Статическое электричество

Причины и источники появления статиче ского электричества В разделе проанализированы возможные причины и источники появления ст атического электричества в лабораториях , производ ственных и научно-исследовательских учреждениях . Н а основе этого анализа выведены те источн ики , которые могут иметь место в лаборатор иях и произво д ствах НИЧ БГУИР , а именно : Наведение статического электричества на э кранах и корпусах видеомониторов персональных компьютеров ; Появление электростатических зарядов на п латах и приборах микроэлектронной техники в процессе их взаимного перемещения при мо нтаж е схем , ремонте и настройки аппара туры ; Возникновение электрического потенциала на незаземленном оборудовании за счет электрическ ой индукции при сильных грозовых разрядах и недостаточной молниезащите ; Электростатические заряды на производстве и их опаснос ть. В некоторых отраслях промышленного произв одства , связанных с обработкой диэлектрических материалов , нефтеперерабатывающей , текстильной , бума жной , и т.д . наблюдаются явления электризации тел – статическое электричество. По определению ГОСТ 17.1.018-79 “Статическое электричество . Искробезопастность.” термин “статиче ское электричество” означает совокупность явлени й , связанных с возникновением , сохранением и релаксацией свободного электрического заряда н а поверхности и в объеме диэлектриков и полупроводников , изделий на изолирова нных (в том числе диспергированных (лат . dispergo – рассеивать ; порошки , эмульсии ) в диэлектрической среде ) проводниках. Электризация материалов часто препятствует нормальному ходу технологических процессов про изводства , а также создает дополнительную пожарную опасность вследствие искрообразования при разрядах при наличии в помещениях , резервуарах и ангарах горючих паро - и газо -воздушных смесей. Этот же ГОСТ дает определение понятий электростатической искробезопастности (ЭСиБ ) как состояние объекта , при котором исклю чена возможность взрыва и пожара от стати ческого электричества . Электростатическая искробезопа стность должна обеспечиваться путем устранения разрядов статического электричества , способных стать источником заж и гания огнеопасны х веществ (материалов , смесей , изделий , продукци и и т.д .) В ряде случаев статическая электризация тела человека и затем последующий разряд с человека на землю или заземленное производственное оборудование , а также электричес кий разряд с нез аземленного оборудования через тело человека могут вызвать болевы е и нервные ощущения и быть причиной непроизвольного резкого движения в результате которого человек может получить травму (пад ения , ушибы и т.д .). Согласно гипотезе о статической электриза ции тел при соприкосновении двух разнор азрядных веществ из-за неравновесности атомных и молекулярных сил на их поверхности п роисходит перераспределение электронов (в жидкост ях и газах еще и ионов ) с образованием двойного электрического слоя с противоположн ым и знаками электрических зарядов . Т аким образом , между соприкасающимися телами , о собенно при их трении , возникает контактная разность потенциалов , значение которой зависит от ряда факторов – диэлектрических свой ств материалов , значения их взаимного давлени я при соприкосновении , влажности и температуры поверхностей этих тел , климатических условий. При последующем разделении этих тел к аждое из них сохраняет свой электрический заряд , а с увеличением расстояния между ними (при уменьшении электрической емкости сис темы ) за счет совершаемой работы по разделению зарядов , разность потенциалов воз растает и может достигнуть десятков и сот ен киловольт. При одинаковых значениях диэлектрической постоянной соприкасающихся материалов электроста т ические заряды не возникают. При статической электризации во время технологических процессов , сопровождающихся трение м , размельчением твердых частиц , пересыпанием сыпучих материалов , переливанием диэлектрических жидкостей (нефтепродуктов и т.п .) на изолир ованных от земли металлических частях оборудования возникают , относительно земли , нап ряжения порядка десятков киловольт . Так , напри мер , при движении резиновой ленты транспортер а и в устройствах ременной передачи на ленте (ремне ) и на роликах транспортера ( шкивах ) из-за некоторой пробуксовки возникают заряды противоположных знаков и большого значения , а разность и потенциалов достигает 45 кВ . Аналогично происходит электризац ия при сматывании (наматывании ) тканей , бумаги , полиэтиленовой пленки и др. При относ ительной влажности воздуха 85% и более разрядов статического электричества практически не возникает . В аэрозолях эле ктрические заряды возникают от трения частиц вещества друг о дуга и о воздух во время движения. Применяемое в электроустановках минеральное масло , в процессе его переливания , н апример , слив трансформаторного масла в бак , также подвергается электризации . Электрические заряды , образующиеся на час тях производственного оборудования и изделиях , могут взаимно нейтрализовываться вследствие не которой электропроводности влажного воздуха , а также стекать в землю по поверхности оборудования , но в некоторых случаях , ког да заряды велики и разность потенциалов т акже велика , то (при малой влажности возду ха ) может произойти быстрый искровой разряд между наэл е ктризованными частями о борудования или на землю . Энергия такой ис кры может оказаться достаточной для воспламен ения горючей ил взрывоопасной смеси . Например для многих паро - и газо-воздушных взрывоо пасных смесей требуется небольшая энергия (0.1*10 -3 Втс ). Пр акт ически при напряжении 3 кВ искровой разряд вызывает воспламенение паро - и газо-воздушных взрывоопасных смесей , а при 5 кВ – большей части горючих пылей и волокон. Меры подавления статической электризации. Устранение образования значительны х статическо го электричества достигается при помощи следующих мер : Заземление металлических частей производстве нного оборудования ; Увеличение поверхностной и объемной прово димости диэлектриков ; Предотвращение накопления значительных стати ческих зарядов путем установки в зоне электрозащиты специальных неитрализаторов. Все проводящее оборудование и электропров одящие неметаллические предметы должны быть з аземлены независимо от применения других мер защиты от статического электричества. Неметаллическое оборудование считае тся заземленным , если сопротивление стекания тока на землю с любых точек его внешней и внутренней поверхностей не превышает 10 7 Ом при отно сительной влажности воздуха 60%. Такое сопротивление обеспечивает достаточно малое значение посто янной времени релакс ации зарядов. Заземление устройства для защиты от с татического электричества , как правило , соединяетс я с защитными заземляющими устройствами элект роустановок . Практически , считают достаточным сопр отивление заземляющего устройства для защиты от статического электричества около 100 Ом . К заземляющему устройству присоединяют отдельн ыми ответвлениями от магистрали аппараты и машины , являющиеся источниками статической элек тризации (смесители , вальцы , каландры , дробилки , сливно-наливные устройства нефтепродуктов и др .). Автоцистерны во время слива или налива горючих жидкостей заземляют перен осным заземлением в виде гибкого многопроволо чного провода. Эффективным способом подавления электризации нефтепродуктов является введение в основной продукт специальных присадо к , например , элеата хрома , элеата кобальта и др . Кром е того с целью уменьшения статической эле ктризации при сливе нефтепродуктов и других горючих жидкостей необходимо избегать падени я и разбрызгивания струи с высоты ; сливной шланг (рукав ) следует опускать до самого дна цистерны или другой емкости . Неметаллические наконечники этих сливных шланг ов во избежание протекания на землю или незаземленные части оборудования необходимо за землять гибким медным проводником. Для повышения электропроводности резинотехни че ских изделий в их состав вводят такие антистатические вещества , как графит и сажа . Такие присадки вводят в резиновые шланги для налива и перекачки ЛВЖ , чт о в значительной мере снижает опасность в оспламенения этих жидкостей при переливании и х в передвижные емкости (автоцистерны , железнодорожные цистерны ). Нейтрализация электрических зарядов может осуществляться путем ионизации воздуха , разделя ющего заряженные тела . На практике применяютс я ионизаторы индукционные , высоковольтные или радиационные . Индукционны е нейтрализаторы статического электричества состоят из несущих металлическ их или непроводящих стержней , на которых у креплены заземленные острия или тонкие провол оки и располагаются вблизи наэлектризованного тела (например , движущиеся ленты ) на расстоя нии 5 – 10 мм . Электрическое поле создается у электродов-стержней с зарядами наэлектризованного материала . Вблизи острия образуется электрическое по ле высокой напряженности , под действием котор ого происходит ударная ионизация с образовани ем положительных и отр ицательных ионов . При этом ионы противоположные заряду наэле ктризованного тела знака устремляются к его поверхности и нейтрализуют в значительной мере его электрический заряд. Для защиты обслуживающего персонала от случайного прикосновения к электродам их снабжают кожухами. Контроль за качеством работы нейтрализато ров ведется по показаниям микроамперметра или по свечению неоновой лампочки , включенной между электродами и заземляющим устройством. Высоковольтные нейтрализаторы статического э лектричества работа ют на принципе коронно го разряда , создаваемого электродами , находящимися под высоким напряжением повышающего трансфор матора . Положительные ионы , образованные вблизи электродов , направляются на отрицательно заряже нный материал-диэлектрик , нейтрализуя его э л ектростатический заряд. Радиоизотопные нейтрализаторы применяются во взрывоопасных производствах химической промышле нности – в установках производства полиэтиле новой пленки , бумаги , тканей и т.д . Они просты в конструктивном исполнении и не т ребуют источник ов электропитания . Наибольшей ионизирующей способностью обладают ионизаторы с -излу чением . Глубина проникновения -излучения в воздухе око ло 30 мм , что делает безопасным применение э того вида излуч ения для обслуживающего персонала . На рис .3 схематически изображен радиоизото пный нейтрализатор с использованием 239 Pu . Нейтрализатор состоит из металлического контейнера , в котором укреплены держатели а ктивного материала – источника излучения . Де ржатели вручную можно поворачивать на 180 0 с тем , что бы при необходимости направлять излучение вовну трь . В рабочем помещении активная поверхность обращена к наэлектризованному объекту через проем в контейнере. Отвод статического электричества с тела человека осущ ествляется путем устройства электропроводящих полов в производственных п омещениях , рабочих площадок и других приспосо блений , а также обеспечение токопроводящей об увью и антистатическими халатами. Молниезащита зданий и сооружений. В результате движения возд ушных п отоков , насыщенных водяными парами , образуется грозовые облака , являющиеся носителями статичес кого электричества . Электрические разряды образую тся между разноименными заряженными облаками или , чаще , между заряженным облаком и земл ей. Так молнии прои зводят тепловые , эл ектрические , а также механические воздействия на те объекты , на которые он проходит . Помимо прямого удара , молнии в здание , соо ружение , дерево проявление молнии могут быть в виде электростатической и электромагнитной индукции. Электроста тическая индукция проявляется тем , что на изолированных металлических п редметах наводятся опасные электрические потенци алы , вследствие чего возможно искрение между отдельными металлическими элементами конструкци й и оборудования. При грозе , во время ударов молни и в различные промышленные , транспортные и другие объекты , находящиеся вдали от произв одственных зданий и сооружений , возможно прон икновение (занос ) электростатических потенциалов в здание по внешним металлическим сооружениям и коммуникациям – эстак а дам , монорельсам и канатам подвесных дорог , по трубопроводам , оболочкам кабелей и т.д . Для приема электрического разряда молнии и отвода её в землю применяют устрой ства называемые молниеотводами . Молниеотвод состо ит из несущей части – опоры (которой может служить само здание или сооружени е ), молниеприемника , токоотвода и заземления . На иболее распространенные стержневые и Тросовые молниеотводы. При выполнении молниезащиты зданий и сооружений для повышения безопасности людей и животных необходимо заземлители молниеотво дов (кроме углубленных ) размещать в редко посещаемых местах , в удалении на 5 метров и более от грунтовых , проезжих и пешеходных дорог . Для защиты от проявления электростатическ ой индукции в зданиях и сооружениях , присо единяют металлические корп уса всего обору дования , установленного в защищаемом здании , к специальном заземлителю или к защитному заземлению местной электросети ; отдельно стоящие неизолированные тросовые и стержневые молние отводы , наложением молниеприемной сети на пло скую неметаллич е скую кровлю.