Статическое электричество средства защиты от него. Статическое электричество — что такое, причины возникновения

30.08.2023

Статическое электричество возникает вследствие сохранения зарядов электростатического поля на диэлектрических материалах. Оно отрицательно влияет на жизнь человека и эксплуатацию электрических устройств. Образование искр от статического электричества способствует пожарам и взрывам. Мощности энергии вполне хватит для возгорания газовоздушных смесей и пыли.

Заряд статического электричества может накапливаться на теле человека, если на нем одежда из шерсти или из химических волокон. Величина потенциала около 7 Джоулей не составляет опасности для человека, однако способна вызвать судороги и сокращения мышц. А это в свою очередь может создать условия для травмы на работе, падения с высоты и т.д.

Статическое электричество отрицательно влияет на функционирование точных приборов, радиосвязи, вызывает неисправности в работе. Работники, на которых постоянно воздействует статическое электричество, чаще болеют сердечно-сосудистыми заболеваниями и болезнями нервной системы.

Только защита от статического электричества способна свести к нулю или вовсе не допустить возникновение этого отрицательного явления.

Источники статического электричества

Действие различных излучений.
Резкое изменение температуры.
Взаимодействие тел друг с другом при движении.

Это явление оказывает негативное влияние и представляет опасность. Защита от статического электричества позволяет полностью предотвратить или значительно уменьшить его действие.

В бытовых условиях статическое поле часто возникает на шерсти животных, при снятии синтетической одежды, расчесывании волос, при ношении резиновой обуви, хождении по ковру в шерстяных носках, пользовании пластмассовыми изделиями.

Электростатическое поле не угрожает жизни человека, при разряде образуется слабый ток, который не способен слишком навредить организму человека. Он может создать лишь некоторое некомфортное состояние. Для предотвращения такого эффекта необходимо соблюдать всего лишь несколько простых правил: в морозную и сухую погоду не гладить животных, медленнее снимать шерстяную одежду, либо обработать ее специальным составом, при расчесывании волос применять деревянную или металлическую расческу.

Накапливанию электростатической энергии способствуют:

Железобетонные стены здания.
Слишком сухой воздух.

Для электронных устройств заряд электростатического поля является злейшим врагом. Некоторые элементы электронных устройств не способны выдержать высокие напряжения, возникающие при разряде. Чувствительные элементы могут выйти из строя или ухудшить свои параметры работы.

Если объектом воздействия электрического поля станут легковоспламеняющиеся жидкости, это создаст условия для их воспламенения. Эти жидкости при перевозке в цистернах могут накопить статический заряд. Также заряд возникает и от механизма или человека, подошедшего к ним близко. Поэтому в промышленном производстве, где имеются легковоспламеняющиеся жидкости, большое внимание уделяют устройству заземления подвижных конструкций, механизмов. Для пошива обуви и специальной одежды на производстве также применяются специальные ткани, которые не способны накапливать электрический заряд.

Принцип действия

Разберемся, как образуется статический заряд. В нормальном состоянии физические тела обладают одинаковым числом отрицательных и положительных частиц. За счет этого баланса создается нейтральное состояние тела. При нарушении нейтрального состояния тело получает электрический заряд одного полюса.

Статикой называется состояние тела в покое, когда оно находится без движения. В веществе тела может возникать поляризация, которая выражается в передвижении зарядов между частями тела, либо от находящегося рядом предмета.

Вещества электризуются из-за разделения тел, изменения зарядов во время трения, резкого изменения температуры, облучения. Заряды электрического поля находятся на поверхности тела или удалены от поверхности на расстояние, равное межатомному расстоянию. Если тела не заземлены, то заряды концентрируются на контактной площади, а при наличии заземления заряд уходит в контур заземления.

Процессы накапливания зарядов и их стекание происходят в одно время. Тело электризуется при условии получения им большего заряда энергии, по сравнению с расходуемым зарядом. В результате становится понятно, что защита от статического электричества должна отводить накапливаемые заряды на заземляющий контур.

Величина статического электричества

Все физические вещества имеют свою характеристику на трибоэлектрической шкале, в зависимости от их способности создавать электрические заряды различных полюсов при трении. Основные такие вещества изображены на рисунке.

Чтобы иметь представление о размерах возникающих статических зарядов, рассмотрим несколько примеров:

Вращающийся шкив с приводным ремнем способен зарядиться до 25000 вольт.
Кузов автомобиля, движущегося по сухой дороге, может получить заряд до 10000 вольт.
Человек в шерстяных носках при хождении по сухому ковру способен накопить заряд на теле до 6000 вольт.

В результате становится понятно, что напряжение электростатического поля может достигнуть значительных размеров даже в быту. Этот заряд не причиняет человеку значительного вреда ввиду его малой мощности. Разряд протекает через большое сопротивление и исчисляется в нескольких долях миллиампера.

Влажность воздуха также снижает электростатический заряд. Она влияет на значение потенциала тела во время прикосновений с разными материалами. Поэтому защита от статического электричества может заключаться в применении .

В природной среде существует статическое электричество, достигающее огромных значений. Например, при движении облаков между ними возникают большие потенциалы энергии, которые выражаются в разрядах молнии. Мощность этих разрядов вполне хватит, чтобы сжечь деревянный дом или расколоть ствол многолетнего дерева.

В бытовых условиях при разрядах электростатического поля человек чувствует мелкие пощипывания в пальцах, видны искры от трения шерстяной одежды, снижается работоспособность человека. Электростатическое поле негативно влияет на состояние человека, но явных повреждений не наносит.

Существуют измерительные приборы, способные точно измерить значение статического потенциала накопленного заряда на теле человека и на корпусе какого-либо устройства.

Защита от статического электричества

Существуют различные методы защиты от разрядов электростатического поля, как в быту, так и в промышленных условиях. Они имеют свои отличия. Рассмотрим подробнее каждые из них.

Защита в бытовых условиях

Каждый человек должен представлять опасность, которую несут статические разряды для организма. Их необходимо знать, и уметь их ограничивать. Для решения этой задачи организуются разные мероприятия по обучению людей методам защиты, в том числе телепередачи.

На этих мероприятиях людям объясняют, откуда и как появляется статическое поле, методы его измерения и приемы выполнения профилактической работы. Например, чтобы избежать неприятных ощущений статического поля, для расчесывания волос целесообразно использовать деревянные расчески, вместо пластиковых. Дерево имеет нейтральные характеристики, и во время трения не создает заряды электростатического поля. В магазинах можно без труда приобрести деревянную расческу любой формы и вида.

Чтобы предотвратить образование статического потенциала на кузове автомобиля при езде по сухому дорожному покрытию, применяют специальные антистатические ленты, которые фиксируются сзади автомобиля на днище кузова. В торговой сети можно без труда выбрать любой вариант такой ленты.

Если автомобиль ничем не защищен от возможного разряда накопленного заряда потенциала, то напряжение можно снимать временным заземлением кузова автомобиля путем его соединения с землей через металлическую часть. Для этого можно использовать ключ зажигания. Снимать напряжение в обязательном порядке необходимо перед тем, как заправлять автомобиль бензином.

Когда на одежде из химических волокон образуется статический заряд, то рекомендуется пользоваться «Антистатиком». Это специальный баллончик в виде аэрозоля, который продается в магазинах. Он снимает статическое электричество с одежды, тканей, с синтетических чехлов на сиденьях автомобиля, особенно в зимнее время, когда воздух сухой. Но, чтобы не использовать различные баллончики и химию, рекомендуется носить одежду из натуральных материалов: хлопка и льна.

Если на обуви прорезиненная подошва, то это создает условия для накопления потенциала напряжения. Чтобы этого не произошло, достаточно в обувь положить специальные антистатические стельки, которые сделаны из натуральных материалов. В результате негативное влияние на человека уменьшится.

Слишком сухой воздух зимой в городских квартирах способствует накапливанию электростатического заряда. Для этого существуют специальные устройства – увлажнители воздуха. Если такого устройства нет, то вполне подойдет большая влажная салфетка, которую необходимо положить на батарею. В результате процесс накопления заряда уменьшится, обстановка в квартире улучшится. Также рекомендуется регулярно производить влажную уборку. Это позволит вовремя удалять пыль и наэлектризованные участки. Такой способ является лучшим.

Электрические устройства в быту при эксплуатации также накапливают статический заряд на корпусе. Для снижения действия статического заряда выполняют систему уравнивания потенциалов. Она подключается к заземляющему контуру всего дома. Акриловая ванна подвержена накоплению на ней статического заряда, и ее необходимо защищать системой уравнивания потенциалов. Даже чугунная ванна с акриловым вкладышем также подвержена этому негативному явлению.

Защита от статического электричества на производстве

В промышленном производстве применяют несколько способов сохранения функциональности оборудования:

Увеличение стойкости устройств и оборудования к воздействию электростатического разряда.
Блокировка проникновения заряда на рабочее место.
Недопущение возникновения электростатических зарядов.

Два последних способа дают возможность осуществлять защиту многих устройств, а первый способ применяется только для отдельных видов оборудования.

Высокую защиту от разрядов статического поля и сохранения функциональности устройства обеспечивает . Это металлическая клетка в виде сетки с мелкой ячейкой. Клетка ограждает оборудование со всех сторон. Она подключается к заземляющему контуру. Внутрь клетки не проходят электрические поля, в то же время магнитному статическому полю, клетка Фарадея не мешает. По такому же принципу защищают кабели, оснащая их металлическим экраном.

Защита от статического электричества делится по методам выполнения:

Конструкционно-технологические.
Химические.
Физико-механические.

Последние два метода дают возможность снизить образование зарядов и повысить скорость их ухода в землю. Первый метод выполняет защиту устройств от зарядов, но не отводит их на заземление.

Оптимизировать снижение электростатического заряда можно следующим образом:

Увеличением токопроводимости материалов.
Созданием коронирования.

Такие задачи решают с помощью:

Выбора материалов с хорошей объемной проводимостью.
Увеличением рабочих поверхностей.
Ионизацией воздушного пространства.

Для реализации этих задач создают магистрали для протекания на землю статических зарядов, минуя рабочие компоненты устройств. Если материалы имеют высокое сопротивление, то применяют другие способы.

Лекция 11. Защита от воздействия производственных излучений

Широкое использование во всех областях хозяйственной деятельности диэлектрических материалов и органических соединений (полимеров, бумаги, твердых и жидких углеводородов, нефтепродуктов и т.п.) неизбежно сопровождается образованием зарядов статического электричества, которые не только осложняют проведение технологических процессов, но и зачастую становятся причиной пожаров и взрывов, приносящих большой материальный ущерб. Нередко это приводит к гибели людей.

Статическое электричество - это совокупность явлений, связанных с возникновением, сохранением и релаксацией свободного электрического заряда на поверхности, или в объеме диэлектриков, или на изолированных проводниках (ГОСТ 12.1.018). Образование и накопление зарядов на перерабатываемом материале связано с двумя следующими условиями:

♦ наличие контакта поверхностей, в результате чего создается двойной электрический слой, возникновение

которого связано с переходом электронов в элементарных донорско-акцепторных актах на поверхности контакта. Знак заряда определяет неодинаковое сродство материала поверхностей к электрону;

♦ хотя бы одна из контактирующих поверхностей должна быть из диэлектрического материала.

Заряды будут оставаться на поверхностях после прекращения контакта только в том случае, если время разрушения контакта меньше времени релаксации зарядов. Последнее в значительной степени определяет величину зарядов на разделенных поверхностях.

Смешанное заряжение наблюдается тогда, когда наэлектризованный материал поступает в какие-либо емкости, изолированные отземли. Этот вид заряжения наиболее часто встречается при заливке горючих жидкостей в емкости, при подаче резиновых клеев, тканей, пленок в передвижные емкости, тележки и т.д. Образование зарядов статического электричества при контакте жидкого тела с твердым или одного твердого тела с другим во многом зависит от плотности соприкосновения трущихся поверхностей; их физического состояния, скорости и коэффициента трения, давления в зоне контакта, микроклимата окружающей среды, наличия внешних электрических полей и т.д.

Заряды статического электричества могут накапливаться и на теле человека (при работе или контакте с наэлектризованными материалами и изделиями). Высокое поверхностное сопротивление тканей человека затрудняет отекание зарядов, и человек может длительное время находиться под большим потенциалом.

Основной опасностью при электризации различных материалов является возможность возникновения искрового разряда как с диэлектрической наэлектризованной поверхности, так и с изолированного проводящего объекта.

Наряду с пожарной опасностью статическое электричество представляет опасность и для работающих.

Легкие «уколы» при работе с сильно наэлектризованными материалами вредно влияют на психику работающих и в определенных ситуациях могут способствовать травмам на технологическом оборудовании. Сильные искровые разряды, возникающие, например, при затаривании гранулированных материалов, могут приводить к болевым ощущениям. Неприятные ощущения, вызываемые статическим электричеством, могут явиться причинами развития неврастении, головной боли, плохого сна, раздражительности, покалываний в области сердца и т.д. Кроме того, при постоянном прохождении через тело, человека малых токов электризации возможны неблагоприятные физиологические Изменения в организме, приводящие к профессиональным заболеваниям. Систематическое воздействие электростатического поля повышенной напряжённости может вызывать функциональные Изменения центральной нервной, сердечно-сосудистой и других систем организма.

Использование для одежды искусственных или синтетических тканей приводит также к накоплению зарядов статического электричества на человеке. В ГОСТ 29191 (МЭК 801-2-91) приводятся сведения о том, что синтетические ткани могут заряжаться до потенциала, равного 15 кВ. Поэтому ток, протекающий через тело человека, одетого в костюм или халат из синтетической ткани, может достигать 3 мкА. Прикосновение к заземленным участкам рабочего места или к незаряженному телу вызывает искровой разряд с силой тока до 30 А.

Статическое электричество сильно влияет также на ход технологических процессов получения и переработки материалов и качество продукции. При больших плотностях заряда Может возникать электрический пробой тонких полимерных пленок электро- и радиотехнического назначения, что приводит к браку выпускаемой продукции. Особенно большой ущерб наносит вызванное электростатическим притяжением налипание пыли на полимерные пленки.

Электризация затрудняет такие процессы, как просеивание, сушку, пневмотранспорт, печатание, транспортировку полимеров, диэлектрических жидкостей, формование синтетических волокон, пленок и т.п., автоматическое дозирование мелкодисперсных материалов, поскольку они прилипают к стенкам технологического оборудования и слипаются между собой.

Допустимые уровни напряженности электростатических полей устанавливаются ГОСТ 12.1.045 и СанПиН 11-16-94.

Средства защиты от статического электричества должны применяться во всех взрыво- и пожароопасных помещениях и зонах открытых установок, отнесенных по классификации ПУЭ к классам B-I, B-Ia, B-I6, В-1г, В-П, В-Ца, П-I, П-П.

При организации производства следует избегать процессов, сопровождающихся интенсивной генерацией зарядов статического электричества. Для этого необходимо правильно подбирать поверхности трения и скорости движения веществ, материалов, устройств, избегать процессов разбрызгивания, дробления, распыления, очищать горючие газы и жидкости от примесей и т.д.

Эффективным методом снижения интенсивности генерации статического электричества является метод контактных пар. Большинство конструкционных материалов по диэлектрической проницаемости расположены в трибоэлектрические ряды в такой последовательности, что любой из них приобретает отрицательный заряд при соприкосновении с последующим в ряду материалом и положительный - с предыдущим. При этом с увеличением расстояния в ряду между двумя материалами абсолютная величина заряда, возникающего между ними, возрастает.

Для предупреждения возможности накопления статического электричества на поверхностях оборудования, перерабатываемых материалов, а также на теле работающих выше минимальной энергии зажигания горючих смесей необходимо, с учетом особенностей производства, обеспечить стекание возникающих зарядов с заряженных объектов.

В соответствии с ГОСТ 12.4.124 это достигается использованием средств коллективной и индивидуальной защиты.

Средства коллективной защиты от статического электричества по принципу действия делятся на следующие виды: заземляющие устройства, нейтрализаторы, увлажняющие устройства, антиэлектростатические вещества, экранирующие устройства.

Заземление относится к основным методам защиты от статического электричества и представляет собой преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением. Оно является наиболее простым, но необходимым средством защиты в связи с тем, что энергия искрового разряда с проводящих незаземленных элементов технологического оборудования во много раз выше энергии разряда с диэлектриков.

Величина сопротивления заземляющего устройства, предназначенного исключительно для защиты от статического электричества, должна быть не выше 100 Ом.

Особое внимание необходимо уделять заземлению передвижных объектов или вращающихся элементов оборудования, не имеющих постоянного контакта с землей. Например, передвижные емкости, в которые насыпают или наливают электризующиеся материалы, должны быть перед заполнением установлены на заземленные основания или присоединены к заземлителю специальным проводником до того, как будет открыт люк.

Нейтрализация зарядов статического электричества производится в тех случаях, когда не представляется возможным снизить интенсивность его образования технологическими и иными способами.

В некоторых случаях эффективно использование лучевых нейтрализаторов статического электричества, которые обеспечивают ионизацию материала или среды под воздействием ультрафиолетового, лазерного, теплового, электромагнитного и других видов излучения.

Отвод зарядов статического электричества путем снижения удельного и поверхностного электрического сопротивления используют в тех случаях, когда заземление оборудования не предотвращает накопления зарядов до безопасной величины.

Для уменьшения удельного поверхностного электрического сопротивления диэлектриков можно повысить относительную влажность воздуха до 65-70%, если это допустимо по условиям производства. Для этой цели применяют общее или местное увлажнение воздуха в помещении при постоянном контроле его относительной влажности. При этом на поверхности твердых материалов образуется электропроводящая пленка воды, по которой отводятся заряды статического электричества на заземленное технологическое оборудование.

Для снижения удельного объемного электрического сопротивления в диэлектрические жидкости и растворы полимеров (клеев) вводят различные растворимые в них антиэлектростатические присадки (антистатики), в частности, соли металлов переменной валентности высших карбоновых, нафтеновые и синтетические жирные кислоты. К таким присадкам относятся «Сигбол», АСП-1, АСП-2, а также присадки на основе олеатов хрома, кобальта, меди, нафтенатов этих металлов, солей хрома и т.д. За рубежом наибольшее применение нашли присадки, разработанные фирмами «Экко» и «Шелл» (присадка ASA-3).

Для этого используют электропроводящие полы из материалов, у которых удельное объемное электрическое сопротивление не должно быть выше 10 6 Ом×м. К непроводящим покрытиям относятся асфальт, резина, линолеум и др. Проводящими покрытиями являются бетон, пенобетон, ксилолит и т.д. Заземленные помосты и рабочие площадки, ручки дверей, поручни лестниц, рукоятки приборов, машин, механизмов, аппаратов являются дополнительными средствами отвода зарядов с тела человека.

К индивидуальным средствам защиты от статического электричества относятся специальные электростатические обувь и одежда. Для изготовления такой одежды должны применяться материалы с удельным поверхностным электрическим сопротивлением не более 10 7 Ом×м, а электрическое сопротивление между токопроводящим элементом антиэлектростатической одежды и землей должно быть от 10 6 до 10 8 Ом. Электрическое сопротивление между подпятником и ходовой стороной подошвы обуви должно быть от 10 6 до 10 8 Ом.

В некоторых случаях непрерывный отвод зарядов статического электричества с рук человека может осуществляться с помощью специальных заземленных браслетов и колец. При этом они должны обеспечивать электрическое сопротивление в цепи человек - земля от 10 6 до 10 7 Ом и свободу перемещения рук.

Защита от электромагнитных полей (ЭМП)

В производстве широко применяются электромагнитные поля радиочастот и промышленной частоты, постоянные магнитные и электростатические поля, опасность воздействия которых усугубляется тем, что они не обнаруживаются органами чувств. Их используют для нагрева металла при плавке и ковке, получения плазменного состояния вещества, при термообработке различных материалов, в радиотехнических и электронных приборах. Степень и характер воздействия ЭМП на организм человека определяется плотностью потока энергии, частотой излучения, продолжительностью воздействия, режимов облучения (непрерывный, продолжительный), размером облучаемой поверхности тела, индивидуальными особенностями организма, комбинированным действием совместно с другими вредными факторами производственной среды (повышенная температура окружающей среды, наличие рентгеновского излучения, шум и другое).

В зоне действия ЭМП человек подвергается тепловому и биологическому воздействию: перегрев, облучение глаз, функциональные изменения центральной нервной и сердечно-сосудистой системы (головные боли, утомляемость, ухудшение самочувствия, нервно-психическое расстройство и др.) могут наблюдаться трофические расстройства: похудание, выпадение волос, ломкость ногтей, изменение в крови.

Средства и способы защиты: уменьшение параметров излучения непосредственно в самом источнике излучения, экранирование источников излучения, экранирование рабочего места, ограничение времени пребывания персонала в зоне действия ЭМП, увеличение расстояния между источником излучения и рабочим местом, применение предупредительной сигнализации, применение средств индивидуальной защиты и др.

На диэлектрических материалах после их трения между собой или о металлические предметы, происходит образование электрических зарядов повышенной плотности. Таким образом, возникает статическое электричество, меры защиты против которого совершенно необходимы. Прежде всего, это связано с медленным исчезновением заряда из-за того что диэлектрики обладают крайне низкой электропроводностью.

Появление и опасность статического электричества

Причиной электризации также может быть индукция. На металлической поверхности происходит появление электрического заряда с противоположным значением, плотность которого равномерна во всех местах. Условия для возникновения данного явления могут быть самыми различными. Нередко причиной выступает перекачиваемая жидкость, движущаяся по трубопроводам или в виде падающей струи. Такой же эффект дают сжатые или сжиженные газы, работа ременных передач, измельчение и обработка органических и полимерных материалов.

Электризация диэлектрических материалов часто достигает разности потенциалов с высоким напряжением. Например, в процессе перекачивания бензина с помощью трубопровода с изолированным участком, электрические потенциалы могут колебаться на уровне от 1460 до 14600 вольт.

Серьезную опасность представляет накопление статического электричества. В таких случаях нередко проявляется сильный искровой разряд. Освобожденная энергия искры со значением в 0,01 Дж уже способна вызвать пожар и взрыв. Напряжение в 300 вольт приводит к воздушному искровому разряду. Предотвратить последствия электрических разрядов помогает принятие своевременных специальных мер.

Защитные мероприятия от статического электричества

Чтобы выровнять потенциалы и предотвратить возникновение искр все трубопроводы, расположенные параллельно, на расстоянии менее 100 мм, соединяются перемычками через каждые 20-25 метров. Системы трубопроводов и оборудования должны иметь заземление минимум в двух местах. Проверка наличия заземления производится с помощью тестера или один раз в 6 месяцев и после выполнения ремонтных работ.

Во время налива, перекачки и транспортировки нефтепродуктов, возникающие электростатические разряды снимаются путем металлического соединения между собой насосов, трубопроводов, цистерн и других устройств. В случае разлива диэлектрических жидкостей в сосуды из стекла и других изолирующих материалов, необходимо пользоваться воронками, изготовленными из электропроводящих материалов. К ним подводится заземление и соединение медными тросами с подводящими шлангами. Каждая воронка должна доставать до дна сосуда. Если это невозможно, то через воронку пропускается заземленный трос, достающий до дна, по которому будет стекать жидкость.

Следует помнить, что максимальная электризация возникает в трубах, материалом которых служит низкоуглеродистая сталь. При наличии шероховатой поверхности появляется статическое электричество, меры защиты от которого заключаются в устранении завихрений жидкости, возникающих во время движения. Для усиления электризации необходимы наиболее благоприятные условия, возникающие в определенных местах. Участки с менее подходящими условиями способствуют потере зарядов электризованной жидкостью или сохранению их на одном и том же уровне.

Загрузочная труба во время наполнения емкости должна доходить до ее дна. Загрузочное отверстие должно иметь большое поперечное сечение, чтобы струя не могла соприкасаться со стенками и поверхностью заливаемой жидкости. При невозможности выполнения этих условий, необходимо максимально снизить скорость загрузки, доведя ее до 0,5-0,7 м/с. Принятые меры позволят гарантированно избежать неприятных последствий.

Статическое электричество - это совокупность явлений, связанных с возникновением, сохранением и релаксацией свободного электрического заряда на поверхности, или вобъеме диэлектриков, или на изолированных проводниках (ГОСТ 12.1.018). Образование и накопление зарядов на перерабатываемом материале связано с двумя следующими условиями:

♦ наличие контакта поверхностей, в результате чего создается двойной электрический слой, возникновение которого связано с переходом электронов в элементарных донорско-акцепторных актах на поверхности контакта. Знак заряда определяет неодинаковое сродство материала поверхностей к электрону;

♦ хотя бы одна из контактирующих поверхностей должна быть из диэлектрического материала.

Основными факторами, влияющими на электризацию веществ, являются их электрофизические свойства и скорость разделения поверхностей. Экспериментально установлено, что чем интенсивнее осуществляется процесс, т.е. чем выше скорость отрыва, тем больший заряд остается на поверхности.

Известны следующие пути заряжения объектов: непосредственное контактирование с наэлектризованными материалами, индуктивное и смешанное заряжение.

К чисто контактному заряжению поверхностей относится, например, электризация при перекачивании углеводородного топлива, растворителей по трубопроводам. Известно, что трубопроводы из прозрачного диэлектрического материала при перекачивании жидкостей даже светятся.

Наряду с контактным, часто происходит индуктивное заряжение проводящих объектов и обслуживающего персонала в электрическом поле движущегося плоского наэлектризованного материала.

го тела с другим во многом зависит от плотности соприкосновения трущихся поверхностей, их физического состояния, скорости и коэффициента трения, давления в зоне контакта, микроклимата окружающей среды, наличия внешних электрических полей и т.д.

Заряды статического электричества могут накапливаться и на теле человека (при работе или контакте с наэлектризованными материалами и изделиями). Высокое поверхностное сопротивление тканей человека затрудняет стекание зарядов, и человек может длительное время находиться под большим потенциалом.

Основной опасностью при электризации различных материалов является возможность возникновения искрового разряда, как с диэлектрической наэлектризованной поверхности, так и с изолированного проводящего объекта.

Воспламенение горючих смесей искровыми разрядами статического электричества может произойти в том случае, если выделяющаяся в разряде энергия будет выше минимальной энергии зажигания горючей смеси.

Наряду с пожарной опасностью статическое электричество представляет опасность и для работающих.

Легкие «уколы» при работе с сильно наэлектризованными материалами вредно влияют на психику работающих и в определенных ситуациях могут способствовать травмам на технологическом оборудовании. Сильные искровые разряды, возникающие, например, при затаривании гранулированных материалов, могут приводить к болевым ощущениям. Неприятные ощущения, вызываемые статическим электричеством, могут явиться причинами развития неврастении, головной боли, плохого сна, раздражительности, покалываний в области сердца и т.д. Кроме того, при постоянном прохождении через тело человека малых токов электризации возможны неблагоприятные физиологические изменения в организме, приводящие к профессиональным заболеваниям. Систематическое воздействие электростатического поля повышенной напряженности может вызывать функциональные изменения центральной нервной, сердечно-сосудистой и других систем организма.

Использование для одежды искусственных или синтетических тканей приводит также к накоплению зарядов статического электричества на человеке.

Статическое электричество сильно влияет также на ход технологических процессов получения и переработки материалов и качество продукции. При больших плотностях заряда может возникать электрический пробой тонких полимерных пленок электро- и радиотехнического назначения, что приводит к браку выпускаемой продукции. Особенно большой ущерб наносит вызванное электростатическим притяжением налипание пыли на полимерные пленки.

В соответствии с ГОСТ 12.4.124 используются средства коллективной и индивидуальной защиты.

ГОСТ 12.4.124 предписывает, что заземление должно применяться на всех электропроводных элементах технологического оборудования и других объектов, на которых возможно возникновение или накопление электростатических зарядов независимо от использования других средств защиты от статического электричества. Необходимо также заземлять металлические вентиляционные короба и кожухи теплоизоляции аппаратов и трубопроводов, расположенных в цехах, наружных установках, эстакадах, каналах. Причем указанные технологические линии должны представлять собой на всем протяжении непрерывную электрическую цепь, которая присоединяется к контуру заземления не менее чем в двух точках.

· коронного разряда (индукционные и высоковольтные);

· радиоизотопные с α- и β-излучающими источниками;

· комбинированные, объединяющие в одной конструкции коронные и радиоизотопные

нейтрализаторы;

· создающие поток ионизированного воздуха.

Наиболее простыми по исполнению являются индукционные нейтрализаторы. В большинстве случаев они представляют собой корпус или стержень с закрепленными на них заземленными разрядниками, представляющими собой иглы, струны, щеточки. В этих нейтрализаторах используется электрическое поле, создаваемое самим наэлектризованным материалом.

Для снижения интенсивности электризации жидкостей используют струнные или игольчатые нейтрализаторы, которые за счет увеличения проводимости среды способствуют стеканию образующихся зарядов на заземленные стенки трубопроводов (оборудования) или корпус нейтрализатора.

В высоковольтных нейтрализаторах коронного и скользящего разрядов в отличие от индукционных используется высокое напряжение до 5 кВ, подаваемое на разрядник от внешнего источника питания. Однако необходимость использования высокого напряжения не позволяет применять их во взрывоопасных помещениях и производствах.

Во взрывоопасных помещениях всех классов рекомендуется использовать радиоизотопные нейтрализаторы на основе α-излучающих (плутоний-238, -239) типа HP и β-излучающих (тритий) типа НТСЭ источников. Эти нейтрализаторы малогабаритны, просты по устройству и в обслуживании, имеют большой срок эксплуатации и радиационно безопасны. Использование их в промышленности не требует согласования с органами санитарного надзора.

В случаях, когда материал (пленка, ткань, лента, лист и т.п.) электризуется с высокой интенсивностью либо движется с большой скоростью и применение радиоизотопных нейтрализаторов не обеспечивает нейтрализацию статического электричества, устанавливают комбинированные индукционно-радиоизотопные нейтрализаторы типа НРИ. Они представляют собой сочетание радиоизотопного и индукционного (игольчатого) нейтрализаторов либо взрывозащищенных индукционных, высоковольтных (постоянного и переменного тока), высокочастотных нейтрализаторов.

Весьма перспективными являются пневмоэлектрические нейтрализаторы марок ВЭН-0,5 и ВЭН-1,0 и пневморадиоизотопные марок ПРИН, в которых ионизированный воздух или какой-либо газ направляется в сторону наэлектризованного материала. Такие нейтрализаторы не только имеют повышенный радиус действия (до 1 м), но и обеспечивают нейтрализацию объемных зарядов в пневмотранспортных системах, аппаратах кипящего слоя, в бункерах, а также нейтрализацию статического электричества на поверхностях изделий сложной формы. Устройства для подачи ионизированного воздуха в данном случае во взрывоопасные помещения должны иметь на всем своем протяжении заземленный металлический экран.

Для снижения удельного объемного электрического сопротивления в диэлектрические жидкости и растворы полимеров (клеев) вводят различные растворимые в них антиэлектростатические присадки (антистатики), в частности, соли металлов переменной валентности высших карбоновых, нафтеновые и синтетические жирные кислоты. К таким присадкам относятся «Сигбол», АСП-1, АСП-2, а также присадки на основе олеатов хрома, кобальта, меди, нафтенатов этих металлов, солей хрома и СЖК и т.д. За рубежом наибольшее применение нашли присадки, разработанные фирмами «Экко» и «Шелл» (присадка ASA-3).

Электрическое сопротивление твердых полимерных материалов (пластмасс, резин, пластиков и пр.) можно снизить, вводя в их состав различные электропроводящие материалы (технический углерод, порошки и т.д.).

Во взрывоопасных производствах для предотвращения опасных искровых разрядов статического электричества, возникающих на теле человека при контактном или индуктивном заряжении наэлектризованными материаламиили элементами одежды, необходимо обеспечить стенание этих зарядов в землю. К непроводящим покрытиям относятся асфальт, резина, линолеум и др. Проводящими покрытиями являются бетон, пенобетон, ксилолит и т.д. Заземленные помосты и рабочие площадки, ручки дверей, поручни лестниц, рукоятки приборов, машин, механизмов, аппаратов являются дополнительными средствами отвода зарядов с тела человека.

К индивидуальным средствам защиты от статического электричества относятся специальные электростатические обувь и одежда.

Статическое электричество кажется шуткой людям, не знакомым с генератором Роберта Ван де Граафа. Сегодня рассмотрим меры защиты от статического электричества и расскажем, почему появляются молнии. Потом применим часть знаний на практике в сфере нефтяной промышленности. Вы узнаете, как производится защита антенны, почему молния всегда бьёт в одно место. Благодаря статическому электричеству разряд выбирает на равнине исключительно высокие деревья. Нельзя прятаться у подножия дерева во время грозы. Тема сегодняшней беседы – защита от статического электричества.

Статическое электричество в природе

Все течёт – все остаётся прежним. Раньше требовалась защита пылесоса от статики, сегодня просто применяют улучшенные материалы. Всегда остаётся возможность накопления зарядов. В этом свете защита микросхем от статического электричества тревожит умы. Электростатическое напряжение прежде весьма подходило для развлечения публики и получения прибыли от лекций профессоров. К примеру, учёные умы развлекались подобным образом:

Беспризорник заряжался статическим электричеством путём трения зарядом определённого знака.
Потом экспериментатор дотрагивался до носа испытуемого.
Раздавался щелчок электрического разряда, часть денег перекочёвывала к беспризорнику.
В результате все оставались довольны: зрители, увидевшие статическое электричество в действии, беспризорник, заработавший на кусок хлеба, и профессор, поднявший собственную популярность.

Статическое электричество замечено ещё в Древней Греции, но первое достоверное описание, как и математическую модель, придумал Кулон по истечению веков. Кулон придумал понятие электрического заряда, объяснил механику взаимодействия тел, обладающих избытком электронов либо недостатком.

Оказалось, диэлектрические материалы, наподобие эбонитовой палочки, сосредотачивают избыток положительных или отрицательных зарядов на ограниченном участке. Объяснение дали позднее. Оказывается, чтобы распределить заряды равномерно по поверхности, материал должен обладать электропроводностью. Подобным образом в единый класс выделили металлы. Потом последовал ряд открытий по статическому электричеству:

Оказывается, если приблизить к металлическому предмету заряд, одноименные утекают на противоположную сторону. На первой остаётся избыток носителей противоположного знака.

Фокусники людям несведущим демонстрировали занимательное явление. Металлический стержень, изолировался (к примеру, лаком) от статического электричества, сосредоточенного на тонкой золотой пластинке, укреплённой в нижней части. Когда маэстро подносил «волшебную палочку», натёртую о кролика, к противоположному концу оси, лепесток поднимался. Зрители не видели – но до опыта пластинка золота заряжалась носителями нужного знака (путём трения). Когда магическая палочка приближалась к стержню, на концах создавалась разница потенциалов. В результате пластинка, будучи заряжена статическим электричеством соответствующе, отталкивалась.

Заряд способен переходить между телами.

На примере прежнего макета фокусник действовал так: палочка приближалась к стержню, потом они соприкасались. Поверхностная плотность зарядов статического электричества уравнивалась (с пропорцией). При удалении жезла пластинка все равно оставалась висеть в воздухе. Представляете, какое воздействие статическое электричество производило на зрителей? Но необходимость устройства защиты объясняется даже не описанным фокусом.

Третьим эффектом смог поразить аудиторию Роберт Ван де Грааф (американский физик, 1901 – 1967). Он придумал оригинальное приспособление для нагнетания потенциала статического электричества на поверхность стального шара.

Смысл: конвейерная лента тёрлась о стекло и шла по кольцевой траектории к металлической сфере. Движущийся материал диэлектрик, заряд статического электричества никуда не терялся. Но шар обладал большой поверхностью, вдобавок проводил ток. За счёт происходящего малый участок сильно заряженной ленты начинал отдавать носители. И сфера заряжалась статическим электричеством. Юмористам и шутниками не рекомендуем трогать такую вещицу, стандартные методы защиты способны не сработать: потенциал диковинки превышал 1 МВ (мегавольт, миллион вольт). В результате был создан генератор Ван де Граафа, достигнувший 7 МВ.

Защита трубопроводов в нефтяном бизнесе потребовалась не из-за способности тел (труб) передавать или принимать заряд. При некоторой напряжённости поля (разнице потенциалов) статическое электричество выливалось в грозу.

Как известно, молния вызвана ионизацией молекул воздуха в точках между заряженными частями. Возникает дорожка плазмы. Подобие воздушного электролита. Он переносит заряды, так возникает дуга (сварщика).

Молниезащита стоит на каждом самолёте: в задней части крыла присутствуют приспособления, оканчивающиеся ворохом тончайших стальных проволочек, приземляясь, машина не бьёт полосу молнией (что легко приводит к взрыву). Вместо этого избыток носителей образует искру и стекает назад во время движения летательного аппарата в виде плазмы. Подобные меры активно применяются автолюбителями, но излишек отдаётся Земле. Наша планет электропроводна, охотно принимает статические заряды, чтобы распространить их по поверхности, потом процесс угасает, компенсируется ветрами, водами, потерями в толще почвы и прочими эффектами.

Меры борьбы со статическим электричеством

Собственно, защита оборудования от статического электричества частично уже рассмотрена. Это стекатели транспортных средств. Часто применялся отрез резины, но работает исключительно в сырую погоду. Когда машина едет по дороге, трение пылью и молекулами воздуха провоцирует возникновение статического заряда. Сухая резина диэлектрик, стекание происходит неэффективно. В сырую погоду задача решается полностью. Одновременно риск поражения человека низок в сухой среде, резины чаще хватает.

Когда организуется защита от статического электричества на производстве, руководствуются стандартами. К примеру, нефтяники обращаются к постановлению Госгортехнадзора от 20.05.2003 года. Документы сообщают, что любое оборудование с металлическими корпусом и любым типом окраски считается защищённым, будучи заземлено. При этом сопротивление до входа в шину местного контура не более 10 Ом. Проверьте компьютер при помощи тестера и правильно оборудованной розетки.

Удостоверьтесь, чтобы сопротивление от дальней точки каждой пластины системного блока до боковых лепесток не превышало 10 Ом. Кстати, по указанным стандартам контур обязан умещаться в рамки до 5 Ом относительно Земного шара. Заземление ведётся жилой сечением 6 квадратных миллиметров по меди или 10 по алюминию. Возьмите на заметку, если появится желание уберечься одновременно от молний и статического электричества. По нормативам стандартов группы TN-С-S допускается заземление в доме присоединять (под фундаментом) к контуру молниезащиты.

Что часто делается на практике. Кабель для защиты от статического электричества известен. Для работников цехов и лабораторий, связанных с компьютерной техникой, мероприятия по защите на описанном не ограничиваются. Допускается купить специальные плиты для пола, но дома проще ограничиться набором:

Средства защиты от статического электричества начинаются с наличия на рабочем месте клеммы заземления. Это отвод в виде болта с гайкой, ушком для подключения ряда устройств.
Люди, имеющие дело с микросхемами, как правило надевают на обе руки специальные антистатические браслеты. Запрещены шерстяные свитера, но дополнительно образовавшийся заряд призван сразу стекать.
Особая обувь (материал подошвы в основном) препятствует накоплению статического заряда. Если работаете с дорогими микросхемами, потратьте пару тысяч рублей, чтобы сэкономить (уберечь от потери) миллионы.
Что касается крупных предприятий, правила защиты от статического электричества в производствах часто требуют применения углублённых шагов. В продаже найдутся брюки, куртки и костюмы из специальной ткани. Такой служащий уже не гроза для чуткого электронного оборудования. Стоит подобный комплект зачастую дешевле ежедневной одежды работника (иногда не дотягивает до пары приличных кроссовок). Имеются утеплённые варианты для холодных условий Севера (не забываем про нефтяников).

Антенны часто стоят на крыше, в первую очередь требуется защита. За счёт трения облаков и ветров в атмосфере копится статическое электричество. Плотность зарядов одинаковая из постоянного перемещения воздушных масс. Ионизация наступает там, где расстояние до неба меньше. Это пики деревьев. Когда речь идёт о городе, мишенями становятся крыши высотных зданий. С этой целью изготавливают молниеотводы. Пик устройства обязан превышать все предметы находящиеся на крыше.

Особенности организации молниезащиты обсуждаются в РД 34.21.122С. Обсуждается занос потенциала на этажи по пути труб, металлической оплётки кабелей. Для исключения явления указанные объекты на уровне подвала объединяются с заземлённой арматурой фундамента. Если это невозможно, выполняются дополнительные действия:

Согласно п. 2.2 г РД 34.21.122С оборудуется контур.
Состоит из трёх вертикальных стержней не короче 3 м с расстоянием между ними 5 м.
Сечение элементов контура определяется таблицей 3 обсуждаемого раздела: градация ведётся в зависимости от места расположения и формы. Подземная часть собирается из круглых электродов диаметром не менее 10 мм. Прямоугольные выбираются по сечению в квадратных миллиметрах (40 наружная, 100 подземная), причём толщина арматуры не менее 4 мм. Наконец, круглые тоководы над поверхностью почвы не тоньше 6 мм.

Приведённых сведений хватает, чтобы понять: контур заземления в сравнение с рекомендациями огородников на Ютуб не идёт. В реальности все намного сложнее. Методы защиты интегральных микросхем выполняются согласно ГОСТ, а не по рекомендациям соседей. Кстати, на голове полагается шапочка, чтобы не падали волосы, а браслеты надеваются на обе руки.

Вместо заключения по защите от статического электричества

Случалось, графический адаптер выгорал от прикосновения к монитору. VGA адаптер сгорел, как и предполагалось, при проверке. На кинескоп подавался потенциал, снаружи тоже присутствовал заряд. Полагаем, правила защиты от статического электричества теперь отскакивают у читателей от зубов.