Podłogi przewodzące i antystatyczne

Technologie
Podłogi przewodzące i antystatyczne
Fot. shutterstock
Coraz częściej spotykamy
się na obiektach
z podłogami przewodzącymi
i antystatycznymi.
Warto poznać ich właściwości.
Mechanizm powstawania naładowania elektrostatycznego
Podstawowe komponenty wszystkich
substancji i materiałów to cząsteczki, które
składają się z dodatnio naładowanych jąder
atomowych i ujemnie naładowanych elektronów. Tendencja przyciągania elektronów
przez jądra, zwana elektroujemnością, jest
bardzo zróżnicowaną cechą danego materiału. Kiedy dwa przedmioty z różnych
materiałów stykają się, ten o większej elektroujemności ściąga do siebie elektrony
od partnera o mniejszej elektroujemności.
Skutkiem tego oba przedmioty nabierają
ładunku elektrycznego: pierwszy – ujemnego (ponieważ dostaje nadwyżkę elektronów), a drugi – dodatniego (ponieważ brak
elektronów powoduje przewagę ładunków
jąder). Jeśli przedmioty zostają rozłączone,
52
każdy z nich zabiera swoje ładunki ze sobą
i powstaje w ten sposób elektryzacja, czyli
naładowanie elektrostatyczne przejawiające
się w napięciu elektrycznym określonym
jednostką fizyczną wolt (symbol V).
Często spotykany przykład takich
partnerów różnej elektroujemności to
podeszwa stojącej na posadzce osoby
i sama posadzka. Chodzenie człowieka po
nawierzchni jest jednoznaczne z powtarzającym się stykaniem i rozłączaniem i z tego
powodu może prowadzić do znacznego
skumulowania naładowania elektrostatycznego – aż do ponad 30 000 V! Dotknięcie
elektrycznie przewodzącego obiektu (np.
klamki z metalu) powoduje nagły odpływ
tych ładunków, czyli rozładowanie elektrostatyczne. W zależności od nagromadzonego napięcia występują różne zjawiska:
»» powyżej 2000 V czujemy porażenie,
»» powyżej 3000 V słyszymy trzask,
»» powyżej 10 000 V widzimy iskry.
Tymczasem już rozładowanie o wiele
niższych napięć może zakłócać działanie przyrządów elektronicznych, a części
Nr [15] 1/2011 • www.firmasprzatajaca.pl
elektroniczne podczas ich montowania
zostają zniszczone nawet przy mniej niż
10 V!
Technologie
Redukcja naładowania elektrostatycznego i zapobieganie jego
powstawaniu
Naładowane ciało może pozbywać się
swojego nadmiaru ładunków na dwa sposoby: za pomocą wilgotności powietrza
albo poprzez bezpośredni kontakt z innym
elektrycznie przewodzącym ciałem.
To pierwsze sprawia, że nawet izolujące przedmioty z biegiem czasu automatycznie tracą kiedyś przyjęte ładunki,
i jest to powodem dużego wpływu wilgotności powietrza nie tylko na rezultaty pomiarów przewodności, lecz także
na występowanie elektrostatycznych
fenomenów w ogóle. Ten efekt wykorzystuje się przy antystatycznym wyposażeniu materiałów i powierzchni poprzez
nakładanie na nie higroskopijnej substancji, która zwiększa względną wilgotność powietrza tuż nad rozładowywanym
obiektem. W ten sposób daje się unikać
pewnych zjawisk spowodowanych ekstremalnym naładowaniem (takich jak powyżej wymienione nieprzyjemne porażenia
elektryczne) oraz zapewnić funkcjonowanie przyrządów elektronicznych o mniejszej wrażliwości (np. odpowiednio ekranowanych komputerów).
Jednak w przypadku bardzo niskiej
wilgotności powietrza nawet dobre wyposażenie antystatyczne traci swoją skuteczność. Poza tym nie jest ono w stanie zapewnić bezpośredniego i natychmiastowego odpływu ładunków, niezbędnego w strefach o wysokich wymaganiach,
np. zagrożonych pożarem lub wybuchem
albo przeznaczonych do produkcji części elektronicznych. W tych przypadkach
wymagany jest wspomniany wyżej bezpośredni kontakt z przewodzącym ciałem.
Jednocześnie odprowadzanie ładunków
nie powinno doprowadzać do powstania
napięcia elektrycznego w innym punkcie
systemu. Osiąga się to poprzez uziemienie,
tj. przewodzące połączenie rozładowywanego obiektu z podłożem, w którym nadmiar ładunków równomiernie rozprasza
wodność posadzki jest przy tym ważnym,
choć nie jedynym elementem niezbędnym
do funkcjonowania systemu.
Opór elektryczny
Ponieważ pomiar samej przewodności jest nieco skomplikowany, mierzy się
w praktyce jej odwrotność – opór elek-
tryczny (rezystancję), którego jednostką
jest om (Ω), oznaczany symbolem „R”.
Pomiaru dokonuje się przez przymocowanie dwóch połączonych z przyrządem
pomiarowym (omomierzem) elektrod na
badanym przedmiocie czy powierzchni,
stosowanie określonego napięcia i mierzenie płynącego w układzie prądu, który
jest tym większy, im niższy jest opór
(tzn. im większa przewodność) systemu.
W przypadku posadzek rozróżnia się
w zależności od pozycji punktów pomiarowych następujące rodzaje oporów elektrycznych:
Nr [15] 1/2011 • www.firmasprzatajaca.pl
53
Technologie
zakres oporu
(RZIEM)
metoda
elektrody
EN 1081
elektroda trójnogowa, długość krawę- < 106 Ω
dzi 22 cm, obciążana co najmniej 30 kg
> 106 Ω
elektroda cylindrowa, średnica 6,4 cm, < 105 Ω
wysokość 11,9 cm, ciężar 2,27 kg
105 - 1011 Ω
EN 61340-4-1
> 10 Ω
11
napięcie
pomiarowe
100 V
500 V
10 V
100 V
500 V
Tab. 1.
materiał
opór (RZIEM)
stal, ocynkowana
stal, nierdzewna
stal, pokryta proszkiem lub lakierowana
aluminium, czyste
beton, bez dodatku tworzywa sztucznego
beton, z dodatkiem tworzywa sztucznego
beton, pomalowany
beton, z odprowadzającą powłoką epoksydową
beton polimerowy (piasek i poliester)
kafle, odporne na kwasy
kafle, odporne na kwasy, czyszczone przynajmniej raz w tygodniu
wodą lub wodnym roztworem środka czyszczącego bez dodatku
komponentów pielęgnacyjnych
PCV, położony na przewodzącym kleju
PCV, położony na zwykłym kleju
asfalt
linoleum
<< 108 Ω
<< 108 Ω
1011 - 1013 Ω
<< 108 Ω
104 - 108 Ω
109 - 1013 Ω
1012 - 1014 Ω
105 - 108 Ω
1014 Ω
108 - 1010 Ω
104 - 108 Ω
1010 - 1014 Ω
1014 Ω
1012 - 1015 Ω
ok. 1010 Ω*
* według producenta DLW
Tab. 2.
»» opór powierzchniowy: opór między
dwoma punktami na powierzchni
posadzki (już albo jeszcze nie położonej w obiekcie);
54
»» opór przejściowy lub odpływowy:
opór między wierzchem i spodem
jeszcze nie położonej posadzki;
Nr [15] 1/2011 • www.firmasprzatajaca.pl
»» opór upływowy do ziemi (RZIEM): opór
między punktem na powierzchni położonej posadzki i potencjałem ziemi;
»» opór systemu (opór upływowy osobowy): ogólny opór systemu człowiek–obuwie–posadzka–ziemia.
Do szybkiej charakteryzacji elektrycznych właściwości położonych w obiekcie
posadzek służy zwyczajowo opór upływowy do ziemi, z następującą klasyfikacją:
»» posadzki przewodzące: RZIEM < 106 Ω
»» posadzki odprowadzające (rozpraszające): RZIEM = 106 - 109 Ω
Oprócz tego wyróżnia się
»» posadzki antystatyczne, których właściwości nie określa się jednak za
pomocą oporu albo przewodności,
lecz maksymalnego napięcia (naładowania), które osoba chodząca po podłodze może przejąć.
Metody pomiarowe
Zależność przepływu prądu elektrycznego przez przewodzący przedmiot teoretycznie jest liniowa. W praktyce obserwuje się jednak odchylenia od tego podstawowego prawa fizyki, zwanego prawem Ohma. Przy wyższym napięciu
płynie wyższy prąd niż wynikałoby to
z danego oporu, tzn. opór systemu pozornie jest mniejszy niż w rzeczywistości. Fakt
ten jest ważny dla interpretacji rezultatów
pomiarów, które bez odniesienia do zastosowanego przy pomiarze napięcia mają
tylko ograniczone znaczenie.
Technologie
Wśród różnych metod do oznaczania oporu upływowego do ziemi normy
EN 1081 i EN 61340-4-1 mają największe znaczenie w praktyce. Odróżniają
się od siebie rodzajem elektrod oraz
stosowanymi napięciami pomiarowymi,
które zależą od mierzonego zakresu
oporu – patrz Tab. 1.
Wymagania dotyczące posadzek
Wymagania dotyczące właściwości elektrycznych posadzek zależą od
miejsca ich użytkowania. Największe
ograniczenia obowiązują w przemyśle
elektronicznym podczas produkcji i montażu elektronicznych podzespołów i prefabrykatów. Wymagane są tutaj przewodzące posadzki z RZIEM < 106 Ω (oznaczony według EN 61340-4-1) w związku
z przewodzącymi powierzchniami roboczymi i ciągłym uziemieniem pracujących osób (przewodzące obuwie, ewentualnie bezpośrednio uziemione przewodzące bransoletki). W strefach zagrożonych wybuchem zaś RZIEM nie powinien
być mniejszy niż < 108 Ω.
Tabela 2. zawiera przegląd typowych
oporów zwykłych (bez specjalnego wyposażenia przewodzącego) podłóg i posadzek
często spotykanych w praktyce (źródło: niemiecka reguła bezpieczeństwa pracy „TRBS
2153: Uniknięcie zagrożeń zapłonu wskutek
naładowania elektrostatycznego”).
Dla
ośrodków
komputerowych,
pomiarowych i podobnych obiektów
obecnie nie ma żadnych powszechnie
zaakceptowanych wymagań. Tu obowiązują warunki ustalone przez producentów
urządzeń lub/i administratorów obiektów.
Warte wspomnienia jest jeszcze to, że
w strefach, gdzie występują otwarte źródła wysokiego napięcia (np. przy chirurgii wysokiej częstotliwości) posadzka
powinna mieć określony minimalny opór,
aby uniknąć śmiertelnych porażeń prądem.
W tych przypadkach mówi się o „wymaganiu podwójnym”, tzn. opór posadzki powinien mieścić się w wąskim zakresie, mającym zarówno dolną, jak i górną granicę.
dr Bernd Sonnberger,
BUZIL-WERK Wagner GmbH & Co.KG