Что такое статическое электричество
Перейти к содержимому

Что такое статическое электричество

  • автор:

Физика города: откуда берется статическое электричество и как от него избавиться

Статическое электричество – это явление, спровоцированное появлением или исчезновением избыточного напряжения на поверхности или внутри материалов, не проводящих электрический ток (стекла, пластика и других). Их называют диэлектриками, в их молекулярной структуре почти отсутствуют свободные электроны. Как появляется этот эффект и каким образом с ним можно бороться, объяснили наши друзья из Детского центра научных открытий «ИнноПарк».

Статическое электричество появляется из-за нарушения равновесия внутри атома или молекулы. На внешних орбиталях образуется избыточное количество электронов либо их, наоборот, становится недостаточно. Наиболее распространенная причина нарушения этого равновесия – трение. Даже самая гладкая, зеркальная поверхность имеет микровыступы, неровности, шероховатости. Трение есть всегда и в любых средах: твердой, жидкой и газообразной.

Резкий перепад температур также может стать причиной электризации. Происходит изменение скорости движения и, соответственно, количества столкновений или колебаний атомов внутри кристаллической решетки или молекулы. Как следствие – спонтанное отделение электронов, которые могут скапливаться, тем самым создавая статический заряд.

В быту мы часто сталкиваемся с этим эффектом. Когда мы ходим по ковру, мы являемся носителями отрицательного заряда, а ворсинки у нас под ногами – положительного. Как только мы после такой прогулки возьмем в руки ключи, накопленное напряжение мгновенно разрядится и нас слегка тряхнет.

Особенно настойчиво статическое электричество преследует нас в холодное время года. Зимой низкая влажность, а на человеке больше одежды. Сухость плюс много диэлектриков – плодотворная среда для электризации. На шерстяном свитере и синтетической кофте хорошо скапливаются заряды. Бояться нечего, небольшие разряды статического электричества не могут нанести вреда человеку.

Если вам все же неприятно, вот несколько практических рекомендаций:

  • Вспомнить все: как научиться хранить все нужные данные в голове
  • Уму постижимо: как правильно составить свое меню
  • В чем прикол: как развивать у себя чувство юмора

1 проложите хлопковой тканью стопки бумаги, пластика или синтетики;

2 распыляйте на ковры антистатик;

3 смазывайте волосы специальными средствами и выбирайте фен со встроенным ионным излучателем;

4 если у вас в квартире кондиционер, дополните его увлажнителем воздуха;

5 брейте ноги, это серьезно уменьшает риск скопления заряда.

Если приемы не сработали, есть способ быстро избавиться от напряжения. Одной рукой коснитесь заземленной поверхности – трубы или радиатора отопления, а в другой сожмите металлический предмет – скажем, связку ключей.

Елена Стрижакова, Детский центр научных открытий «ИнноПарк»

О «Физике города»

Каждый день, просыпаясь утром, мы погружаемся в город, полный фактур, звуков и красок. Пока мы идем на работу и гуляем в парке, нам в голову приходит миллион вопросов о том, как же все вокруг нас устроено в этом огромном мегаполисе. Почему под нами дрожит земля, когда под нами проезжает поезд метро? И может ли в Москве произойти землетрясение? Какими видят нас люди из космоса?

Мы предложили коллегам из Детского центра научных открытий «ИнноПарк» дать ответы на наши вопросы и разъяснить, сколько велосипедистов нужно для освещения столицы, какие оптические иллюзии можно увидеть в городе и как начать экономить энергию, не выходя из дома. Так появился проект «Физика города». Новые вопросы и новые ответы ищите на нашем сайте по понедельникам и четвергам.

Статическое электричество: забава или реальная опасность?

Изображение

Всем нам знакомо неприятное ощущение, когда берешься за металлическую ручку двери и получаешь легкий удар током или при снятии одежды из синтетики слышишь потрескивание, а иногда и видишь искры.

Простой эксперимент: Надуваем воздушный шарик. Трем шарик о свитер из шерсти и дотрагиваемся им до разных поверхностей и предметов. Получается настоящий фокус! Шарик прилипает ко всему: к потолку, к стене, и даже к человеку.

Изображение

Почему так происходит?

Объясняется все легко. Каждый предмет обладает электрическим зарядом, однако есть те, что легко теряют свои электроны, например – шерсть. При трении шарика о свитер электрические заряды разделяются, и некоторая часть электронов со свитера переходит на шарик, приобретая отрицательный заряд. Нейтральные электроны предметов, к которым мы подносим шарик, отталкиваются от электронов шара и поверхность получает положительный заряд, а воздушный шар притягивает предмет к себе.

Этот эксперимент — показательный пример статического электричества.

Изображение

Статическое электричество – это нарушение баланса электрических зарядов на поверхности или внутри материала, а также между материалами. Скопление заряда возникает из-за неустойчивых атомарных связей. Провоцирует его, как правило, трение, но иногда поводом становится некоторые виды излучений (рентген, радиация, ультрафиолет).

Статические заряды вырабатываются при трении. К примеру, кузов автомобиля трется о воздух, или его подвижные части между собой, синтетическая одежда трется о тело человека и многое другое. В таких случаях электростатический потенциал может достигать: до 6кВ на человеческом теле и до 10кВ на автомобильном кузове.

Изображение

Статический разряд происходит при очень высоком напряжение, но очень низком токе. В случае низкой влажности даже расчесывание волос часто провоцирует накопление статического заряда с напряжением в десятки тысяч вольт, но ток высвобождения будет настолько мал, что его порой даже невозможно почувствовать. Именно из-за низких значений тока мгновенного разряда, статическое напряжение безвредно для человека.

Однако, для дорогостоящих электронных приборов, например микропроцессоров или транзисторов, статическое напряжение уже не так безобидно. Накопление статического потенциала может выводить из строя полупроводниковые приборы, в том числе и на производстве. Серьезная опасность таится на взрывоопасных и пожароопасных объектах, при разрядах возникают искры, которые могут легко привести к возгоранию примесей присутствующих в воздухе.

Изображение

Полностью устранить статическое электронапряжение не представляется возможным, но его можно существенно снизить. Одной из эффективных мер нейтрализации в домашних условия является увлажнение воздуха. Если относительная влажность воздуха достигает 85% электростатический заряд не накапливается. Кроме того, рекомендуется носить одежду из натуральных тканей – лен, хлопок и полностью отказаться от синтетики.

Для того чтобы защитить промышленное оборудование от статического напряжения, необходимо применять защитное заземление. Заряды будут стекать в землю при соединении оборудования с заземляющим контуром и их накопление полностью исключается.

Для работы с высокочувствительной электроникой также применяется заземление. Заземляют стол, стул, токопроводящее напольное покрытие, а рабочий должен быть одет в токопроводящую одежду и обувь. Необходимо использовать заземление инструмента и заземляющие браслеты.

Изображение

С развитием современных технологий человек научился извлекать пользу из статического электричества. Накопленный заряд применяют при изготовлении и нанесении этикеток, а также при порошковой покраске автомобилей, при кашировании пиломатериалов и в бумажной промышленности.

image

Увлажнитель воздуха ультразвуковой 4 л 450 мл/ч Ареал 2 TDM SQ4013-0005

image

Коврик антистатический термостойкий 400х300х13 мм Rexant 12-0336 цена по запросу

image

Браслет антистатический проводной БАП-1 Алмаз TDM SQ1025-0208

image

Браслет антистатический проводной Мастер ЗУБР 55461

Что такое статическое электричество

Статика означает отсутствиедвижения. Статическое электричествоэто неподвижный электрическийзаряд. Все вещества состоят изатомов. Атом – мельчайшая частицавещества, обладающая при этом всемисвойствами, присущими веществам. Каждый атом состоит из положительнозаряженного ядра, вокруг котороговращаются отрицательно заряженныеэлектроны. В обычном состоянииположительный заряд ядра равенсумме отрицательных зарядовэлектронов, вращающихся вокругядра. Поэтому заряд атома являетсянейтральным (рис. 1). Если ядротеряет или приобретает электроны, баланс нарушается. Атом, потерявшийодин или несколько электронов,приобретает положительный заряд, аатом, получивший один или несколькоэлектронов, получает отрицательныйзаряд и становится ионом (рис. 2). Существует всего два типа зарядов:положительный и отрицательный.Одинаково заряженные атомыотталкиваются, а разнозаряженныеатомы притягиваются.

Static electricity definition

Static electricity is the result of an imbalance between negative and positive charges in an object. These charges can build up on the surface of an object until they find a way to be released or discharged.

Как возникает статическое электричество

Статическое электричество – поверхностное явление, возникающеепри контакте двух поверхностейс их последующим разделением. В результате происходит переходотрицательно заряженных электроновиз одного атома в другой. Уровеньзаряда (напряженность электрическогополя) зависит от следующихфакторов: вещество, его физические иэлектрические свойства, температура,влажность, давление, скоростьразделения поверхностей. Чем большедавление или скорость разделения, тембольше электрический заряд (рис. 3).

Tribo-elektrische reeks

Статический заряд увеличиваетсяв зимние месяцы из-за низкойвлажности. При высоких значенияхотносительной влажности некоторыевещества способны абсорбироватьвлагу, в результате чего ихповерхность приобретает свойстваполупроводника. Из-за возникновения(полу)проводниковой поверхностистатический заряд остается низкимили исчезает совсем. В таблицеэлектризации приведен ряд веществ(рис. 4). В результате трения эти материалыперенимают либо положительный, либоотрицательный заряд. Величина зарядаи полярность зависят от положениявещества в данной таблице.

Figuur 5Figuur 6

Проводники и непроводники (изоляторы)

Все вещества можно разделить надве главные группы: проводники иизоляторы. В проводниках электронымогут свободно перемещаться.Теоретически, проводник,организованный как изолятор, можетперенимать статический заряд. Этотзаряд нейтрализуется при простомзаземлении (рис. 5)Непроводники могутпродолжительное время удерживатьстатический заряд даже приусловии, что их разнозаряженныеполюса находятся в разных местах.Электроны лишены возможностисвободно перемещаться. Этимможно объяснить, почему в однихместах вещества притягиваются, а вдругих отталкиваются. Заземлениене действует, поскольку веществообладает свойствами непроводников(рис. 6).Справиться с этим может толькоактивная ионизация.

Последствия

В производственном процессе статический заряд может привести к негативным последствиям, так как в результате возникновения подобного заряда материалы прилипают к рабочим частям оборудования Р и с . 6 или друг к другу. Заряд притягивает частицы пыли из окружающей среды
к материалу. Во взрывоопасных зонах возникновение статического заряда может привести к появлению искр, которая в свою очередь может стать причиной возгорания или взрыва.

Контроль статического электричества

Нейтрализовать статический заряд непроводников можно с помощью активной ионизации. Simco-Ion является признанным во всем мире производителем ионизирующего оборудования. На точках высокого напряжения данного оборудования молекулы воздуха расщепляются на положительные и отрицательные ионы.Статический заряд на обрабатываемом материале притягивает ионы, имеющие противоположный заряд, такимобразом, снимая заряд с материала.Simco-Ion располагает широким спектром оборудования, выбор которого обусловлен спецификой производственного процесса. Однако, статическое электричество может приносить пользу. При помощи применения высокого напряженияк материалам может сообщаться статический заряд для их прилипания друг другу, что в некоторых случаях может упростить производственный процесс.

Благодаря уникальной концепции, IQ Easy Platform, до 30 устройств ионизации и зарядки могут быть подключены в сети и позволяют полностью контролировать все параметры. Все устройства взаимодействуют друг с другом для оптимизации эффективности.

Как статические заряды препятствуют процессам производства

  • Преобразование: накопление статического заряда приводит к привлечению пыли и грязи на дорожке. Материал отклоняется.
  • Упаковка: наращивание статического заряда привлекает загрязняющие вещества, чтобы этикетки не прилипали. Производство уменьшается.
  • Пластмасса: литьевые детали привлекают загрязняющие вещества и заставляют персонал дрожать во время обработки в результате статических зарядов. Эффективность уменьшается
  • Текстиль: статические заряды вызывают проблемы во время разматывания пряжи из барабанов и на платформе плавучести. Стационарная остановка машины.
  • Нетканые материалы: системы отделки забиты в результате увеличения статического заряда на материалах в пневматических конвейерах. Увеличенное обслуживание.
  • Печать: вставка и объяснение листов для листовой печати затруднено из-за статического электричества. Не своевременная доставка.
  • Графическое искусство: наращивание статического заряда при производстве фольги приводит к ретушированию или римейкам, что очень дорого. Недовольные клиенты.
  • Производство медицинских приборов: статические заряды обеспечивают, чтобы мелкие пластмассовые детали привлекали загрязняющие вещества перед упаковкой. Снижение качества.
  • Электроника: разрушающий электростатический разряд (ESD) обеспечивает скрытое повреждение электронной цепи.

Как оборудование для ионизации SIMCO улучшает производственные процессы

  • Преобразование: нейтрализованный материал не содержит пыли и грязи во время обратной промывки. Меньше времени простоя.
  • Упаковка: устранение статических зарядов на этикетках и / или бутылках обеспечивает успешное применение этикеток. Увеличивайте производство.
  • Пластмасса: благодаря нейтрализации детали, находящиеся под давлением, не склеиваются при транспортировке. Эффективность линии увеличивается.
  • Текстильные изделия: пряжа проходит гладко, а гребни работают на оптимальных скоростях без чрезмерного обслуживания. Нет лишней остановки.
  • Нетканые материалы: системы отделки работают без прерывания благодаря нейтрализации статических зарядов перед входом в циклон. Увеличивайте производство.
  • Печать: листы выходят из вставки и формируются в аккуратную кучу, которая готова к переплёту без регулировки. Доставка по времени.
  • Графика: произведенная фольга остается без пыли, устраняя необходимость в ремейках. Довольные клиенты.
  • Производство медицинских устройств: безмасляная упаковка небольших пластиковых деталей путем нейтрализации статических зарядов на деталях и упаковочных материалах. Повышенное качество.
  • Электроника и полупроводниковые материалы: защита от ESD во время монтажных работ гарантирует соблюдение стандартов качества. Меньшая ошибка продукта.

Chat with the expert!

Talk to one of our technical experts today or directly now, via chat, about finding the right anti static bar for your situation or just to find our more about static electricity. You can contact our experts locally and selected your preferred partner here. Also you can contact our Customer Service department or technical experts by means of the Chat on the website. Both normal chat and video-chat can be used to best describe your situation! Chat with us now

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.

Электрический заряд электрона составляет -1,6*10 -19 кулона. Протон с таким же по величине зарядом имеет положительную полярность. Статический заряд в кулонах прямо пропорционален избытку или дефициту электронов, т.е. числу неустойчивых ионов. Кулон – это основная единица статического заряда, определяющая количество электричества, проходящее через поперечное сечение проводника за 1 секунду при силе тока в 1 ампер.

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:

  1. Контакт между двумя материалами и их отделение друг от друга (включая трение, намотку/размотку и пр.).
  2. Быстрый температурный перепад (например, в момент помещения материала в духовой шкаф).
  3. Радиация с высокими значениями энергии, ультрафиолетовое излучение, рентгеновские лучи, сильные электрические поля (не очень распространенные в промышленных производствах).
  4. Операции резки (например, на раскроечных станках или бумагорезальных машинах).
  5. Электромагнитная индукция (вызванное статическим зарядом возникновение электрического поля).

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:

  • Электрическое поле — участок пространства, на котором действуют электрические силы, величины которых выражены в кулонах.
  • Все заряженные объекты окружены электрическим полем.
  • Силовые линии поля проходят перпендикулярно поверхности объекта и указывают направление, по которому действует сила.
  • Электрическое поле может охватывать несколько объектов, что важно учитывать при проведении измерений и осуществлении мероприятий по нейтрализации статического заряда.

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:

  • типа разряда;
  • мощности разряда;
  • источника и энергии разряда;
  • минимальной энергии воспламенения (МЭВ) легковоспламеняющейся среды;
  • наличия легковоспламеняющейся среды (растворителей в газовой фазе, пыли или горючих жидкостей).

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.

4. Удар электрическим током

Вопросу риска статического удара в условиях промышленного предприятия уделяется все больше внимания. Это связано с существенным повышением требований к гигиене и безопасности труда. Удар током, спровоцированный статическим электричеством, в принципе, не представляет особой опасности. Он просто неприятен, если только не вызывает резкой реакции отклонения от объекта удара.

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:

W = ½ Q V = ½ C V 2 ,

  • W — рассеянная энергия в джоулях,
  • Q — количество заряда на проводнике в кулонах,
  • V — его потенциал в вольтах,
  • C — его емкость в фарадах.

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:

Таблица А.2 Значения емкостей типичных проводников
Объект Емкость в пФ
(1 пФ = 1х10 -12 Ф)
Мелкие металлические предметы (наконечник шланга, ковш) от 10 до 20
Малые контейнеры (корзина, барабан до 50 л) от 10 до 100
Средние контейнеры (250 — 500 л) от 50 до 300
Крупные объекты (реакторы, окруженные заземленными структурами) от 100 до 1000
Тело человека от 100 до 200

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.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *