальное напряжение х
(конечное расстояние между пластинами/начальное расстояние между пластинами)

Когда синтетическая пленка касается подающего/приемного вала, невысокий заряд, перетекающий от материала к валу, провоцирует дисбаланс. По мере того, как материал преодолевает зону контакта с валом, напряжение возрастает точно также как в случае с конденсаторными пластинами в момент их разделения. Практика показывает, что амплитуда результирующего напряжения ограничена вследствие электрического пробоя, возникающего в промежутке между соседними материалами, поверхностной проводимости и других факторов. На выходе пленки из контактной зоны часто можно слышать слабое потрескивание или наблюдать искрение. Это происходит в момент, когда статический заряд достигает величины, достаточной для пробоя окружающего воздуха. До контакта с валом синтетическая пленка с точки зрения электричества нейтральна, но в процессе перемещения и контакта с подающими поверхностями поток электронов направляется на пленку и заряжает ее отрицательным зарядом. Если вал металлический и заземленный его положительный заряд быстро стекает.

Большая часть оборудования имеет много валов, поэтому величина заряда и его полярность могут часто меняться. Наилучший способ контроля статического заряда – это его точное определение на участке непосредственно перед проблемной зоной. Если заряд нейтрализован слишком рано, он может восстановиться до того, как пленка достигнет этой проблемной зоны.

В теории возникновение статического заряда может быть проиллюстрировано простой электрической схемой:

C – выполняет функцию конденсатора, который накапливает заряд, как батарея. Это обычно поверхность материала или изделия. R – сопротивление, способное ослабить заряд материала/механизма (обычно при слабой циркуляции тока). Если материал является проводником, заряд стекает на землю и не создает проблем. Если же материал является изолятором, заряд не сможет стекать, и возникают сложности. Искровой разряд возникает в том случае, когда напряжение накопленного заряда достигает предельного порога.

Токовая нагрузка — заряд, сгенерированный, например, в процессе перемещения пленки по валу. Ток заряда заряжает конденсатор (объект) и повышает его напряжение U. В то время как напряжение повышается, ток течет через сопротивление R. Баланс будет достигнут в момент, когда ток заряда станет равен току, циркулирующему по замкнутому контуру сопротивления. (Закон Ома: U = I х R).

Если объект имеет способность накапливать значительный заряд, и если имеет место высокое напряжение, статическое электричество приводит к возникновению таких серьезных проблем, как искрение, электростатическое отталкивание/притягивание или электропоражение персонала.

Полярность заряда

Статический заряд может быть либо положительным, либо отрицательным. Для разрядников постоянного тока (AC) и пассивных разрядников (щеток, шнуров, мишуры) полярность заряда обычно не важна.

IV. Измерение статического заряда

Измерение величины статического заряда является очень важной процедурой, которая позволяет обнаружить присутствие заряда, определить его амплитуду и породивший источник.

Как уже отмечалось выше, статическое электричество возникает при дефиците или избытке электронов в атоме. Вследствие того, что измерить величину заряда на поверхности объекта в кулонах невозможно, измеряют сопротивление или напряженность электрического поля, связанную со статическим зарядом. Этот способ измерения широко применяется в промышленности.

Зависимость между сопротивлением поля и напряженностью заключается в том, что в любой точке сопротивление является составляющей градиента напряженности.

Приборы Fraser серии 710 собраны по представленной ниже схеме и измеряют напряжение на поверхности объекта.

А – напряжение в конденсаторе изменяется вместе с изменением величины заряда.

Проводя измерения с расстояния 100 мм, и пользуясь формулой Q (заряд) = С (емкостное сопротивление) х U (напряжение), можно вычислить емкостное сопротивление.

Измерительные приборы Fraser просты в использовании и очень полезны для анализа возникших проблем или прогноза их появления в будущем.

При измерениях параметров статического электричества важно следовать инструкциям по эксплуатации приборов. Электрическое поле действует в единственном направлении, поэтому его практическое изучение не представляет сложностей. Одними из наиболее интересных и важных для измерения заряда характеристик электрического поля являются:

Как отмечалось выше, в воздушном пространстве силовые линии электрического поля проходят перпендикулярно поверхности заряженного объекта. Это позволяет производить измерения с очень высокой точностью.

В случае с производством и обработкой синтетической пленки следует отметить важную деталь. Когда материал перемещается по валу, электрический заряд переходит к валу, и кажется, что поле исчезло. Поэтому вблизи вала нет возможности производить точные измерения. Электрическое поле появляется вновь, когда материал преодолевает зону контакта, и статический заряд можно снова измерить точно.

V. Четыре основные проблемы, связанные со статическим электричеством

1. Статический разряд в электронике

На эту проблему необходимо обратить внимание, т.к. она часто возникает в работе с электронными блоками и компонентами, использующимися в современных контрольно-измерительных устройствах.

В электронике основная опасность, связанная со статическим зарядом, исходит от человека, несущего заряд, и пренебрегать этим нельзя. При разряде образуется тепло, которое приводит к выжиганию соединений, прерыванию контактов и разрыву дорожек микросхем. Высокое напряжение уничтожает также тонкую оксидную пленку на полевых транзисторах и других элементах, имеющих покрытие.

Часто компоненты не полностью выходят из строя, что можно считать еще более опасным, т.к. неисправность проявляется не сразу, а в непредсказуемый момент в процессе эксплуатации устройства.

Общее правило: при работе с чувствительными к статическому электричеству деталями и устройствами необходимо всегда принимать меры для нейтрализации заряда, накопленного на теле человека. Подробная информация по этому вопросу содержится в документах европейского стандарта CECC 00015.

2. Электростатическое притяжение/отталкивание

Это, возможно, наиболее широко распространенная проблема, возникающая на предприятиях, связанных с производством и обработкой пластмасс, бумаги, текстиля и в смежных отраслях. Она проявляется в том, что материалы самостоятельно меняют свое поведение — склеиваются между собой или, наоборот, отталкиваются, прилипают к оборудованию, притягивают пыль, неправильно наматываются на приемное устройство и пр.

Притягивание/отталкивание происходит в соответствии с законом Кулона, в основе которого лежит принцип обратной пропорциональности квадрата расстояния. В простой форме он выражается следующим образом:

Сила притяжения или отталкивания = Заряд А * Заряд В / Расстояние между объектами 2

Следовательно, интенсивность проявления этого эффекта напрямую связана с амплитудой статического заряда и расстоянием между притягивающимися или отталкивающимися объектами. Притягивание и отталкивание происходят в направлении силовых линий электрического поля.

Если два заряда имеют одинаковую полярность – они отталкиваются, если противоположную – притягиваются. Если один из объектов заряжен, он будет провоцировать притягивание, создавая зеркальную копию заряда на нейтральных объектах.

3. Риск возникновения пожара

Риск возникновения пожара не является общей для всех производств проблемой. Но вероятность возгорания очень велика на полиграфических и других предприятиях, где используются легковоспламеняющиеся растворители.

В опасных зонах наиболее распространенными источниками возгорания являются незаземленное оборудование и подвижные проводники. Если на операторе, находящемся в опасной зоне, надета спортивная обувь или туфли на токонепроводящей подошве, существует риск, что его тело будет генерировать заряд, способный спровоцировать возгорание растворителей. Незаземленные проводящие детали машин также представляют опасность. Все, что находится в опасной зоне должно быть хорошо заземлено. Нижеследующая информация дает краткое пояснение способности статического разряда провоцировать возгорание в легковоспламеняющихся средах. Важно, чтобы неопытные продавцы были заранее осведомлены о видах оборудования, чтобы не допустить ошибки в подборе устройств для применения в таких условиях.

Способность разряда провоцировать возгорание зависит от многих переменных факторов:

Типы разряда
Существует три основных типа — искровой, кистевой и скользящий кистевой разряды. Коронный разряд в данном случае во внимание не принимается, т.к. он отличается невысокой энергией и происходит достаточно медленно. Коронный разряд чаще всего неопасен, его следует учитывать только в зонах очень высокой пожаро- и взрывоопасности.

Искровой разряд в основном исходит от умеренно проводящего, электрически изолированного объекта. Это может быть тело человека, деталь машины или инструмент. Предполагается, что вся энергия заряда рассеивается в момент искрения. Если энергия выше МЭВ паров растворителя, может произойти воспламенение.
Энергия искры рассчитывается следующим образом: Е (в Джоулях) = 1/2 С U 2

Кистевой разряд возникает, когда заостренные части деталей оборудования концентрируют заряд на поверхностях диэлектрических материалов, изоляционные свойства которых приводят к его накоплению. Кистевой разряд отличается более низкой энергией по сравнению с искровым и, соответственно, представляет меньшую опасность в отношении воспламенения.

Скользящий кистевой разряд происходит на листовых или рулонных синтетических материалах с высоким удельным сопротивлением, имеющих повышенную плотность заряда и разную полярность зарядов с каждой стороны полотна. Такое явление может быть спровоцировано трением или распылением порошкового покрытия. Эффект сравним с разрядкой плоского конденсатора и может представлять такую же опасность, как искровой разряд.

Мощность разряда
Если объект, имеющий энергию, не очень хорошо проводит электрический ток, например, человеческое тело, сопротивление объекта будет ослаблять разряд и понижать опасность. Для человеческого тела существует эмпирическое правило: считать, что любые растворители с внутренней минимальной энергией воспламенения менее 100 мДж могут воспламениться несмотря на то, что энергия, содержащаяся в теле, может быть выше в 2 – 3 раза.

Источник и энергия разряда
Величина и геометрия распределения заряда являются важными факторами. Чем больше объем тела, тем больше энергии оно содержит. Острые углы повышают мощность поля и поддерживают разряды.

Минимальная энергия воспламенения МЭВ
Минимальная энергия воспламенения растворителей и их концентрация в опасной зоне являются очень важными факторами. Если минимальная энергия воспламенения ниже энергии разряда, возникает риск возгорания.

Существуют две общие причины статического удара.

Наведенный заряд

Если человек находится в электрическом поле и держится за заряженный объект, например, за намоточную бобину для пленки, возможно, что его тело зарядится от наведенной индукции.

Заряд остается в теле оператора, если он находится в обуви на изолирующей подошве, до того момента, пока он не дотронется до заземленного оборудования. Заряд стекает на землю и поражает человека. Такое происходит и в случае, когда оператор дотрагивается до заряженных объектов или материалов – из-за изолирующей обуви заряд накапливается в теле. Когда оператор трогает металлические детали оборудования, заряд может стечь и спровоцировать электроудар.

При перемещении людей по синтетическим ковровым покрытиям порождается статический заряд при контакте между ковром и обувью. Электроудары, которые получают водители, покидая свою машину, провоцируются зарядом, возникшим между сиденьем и их одеждой в момент подъема. Решение этой проблемы – дотронуться до металлической детали автомобиля, например, до рамы дверного проема, до момента подъема с сиденья. Это позволяет заряду безопасно стекать на землю через кузов автомобиля и его шины.

Удар, спровоцированный оборудованием

Такой электроудар возможен, хотя происходит значительно реже, чем поражение, спровоцированное материалом. Если намоточная бобина имеет значительный заряд, случается, что пальцы оператора концентрируют заряд до такой степени, что он достигает точки пробоя, и происходит разряд. Помимо этого, если металлический незаземленный объект находится в электрическом поле, он может зарядиться наведенным зарядом. По причине того, что металлический объект является токопроводящим, подвижный заряд разрядится в человека, который дотрагивается до объекта.

VI. Оценка минимального заряда, достаточного для воспламенения опасных атмосфер

При определении эффективности применения антистатического ионизатора ЕХ1250 во взрывоопасной среде может возникнуть вопрос о количественной оценке остаточного статического поля на предмет возможности привести к воспламенению или взрыву в опасной атмосфере, возникающей в производственном процессе.

Увы, на этот вопрос вряд ли есть точный и однозначный ответ, так как степень опасности зависит от того, способен ли накопленный заряд генерировать электрическое поле с достаточным напряжением, чтобы сформировать пробой на материале с последующим разрядом, содержащим энергию, большую, чем минимальная энергия воспламенения горючей атмосферы данного процесса.

Конечно, различные виды разрядов требуют различных условий для их возникновения, например, искровой разряд, кистевой разряд и т.д.

Самый лучший международный источник информации по теме, касающейся статических опасностей — это руководство IEC60079-32-1, но и оно не дает никаких точных значений напряжений, но тем не менее в разделе 7.1.5. «Невоспламеняющие разряды при операциях с жидкостями» утверждает следующее:

Опасность воспламенения может возникнуть при гораздо более низких напряжениях (обычно от 5 до 10 кВ), если изолированные проводники, такие, как плавающие металлические объекты или неправильно закрепленные элементы, находятся в емкости, или если контейнер имеет изолирующую подложку без точки контакта для заземления находящейся в нем жидкости и наполняется жидкостью, которая имеет достаточную проводимость для создания разрядов.

Далее раздел A.3. «Электростатические разряды» дает описание статического разряда:

А.3.2. Искры

Искра — это разряд между двумя проводниками, жидкими или твердыми. Она характеризуется ярко выраженным световым каналом разряда, несущим ток высокой плотности. Газ ионизирован на всю длину канала. Разряд очень быстрый и вызывает резкий треск.

Искра происходит между двумя проводниками, когда напряженность поля между ними превышает электрическую напряженность атмосферы. Разница потенциалов между проводниками, необходимая для пробоя, зависит как от формы так и от расстояния между проводниками. Для сравнения: напряженность пробоя для поверхностей плоских или с большим радиусом искривления при расстоянии 10 мм или более между ними составляет 3 МВм -1 (300 В на мм) в нормальном воздухе и увеличивается при увеличении расстояния.

Поскольку объекты, между которыми проскакивает искра, являются проводниками, преобладающая часть сохраненного заряда проходит через искру. В большинстве случаев на практике это рассеивает почти всю сохраненную энергию. Энергия искры между проводящим телом и проводящим заземленным объектом может быть вычислена по следующей формуле:

Результатом расчета является максимальное количество энергии. Энергия искры будет меньше, если есть сопротивление в пути разряда на заземление. Типичные значения емкостей проводников даны в таблице ниже:

Исходя из того, что искра может возникать как между жидкими, так и твердыми проводниками, мы можем принять в качестве примерной оценки нижнего порога для разряда в 5-10 кВ, что очень приблизительно и не учитывает ни форму проводников, ни состав и концентрацию газовой смеси.

Также в заключение можно сказать, что фактическая возможность пожара или взрыва всегда зависит не только от напряжения, но и емкости проводника и минимальной энергии воспламенения окружающей атмосферы данного производственного процесса.

Источник