Средства защиты от статического электричества

16 декабря 2019

Время на чтение:

Статическое электричество способно навредить человеку в быту и на производстве. В последнем случае его неблагоприятное воздействие может привести к серьезным последствиям. Чтобы защититься от разрядов, необходимо устанавливать заземление, нейтрализаторы, использовать другие средства.

Что такое статическое электричество

Под статическим напряжением понимают самостоятельно возникающий и сохраняющийся в проводниках или диэлектриках электрический заряд. Он появляется вследствие перераспределения электронов, в результате которого часть из них приобретает одинаковый заряд. Результат этих процессов – возникновение разряда при прикосновении к предмету, в котором появилось статическое электричество. Чаще всего это происходит в предметах, которые изготовлены путем соединения частей из разных материалов (например, двух различных металлических сплавов).

Статическое электричество возникает из-за изменения заряда электронов

В чем опасность явления

Статическое электричество в некоторых случаях представляет опасность для человека. Она выражается в следующем:

• Поражение электрическим током. Обычно разряд неопасен. Это обусловлено его небольшой мощностью. Однако если в каком-либо предмете накопился слишком сильный заряд, он может причинить существенный вред здоровью человека. Он может выражаться в травмах или повреждении кожных покровов в результате ожога. В отдельных случаях возможна смерть пострадавшего.
• Выход из строя электроприборов. При попадании разряда на бытовую электронику она обычно выходит из строя. Для того, чтобы ее сломать, достаточно даже очень слабого разряда, совершенно не опасного для здоровья человека. Особенно чувствительны к подобному воздействию «умные» устройства: компьютеры, смартфоны.
• Риск возникновения пожара. Во время высвобождения заряда обычно возникают маленькие искры. Если они попадут на легковоспламеняющееся вещество (горюче-смазочные материалы, высокомолекулярные растворители), произойдет возгорание, которое способно повлечь пожар.

Именно поэтому принимают меры, целью которых является защита от статического электричества, которая предотвращает его появление и минимизирует негативные последствия. Особенно она важна на производстве, где даже одна искра может привести к катастрофическим последствиям.

Объекты промышленности нуждаются в особой защите

Источники статического электричества

Источники статического напряженья можно разделить на две большие группы: естественные и искусственные.

Первые представляют собой элементы ландшафта, атмосферу. Электроэнергия в них возникает в результате естественных процессов. Наиболее известный пример – разряд молнии, который формируется в результате перемещения и смешивания воздушных масс в атмосфере и перераспределения зарядов электронов в воздухе.

Ярчайший пример природного разряда – молния

Вторые – рукотворные предметы, созданные человеком. Это могут быть:

• элементы интерьера;
• текстильные изделия;
• трубопроводы;
• электрические приборы;
• трубы систем отопления.

Важно! Некоторая техника создается специально для генерации статического электричества. К ее числу относятся различные генераторы, сепараторы, окрасочные аппараты. Однако в большинстве случаев статическое напряжение возникает спонтанно и способно нанести существенный вред.

Защита трубопроводов и промышленного оборудования от статического напряжения

Наиболее тяжелые последствия разряд может вызвать, если затронет трубопроводы на объектах промышленности. Особенно тяжелыми будут последствия такого воздействия на химическом, нефтеперерабатывающем предприятии. Это касается и использующихся в быту газопроводов. Чтобы их избежать, принимают меры, которые направлены на защиту трубопроводов на производстве от статического электричества.

Правила защиты

Перечень подобных мер в Российской Федерации регулируется правилами, которые были утверждены 31 января 1971 года, и действуют по сей день.

Защита трубопроводов урегулирована специальными правилами

Методы защиты

Нормативный документ предусматривает следующие мероприятия, направленные на предотвращение возникновения зарядов статического электричества:

• Заземление. Согласно правилам, все конструкции, в которых может образоваться заряд статического электричества, необходимо заземлять.
• Уменьшение удельного поверхностного сопротивления в материале, где может образоваться заряд. Этот показатель зависит от общей площади предмета. Чем она меньше, тем меньше сопротивление.
• Использование нейтрализаторов. Заряд статического электричества можно нейтрализовать с помощью устройств, которые созданы специально для этого. Чаще всего они генерируют индукционное поле или излучают радиоизотопы. Это предотвращает накопление одинакового заряда в большом количестве электронов и возникновение статического напряжения.

Заземление оборудования

Один из самых действенных и распространенных способов защиты от статического электричества – заземление. В результате применения этого метода все предметы, в которых может образоваться заряд, образуют единую цепь, подсоединенную, в свою очередь, к зануляющему проводнику. Он, как правило, представляет собой помещенную в почву стальную конструкцию.

Заземление – самый распространенный и эффективный способ защиты

К сведению! Польза защитного заземления в том, что при образовании заряда он сразу уходит на «ноль», проделывая при этом путь через все элементы цепи.

Заземлить на производстве необходимо все металлические и неметаллические конструкции, обладающие токопроводностью. Среди них:

• трубопроводы;
• агрегаты и аппараты;
• термоизоляция;
• вентиляционные короба;
• отдельно стоящие машины;
• емкости для дробления, распыления, разбрызгивания перерабатываемых продуктов.

Чтобы установить заземление, понадобится выполнить следующие действия.

• Установить заземлитель. Он представляет собой устройство, которое находится в непосредственном контакте с землей (она в данном случае играет роль «нуля»).
• Подсоединить трубопровод к заземлителю. Участок металлической конструкции с помощью проводника присоединяют к ранее установленному устройству для заземления.
• Подключение к системе заземления остального оборудования. Непосредственно к трубопроводу с помощью проводников подсоединяют другие металлические предметы (вентиляционные короба, термоизоляцию). По действующим нормативам подключение должно быть каждые 40–50 метров.

Так выглядит заземлитель

Важно! Заземлять необходимо не только стальные, но и полимерные трубопроводы. Требования здесь несколько иные. Сопротивление между любой точкой трубопровода и заземляющим контуром не должно быть более 100 000 кОм (допускается небольшая статистическая погрешность). Это может потребовать заземления в нескольких местах.

Способы снятия статического напряжения

В руководстве по защите от статического электричества также предусматрен ряд мер, направленных на минимизацию вредоносных последствий воздействия разряда и его снятие. Вот основные из них:

• очистка проходящих по трубопроводам газов и жидкостей от посторонних примесей (например, твердых частиц);
• недопущение распыления и разбрызгивания веществ;
• строгое соблюдение требований к скорости движения по трубопроводу.

Меры безопасности на производстве

Чтобы обезопасить работников предприятия от неблагоприятного воздействия статического электричества, соблюдают следующие меры безопасности:

• Обеспечивают постоянный контакт работника и контура заземления. Тело человека, работающего на производстве, должно постоянно контактировать с заземленной цепью. Это обеспечивает быстрое прохождение разряда через ткани без причинения какого-либо вреда.
• Хорошо в этом плане проводить увлажнение воздуха, тогда внезапные молнии статического электричества возникают не так часто, как при малом содержании испаренной жидкости в атмосфере. При увеличении ее количества риск их появления значительно уменьшается.
• Проводят ионизацию. Если насыщать воздух положительно и отрицательно заряженными частицами, возможность «перекоса» в одну из сторон, вызывающего появление заряда, снижается.

Воздух в цехах насыщают заряженными частицами с помощью промышленных ионизаторов

Статическое напряжение – самопроизвольно возникающий электрический заряд. Его появление особенно опасно на производстве (в трубопроводах, системах вентиляции), так как может вызвать возгорание, детонацию. Понятие статистического электричества и перечень способов защиты от него приведены в специальных правилах. Применяют такие средства, как заземление, уменьшение удельного поверхностного сопротивления, увеличение влажности.

Источник

Защита от статического электричества в быту и на производстве

Повседневная деятельность любого человека связана с его перемещением в пространстве. При этом он не только ходит пешком, но и ездит на транспорте.

Во время любого движения происходит перераспределение статических зарядов, изменяющих баланс внутреннего равновесия между атомами и электронами каждого вещества. Он связан с процессом электризации, образованием статического электричества.

У твердых тел распределение зарядов происходит за счет перемещения электронов, а у жидких и газообразных — как электронов, так и заряженных ионов. Все они в комплексе создают разность потенциалов.

Причины образования статического электричества

Наиболее распространенные примеры проявления сил статики объясняют в школе на первых уроках физики, когда натирают стеклянные и эбонитовые палочки о шерстяную ткань и демонстрируют притяжение к ним мелких кусочков бумаги.

Также известен опыт по отклонению тонкой струи воды под действием статических зарядов, сконцентрированных на эбонитовом стержне.

В быту статическое электричество проявляется чаще всего:

при ношении шерстяной или синтетической одежды;

хождении в обуви с резиновой подошвой или в шерстяных носках по коврам и линолеуму;

пользовании пластиковыми предметами.

сухой воздух внутри помещений;

железобетонные стены, из которых выполнены многоэтажные здания.

Как создается статический заряд

Обычно физическое тело содержит в себе равное количество положительных и отрицательных частиц, за счет чего в нем создан баланс, обеспечивающий его нейтральное состояние. Когда оно нарушается, то тело приобретает электрический заряд определённого знака.

Под статикой подразумевают состояние покоя, когда тело не движется. Внутри его вещества может происходить поляризация — перемещение зарядов с одной части на другую или перенос их с рядом расположенного предмета.

Электризация веществ происходит за счет приобретения, удаления или разделения зарядов при:

взаимодействии материалов за счет сил трения или вращения;

резком температурном перепаде;

облучении различными способами;

разделении или разрезании физических тел.

Электрические заряды распределяются по поверхности предмета или на удалении от нее в несколько междуатомных расстояний. У незаземленных тел они распространяются по площади контактного слоя, а у подключенных к контуру земли стекают на него.

Приобретение статических зарядов телом и их стекание происходит одновременно. Электризация обеспечивается тогда, когда тело получает бо́льший потенциал энергии, чем расходует во внешнюю среду.

Из этого положения вытекает практический вывод: для защиты тела от статического электричества необходимо с него отводить приобретаемые заряды на контур земли.

Способы оценки статического электричества

Физические вещества по способности образовывать электрические заряды разных знаков при взаимодействии трением с другими телами, характеризуют по шкале трибоэлектрического эффекта. Часть их показана на картинке.

В качестве примера их взаимодействия можно привести следующие факты:

хождение в шерстяных носках или обуви с резиновой подошвой по сухому ковру может зарядить человеческое тело до 5÷-6 кВ;

корпус автомобиля, едущего по сухой дороге, приобретает потенциал до 10 кВ;

ремень привода, вращающий шкив, заряжается до 25 кВ.

Как видим, потенциал статического электричества достигает очень больших величин даже в бытовых условиях. Но он не причиняет нам большого вреда потому, что не обладает высокой мощностью, а его разряд проходит через высокое сопротивление контактных площадок и измеряется в долях миллиампера или чуть больше.

К тому же его значительно уменьшает влажность воздуха. Ее влияние на величину напряжения тела при контакте с различными материалами показано на графике.

Из его анализа следует вывод: во влажной среде статическое электричество проявляется меньше. Поэтому для борьбы с ним используют различные увлажнители воздуха.

В природе статическое электричество может достигать огромных величин. При перемещении облаков на дальние расстояния между ними скапливаются значительные потенциалы, которые проявляются молниями, энергии которых бывает достаточно для того, чтобы расколоть вдоль ствола вековое дерево или сжечь жилое здание.

При разряде статического электричества в быту мы чувствуем «пощипывания» пальцев, видим искры, исходящие от шерстяных вещей, ощущаем снижение бодрости, работоспособности. Ток, действию которого подвергается наш организм в быту, отрицательно сказывается на самочувствии, состоянии нервной системы, но он не приносит явных, видимых повреждений.

Производители измерительного промышленного оборудования выпускают приборы, позволяющие точно определить величину напряжения накопленных статических зарядов как на корпусах оборудования, так и на теле человека.

Как защититься от действия статического электричества в быту

Каждый из нас должен понимать процессы, которые образуют статические разряды, представляющие угрозу для нашего организма. Их следует знать и ограничивать. С этой целью проводятся различные обучающие мероприятия, включая популярные телепередачи для населения.

На них доступными средствами показываются способы создания статического напряжения, принципы его замера и методы выполнения профилактических мероприятий.

Например, учитывая трибоэлектрический эффект, лучше всего для расчесывания волос использовать расчески из натурального дерева, а не металла или пластика, как делает большинство людей. Древесина обладает нейтральными свойствами и при трении по волосам не образует заряды.

Для снятия статического потенциала с корпуса автомобиля при его движении по сухой дороге служат специальные ленты с антистатиком, крепящиеся к днищу. Различные их виды широко представлены в продаже.

Если такой защиты на автомобиле нет, то потенциал напряжения можно снимать кратковременным заземлением корпуса через металлический предмет, например, ключ зажигания автомобиля. Особенно важно выполнять эту процедуру перед заправкой топливом.

Когда на одежде из синтетических материлов накапливается статический заряд, то снять его можно обработкой паров из специального баллончика с составом «Антистатика». А вообще лучше меньше пользоваться подобными тканями и носить натуральные материалы из льна или хлопка.

Обувь с прорезиненной подошвой тоже споосбствует накапливанию зарядов. Достаточно положить в нее антистатические стельки из натуральных материалов, как вредное воздействие на организм будет снижено.

Влияние сухого воздуха, характерного для городских квартир в зимнее время, уже обговорено. Специальные увлажнители или даже небольшие куски смоченной материи, положенные на бытарею, улучшают обстановку, снижают процесс образования статического электричества. А вот регулярное выполнение влажной уборки в помещениях позволяет своевременно удалять наэлектризованные частички и пыль. Это один из лучших способов защиты.

Бытовые электрические приборы при работе тоже накапливают на корпусе статические заряды. Снижать их воздействие призвана система уравнивания потенциалов, подключаемая к общему контуру заземления здания. Даже простая акрилловая ванна или старая чугунная конструкция с такой же вставкой подвержена статике и требует защиты подобным способом.

Как выполняется защита от действия статического электричества на производстве

Факторы, снижающие работоспособность электронного оборудования

Разряды, возникающе при изготовлении полупроводниковых материалов, способны причинить большой вред, нарущить электрические характеристики приборов или вообще вывести их из строя.

В условиях производства разряд может носить случайный характер и зависеть от ряда различных факторов:

величин образовавшейся емкости;

электрического сопротивления контактов;

вида переходных процессов;

При этом в начальный момент порядка десяти наносекунд происходит возрастание тока разряда до максимума, а затем он снижается в течение 100÷300 нс.

Характер возникновения статического разряда на полупроводниковый прибор через тело оператора показан на картинке.

На величину тока оказывают влияние: емкость заряда, накопленного человеком, сопротивление его тела и контактных площадок.

При производстве электротехнического оборудования статический разряд может создаться и без участия оператора за счет образования контактов через заземленные поверхности.

В этом случае на ток разряда влияет емкость заряда, накопленная корпусом прибора и сопротивление образовавшихся контактных площадок. При этом на полупроводник в первоначальный момент одновременно влияют наведенный потенциал высокого напряжения и разрядный ток.

За счет такого комплексного воздействия повреждения могут быть:

1. явными, когда работоспособность элементов уменьшена до такой степени, что они становятся непригодными к эксплуатации;

2. скрытыми — за счет снижения выходных параметров, иногда даже укладывающихся в рамки установленных заводских характеристик.

Второй вид неисправностей обнаружить сложно: они сказываются чаще всего потерей работоспособности во время эксплуатации.

Пример подобного повреждения от действия высокого напряжения статики демонстрируют графики отклонения вольт амперных характеристик применительно к диоду КД522Д и интегральной микросхеме БИС КР1005ВИ1.

Коричневая линия под цифрой 1 показывает параметры полупроводниковых приборов до испытаний повышенным напряжением, а кривые с номером 2 и 3 — их снижение под действием увеличенного наведенного потенциала. В случае №3 оно имеет большее воздействие.

Причинами повреждений могут быть действия от:

завышенного наведенного напряжения, которое пробивает слой диэлектрика полупроводниковых приборов или нарушает структуру кристалла;

высокой плотности протекающего тока, вызывающей большую температуру, приводящую к расплавлению материалов и прожигу оксидного слоя;

Скрытые повреждения могут сказаться на работоспособности не сразу, а через несколько месяцев или даже лет эксплуатации.

Способы выполнения защит от статического электричества на производстве

В зависимости от типа промышленного оборудования используют один из следующих методов сохранения работоспособности или их сочетания:

1. исключение образования электростатических зарядов;

2. блокирование их попадания на рабочее место;

3. повышение стойкости приборов и комплектующих приспособлений к действию разрядов.

Способы №1 и №2 позволяют выполнять защиту большой группы различных приборов в комплексе, а №3 — используется для отдельных устройств.

Высокая эффективность сохранения работоспособности оборудования достигается помещением его внутрь клетки Фарадея — огражденного со всех сторон пространства мелкоячеистой металлической сеткой, подключенной к контуру заземления. Внутри нее не проникают внешние электрические поля, а статическое магнитное — присутствует.

По этому принципу работают кабели с экранированной оболочкой.

Защиты от статики классифицируют по принципам исполнения на:

Первые два способа позволяют предотвратить или уменьшить процесс образования статических зарядов и увеличить скорость их стекания. Третий прием защищает приборы от воздействия зарядов, но он не влияет на их сток.

Улучшить стекание разрядов можно за счет:

повышения проводимости материалов, на которых накапливаются заряды.

Решают эти вопросы:

повышением рабочих поверхностей;

подбором материалов с лучшей объемной проводимостью.

За счет их реализации создают подготовленные заранее магистрали для стекания статических зарядов на контур заземления, исключения их попадания на рабочие элементы приборов. При этом учитывают, что общее электрическое сопротивление созданного пути не должно превышать 10 Ом.

Если материалы обладают большим сопротивлением, то защиту выполняют другими способами. Иначе на поверхности начинают скапливаться заряды, которые могут разрядиться при контакте с землей.

Пример выполнения комплексной электростатической защиты рабочего места для оператора, занимающегося обслуживанием и наладкой электронных приборов, показан на картинке.

Поверхность стола через соединительный проводник и токопроводящий коврик подключена к контуру заземления с помощью специальных клемм. Оператор работает в специальной одежде, носит обувь с токопроводящей подошвой и сидит на стуле со специальным сидением. Все эти мероприятия позволяют качественно отводить скапливающиеся заряды на землю.

Работающие ионизаторы воздуха регулируют влажность, снижают потенциал статического электричества. При их использовании учитывают, что повышенное содержание паров воды в воздухе отрицательно влияет на здоровье людей. Поэтому ее стараются поддерживать на уровне порядка 40%.

Также эффективным способом может быть регулярное проветривание помещения или использование в нем системы вентиляции, когда воздух проходит через фильтры, ионизируется и смешивается, обеспечивая таким образом нейтрализацию возникающих зарядов.

Для снижения потенциала, накапливаемого телом человеком, могут применяться браслеты, дополняющие комплект антистатической одежды и обуви. Они состоят из токопроводящей полосы, которая крепится на руке с помощью пряжки. Последняя подключена к проводу заземления.

При этом способе ограничивают ток, протекающий через человеческий организм. Его величина не должна превышать один миллиампер. Бо́льшие значения могут причинять боль и создавать электротравмы.

Во время стекания заряда на землю важно обеспечить скорость его ухода за одну секунду. С этой целью применяют покрытия пола с малым электрическим сопротивлением.

При работе с полупроводниковыми платами и электронными блоками защита от повреждения статическим электричеством обеспечивается также:

принудительным шунтированием выводов электронных плат и блоков во время проверок;

использованием инструмента и паяльников с заземлёнными рабочими головками.

Емкости с легковоспламеняющимися жидкостями, расположенные на транспорте, заземляются с помощью металлической цепи. Даже фюзеляж самолета снабжается металлическими тросиками, которые при посадке работают защитой от статического электричества.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник