Conceptul de electricitate statică este familiar tuturor de la cursul de fizică din școală. Electricitatea statică apare atunci când sarcinile apar pe conductori și suprafețe diverse articole. Ele apar ca urmare a frecării care apare atunci când obiectele intră în contact.
Ce este electricitatea statică?
Toate substanțele sunt formate din atomi. Un atom are un nucleu în jurul căruia există un număr egal de electroni și protoni. Ei sunt capabili să se deplaseze de la un atom la altul. La mișcare, se formează ioni negativi și pozitivi. Dezechilibrul lor duce la statică. Sarcina statică a protonilor și electronilor dintr-un atom este aceeași, dar are polaritate diferită.
Statica apare in viata de zi cu zi. Descărcările statice pot apărea la curenți mici, dar la tensiuni înalte. În acest caz nu există pericol pentru oameni, dar descărcarea este periculoasă pentru aparatele electrice. În timpul descărcării, microprocesoarele, tranzistoarele și alte elemente ale circuitului sunt deteriorate.
Cauzele electricității statice
Statica apare in urmatoarele conditii:
- contactul sau separarea a două materiale diferite unul de celălalt;
- schimbări bruște de temperatură;
- radiații, radiații UV, raze X;
- operarea mașinilor de tăiat hârtie și a mașinilor de tăiat.
Statica apare adesea în timpul sau înaintea unei furtuni. Norii de tunsoare, atunci când se deplasează prin aer saturat de umiditate, generează electricitate statică. Descărcarea are loc între nor și sol, între nori individuali. Dispozitivul de paratrăsnet ajută la conducerea încărcării în pământ. Norii de tunsoare creează un potențial electric asupra obiectelor metalice care provoacă șocuri ușoare atunci când sunt atinse. Impactul nu este periculos pentru oameni, dar o scânteie puternică poate provoca aprinderea unor obiecte.
Fiecare locuitor a auzit în mod repetat accidentul care se aude la scoaterea hainelor, impactul atingerii mașinii. Aceasta este o consecință a apariției statiei. O descărcare electrică poate fi simțită atunci când tăiați hârtie, pieptănați părul sau turnați benzină. Taxele gratuite însoțesc o persoană peste tot. Folosind diverse dispozitive electrice le mărește aspectul. Apar la turnarea și zdrobirea produselor solide, la pomparea sau turnarea lichidelor inflamabile, la transportul lor în rezervoare, la înfășurarea hârtiei, țesăturilor și foliilor.
Sarcina apare ca rezultat al inducției electrice. Pe caroserii metalice ale mașinilor în timp uscat ani, se creează sarcini electrice mari. Un ecran TV sau un monitor de computer poate fi încărcat prin expunerea la un fascicul creat într-un tub catodic.
Daune și beneficii ale electricității statice
Mulți oameni de știință și inventatori au încercat să folosească încărcarea statică. Au fost create unități greoaie, ale căror beneficii erau reduse. Descoperirea descărcării corona de către oamenii de știință s-a dovedit a fi utilă. Este utilizat pe scară largă în industrie. Folosind o sarcină electrostatică, suprafețele complexe sunt vopsite și gazele sunt purificate de impurități. Toate acestea sunt bune, dar există și numeroase probleme. Șocurile electrice pot fi foarte puternice. Uneori pot infecta oamenii. Acest lucru se întâmplă atât acasă, cât și la locul de muncă.
Daunele electricității statice se manifestă prin șocuri de putere variabilă la scoaterea unui pulover sintetic, la coborârea dintr-o mașină, la pornirea și oprirea unui robot de bucătărie și aspirator, laptop și cuptor cu microunde. Aceste lovituri pot fi dăunătoare.
Apare electricitatea statică, care afectează funcționarea sistemului cardiovascular și nervos. Ar trebui să te protejezi de asta. Persoana însăși este, de asemenea, adesea un purtător de taxe. La contactul cu suprafețele aparatelor electrice, acestea devin electrificate. Dacă acesta este un dispozitiv de control și măsurare, problema se poate termina cu defecțiunea acestuia.
Curentul de descărcare adus de o persoană, cu căldura sa, distruge conexiunile, rupe urmele microcircuitelor și distruge pelicula tranzistoarelor cu efect de câmp. Ca urmare, circuitul devine inutilizabil. Cel mai adesea, acest lucru nu se întâmplă imediat, ci în orice etapă în timpul funcționării instrumentului.
În fabricile care procesează hârtie, materiale plastice și textile, materialele se comportă adesea incorect. Se lipesc unul de altul, se lipesc de diverse tipuri echipamente, sunt împinse, adună mult praf asupra lor și sunt înfășurate incorect pe role sau bobine. Motivul pentru aceasta este apariția electricității statice. Două sarcini de polaritate egală se resping reciproc. Alții, dintre care unul este încărcat pozitiv și celălalt negativ, se atrag reciproc. Materialele încărcate se comportă la fel.
În fabricile de imprimare și în alte locuri în care se folosesc solvenți inflamabili, poate apărea un incendiu. Acest lucru se întâmplă atunci când operatorul poartă încălțăminte cu tălpi neconductoare și echipamentul nu are împământare corectă. Capacitatea de aprindere depinde de următorii factori:
- tip de descărcare;
- puterea de descărcare;
- sursă de descărcare statică;
- energie;
- prezența solvenților sau a altor lichide inflamabile în apropiere.
Descărcările pot fi scânteie, mână sau mână alunecătoare. O descărcare de scânteie vine de la o persoană. Carpianul apare pe părțile ascuțite ale echipamentului. Energia sa este atât de scăzută încât practic nu prezintă pericol de incendiu. Descărcarea periei de alunecare are loc atât pe foile sintetice, cât și pe materiale de rulare cu sarcini diferite pe fiecare parte a pânzei. Prezintă același pericol ca o descărcare de scânteie.
Letalitatea -- întrebarea principală pentru profesioniștii în siguranță. Dacă o persoană se ține de bobină și se află în zona de tensiune, corpul său va fi și el încărcat. Pentru a elimina încărcarea, asigurați-vă că atingeți pământul sau echipamentul împământat. Abia atunci încărcarea va intra în pământ. Dar persoana va primi un șoc electric puternic sau slab. Rezultatul sunt mișcări reflexe care uneori duc la răni.
O ședere lungă într-o zonă încărcată duce la iritabilitatea unei persoane, scăderea apetitului și somnul slab.
Praf de la spațiile de producțieîndepărtat prin ventilație. Se acumulează în țevi și se poate aprinde din cauza unei scântei statice.
Cum să eliminați electricitatea statică de la o persoană
Cel mai simplu mijloc de protecție împotriva acestuia este împământarea echipamentului. În condiții de producție, ecrane și alte dispozitive sunt folosite în acest scop. ÎN substanțe lichide se folosesc solvenți și aditivi speciali. Soluțiile antistatice sunt utilizate în mod activ. Acestea sunt substanțe cu greutate moleculară mică. Moleculele din agentul antistatic se mișcă ușor și reacţionează cu umiditatea din aer. Datorită acestei caracteristici, statica este eliminată de la o persoană.
Dacă pantofii operatorului au tălpi neconductoare, acesta trebuie să atingă întotdeauna solul. Apoi, fluxul de curent static în pământ nu poate fi oprit, dar persoana va primi un șoc puternic sau slab. Simțim efectul curentului static după ce ne plimbăm pe covoare și covoare. Șoferii care coboară din mașină primesc șocuri electrice. Este ușor să scapi de această problemă: doar atingeți ușa cu mâna în timp ce stați nemișcat. Sarcina va curge în pământ.
Ionizarea ajută foarte mult. Acest lucru se face folosind o bandă antistatică. Are multe ace din aliaje speciale. Sub influența unui curent de 4-7 kV, aerul din jur se descompune în ioni. Se folosesc și cuțite de aer. Sunt o bandă antistatică prin care este suflat aer și curăță suprafața. Sarcinile statice se formează în mod activ atunci când lichidele cu proprietăți dielectrice sunt stropite. Prin urmare, pentru a reduce efectul electronilor, nu ar trebui permis un jet în cădere.
Este indicat să folosiți linoleum antistatic pe podea și să îl curățați mai des folosind produse chimice de uz casnic. La întreprinderile implicate în prelucrarea țesăturilor sau hârtiei, problema eliminării statiei se rezolvă prin umezirea materialelor. Creșterea umidității împiedică acumularea de electricitate dăunătoare.
Pentru a elimina statica, trebuie:
- umidificați aerul din cameră;
- tratați covoarele și covoarele cu agenți antistatici;
- ștergeți scaunele din mașină și din camere cu șervețele antistatice;
- hidratează-ți pielea mai des;
- refuza îmbrăcămintea sintetică;
- purta incaltaminte cu talpa de piele;
- preveniți apariția staticului pe rufe după spălare.
Florile de interior, un fierbător de fierbere și dispozitivele speciale hidratează bine atmosfera. Compușii antistatici sunt vânduți în magazinele de produse chimice de uz casnic. Sunt pulverizate pe suprafața covorului. Puteți face singur un agent antistatic. Pentru a face acest lucru, luați balsam (1 capac) și turnați-l într-o sticlă. Apoi recipientul este umplut apă curată, care se pulverizează pe suprafața covorului. Șervețelele umezite cu un agent antistatic neutralizează încărcările de pe tapițeria scaunelor.
Hidratează pielea cu loțiune după duș. Mâinile se șterg de mai multe ori pe zi. Ar trebui să vă schimbați hainele cu altele naturale. Dacă se încarcă, tratați-l cu agenți antistatici. Este recomandat sa porti pantofi cu talpa de piele sau sa te plimbi descult prin casa. Înainte de spălare, este indicat să presărați ¼ de cană de bicarbonat de sodiu pe haine. Îndepărtează descărcările electrice și înmoaie țesătura. Când clătiți hainele, puteți adăuga oțet (¼ cană) la aparat. Este mai bine să uscați hainele la aer curat.
Toate măsurile de mai sus ajută la neutralizarea problemelor statice.
Sarcinile electrostatice apar pe suprafețele unor materiale de frecare, atât lichide, cât și solide, ca urmare a unui proces complex de electrificare de contact. Electrificarea are loc atunci când două materiale dielectrice sau dielectrice și conductoare se freacă împreună dacă acestea din urmă sunt izolate.
Intensitatea formării sarcinilor electrice este determinată de diferența dintre proprietățile electrice ale materialelor, precum și de forța și viteza de frecare. Cu cât forța și viteza de frecare sunt mai mari și cu cât diferența de proprietăți electrice este mai mare, cu atât este mai intensă formarea sarcinilor electrice. De exemplu, sarcinile electrostatice se formează pe caroseria unei mașini care se deplasează pe vreme uscată dacă cauciucul anvelopei are proprietăți izolante bune. Ca urmare, între corp și pământ apare o tensiune electrică, care poate ajunge la 10 kV și poate duce la o scânteie atunci când o persoană iese din mașină - o descărcare prin persoană la sol.
În producție, în diferite procese tehnologice, se formează și sarcini electrice mari, ale căror potențiale pot ajunge la zeci de kilovolți, de exemplu, în timpul măcinarii, turnării și transportului pneumatic al materialelor solide, în timpul transfuziei, pompării prin conducte, transportului lichidelor dielectrice ( benzină, kerosen etc.) în rezervoare. Atunci când banda transportoare de cauciuc alunecă față de role sau cureaua de transmisie față de scripete, pot apărea sarcini electrice cu un potențial de până la 45 kV.
Pe lângă frecare, cauza formării sarcinilor statice este inducția electrică, ca urmare a căreia corpurile izolate de pământ într-un câmp electric extern dobândesc o sarcină electrică. Electroliza prin inducție a obiectelor conductoare de electricitate este deosebit de bună. De exemplu, pe obiecte metalice (mașini etc.) izolate de sol, pe vreme uscată sub influența unui CÂMP electric linii de înaltă tensiune liniile electrice sau norii pot genera sarcini electrice semnificative.
Când o persoană atinge un obiect care poartă o sarcină electrică, aceasta din urmă este descărcată prin corpul uman. Mărimile curenților care apar în timpul descărcării nu sunt mari și sunt foarte scurte. Prin urmare, nu apar leziuni electrice. Cu toate acestea, descărcarea, de regulă, provoacă o mișcare reflexă a unei persoane, care în unele cazuri poate duce la o mișcare bruscă a mâinii, o cădere de la înălțime sau intrarea într-o zonă de producție periculoasă.
Cel mai mare pericol al încărcărilor electrostatice este că descărcarea prin scânteie poate avea suficientă energie pentru a aprinde un amestec inflamabil sau exploziv. Scânteia care apare atunci când sarcinile electrostatice sunt descărcate este cauza comuna incendii si explozii. La o tensiune de 3 kV, o descărcare de scânteie poate provoca aprinderea aproape tuturor amestecurilor de abur și gaz-aer; la 5 kV - aprinderea majorității prafurilor combustibile.
Electricitatea statică prezintă cel mai mare pericol în producție și transport, în special în prezența focului și a amestecurilor explozive, a prafului și a vaporilor de lichide inflamabile.
ÎN condiţiile de viaţă(de exemplu, când mergeți pe un covor), se acumulează mici încărcături, iar energia descărcărilor de scântei rezultate nu este suficientă pentru a iniția un incendiu în conditii normale viata de zi cu zi
Pentru a proteja împotriva utilizării electricității statice:
- o metodă care elimină sau reduce intensitatea formării sarcinilor de electricitate statică;
- o metodă care elimină încărcăturile de formare.
Prima metodă este cel mai eficient și se realizează prin selectarea perechilor de materiale pentru elementele mașinii care interacționează între ele cu frecare. O altă modalitate de a neutraliza încărcările electrice statice este amestecarea materialelor care, atunci când interacționează cu elementele echipamentelor, sunt încărcate diferit. De exemplu, atunci când un material format din 40% nailon și 60% dacron este frecat de o suprafață cromată, nu se observă electroliză.
O scădere a intensității formării sarcinilor electrostatice este facilitată de o scădere a forței și vitezei de frecare și a rugozității suprafețelor care interacționează. În acest scop, la transportul prin conducte de lichide inflamabile cu rezistivitate electrică ridicată (de exemplu, benzină, kerosen etc.), se reglează vitezele maxime de pompare. Nu este permisă turnarea unor astfel de lichide în recipiente cu un jet care cădea liber pe suprafața lichidului: furtunul de scurgere este îngropat sub suprafața lichidului care se scurge.
Principala metodă de implementare a doua metodă este împământarea părților conductoare de electricitate ale echipamentelor tehnologice pentru a descărca în pământ sarcinile rezultate de electricitate statică. În acest scop, puteți utiliza împământare de protecție convențională concepută pentru a proteja împotriva daunelor. șoc electric. Dacă este imposibilă împământarea elementelor mașinilor și echipamentelor, pe suprafața acestora se aplică acoperiri conductoare electric (agenți antistatici), iar materialele textile (de exemplu, filtre) sunt supuse unei impregnari speciale, ceea ce le crește conductivitatea electrică. Împământarea conductelor de gaz este extrem de importantă sisteme de ventilație, prin care se transportă aerul prăfuit.
Pentru a crește intensitatea sarcinilor statice care se scurg din elementele mașinii, aerul din încăperea în care sunt instalate este umidificat.
Activitatea zilnică a oricărei persoane este legată de mișcarea sa în spațiu. În același timp, nu numai că merge pe jos, ci călătorește și cu transportul.
În timpul oricărei mișcări, are loc o redistribuire a sarcinilor statice, modificând echilibrul echilibrului intern între atomii și electronii fiecărei substanțe. Este asociat cu procesul de electrificare, formarea electricității statice.
U solide Distribuția sarcinilor are loc datorită mișcării electronilor, iar în lichide și gaze - atât electroni, cât și ioni încărcați. Toate împreună creează o diferență de potențial.
Motive pentru formarea electricității statice
Cele mai frecvente exemple de manifestare a forțelor statice sunt explicate în școală în timpul primelor lecții de fizică, când freacă tije de sticlă și ebonită pe țesătura de lână și demonstrează atracția bucăților mici de hârtie pentru ele.
Există, de asemenea, experiență cunoscută în devierea unui curent subțire de apă sub influența sarcinilor statice concentrate pe o tijă de ebonită.
În viața de zi cu zi, electricitatea statică se manifestă cel mai adesea:
când purtați îmbrăcăminte de lână sau sintetică;
mers în pantofi cu tălpă de cauciuc sau șosete de lână pe covoare și linoleum;
folosind articole din plastic.
Situația este agravată de:
aer uscat din interior;
pereți din beton armat din care sunt realizate clădiri cu mai multe etaje.
Cum se creează o încărcare statică?
De obicei, corpul fizic conține un număr egal de particule pozitive și negative, datorită cărora se creează un echilibru în el, asigurându-i starea neutră. Când este încălcat, corpul capătă o sarcină electrică de un anumit semn.
Static înseamnă o stare de odihnă atunci când corpul nu se mișcă. Polarizarea poate avea loc în interiorul substanței sale - mișcarea sarcinilor dintr-o parte în alta sau transferul lor de la un obiect din apropiere.
Electrificarea substanțelor are loc ca urmare a achiziționării, îndepărtării sau separării sarcinilor atunci când:
interacțiunea materialelor datorită forțelor de frecare sau de rotație;
schimbare bruscă de temperatură;
iradiere în diverse moduri;
divizarea sau tăierea corpurilor fizice.
Ele sunt distribuite pe suprafața unui obiect sau la o distanță de mai multe distanțe interatomice de acesta. Pentru corpurile neîmpământate, acestea se răspândesc pe zona stratului de contact, iar pentru cele conectate la bucla de împământare curg pe aceasta.
Dobândirea sarcinilor statice de către organism și drenarea acestora au loc simultan. Electrificarea este asigurată atunci când organismul primește un potențial energetic mai mare decât îl cheltuiește în mediul extern.
Din această prevedere rezultă o concluzie practică: pentru a proteja corpul de electricitatea statică, este necesară îndepărtarea sarcinilor dobândite de pe acesta la circuitul de masă.
Metode de evaluare a electricității statice
Substanțele fizice, pe baza capacității lor de a forma sarcini electrice de diferite semne atunci când interacționează cu alte corpuri prin frecare, sunt caracterizate pe scara efectului triboelectric. Unele dintre ele sunt prezentate în imagine.
Următoarele fapte pot fi citate ca exemplu al interacțiunii lor:
mersul în șosete de lână sau pantofi cu talpă de cauciuc pe covor uscat poate încărca corpul uman până la 5÷-6 kV;
caroseria unui autoturism care circulă pe un drum uscat capătă un potențial de până la 10 kV;
cureaua de transmisie care rotește scripetele este încărcată până la 25 kV.
După cum putem vedea, potențialul electricității statice atinge valori foarte mari chiar și în condiții casnice. Dar nu ne face mult rău pentru că nu are putere mare, iar descărcarea sa trece prin rezistența mare a plăcuțelor de contact și se măsoară în fracțiuni de miliamperi sau puțin mai mult.
În plus, este redus semnificativ de umiditatea aerului. Efectul său asupra cantității de stres corporal la contactul cu diferite materiale este prezentat în grafic.
Din analiza sa rezultă concluzia: într-un mediu umed, electricitatea statică apare mai puțin. Prin urmare, pentru combaterea acestuia se folosesc diverse umidificatoare de aer.
În natură, electricitatea statică poate atinge valori enorme. Când norii se deplasează pe distanțe lungi, între ei se acumulează potențiale semnificative, care se manifestă sub formă de fulgere, a căror energie este suficientă pentru a despica un copac vechi de un secol de-a lungul trunchiului sau a arde o clădire rezidențială.
Când electricitatea statică este descărcată în viața de zi cu zi, simțim „furcături” în degete, vedem scântei emanate de articolele din lână și simțim o scădere a vigoare și a eficienței. Curentul la care este expus corpul nostru în viața de zi cu zi are un impact negativ asupra bunăstării și stării noastre. sistemul nervos, dar nu provoacă daune evidente, vizibile.
Producători de măsurători echipamente industriale produc dispozitive care vă permit să determinați cu exactitate tensiunea sarcinilor statice acumulate atât pe carcasele echipamentelor, cât și pe corpul uman.
Cum să te protejezi de electricitatea statică acasă
Fiecare dintre noi trebuie să înțeleagă procesele care creează descărcări statice care reprezintă o amenințare pentru corpul nostru. Ele ar trebui să fie cunoscute și limitate. În acest scop, se organizează diverse evenimente educaționale, inclusiv programe de televiziune populare pentru populație.
asupra lor mijloacele disponibile prezintă modalități de creare a tensiunii statice, principii de măsurare a acesteia și metode de realizare a măsurilor preventive.
De exemplu, având în vedere efectul triboelectric, cel mai bine este să folosiți piepteni din lemn natural, și nu metal sau plastic, așa cum fac majoritatea oamenilor. Lemnul are proprietăți neutre și nu formează încărcături atunci când este frecat de păr.
Pentru a elimina potențialul static de pe caroseria mașinii atunci când conduceți pe un drum uscat, utilizați benzi speciale antistatice atașate la partea inferioară. Diferite tipuri de ele sunt disponibile pe scară largă la vânzare.
Dacă nu există o astfel de protecție pe mașină, atunci potențialul de tensiune poate fi îndepărtat prin împământarea pentru scurt timp a caroseriei printr-un obiect metalic, de exemplu, o cheie de contact a mașinii. Este deosebit de important să efectuați această procedură înainte de realimentare.
Când o sarcină statică se acumulează pe hainele din materiale sintetice, aceasta poate fi îndepărtată prin tratarea vaporilor dintr-un recipient special care conține compoziție „Antistatică”. În general, este mai bine să folosiți mai puțin astfel de țesături și să purtați materiale naturale din in sau bumbac.
La acumularea de încărcări contribuie și pantofii cu tălpi cauciucate. Este suficient să puneți branțuri antistatice în ea din materiale naturale cum vor fi reduse efectele nocive asupra organismului.
Influența aerului uscat, caracteristică apartamentelor din oraș ora de iarna, a fost deja discutat. Umidificatoarele speciale sau chiar bucăți mici de pânză umezită plasate pe baterie îmbunătățesc situația și reduc formarea de electricitate statică. Dar execuție regulată curatare umedaîn interior vă permite să îndepărtați rapid particulele electrizate și praful. Acesta este unul dintre cele mai bune moduri protecţie.
Gospodărie aparate electriceÎn timpul funcționării, încărcăturile statice se acumulează și pe corp. Un sistem de egalizare a potențialului conectat la bucla generală de împământare a clădirii este proiectat pentru a reduce impactul acestora. Chiar și o simplă cadă acrilică sau o structură veche din fontă cu aceeași inserție este susceptibilă la statică și necesită protecție într-un mod similar.
Cum să vă protejați împotriva electricității statice în producție
Factori care reduc performanța echipamentelor electronice
Descărcările care apar în timpul fabricării materialelor semiconductoare pot provoca daune mari, pot perturba caracteristicile electrice ale dispozitivelor sau chiar le pot distruge.
În condiții de producție, descărcarea poate fi aleatorie și depinde de o serie de factori diferiți:
dimensiunea capacității formate;
potenţial energetic;
rezistența electrică a contactelor;
tip de procese tranzitorii;
alte accidente.
În acest caz, în momentul inițial de aproximativ zece nanosecunde, curentul de descărcare crește la un maxim, iar apoi scade în 100÷300 ns.
Natura apariției unei descărcări statice pe un dispozitiv semiconductor prin corpul operatorului este prezentată în imagine.
Mărimea curentului este influențată de: capacitatea de încărcare acumulată de o persoană, rezistența corpului său și plăcuțele de contact.
În timpul producției de echipamente electrice, se poate crea o descărcare statică fără participarea operatorului, datorită formării de contacte prin suprafețele împământate.
În acest caz, curentul de descărcare este afectat de capacitatea de încărcare acumulată de corpul dispozitivului și de rezistența plăcuțelor de contact formate. În acest caz, semiconductorul este inițial afectat simultan de potențialul de înaltă tensiune indus și de curentul de descărcare.
Datorită acestui efect complex, daunele pot fi:
1. evident, atunci când performanța elementelor este redusă în așa măsură încât devin improprii utilizării;
2. ascuns - din cauza unei reduceri a parametrilor de iesire, uneori chiar incadrandu-se in caracteristicile stabilite din fabrica.
Al doilea tip de defecțiune este dificil de detectat: cel mai adesea duc la pierderea performanței în timpul funcționării.
Un exemplu de astfel de daune din acțiunea tensiunii statice înalte este demonstrat de graficele abaterii caracteristicilor curent-tensiune în raport cu dioda KD522D și circuitul integrat BIS KR1005VI1.
Linia maro numerotată 1 arată parametrii dispozitivelor semiconductoare înainte de testarea cu tensiune crescută, iar curbele numerotate 2 și 3 arată scăderea acestora sub influența unui potențial indus crescut. În cazul #3 are un impact mai mare.
Daunele pot fi cauzate de:
tensiune indusă excesivă, care sparge stratul dielectric al dispozitivelor semiconductoare sau perturbă structura cristalului;
densitate mare a curentului care curge, provocând temperaturi ridicate, ducând la topirea materialelor și arderea stratului de oxid;
teste, antrenament electric și termic.
Daunele ascunse pot să nu afecteze performanța imediat, ci după câteva luni sau chiar ani de funcționare.
Metode de implementare a protecției împotriva electricității statice în producție
În funcție de tipul de echipament industrial, se utilizează una dintre următoarele metode de menținere a operabilității sau o combinație a acestora:
1. eliminarea formării sarcinilor electrostatice;
2. blocarea intrării acestora la locul de muncă;
3. creşterea rezistenţei aparatelor şi componentelor la acţiunea descărcărilor.
Metodele nr. 1 și nr. 2 vă permit să protejați un grup mare de dispozitive diferite într-un complex, iar nr. 3 este utilizat pentru dispozitive individuale.
Eficiența ridicată a menținerii operabilității echipamentului se realizează prin plasarea acestuia în interiorul unei cuști Faraday - un spațiu împrejmuit pe toate părțile cu plasă fină plasă metalică conectat la bucla de masă. Externele nu pătrund în interiorul acestuia câmpuri electrice, iar magnetic static este prezent.
Cablurile cu înveliș ecranat funcționează pe acest principiu.
Protecția statică se clasifică după principiile de execuție în:
fizice și mecanice;
chimic;
structurale si tehnologice.
Primele două metode vă permit să preveniți sau să reduceți formarea sarcinilor statice și să creșteți rata de scurgere a acestora. A treia tehnică protejează dispozitivele de efectele încărcărilor, dar nu afectează drenajul acestora.
Drenajul deversărilor poate fi îmbunătățit prin:
crearea încoronării;
creşterea conductivităţii materialelor pe care se acumulează sarcini.
Aceste probleme sunt rezolvate:
ionizarea aerului;
creșterea suprafețelor de lucru;
selectarea materialelor cu conductivitate volumetrică mai bună.
Datorită implementării lor, liniile pregătite în prealabil sunt create pentru a drena sarcinile statice pe bucla de pământ, împiedicându-le să ajungă la elementele de lucru ale dispozitivelor. Se ține cont de faptul că rezistența electrică totală a căii create nu trebuie să depășească 10 ohmi.
Dacă materialele au rezistență mare, atunci protecția se realizează în alte moduri. În caz contrar, sarcinile încep să se acumuleze pe suprafață, care pot fi descărcate la contactul cu solul.
Un exemplu de protecție electrostatică complexă a unui loc de muncă pentru un operator implicat în întreținerea și reglarea dispozitivelor electronice este prezentat în imagine.
Suprafața mesei este conectată la bucla de împământare printr-un conductor de conectare și un covoraș conductiv folosind terminale speciale. Operatorul lucrează în îmbrăcăminte specială, poarta pantofi cu talpa conductoare si se aseaza pe un scaun cu un scaun special. Toate aceste măsuri fac posibilă descărcarea eficientă a sarcinilor acumulate la sol.
Ionizatoarele de aer de lucru reglează umiditatea și reduc potențialul electricității statice. La utilizarea lor, se ține cont de faptul că conținutul crescut de vapori de apă din aer afectează negativ sănătatea umană. Prin urmare, încearcă să-l mențină la un nivel de aproximativ 40%.
Asemenea într-un mod eficient Poate exista o ventilație regulată a încăperii sau utilizarea unui sistem de ventilație în ea, atunci când aerul trece prin filtre, este ionizat și amestecat, asigurându-se astfel neutralizarea sarcinilor care apar.
Pentru a reduce potențialul acumulat de corpul uman, brățările pot fi folosite pentru a completa un set de îmbrăcăminte și pantofi antistatic. Ele constau dintr-o bandă conductoare care este atașată de braț folosind o cataramă. Acesta din urmă este conectat la firul de împământare.
Cu această metodă, curgerea curentului corpul uman. Valoarea sa nu trebuie să depășească un miliamperi. Valorile mai mari pot provoca dureri și leziuni electrice.
Pe măsură ce încărcarea curge către sol, este important să vă asigurați că pleacă cu o viteză de o secundă. În acest scop, se folosesc pardoseli cu rezistență electrică scăzută.
Când lucrați cu plăci semiconductoare și componente electronice, protecția împotriva deteriorării cauzate de electricitatea statică este asigurată și de:
manevrarea forțată a bornelor plăcilor și unităților electronice în timpul verificărilor;
folosind unelte și fiare de lipit cu capete de lucru împământate.
Containerele cu lichide inflamabile amplasate pe vehicule sunt împământate folosind un circuit metalic. Chiar și fuselajul aeronavei este echipat cu cabluri metalice, care acționează ca protecție împotriva electricității statice în timpul aterizării.
Nivelurile permise ale intensității câmpului electrostatic sunt stabilite în GOST 12.1.045-84. „Câmpuri electrostatice. Niveluri permise la locurile de muncă și cerințe pentru control.” Nivelurile permise de intensitate a câmpului depind de timpul petrecut la locurile de muncă. Nivelul maxim admis al intensității câmpului electrostatic este de 60 kV/m pe 1 oră.
Utilizarea echipamentului de protecție pentru lucrători este obligatorie în cazurile în care nivelurile reale ale intensității câmpului electrostatic la locurile de muncă depășesc 60 kV/m.
Atunci când alegeți mijloacele de protecție împotriva electricității statice, trebuie luate în considerare următoarele caracteristici: procese tehnologice, proprietăți fizice și chimice materialul care se prelucrează, microclimatul incintei etc., ceea ce determină o abordare diferenţiată a dezvoltării măsurilor de protecţie.
Protecția împotriva electricității statice se realizează în două moduri:
- * reducerea intensității formării sarcinilor electrice;
- * eliminarea sarcinilor rezultate de electricitate statică.
Reducerea intensității formării sarcinilor electrice se realizează prin reducerea vitezei și a forței de frecare, a diferențelor de proprietăți dielectrice ale materialelor și prin creșterea conductivității electrice a acestora. Reducerea forței de frecare se realizează prin lubrifiere, reducând rugozitatea și zona de contact a suprafețelor care interacționează. Ratele de frecare sunt limitate prin reducerea vitezei de prelucrare și transport a materialelor.
Deoarece sarcinile de electricitate statică se formează în timpul stropirii, pulverizării și pulverizării lichidelor dielectrice, este de dorit să se elimine aceste procese sau cel puțin să le limiteze. De exemplu, „nu este permisă umplerea rezervoarelor cu lichide dielectrice printr-un curent în cădere liberă. Furtunul de scurgere trebuie coborât sub nivelul lichidului sau, în cazuri extreme, jetul trebuie direcționat de-a lungul peretelui pentru a evita stropirea.”
Deoarece intensitatea formării sarcinii este mai mare, cu cât conductivitatea electrică a materialului este mai mică, este de dorit să se utilizeze, dacă este posibil, materiale cu conductivitate electrică mai mare sau să le crească conductivitatea electrică prin introducerea de aditivi conductivi electric (antistatici). Deci, pentru a acoperi podele, trebuie să utilizați linoleum antistatic, este recomandabil să efectuați periodic un tratament antistatic al covoarelor, materialelor pentru covoare, țesăturilor sintetice și materialelor care utilizează produse chimice de uz casnic.
Este de preferat să faceți obiecte și substanțe în contact din același material, deoarece în acest caz nu se va produce electroliza de contact. De exemplu, este recomandabil să depozitați pulberea de polietilenă în butoaie de polietilenă și să o turnați și să o transportați prin furtunuri și conducte din polietilenă. Dacă acest lucru nu este posibil, se folosesc materiale care au proprietăți dielectrice similare. De exemplu, electrificarea într-o pereche fluoroplastic-polietilenă este mai mică decât într-o pereche fluoroplastic-ebonită.
Astfel, pentru a proteja împotriva electricității statice, este necesar să se utilizeze materiale slab electrificate sau neelectrificate, să se elimine sau să se limiteze frecarea, pulverizarea, stropirea și stropirea lichidelor dielectrice.
„Eliminarea sarcinilor de electricitate statică se realizează în primul rând prin împământarea carcaselor echipamentelor. Împământarea pentru a elimina electricitatea statică poate fi combinată cu împământare de protecție echipamente electrice. Dacă împământarea este utilizată numai pentru a elimina electricitatea statică, atunci rezistența sa electrică poate fi semnificativ mai mare decât pentru rezistența de protecție a echipamentelor electrice (până la 100 ohmi). Chiar și un fir subțire este suficient pentru ca sarcinile electrice să curgă constant în pământ.”
Pentru a elimina electricitatea statică din caroseria mașinii, utilizați o bandă conductoare electric - „antistatic”, atașată la partea inferioară a mașinii. Dacă, la părăsirea mașinii, observați că corpul „scânteie”, descărcați caroseria atingând-o cu un obiect metalic, de exemplu, cheia de contact. Nu este periculos pentru oameni. Asigurați-vă că faceți acest lucru dacă aveți de gând să vă umpleți mașina cu benzină.
Avioanele sunt echipate cu cabluri metalice atașate la trenul de aterizare și la fundul fuzelajului, ceea ce permite ca sarcinile statice generate în timpul zborului să fie îndepărtate de pe corp în timpul aterizării.
Pentru a elimina sarcinile electrice, ecranele de protecție ale monitoarelor computerului sunt împământate. Cisternele de benzină sunt echipate cu întrerupătoare de împământare sub formă de circuite care sunt în contact constant cu solul atunci când vehiculul se mișcă. Când scurgeți benzina în rezervoarele unei benzinării, vehiculul cisternă și sistemul de evacuare a benzinei trebuie să fie împământate suplimentar.
Aerul umed are suficientă conductivitate electrică pentru ca sarcinile electrice rezultate să circule prin el. Prin urmare, într-un mediu cu aer umed, practic nu se formează încărcături electrostatice, iar umidificarea aerului este una dintre cele mai simple și mai comune metode de combatere a electricității statice.
O altă metodă obișnuită pentru eliminarea sarcinilor electrostatice este ionizarea aerului. Ionii generați în timpul funcționării ionizatorului neutralizează sarcinile de electricitate statică. Astfel, ionizatoarele de aer de uz casnic nu numai că îmbunătățesc compoziția aeroionică a aerului din interior, dar elimină și sarcinile electrostatice formate în aerul uscat pe covoare, covoare sintetice și îmbrăcăminte. În producție se folosesc ionizatoare speciale de aer puternice diverse modele, dar cele mai comune sunt ionizatoarele electrice.
Pantofii antistatici, halatele antistatice, brățările de împământare pentru protejarea mâinilor și alte mijloace care asigură împământarea electrostatică a corpului uman pot fi folosite ca echipamente de protecție personală.
Electricitatea statică este un ansamblu de fenomene asociate cu apariția, conservarea și relaxarea unei sarcini electrice libere la suprafața și în volumul substanțelor, materialelor, produselor dielectrice și semiconductoare sau pe conductoare izolate.
Apariția sarcinilor de electricitate statică are loc în timpul deformării, strivirii substanțelor, mișcării relative a două corpuri în contact, straturi de materiale lichide și în vrac, în timpul amestecării intense, cristalizării și, de asemenea, datorită inducției.
Sistemele nervos, cardiovascular, neuroumoral și alte sisteme ale corpului sunt cele mai sensibile la câmpurile electrostatice. Aceasta necesită o reglare igienă a intensității maxime admisibile a câmpului electrostatic.
Un câmp electrostatic este caracterizat de o intensitate determinată de raportul dintre forța care acționează în câmp asupra unei sarcini electrice punctuale și mărimea acestei sarcini. Unitatea de măsură a tensiunii este volți pe metru. Nivelul admisibil al intensității câmpului electrostatic este de 60 kV/m. Dacă intensitatea câmpului depășește această valoare, trebuie aplicate măsuri de protecție adecvate.
Utilizarea pe scară largă a materialelor dielectrice și a compușilor organici (polimeri, hârtie, hidrocarburi solide și lichide, produse petroliere etc.) în toate domeniile de activitate economică este însoțită inevitabil de formarea sarcinilor de electricitate statică, care nu numai că complică procesele tehnologice, dar de asemenea, provoacă adesea incendii și explozii provocând mari pagube materiale. Acest lucru duce adesea la moarte.
Electricitate statică- acesta este un set de fenomene asociate cu apariția, conservarea și relaxarea unei sarcini electrice libere pe suprafața sau volumul dielectricilor sau pe conductorii izolați (GOST 12.1.018). Formarea și acumularea de sarcini pe materialul prelucrat este asociată cu două urmatoarele conditii:
♦ prezența contactului de suprafață, în urma căruia se creează un dublu strat electric, a cărui apariție este asociată cu trecerea electronilor în acționează pe suprafața de contact elementar donor-acceptor. Semnul sarcinii determină afinitatea inegală a materialului de suprafață pentru electroni;
♦ cel puţin una dintre suprafeţele de contact trebuie să fie din material dielectric.
Principalii factori care influențează electrificarea substanțelor sunt proprietățile lor electrice și viteza de separare a suprafețelor. S-a stabilit experimental că, cu cât procesul se desfășoară mai intens, adică. Cu cât viteza de detașare este mai mare, cu atât mai multă sarcină rămâne la suprafață.
Sunt cunoscute următoarele moduri de încărcare a obiectelor: contact direct cu materiale electrificate, încărcare inductivă și mixtă.
Încărcarea prin contact pur a suprafețelor include, de exemplu, electrificarea atunci când pompați combustibili și solvenți cu hidrocarburi prin conducte. Se știe că conductele din material dielectric transparent chiar strălucesc atunci când pompează lichide.
Odată cu contactul, încărcarea inductivă a obiectelor conductoare și a personalului de service are loc adesea în câmpul electric al unui material electrificat plat în mișcare.
Încărcarea mixtă se observă atunci când materialul electrificat intră în orice containere izolate de sol. Acest tip de încărcare se găsește cel mai adesea la turnarea lichidelor inflamabile în recipiente, la hrănire adezivi de cauciuc, țesături, folii în containere mobile, cărucioare etc. Formarea sarcinilor de electricitate statică la contactul unui corp lichid cu un solid sau un solid
un corp cu altul depinde în mare măsură de densitatea de contact a suprafețelor de frecare, starea lor fizică, viteza și coeficientul de frecare, presiunea în zona de contact, microclimat. mediu, prezența câmpurilor electrice externe etc.
Încărcăturile de electricitate statică se pot acumula și pe corpul uman (când lucrează sau intră în contact cu materiale și produse electrificate). Rezistența ridicată la suprafață a țesutului uman face dificilă scurgerea încărcăturilor, iar o persoană poate rămâne sub un potențial ridicat pentru o perioadă lungă de timp.
Principalul pericol la electrificarea diferitelor materiale este posibilitatea unei descărcări de scântei, atât de pe o suprafață electrificată dielectric, cât și de la un obiect conductor izolat.
Aprinderea amestecurilor combustibile prin descărcări de scânteie de electricitate statică poate apărea dacă energia degajată în descărcare este mai mare decât energia minimă de aprindere a amestecului combustibil.
Împreună cu pericol de incendiu Electricitatea statică reprezintă, de asemenea, un pericol pentru lucrători.
„Înțepături” ușoare atunci când se lucrează cu materiale puternic electrificate au un efect dăunător asupra psihicului lucrătorilor și în anumite situații pot contribui la rănirea echipamentelor tehnologice. Descărcările puternice de scântei, care apar, de exemplu, la ambalarea materialelor granulare, pot duce la durere. Senzații neplăcute cauzate de electricitatea statica poate determina dezvoltarea nevrasteniei, dureri de cap, somn slab, iritabilitate, furnicaturi in inima etc. În plus, odată cu trecerea constantă a micilor curenți de electrificare prin corpul uman, sunt posibile modificări fiziologice adverse ale corpului, ceea ce duce la boli profesionale. Expunerea sistematică la un câmp electrostatic de intensitate crescută poate provoca modificări funcționale în sistemul nervos central, cardiovascular și în alte sisteme ale corpului.
Utilizarea țesăturilor artificiale sau sintetice pentru îmbrăcăminte duce, de asemenea, la acumularea de sarcini de electricitate statică asupra unei persoane.
De asemenea, electricitatea statică afectează foarte mult mersul proceselor tehnologice de obținere și prelucrare a materialelor și calitatea produselor. La densități mari de încărcare, poate apărea defalcarea electrică a filmelor subțiri de polimer în scopuri de inginerie electrică și radio, ceea ce duce la produse defecte. Deosebit de dăunătoare este cauzată de aderența prafului la filmele polimerice cauzată de atracția electrostatică.
Electrificarea complică procese precum cernerea, uscarea, transportul pneumatic, imprimarea, transportul polimerilor, lichidelor dielectrice, turnarea fibrelor sintetice, filmelor etc., dozarea automată a materialelor fine, deoarece acestea se lipesc de pereții echipamentelor tehnologice și se lipesc între ele.
Atunci când se organizează producția, trebuie evitate procesele însoțite de generarea intensivă a sarcinilor de electricitate statică. Pentru a face acest lucru, este necesar să selectați corect suprafețele de frecare și viteza de mișcare a substanțelor, materialelor, dispozitivelor, evitați procesele de stropire, zdrobire, atomizare, purificați gazele și lichidele inflamabile de impurități etc.
Metodă eficientă reducerea intensităţii generării de electricitate statică este metoda perechii de contacte. Majoritatea materialelor structurale din punct de vedere al constantei dielectrice sunt situate în serie triboelectricăîntr-o astfel de succesiune încât oricare dintre ele capătă o sarcină negativă la contactul cu materialul care urmează în serie și o sarcină pozitivă cu cel precedent. Mai mult, odată cu creșterea distanței în rândul dintre două materiale, valoarea absolută a sarcinii care apare între ele crește.
În conformitate cu GOST 12.4.124, se utilizează echipamente de protecție colectivă și individuală.
Protecția colectivă împotriva electricității statice conform principiului de acțiune este împărțită în următoarele tipuri: dispozitive de împământare, neutralizatoare, dispozitive de umidificare, substanțe antielectrostatice, dispozitive de ecranare.
Împământare se referă la metodele de bază de protecție împotriva electricității statice și este conexiunea electrică intenționată la masă sau echivalentul său de părți metalice nepurtoare de curent care pot deveni sub tensiune. Este cel mai simplu, dar mijloacele necesare protecție datorită faptului că energia unei descărcări de scânteie din elementele conductoare neîmpământate ale echipamentelor tehnologice este de multe ori mai mare decât energia unei descărcări din dielectrici.
GOST 12.4.124 prevede că împământarea trebuie utilizată pe toate elementele conductoare electric ale echipamentelor de proces și ale altor obiecte în care pot apărea sau acumula sarcini electrostatice, indiferent de utilizarea altor mijloace de protecție împotriva electricității statice. De asemenea, este necesară împământarea conductelor de ventilație metalice și a carcaselor de izolare termică ale dispozitivelor și conductelor situate în ateliere, instalații exterioare, pasaje supraevaluate și canale. Mai mult, cele indicate linii tehnologice trebuie să fie continuu pe tot parcursul circuit electric, care este conectat la bucla de masă cel puțin în două puncte.
O atenție deosebită Este necesar să se acorde atenție împământării obiectelor mobile sau elementelor rotative ale echipamentelor care nu au contact constant cu solul. De exemplu, containerele mobile în care sunt turnate sau turnate materiale electrizante trebuie instalate pe baze împământate înainte de umplere sau conectate la electrodul de împământare cu un conductor special înainte ca trapa să fie deschisă.
Neutralizarea taxelor electricitatea statică se produce în cazurile în care nu este posibilă reducerea intensității formării acesteia prin mijloace tehnologice și de altă natură. Neutralizatorii sunt utilizați în acest scop. diverse tipuri:
· descărcare corona (inducție și înaltă tensiune);
· radioizotop cu surse emițătoare de α și β;
· combinat, combinând corona și radioizotop într-un singur design
neutralizatori;
· crearea unui flux de aer ionizat.
Cele mai simple de implementat sunt neutralizatori de inducție.În cele mai multe cazuri, acestea sunt un corp sau o tijă cu eclatoare împământate atașate la ele, care sunt ace, sfori, perii. Acești neutralizatori folosesc câmp electric, creat de materialul electrificat însuși.
Pentru a reduce intensitatea electrificării lichidelor, utilizați corzi sau neutralizatori de ace, care, prin creșterea conductibilității mediului, favorizează curgerea sarcinilor generate pe pereții împământați ai conductelor (echipamente) sau carcasa neutralizatorului.
ÎN neutralizatoare de înaltă tensiune Descărcările corona și glisante, spre deosebire de cele de inducție, folosesc o tensiune înaltă de până la 5 kV, alimentată la eclator de la o sursă de alimentare externă. Cu toate acestea, necesitatea folosirii tensiunii înalte nu permite utilizarea acestora în zone și industrii explozive.
În zonele periculoase din toate clasele se recomandă utilizarea neutralizatori de radioizotopi pe baza surselor de tip LTSE cu emițătoare α (plutoniu-238, -239) HP și cu emițătoare β (tritiu). Acești neutralizatori sunt de dimensiuni mici, simpli în proiectare și întreținere, au o durată de viață lungă și sunt siguri împotriva radiațiilor. Utilizarea lor în industrie nu necesită aprobarea autorităților sanitare.
În cazurile în care materialul (film, țesătură, bandă, foaie etc.) este electrificat cu intensitate mare sau se mișcă cu viteză mare și utilizarea neutralizatoarelor de radioizotopi nu asigură neutralizarea electricității statice, combinate. neutralizatori radioizotopi de inducție tip NRI. Sunt o combinație de radioizotopi și neutralizatoare cu inducție (ac) sau neutralizatoare de înaltă tensiune (DC și AC) cu inducție rezistentă la explozie, de înaltă frecvență.
Sunt foarte promițătoare neutralizatoare pneumoelectrice mărcile VEN-0.5 și VEN-1.0 și pneumoradioizotopic Marcile PRIN, in care aerul ionizat sau orice gaz este indreptat catre materialul electrificat. Astfel de neutralizatori nu numai că au o rază de acțiune crescută (până la 1 m), dar asigură și neutralizarea sarcinilor volumetrice în sistemele de transport pneumatic, aparate cu pat fluidizat, în buncăre, precum și neutralizarea electricității statice pe suprafețele produselor. de formă complexă. Dispozitivele pentru alimentarea cu aer ionizat în acest caz la spațiile explozive trebuie să aibă un ecran metalic împământat pe toată lungimea sa.
În unele cazuri, este eficient de utilizat neutralizatori de radiații electricitate statică, care asigură ionizarea unui material sau a unui mediu sub influența radiațiilor ultraviolete, laser, termice, electromagnetice și a altor tipuri de radiații.
Pentru a reduce rezistența electrică volumetrică specifică, în lichide dielectrice și soluții de polimeri (adezivi) se introduc diverse substanțe solubile. aditivi anti-electrostatici (antistatici),în special, săruri metalice cu valență variabilă, acizi carboxilici superiori, acizi grași naftenici și sintetici. Astfel de aditivi includ Sigbol, ASP-1, ASP-2, precum și aditivi pe bază de crom, cobalt, oleați de cupru, naftenați ai acestor metale, săruri de crom și FFA etc. În străinătate, aditivii dezvoltați de Ecco și Shell (aditiv ASA-3) au găsit cea mai mare utilizare.
Rezistența electrică a solidelor materiale polimerice(materiale plastice, cauciucuri, materiale plastice etc.) pot fi reduse prin introducerea diferitelor materiale electric conductoare în compoziția lor (negru de fum, pulberi etc.).
În industriile explozive, pentru a preveni descărcările periculoase de scânteie de electricitate statică care apar pe corpul uman în timpul contactului sau încărcării inductive cu materiale electrificate sau articole de îmbrăcăminte, este necesar să se asigure că aceste încărcături sunt îngropate în pământ. Acoperirile neconductoare includ asfalt, cauciuc, linoleum etc. Acoperirile conductoare includ beton, beton spumos, xilolit etc. Platformele împământate și platformele de lucru, mânerele ușilor, balustradele scărilor, mânerele dispozitivelor, mașinilor, mecanismelor, dispozitivelor sunt fonduri suplimentareîndepărtarea sarcinilor din corpul uman.
LA mijloace individuale Protecția împotriva electricității statice include încălțăminte și îmbrăcăminte electrostatică specială.
În unele cazuri, îndepărtarea continuă a sarcinilor de electricitate statică din mâinile unei persoane poate fi efectuată folosind brățări și inele speciale împământate. În același timp, acestea trebuie să ofere rezistență electrică în circuitul om-pământ și libertatea de mișcare a mâinilor.