Какие существуют способы защиты от статического электричества

Образовательный блог — всё для учебы

Способы защиты:
— предотвращение накопления зарядов статического электричества путем увеличения проводимости материалов (присадки, влажность),
— нейтрализация зарядов статического электричества с помощью специальных устройств.

1. Заземление

Заземление не является защитой от зарядов статического электричества, но оно необходимо для ограничения предельного заряда, который может накапливаться на изоляционных материалах и передаваться на проводящие конструкции установок. Для статического электричества заземленным считается объект, который имеет сопротивление R_{заземл.} 7 Ом при относительной влажности меньше 60%.

Постоянная времени стекания заряда с объекта τ = RC должна быть достаточно малой и составлять: τ = 10 -1 с — для невзрывоопасных помещений, τ = 10 -3 с — для взрывоопасных помещений.

2. Увеличение проводимости диэлектрических материалов

1) Использование поверхностно активных веществ — ПАВ. Диэлектрические вещества покрывают пленкой ПАВов, имеющих высокую проводимость. Недостатком является ухудшение действия ПАВов со временем.

2) Антистатические присадки, добавляемые в диэлектрические вещества и влияющие на их объемную проводимость. Добавляются в жидкие топлива, могут добавляться и в твердые материалы. Например, в полиэтилен добавляют сажу. Недостатком является влияние присадок на структуру веществ, ухудшая их качество.

3) Увлажнение воздуха. Наличие паров воды в воздухе более 70% приводит к быстрому стеканию зарядов статического электричества, благодаря появлению пленки влаги на поверхности.

3. Применение нейтрализаторов зарядов статического электричества

1) Индукционные (пассивные) нейтрализаторы

Индукционные (пассивные) нейтрализаторы (рис. 1) представляют собой заземленный электрод в виде одной или ряда игл, размещенный над заряженной поверхностью изделия. Электрическое поле создается между заряженным изделием и заземленным коронирующим электродом. Ионы коронного разряда под действием электрического поля движутся к заряженной поверхности изделия и разряжают ее.

Рис. 1. Схема пассивного нейтрализатора

Недостатком является невозможность полного снятия заряда с изделия. Это связано с необходимостью некоторого «избыточного» заряда на изделии позволяющего получить напряженность превышающую напряженность, при которой возникает коронный разряд.

2) Высоковольтные (активные) нейтрализаторы

В нейтрализаторах данного типа на коронирующий высоковольтный электрод подают потенциал от источника высокого напряжения (рис. 2.).

Рис. 2. Схема активного нейтрализатора

В этой связи нейтрализаторы получили название — активные. Наличие высоковольтного источника обеспечивает устойчивую генерацию ионов независимо от наличия зарядов на изделии. Коронный разряд может создаваться между игольчатым электродом и некоронирующим заземленным электродом, выполненным в виде кольца, в отверстии которого размещается коронирующий электрод. Если необходимо снимать заряды определенного знака, то применяют источники постоянного напряжения. Для снятия любых знаков заряда на изделии используют источники переменного напряжения. Поступление ионов к поверхности изделия обеспечивается за счет поля зарядов статического электричества.

3) Радиоактивные нейтрализаторы

Ионизация молекул воздуха с образованием «+» и «-» ионов происходит за счет энергии радиоактивного α или ρ излучения (рис. 3.). В зависимости от знака заряда на изделии под действием электрического поля, создаваемого этим зарядом, к поверхности изделия движутся ионы противоположного знака.

Рис. 3. Схема радиоактивного нейтрализатора
Недостатком радиоактивных нейтрализаторов является малый ионизационный ток по сравнению с другими нейтрализаторами.

В частности применяют: комбинированные нейтрализаторы — представляют собой комбинацию радиоактивных и пассивных нейтрализаторов.

4) Аэродинамические нейтрализаторы

Ионы, образуемые в поле коронного разряда, создаваемого в камере, выносятся в область изделия потоком воздуха (рис. 4). Данный тип нейтрализаторов находит применение в тех случаях, когда недопустимо воздействие на изделие световым излучением коронного разряда или потоком радиоактивного излучения, например, нейтрализация зарядов при производстве фотопленок и фотобумаг.

Рис. 4. Схема аэродинамического нейтрализатора
Эффективность нейтрализаторов η может быть записана в следующем виде

где σ_н и σ_ост — начальная и остаточная плотность зарядов статического электричества.

Нейтрализатор, полностью устраняющий электризацию (σ = 0), обладает эффективностью η = 100 %. Если происходит частичная нейтрализация заряда (σ_ост/σ_нач>0) или перезарядка (σ_ост/σ_нач
Рис. 5. Вольт-амперные характеристики нейтрализаторов статического электричества

Источник

Защита от статического электричества. Возникновение и действие

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.

Защита от статического электричества

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.

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

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 увлажнителей воздуха.

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 клетка Фарадея. 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.

Источник