Причини та джерела появи статичної електрики
У розділі проаналізовано можливі причини та джерела появи статичної електрики в лабораторіях, виробничих і науково-дослідних установах. На основі цього аналізу виведені ті джерела, які можуть мати місце в лабораторіях і виробництвах НДЧ БДУІР, а саме:
Наведення статичної електрики на екранах і корпусах відеомоніторів персональних комп'ютерів;
Поява електростатичних зарядів на платах і приладах мікроелектронної техніки в процесі їхнього взаємного переміщення при монтажі схем, ремонт і налаштування апаратури;
Виникнення електричного потенціалу на незаземленій обладнанні за рахунок електричної індукції при сильних грозових розрядах і недостатньою захисту від блискавки;
Електростатичні заряди на виробництві та їх небезпеку.
У деяких галузях промислового виробництва, пов'язаних з обробкою діелектричних матеріалів, нафтопереробної, текстильної, паперової, і т.д. спостерігаються явища електризації тіл - статичну електрику.
За визначенням ГОСТ 17.1.018-79 "Статична електрика. Іскробезопастность. "Термін" статичну електрику "означає сукупність явищ, пов'язаних з виникненням, збереженням і релаксацією вільного електричного заряду на поверхні і в об'ємі діелектриків і напівпровідників, виробів на ізольованих (у тому числі диспергованих (лат. dispergo - розсіювати; порошки, емульсії) в діелектричної середовищі) провідниках.
електризація матеріалів часто перешкоджає нормальному ходу технологічних процесів виробництва, а також створює додаткову пожежну небезпеку внаслідок іскроутворення при розрядах при наявності в приміщеннях, резервуарах і ангарах горючих паро-і газо-повітряних сумішей.
Цей же ГОСТ дає визначення понять електростатичного іскробезопастності (ЕСіБ) як стан об'єкта, при якому виключена можливість вибуху і пожежі від статичної електрики. Електростатична іскробезопастность повинна забезпечуватися шляхом усунення розрядів статичної електрики, здатних стати джерелом запалювання вогненебезпечних речовин (матеріалів, сумішей, виробів, продукції і т.д.)
У ряді випадків статична електризація тіла людини і потім наступний розряд з людини на землю або заземленою виробниче обладнання, а також електричний розряд з незаземленій обладнання через тіло людини можуть викликати больові та нервові відчуття і бути причиною мимовільного різкого руху в результаті якого людина може отримати травму (падіння, удари і т.д.).
Відповідно до гіпотези про статичної електризації тіл при зіткненні двох разноразрядних речовин через нерівноважності атомних і молекулярних сил на їх поверхні відбувається перерозподіл електронів (в рідинах і газах ще й іонів) з утворенням подвійного електричного шару з протилежними знаками електричних зарядів. Таким чином, між стикаються тілами, особливо при їх терті, виникає контактна різниця потенціалів, значення якої залежить від ряду чинників - діелектричних властивостей матеріалів, значення їх взаємного тиску при зіткненні, вологості та температури поверхонь цих тіл, кліматичних умов.
При подальшому поділі цих тіл кожне з них зберігає свій електричний заряд, а із збільшенням відстані між ними (при зменшенні електричної ємності системи) за рахунок яку здійснюють роботи з розділення зарядів, різниця потенціалів зростає і може досягти десятків і сотень кіловольт.
При однакових значеннях діелектричної постійної e
дотичних матеріалів електростатичні заряди не виникають.
При статичної електризації під час технологічних процесів, що супроводжуються тертям, роздрібненням твердих частинок, пересипання сипучих матеріалів, переливанням діелектричних рідин (нафтопродуктів тощо) на ізольованих від землі металевих частинах устаткування виникають, щодо землі, напруги порядку десятків кіловольт. Так, наприклад, при русі гумової стрічки транспортера та в пристроях ремінною передачі на стрічці (ремені) і на роликах транспортера (шківа) через деякій пробуксовки виникають заряди протилежних знаків і великого значення, а різниця потенціалів і досягає 45 кВ. Аналогічно відбувається електризація при змотуванні (намотування) тканин, паперу, поліетиленової плівки та ін
При відносній вологості повітря 85% і більше розрядів статичної електрики практично не виникає. У аерозолях електричні заряди виникають від тертя частинок речовини один про дуга і об повітря під час руху.
що застосовується в електроустановках мінеральне масло, в процесі його переливання, наприклад, слив трансформаторного масла в бак, також піддається електризації.
Електричні заряди, які утворюються на частинах виробничого обладнання та виробах, можуть взаємно нейтралізовуватися внаслідок деякої електропровідності вологого повітря, а також стікати в землю по поверхні устаткування, але в деяких випадках, коли заряди великі і різниця потенціалів також велика, то (при малій вологості повітря) може відбутися швидкий іскровий розряд між наелектризованими частинами устаткування або на землю. Енергія такої іскри може виявитися достатньої для займання горючої ил вибухонебезпечної суміші. Наприклад для багатьох паро-і газо-повітряних вибухонебезпечних сумішей потрібна невелика енергія (0.1 * 10-3Втс). Практично при напрузі 3 кВ іскровий розряд викликає запалення паро-і газо-повітряних вибухонебезпечних сумішей, а при 5 кВ - більшої частини горючих пилу і волокон.
Заходи придушення статичної електризації.
Усунення утворення значних статичної електрики досягається за допомогою наступних заходів:
Заземлення металевих частин виробничого обладнання;
Збільшення поверхневої та об'ємної провідності діелектриків;
Запобігання накопичення значних статичних зарядів шляхом установки в зоні електрозахисту спеціальних неітралізаторов.
Все що проводить устаткування і електропроводні неметалеві предмети повинні бути заземлені незалежно від застосування інших заходів захисту від статичної електрики.
Неметалічні обладнання вважається заземленим, якщо опір стікання струму на землю з будь-яких точок його зовнішньої і внутрішньої поверхонь не перевищує 107 Ом при відносній вологості повітря 60%. Таке опір забезпечує досить мале значення постійної часу релаксації зарядів.
Заземлення пристрої для захисту від статичної електрики, як правило, з'єднується із захисними пристроями заземлюючими електроустановок. Практично, вважають достатнім опір заземлюючого пристрою для захисту від статичної електрики близько 100 Ом. До заземлювального пристрою приєднують окремими відгалуженнями від магістралі апарати і машини, які є джерелами статичної електризації (змішувачі, вальці, каландри, дробарки, зливно-наливні пристрої нафтопродуктів та ін.) Автоцистерни під час зливу або наливу горючих рідин заземляють переносним заземленням у вигляді гнучкого багатодротяна дроти.
Ефективним способом придушення електризації нафтопродуктів є введення в основний продукт спеціальних присадок, наприклад, еліатів хрому, еліатів кобальту та ін Крім того з метою зменшення статичної електризації при зливі нафтопродуктів і інших горючих рідин необхідно уникати падіння та розбризкування струменя з висоти; зливний шланг (рукав) слід опускати до самого дна цистерни або іншої ємності. Неметалічні наконечники цих зливних шлангів, щоб уникнути протікання на землю або незаземленій частини обладнання необхідно заземляти гнучким мідним провідником.
Для підвищення електропровідності гумотехнічних виробів до їх складу вводять такі антистатичні речовини, як графіт і сажа. Такі присадки вводять в гумові шланги для наливу і перекачування ЛЗР, що значною мірою знижує небезпеку займання цих рідин при переливанні їх у пересувні ємності (автоцистерни, залізничні цистерни).
Нейтралізація електричних зарядів може здійснюватися шляхом іонізації повітря, що розділяє заряджені тіла. На практиці застосовуються іонізатори індукційні, високовольтні або радіаційні.
Індукційні нейтралізатори статичної електрики складаються з несучих металевих або непровідних стержнів, на яких укріплені заземлені вістря або тонкі дроту і розташовуються поблизу наелектризованого тіла (наприклад, рухомі стрічки) на відстані 5 - 10 мм. Електричне поле створюється у електродів-стрижнів з зарядами наелектризованого матеріалу.
Поблизу вістря утворюється електричне поле високої напруги, під дією якого відбувається ударна іонізація з утворенням позитивних і негативних іонів. При цьому іони протилежні заряду наелектризованого тіла знака рухаються до його поверхні і нейтралізують значною мірою його електричний заряд.
Для захисту обслуговуючого персоналу від випадкового дотику до електродів їх забезпечують кожухами.
Контроль за якістю роботи нейтралізаторів ведеться за показаннями мікроамперметра або за свіченню неонової лампочки, включеної між електродами і заземляючим пристроєм.
Високовольтні нейтралізатори статичної електрики працюють на принципі коронного розряду, створюваного електродами, що перебувають під високою напругою підвищує трансформатора. Позитивні іони, утворені поблизу електродів, спрямовуються на негативно заряджений матеріал-діелектрик, нейтралізуючи його електростатичний заряд.
радіоізотопні нейтралізатори застосовуються у вибухонебезпечних виробництвах хімічної промисловості - в установках виробництва поліетиленової плівки, паперу, тканин і т.д. Вони прості в конструктивному виконанні й не вимагають джерел електроживлення. Найбільшою іонізуючої здатністю володіють іонізатори з a
-випромінюванням. Глибина проникнення a
-випромінювання в повітрі близько 30 мм, що робить безпечним застосування цього виду випромінювання для обслуговуючого персоналу.
На рис.3 схематично зображено радіоізотопний нейтралізатор з використанням 239Pu. Нейтралізатор складається з металевого контейнера, в якому укріплені тримачі активного матеріалу - джерела випромінювання. Держатели вручну можна повертати на 1800 з тим, що б при необхідності направляти випромінювання всередину. У робочому приміщенні активна поверхня звернена до наелектризованими об'єкту через отвір в контейнері.
Відведення статичної електрики з тіла людини здійснюється шляхом влаштування електропровідних підлог у виробничих приміщеннях, робочих майданчиків та інших пристроїв, а також забезпечення струмопровідній взуттям та антистатичні халатами.
Молниезащита будівель і споруд.
У результаті руху повітряних потоків, насичених водяними парами, утворюється грозові хмари, які є носіями статичної електрики. Електричні розряди утворюються між різнойменними зарядженими хмарами або, частіше, між зарядженим хмарою і землею.
Так блискавки виробляють теплові, електричні, а також механічні дії на ті об'єкти, на які він проходить. Крім прямого удару, блискавки в будинок, споруда, дерево прояв блискавки можуть бути у вигляді електростатичного та електромагнітної індукції.
електростатична індукція виявляється тим, що на ізольованих металевих предметах наводяться небезпечні електричні потенціали, внаслідок чого можливе іскріння між окремими металевими елементами конструкцій та обладнання.
При грози, під час ударів блискавки в різні промислові, транспортні та інші об'єкти, що знаходяться далеко від виробничих будівель та споруд, можливо проникнення (занесення) електростатичних потенціалів в будівлю по зовнішнім металевим споруд і комунікацій - естакадам, монорейки і канатів підвісних доріг , по трубопроводах, оболонок кабелів і т.д.
Для прийому електричного розряду блискавки та відведення її в землю застосовують пристрої звані громовідводи. Блискавковідвід складається з несучої частини - опори (якої може бути сама будівля або споруда), молніепріемніка, струмовідводу і заземлення. Найбільш поширені стрижневі й тросові громовідводи.
При виконанні блискавкозахисту будівель і споруд для підвищення безпеки людей і тварин необхідно заземлювачі Блискавковідводи (крім поглиблених) розміщувати в рідко відвідуваних місцях, у видаленні на 5 метрів і більше від грунтових, проїжджих і пішохідних доріг.
Для захисту від проявів електростатичного індукції в будівлях і спорудах, приєднують металеві корпуси всього устаткування, встановленого в захищається будинку, на спеціальному заземлювача або до захисного заземлення місцевої електромережі; окремо стоять неізольовані тросові і стрижневі громовідводи, накладенням молніепріемной мережі на плоску покрівлю неметалічну .
