Zagrożenia od elektryczności statycznej i ochrona

URZĄDZENIA TECHNIKI KOMPUTEROWEJ – WWW.EDUNET.TYCHY.PL
Zagrożenia od elektryczności statycznej i ochrona przed nią
Elektryczność statyczna
Elektryczność statyczna jest to zespół zjawisk towarzyszących pojawieniu się niezrównoważonego ładunku elektrycznego na materiałach o małej przewodności elektrycznej (dielektrykach, materiałach izolacyjnych) lub na odizolowanych od ziemi obiektach przewodzących (np.
ciele człowieka, elementach urządzeń, itp.). Ładunki te wytwarzają wokół siebie pole elektrostatyczne o natężeniu tym większym, im większa jest wartość ładunku wytwarzającego to pole.
Elektryzowanie
Elektryzowanie (elektryzacja) jest to wytwarzanie na danym ciele znajdującym się w polu elektrostatycznym nadmiaru ładunków elektrycznych jednego znaku. Występuje zwykle w
warunkach zetknięcia czy zbliżenia i następującego po nim rozdzielenia dwóch nie naelektryzowanych ciał, przy czym mogą to być: ciała stałe, ciało stałe i ciecz, ciało stałe i gaz, ciecz i gaz
bądź ciecze. Warunki takie zachodzą np. przy transporcie ciał (przesypywaniu, przepompowywaniu, a także przy ślizganiu, toczeniu, uderzaniu, rozdrabnianiu, przepływie), jak również ich
mieszaniu. Możliwe też jest przy zmianach stanu skupienia, przy ich jonizacji, przy oddziaływaniu indukcyjnym czy mechanicznym powodującym efekt piezoelektryczny, jak i w różnych procesach elektrochemicznych. Elektryzowanie może być ciągłe lub dorywcze (okresowe).
Przy dużych wartościach natężenia pola elektrycznego, jeżeli naładowany układ znajdzie
się w pobliżu uziemionego przedmiotu, może dojść do wyładowania elektrostatycznego niezupełnego - ulotowego lub snopiastego, oraz zupełnego - iskrowego. Wyładowania ulotowe i snopiaste powstają w warunkach silnie niejednostajnego pola elektrycznego. Dalsze zwiększanie
przestrzeni, w której występuje natężenie pola o wartości krytycznej, prowadzi do powstania
wyładowania iskrowego. Wyróżnia się następujące wyładowania elektrostatyczne: międzyelektrodowe, elektroda - dielektryk, bezelektrodowe, piorunopodobne. Każde z tych wyładowań może występować jako niezupełne i zupełne.
Wyładowania międzyelektrodowe występują najczęściej pomiędzy odizolowanym a
uziemionym elementem metalowym. Wyładowania elektroda - dielektryk są to wyładowania
inicjowane pomiędzy naelektryzowanym obiektem z materiału dielektrycznego a zbliżoną do
niego uziemioną elektrodą.
Wyładowania bezelektrodowe występują pomiędzy dwoma obiektami z materiałów dielektrycznych w warunkach ich rozdzielania, przy rozdrabnianiu, itp. Wyładowania tego rodzaju
powstają np. podczas: odwijania folii z bębna, ślizgania taśm przenośników po wałkach z materiałów dielektrycznych, strzepywania filtrów workowych itp.
Wyładowania piorunopodobne są to wyładowania iskrowe, charakteryzujące się znaczną długością kanału iskrowego, inicjowane przez duże chmury naelektryzowanego pyłu.
Opr.: Grzegorz Szymkowiak
URZĄDZENIA TECHNIKI KOMPUTEROWEJ – WWW.EDUNET.TYCHY.PL
Zagrożenia elektrycznością statyczną
Zagrożenia elektrycznością statyczną są spowodowane bezpośrednim oddziaływaniem pola
elektrycznego wytwarzanego przez naelektryzowane obiekty lub oddziaływaniem wyładowań
elektrostatycznych.
Wyróżnia się trzy rodzaje zagrożeń:
o
niekorzystne oddziaływanie na człowieka
o
zakłócenia procesów technologicznych
o
pożarowo-wybuchowe
Ładunki elektrostatyczne
Ładunki elektrostatyczne mogą powstawać na ludziach drogą kontaktową w czasie
chodzenia, zdejmowania odzieży albo wykonywania czynności domowych lub zawodowych.
Elektryzacja ludzi może również nastąpić przez indukcję. Ciało człowieka może gromadzić ładunki elektryczne, jeśli jest odpowiednio odizolowane od ziemi, np. przez nieprzewodzące obuwie lub podłogę. Energia związana z naładowaniem elektrostatycznym człowieka wynosi od kilku
do kilkudziesięciu mJ.
Oddziaływanie elektryczności statycznej na ludzi jest następujące:
o
przebywanie pod wpływem pola elektrostatycznego przez dłuższy czas ma
ujemny wpływ na stan zdrowia i samopoczucie ludzi
o
wyładowania elektrostatyczne powstają przy zbliżeniu do uziemionego
obiektu; poza niemiłym lub groźnym uczuciem, wyładowania mogą prowadzić do
urazów mechanicznych przy występujących odruchach. Wyładowanie zwykle jest słabo odczuwalne lub nieodczuwalne, a przy wyższych poziomach napięcia i energii (o
energii ok. 250 mJ) może spowodować wystąpienie ciężkiego szoku. Ponieważ wartości te znacznie przekraczają minimalne energie zapłonu wielu mieszanin wybuchowych, zachodzi też niebezpieczeństwo inicjacji wybuchu przy wyładowaniu z człowieka w warunkach zagrożenia wybuchowego lub pożarowego. Przykładowo, wartości
minimalnej energii zapłonu wynoszą: 0,011 mJ dla acetylenu i wodoru, a 0,15 mJ dla
oparów benzyny
Silne pola elektrostatyczne mogą powodować zakłócenia w działaniu aparatury kontrolnopomiarowej, komputerów oraz we wszelkich urządzeniach elektronicznych zawierających elementy półprzewodnikowe.
Wyładowania elektryczności statycznej prowadzą też do trwałych uszkodzeń elementów
półprzewodnikowych. Może je powodować sam człowiek, kiedy jest naładowany i dotyka tych
elementów, np. w trakcie procesu produkcji czy przy montażu.
Zagrożenia wywołane elektryzowaniem się ciał stałych w postaci zwartej występują w wielu procesach przemysłowych, np. takich jak: przewijanie, walcowanie, kalandrowanie, powleka-
Opr.: Grzegorz Szymkowiak
URZĄDZENIA TECHNIKI KOMPUTEROWEJ – WWW.EDUNET.TYCHY.PL
nie oraz przy przenoszeniu napędu przez paski klinowe i pasy transmisyjne, tarciu odzieży, toczeniu się kół pojazdów, itp.
Środki ochrony przed elektrycznością statyczną
Środki ochrony przed elektrycznością statyczną powinny eliminować możliwość elektryzacji obiektów lub, jeżeli to niemożliwe, zapewniać bezpieczne odprowadzanie ładunków elektrycznych.
W celu odprowadzania ładunków elektryczności statycznej z metalowych i przewodzących
części i urządzeń stosuje się uziemienia i połączenia wyrównawcze. Uziemianie powinno zapewnić spływ ładunków bez wystąpienia zagrożenia wybuchowego lub pożarowego.
Czasem zdarza się, że uziemienie nie spełnia roli odprowadzania ładunków elektrostatycznych do ziemi, np. jeżeli spływ ładunków występuje tylko z warstwy cieczy przylegającej do
ścianek zbiornika.
Antystatyzacja polega na zmianie właściwości materiałów i substancji w celu zmniejszenia ich elektryzacji i gromadzenia się ładunków. Wprowadzenie do danej substancji odpowiedniej domieszki (tzw. antystatyka) lub naniesienie antystatyka na powierzchnię materiału (wykładziny antyelektrostatyczne) powoduje zwiększenie skrośnej lub powierzchniowej przewodności elektrycznej. Preparacja antystatyczna objętościowa jest stosowana zwykle do cieczy, ma
również zastosowanie do materiałów sypkich oraz tworzyw stałych. Przy produkcji, przetwórstwie i stosowaniu nieprzewodzących materiałów stałych oraz folii, płyt, itp. stosuje się preparację antystatyczną powierzchniową. Powszechnie stosowana jest antystatyzacja tkanin i odzieży.
Antystatyzację trwałą tkanin uzyskuje się przez odpowiedni dobór struktury włókien
mieszanin tworzyw sztucznych z bawełną lub lnem.
Antystatyzację okresową otrzymuje się przez preparację powierzchniową włókien w
procesie produkcji. Po kilkunastu praniach (co najmniej 10) właściwości antystatyczne okresowe
zanikają i tkaniny podlegają znowu elektryzacji. Powszechna jest również antystatyzacja doraźna, uzyskiwana przez płukanie tkanin i odzieży.
Zwiększanie wilgotności powietrza jest skutecznym środkiem ochrony przed gromadzeniem się ładunków elektrostatycznych tylko na tych materiałach, które wykazują właściwości
powierzchniowego adsorbowania wody. Dla materiałów niehigroskopijnych, np. większości typowych tworzyw sztucznych, ten środek ochrony jest nieskuteczny. Zwiększenie wilgotności
względnej powietrza (co najmniej do 70%) dokonuje się poprzez nawilżanie pomieszczeń lub
stanowisk produkcyjnych (nawilżanie miejscowe).
Zmiany procesów technologicznych umożliwiające eliminację zagrożeń to:
o
zmniejszenie szybkości procesów, np. zmniejszenie szybkości przepływu cieczy
zwiększenie pojemności obiektów względem ziemi
o
korekta procesów w celu pozbycia się źródeł generacji ładunków, np. eliminacja rozbryzgiwania cieczy, pylenia materiałów sypkich
o
prowadzenie procesów w atmosferach obojętnych, np. nie zagrożonych wybuchem
Opr.: Grzegorz Szymkowiak
URZĄDZENIA TECHNIKI KOMPUTEROWEJ – WWW.EDUNET.TYCHY.PL
o
dobór tworzyw na wykładziny, konstrukcje maszyn i urządzeń produkcyjnych w celu
zmniejszenia elektryzacji stykających się z nimi obiektów oraz materiałów.
Opr.: Grzegorz Szymkowiak