Металл и статическое электричество
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.
Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Что такое статическое электричество
Мир состоит из атомов. Это крошечные частицы, из которых построено наше тело, джинсы на ногах, сиденье в авто под пятой точкой и смартфон с Лайфхакером на экране.
Внутри атомов есть более мелкие элементы: ядро из протонов и нейтронов, а также электроны, которые вращаются вокруг него. Протоны заряжены со знаком плюс, электроны — со знаком минус.
Обычно у атома одинаковое число таких плюсов и минусов, поэтому у него нулевой заряд. Но иногда электроны покидают орбиты и притягиваются к другим атомам. Чаще всего это происходит в результате трения.
Со статическим электричеством всё иначе. Оно «ленивое», не течёт и будто отдыхает на поверхности. У предмета появляется положительный заряд, если ему не хватает электронов, и отрицательный, когда они в избытке.
Как проявляется статическое электричество
1. Электрический разряд
Если надеть на ноги чистые сухие носки из шерсти и пошаркать ими по нейлоновому ковру, можно получить электрический разряд.
Во время трения электроны будут перепрыгивать с носков на ковёр и наоборот. В итоге они получат противоположный заряд и захотят уравновесить число электронов.
Если разница в их количестве достаточно большая, вы получите видимую искру, как только снова прикоснётесь носками к ковру.
2. Притягивание предметов
Если расчесать волосы пластиковой расчёской, она получит заряд статического электричества.
После этого она начнёт притягивать небольшие кусочки бумаги, пытаясь избавиться от дефицита или избытка электронов за их счёт.
3. Отталкивание предметов
Если натереть лист бумаги шерстяным шарфом, он получит статический заряд.
Когда вы попытаетесь согнуть бумагу, половинки начнут отталкиваться друг от друга именно из-за дисбаланса электронов.
Чем может быть опасно статическое электричество
Это явление способно привести к ряду опасных последствий.
1. Воспламенение
Статическое электричество может стать причиной пожара там, где используются легковоспламеняющиеся материалы — например, на полиграфических предприятиях.
На таком производстве много чернил и бумаги, которые быстро загораются. Они трутся об оборудование во время печати, возникает статическое электричество, появляется искра и начинается пожар How Do You Prevent a Static Electricity Fire? .
2. Производственные нарушения
От статического электричества особенно страдают Anti-Static Control Problems in The Plastics Industry предприятия, которые производят пластмассу или текстиль.
Когда эти материалы положительно или отрицательно заряжены, они могут притягиваться или отталкиваться от рабочей поверхности.
Это нарушает процесс производства, поэтому предприятия используют ионизаторы воздуха, которые помогают предотвратить возникновение заряда.
3. Удар молнии
Во время перемещения воздушных потоков, которые насыщены водяными парами, возникает статическое электричество.
Оно создаёт грозовые облака с разным зарядом, которые разряжаются друг о друга или об озоновый слой. Так получаются молнии.
Молнии бьют в высокие здания, деревья и землю и становятся причиной поломок оборудования.
Как избежать появления статического электричества
1. Повышайте влажность
Сухой воздух в помещении — лучший друг статического электричества. Но оно практически не проявляется, если влажность превышает 85%.
Чтобы повысить этот показатель, регулярно проводите влажную уборку и используйте увлажнители воздуха.
Когда включено отопление, на батарею можно положить мокрую ткань, чтобы вода испарялась и делала воздух менее сухим.
2. Применяйте натуральные материалы
Большинство натуральных материалов сохраняют влагу, синтетические — нет. Поэтому первые меньше вторых подвержены возникновению статического электричества.
Если расчёсывать волосы пластиковой расчёской, они получат статический заряд и начнут разлетаться друг от друга, портя причёску. Этого можно избежать, используя аксессуары из дерева.
Такая же история с обувью на резиновой подошве. Она провоцирует создание статического электричества на теле. Но стельки из натуральных материалов нивелируют его эффект.
Футболки из хлопка, одежда из других натуральных тканей не создают статическое электричество. Искусственный свитер — наоборот.
3. Используйте заземление
С помощью него статическое электричество можно отвести в землю. Это касается не только громоотводов, которые перенаправляют заряд молний, но и работы с электрическим оборудованием.
Когда профессиональный мастер раскрывает ноутбук, чтобы почистить его от пыли, он обязательно использует специальный шнур заземления, закреплённый на руке, — антистатический браслет.
Он нужен, чтобы избежать попадания разряда статического электричества от рук на микросхемы. Иначе он повредит их, и через время компьютер может выйти из строя.
Статическое электричество, воздействие на человека и защита
Статическое электричество образуется в результате трения (соприкосновения и разделения) двух диэлектриков друг о друга или диэлектриков о металлы. При этом на трущихся веществах могут накапливаться электрические заряды, которые легко стекают на землю, если тело является проводником электричества и оно заземлено. На диэлектриках электрические заряды удерживаются продолжительное время, вследствие чего они и получили название статического электричества. Процесс возникновения и накопления электрических зарядов в веществах принято называть электризацией.
По существующим представлениям статическое электричество возникает в результате сложных процессов, связанных с перераспределением электронов и ионов при соприкосновении двух поверхностей неоднородных жидких, газообразных или твердых веществ.
Явление статической электризации наблюдается, в частности: в потоке и при разбрызгивании жидкостей; в струе газа или пара; при соприкосновении и последующем удалении двух твердых разнородных тел (контактная электризация).
В производственных условиях возникновение и накопление статического электричества происходит:
1) при пневмотранспортировании пылевидных и сыпучих материалов, при движении их в аппаратах; дроблении, перемешивании и просеивании; при перемещении в смесителях;
2) при сливе, наливе и перекачке светлых нефтепродуктов по трубопроводам и резиновым шлангам в резервуарные емкости. При этом степень электризации зависит от многих факторов (диэлектрических свойств и кинематической вязкости жидкости, скорости потока, диаметра трубопровода и его длины, материала трубопровода, шероховатости и состояния внутренних стенок, температуры жидкости и др.);
3) при транспортировании сжатых и сжиженных газов по трубам и истечении их через отверстия (особенно, если в них содержится тонко распыленная жидкость, суспензия или пыль);
4) в процессе обработки материалов, а также при применении ременных передач и транспортерных лент. Степень электризации в этих случаях зависит от физико-химических свойств соприкасающихся материалов, плотности их контакта, скорости движения, относительной влажности и температуры воздуха и др.;
5) при движении транспортных средств, тележек на резиновых шинах и людей по сухому изолирующему покрытию;
6) в других подобных случаях.
Действие статического электричества на человека смертельной опасности не представляет, поскольку сила тока не велика. Искровой разряд статического электричества человек ощущает как толчок или судорогу. При внезапном уколе и вследствие рефлекторных движений человек может сделать непроизвольно движения, приводящие к падению с высоты, попаданию в неогражденные части машин и др. Имеются также сведения о том, что длительное воздействие статического электричества неблагоприятно отражается на здоровье работающего, на его психофизиологическом состоянии. Вредно влияет на состояние человека также электрическое поле, возникающее при статической электризации.
Вызываемые статическим электричеством неприятные ощущения могут явиться причинами развития неврастении, головной боли, раздражительности, неприятных ощущений в области сердца, нарушения сна, снижения аппетита и т.п.
Основные меры защиты от статического электричества направлены на предупреждение возникновения и накопления зарядов статического электричества, создание условий рассеивания зарядов и устранение опасности их вредного воздействия. Они обобщены в Правилах защиты от статического электричества в производствах химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности и ГОСТ 12.4.124«ССБТ. Средства защиты от статического электричества. Общие технические требования».
1) предотвращение накопления зарядов на электропроводящих частях оборудования, что достигается заземлением оборудования и коммуникаций, на которых могут появиться заряды (аппараты, резервуары, трубопроводы, транспортеры, сливо-наливочные устройства, эстакады и т.п.);
2) уменьшение электрического сопротивления перерабатываемых веществ;
3) снижение интенсивности зарядов статического электричества (достигается соответствующим подбором скорости движения веществ, исключением разбрызгивания, дробления и распыления веществ, отводом электростатического заряда, подбором поверхностей трения, очисткой горючих газов и жидкостей от примесей);
4) отвод зарядов статического электричества, накапливающихся на людях (позволяет исключить опасность электрических разрядов, которые могут вызвать воспламенение и взрыв взрыво- и пожароопасных смесей, а также вредное воздействие статического электричества на человека). Основными мерами защиты являются: устройство электропроводящих полов или заземленных зон, помостов и рабочих площадок, заземление ручек дверей, поручней лестниц, рукояток приборов, машин и аппаратов; обеспечение работающих токопроводящей обувью, антистатическими халатами.
Известны способы увеличения поверхностной и объемной электропроводности для твердых и жидких диэлектриков:
1) увлажнение воздуха до 65-75%, если это допустимо по условиям технологического процесса;
2) химическая обработка поверхности электропроводными покрытиями;
3 нанесение на поверхность антистатических веществ, добавление антистатических присадок в горючие диэлектрические жидкости;
4) нейтрализация зарядов, достигаемая применением различных типов нейтрализаторов (индукционных, высоковольтных, высокочастотных, радиоактивных и др.).
Для снижения интенсивности возникновения зарядов статического электричества, если это позволяют технологические возможности, горючие газы очищают от взвешенных жидких и твердых частиц, а жидкости - от нерастворимых твердых и жидких примесей, стараются исключить разбрызгивание, дробление и распыление веществ.
Во взрывоопасных производствах, где могут накапливаться заряды статического электричества, технологическое и транспортное оборудование рекомендуется изготовлять из материалов, имеющих удельное объемное электрическое сопротивление не более 10 5 Ом м, и т.п.
СТАТИЧЕСКОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МЕРЫ ЗАЩИТЫ ЛЮДЕЙ И ОБОРУДОВАНИЯ ПРИ ЕГО ЭКСПЛУАТАЦИИ ОТ ЗАРЯДОВ СТАТИЧЕСКОГО ЭЛЕКТРИЧЕСТВА
Электрические заряды, накопленные на диэлектриках вследствие трения их друг о друга или о металл, называют статическим электричеством. При трении в местах соприкосновения на поверхности диэлектрика возникает электрический заряд большой плотности, который вследствие малой электропроводности диэлектрика исчезает весьма медленно.
Электризация возникает также посредством индукции. На металле проявляется электрический заряд противоположного знака, который растекается с равномерной плотностью по его поверхности. Явления электризации возникают в самых разных условиях: при движении жидкости по трубопроводам; при сливе, наливе, перекачке и переливании жидкости падающей струей; при движении по трубопроводам и выходе из сопла сжатых и сжиженных газов; при перемешивании веществ в смесителях; при фильтрации воздуха и газа; при работе ременных передач, выполненных из различных непроводящих материалов, при измельчении, обработке и транспортировке материалов на органической или полимерной основе и т.п.
Разность потенциалов при электризации диэлектриков может достигать очень высоких напряжений. Так, например, при перекачивании бензина через трубопровод, имеющий изолированный участок, величина потенциалов между изолированным участком трубопровода и землей колеблется в пределах 1460-14600 В.
Накопившаяся энергия представляет большую опасность и может проявиться в виде искрового разряда. Освободившаяся в виде искры энергия 0,01 Дж способна обусловить возникновение пожара и взрыва. Опасность искрового разряда в воздухе возникает уже при напряжении 300 В. Для выравнивания потенциалов и предотвращения искрения все параллельно идущие трубопроводы, при расстоянии между ними до 100 мм, следует соединить между собой перемычками через 20-25 м. Каждая система оборудования и трубопроводов должна быть заземлена не менее, чем в двух местах. Наличие заземления необходимо проверять мегомметром или тестером не реже одною раза в шесть месяцев и после каждого ремонта оборудования.
Для снятия электростатических зарядов, возникающих при наливе, перекачке и транспортировке нефтепродукта, все металлические насосы, трубопроводы, цистерны и другие устройства необходимо металлически соединить между собой. Ручные приемники (бочки, бидоны) должны быть хорошо заземлены либо посредством специального соединения, либо плотного контакта с объектом, если конструкция системы, снабжающей нефтепродуктом, сама хорошо заземлена.
При разливе жидкостей-диэлектриков в сосуды из изолирующих материалов (стекла и др.) следует применять воронки из электропроводящего материала, которые заземляются и с помощью медного троса соединяются с подводящим шлангом. Воронка должна достигать дна сосуда, в противном случае конец заземленного троса необходимо пропустить через воронку до дна сосуда, чтобы жидкость стекала по этому тросу.
При защите жидких и газообразных веществ от статического электричества необходимо знать, что более интенсивная электризация характерна для жидкостей, которые имеют более высокое электрическое сопротивление. При электрической проводимости менее 10 9 Ом/см жидкости склонны к сильной электризации.
Интенсивность электризации прямо пропорциональна скорости подачи жидкого нефтепродукта. Подача сплошной и плавной струей способствует электризации в меньшей степени, чем при свободно падающей струе с разбрызгиванием. Разность потенциалов при свободном падении струи жидкости в емкость, а также при длительном времени и большой скорости истечения жидкостей достигает 18 000-20 000 В.
Наибольшая электризация наблюдается в трубопроводах, изготовленных из низкоуглеродистых сталей. Шероховатость поверхности трубопроводов приводит к завихрениям жидкости при ее движении, из-за чего усиливается электризация нефтепродукта.
Электризация жидкости возникает и усиливается лишь в некоторых наиболее благоприятных для электризации местах (клапаны, насосы, изменения сечения трубопровода). На других участках электризованная жидкость или теряет свои заряды, или только сохраняет полученный заряд.
При наполнении емкостей следует загрузочные трубы доводить до днища; загрузку производить через отверстия с большим поперечным сечением, не допуская соприкосновения струи жидкости со стенками емкости и поверхностью жидкости. При загрузке в пустую емкость, а также если выпускаемое отверстие загрузочного патрубка невозможно погрузить в жидкость, заполнение следует производить со скоростью, не превышающей 0,5-0,7 м/с. Введение в состав нефтепродуктов антистатических присадок повышает их электропроводность, а следовательно, ослабляет опасные проявления статической электропроводности.
Сливные резиновые шланги с металлическими наконечниками для налива в бочки должны быть заземлены медной проволокой, обвитой по шлангу снаружи с шагом 0,1м или пропущенной внутри, с припайкой одного конца к металлическим частям продуктопровода, а другого - к наконечнику шланга. Наконечники шлангов должны быть изготовлены из металла (бронза, алюминий), не дающею искры при ударе. Отбор проб жидкостей из емкостей (резервуаров) во время их заполнения или опорожнения запрещается, следует производить лишь после того, как жидкость придет в спокойное состояние.
Значительное накопление статического электричества может происходить на технологическом оборудовании и представляет опасность для окружающих. Для предупреждения возможности опасных искровых разрядов с поверхности оборудования предусматривают следующие меры:
- заземление всех металлических и электропроводящих частей технологического оборудования;
- уменьшение удельного поверхностного электрического сопротивления материаялов-диэлектриков; повышение относительной влажности воздуха до 65 – 70% (если это позволяет условия производства);
- охлаждение электризующих поверхностей до температуры на 10 о С ниже температуры окружающей среды;
- нейтрализация разрядов статического электричества путем ионизации воздуха рабочего пространства (воздействие сильного электрического поля или радиоактивного излучения); - - применение нейтрализаторов коронного разряда;
- применение гидрофильных добавок при возможности увлажнения продуктов и материалов или применение гидрофобных добавок с высокими электропроводными свойствами;
- изменение режима технологического процесса (ограничение скорости транспортировки, обработки, истечения), замена взрыво- и пожароопасных веществ на менее опасные и т.д.
- применение токопроводящих полов.
Покрытие пола и обувь считаются электропроводящими, если сопротивление между электродом, установленным на полу, и землей или между электродом внутри обуви и наружным электродом не превышает 10 6 Ом/см 2 .
Заряды статическою электричества могут накапливаться на теле человека, особенно при пользовании обувью с непроводящими электричество подошвами, одеждой и бельем из шерсти, шелка и искусственных волокон, при передвижении по непроводящему покрытию пола и при выполнении ряда ручных операций с веществами-диэлектриками.
Высокое поверхностное сопротивление тканей человека затрудняет стечение зарядов, которые накапливаются на теле, и человек длительное время может находиться под большим потенциалом. Потенциал изолированного от земли тела человека может достигать 7000В и более, а максимальная энергия, освобождающаяся при искровом разряде с него, может составлять 2,5-7,5 мДж. Человек под воздействием электростатических разрядов испытывает неприятные ощущения, удары, теряет равновесие.
При работе со взрывоопасными веществами в стесненных условиях, в помещениях, где возможно образование на теле человека электростатических зарядов, следует избегать ношения одежды из синтетических материалов ( нейлона, перлона и т.п.) и шелка, а также не рекомендуется ношение колец, браслетов, на которых аккумулируются заряды статического электричества. При выполнении работ в зоне с возможным накоплением статического электричества рекомендуется его отводить при помощи электропроводной обуви, антистатического халата, электропроводной подушки стула, легко снимаемых электропроводных браслетов, соединенных с землей через сопротивление 10 5 - 10 7 Ом. Хорошими электропроводными свойствами обладают покрытия из бетона, антистатического линолеума, электропроводной резины и т.д.
Статическое электричество
Атомы химических элементов электронейтральны, т.к. содержат одинаковое количество отрицательно заряженных электронов и положительно заряженных протонов.
Заряды статического электричества образуются при деформации твердых тел, разбрызгивании жидкостей, при перемещении (трении) твердых, сыпучих и жидких тел. Под статическим электричеством принято понимать электрические разряды, находящиеся в состоянии относительного покоя, распределенные на поверхности или в объеме диэлектрика или на поверхности проводника тока. Перемещение зарядов статического электричества в пространстве обычно происходит вместе с наэлектризованными телами.
Статическое электричество– совокупность явлений, связанных с возникновением, сохранением и релаксацией свободного электрического заряда на поверхности и в объеме диэлектрических и полупроводниковых веществ, материалов изделий или на изолированных проводниках.
Процесс электризации заключается в том, что диэлектрики в результате взаимодействия между собой или с металлом в определенных условиях приобретают заряды статического электричества. При электризации одно тело приобретает или отдает другому электрические заряды. Обмен зарядами между взаимодействующими телами происходит на границе их соприкосновения или вблизи ее.
Процесс электризации связан с существованием двойного электрического слоя на границе раздела фаз. Согласно современным представлениям, двойной слой на границе раздела фаз жидкость – твердое тело состоит из тонкого слоя зарядов одного знака, «неподвижно» связанных с поверхностью твердого тела в результате действия электрических и адсорбционных сил, и диффузионного слоя зарядов (ионов) другого знака.
В состоянии покоя (рис. 23), т.е. в отсутствии движения жидкости, на границе раздела фаз сохраняется равновесие положительно и отрицательно заряженных электронов, и суммарный заряд жидкости в трубе равен нулю. При движении жидкости в трубе (рис. 24) равновесие положительно и отрицательно заряженных электронов нарушается вследствие уноса электронов потоком жидкости. Возникает разность потенциалов между стенкой трубы и потоком жидкости в ней, увеличивается напряженность электрического поля и появляется возможность искрообразования под воздействием разряда статического электричества. Разряд статического электричества возникает тогда, когда напряженность электростатического поля над поверхностью диэлектрика достигает критической (пробивной) величины. Например, для воздуха пробивное напряжение составляет примерно 30 кВ/см.
Рис. 23. Состояние покоя жидкости Рис. 24. Состояние движения жидкости
К образованию статического электричества способны в основном тела с удельным объемным электрическим сопротивлением более 10 5 Ом·м. Материалы с удельным объемным электрическим сопротивлением, равным или менее 10 5 Ом·м, практически не электризуются.
Искровые разряды между контактирующими телами могут иметь большую энергию и могут быть источниками зажигания горючих газо-, паро- и пылевоздушных смесей. Наиболее опасное проявление статического электричества - возникновение искрового разряда и высоких потенциалов. По статистическим данным искровые заряды статического электричества являются причиной примерно 50 - 60 % всех взрывов на взрывопожа-роопасных производствах.
Характеристикой зажигающей способности разрядов статического электричества является минимальная энергия зажигания, которая представляет собой наименьшее значение энергии электрического разряда, способного воспламенить легковоспламеняющуюся смесь пара или взрывоопасной пыли с воздухом.
Для человека разряды статического электричества не представляют прямой опасности. Тело человека легко электризуется, его потенциал может достигать 15 кВ, но токи разряда весьма малы, они обычно составляют доли микроампера. Искровые разряды вызывают у человека ощущение слабого или острого укола и лишь при разности потенциалов 30 кВ вызывают временную судорогу.
Энергия разрядов статического электричества с тела человека может достигать 10 мДж, этого достаточно для зажигания многих горючих смесей.
Санитарно-гигиенические нормы допустимой напряженности электростатического поля (ЭСП)на рабочих местах установлены ГОСТ 12.1.045-84 ССБТ «Электростатические поля. Допустимые уровни на рабочих местах и требования к проведению контроля»; СанПиН 11-16-94
«Санитарно-гигиенические нормы допустимой напряженности электростатического поля на рабочих местах», утвержденными Главным санитарным врачом РБ 27.01.1994. Нормируемым параметром ЭСП является напряженность поля Е, которая измеряется в вольтах на метр (В/м) или киловольтах на метр (кВ/м).
Предельно допустимые уровни напряженности электростатического поля (ЕПД) устанавливаются в зависимости от времени пребывания персонала на рабочих местах и не должны превышать: при воздействии до 1 ч -60 кВ/м; при воздействии свыше 1 до 9 ч величина ЕПД определяется по формуле:
где Т время, ч.
Значения ЕПД в зависимости от времени воздействия ЭСП приведены в табл. 5.
Таблица 5 Зависимость расчетных значений Епд от времени воздействия ЭСП
Время, ч |1,5 |2 |2,5 |3 |3,5 |4 |4,5 |5
Епд, кВ/м 50 42,2 37,9 34,6 32,1 30 28,3 26,8
Время, ч5,5 6 6,5 7 7,5 8 8,5 9
Епд, кВ/м 25,5 24,5 23,5 22,7 21,9 21,2 20,6 20
При напряженности электростатического поля менее 20 кВ/м время пребывания в электростатическом поле не регламентируется.
Если ЕПД превышает 20 кВ/м, необходимо применять соответствующие меры защиты.
Воздействие статического электричества на человекаможет проявляться в виде слабого длительно протекающего тока или в форме кратковременного разряда, проходящего через его тело. Такой разряд вызывает у человека рефлекторное движение, что в ряде случаев может привести к попаданию работающего в опасную зону производственного оборудования и закончиться несчастным случаем.
На теле человека статическое электричество может накапливаться при ношении обуви с непроводящими электричество подошвами, одежды и белья из шерсти, шелка и искусственных волокон и при выполнении ряда ручных операций с веществами-диэлектриками.
Для снижения интенсивности возникновения зарядов статического электричества:
· всюду, где это технологически возможно, горючие газы должны
очищаться от взвешенных жидких и твердых частиц; жидкости – от за
грязнения нерастворимыми твердыми и жидкими примесями;
· всюду, где этого не требует технология производства, должно
быть исключено разбрызгивание, дробление, распыление;
· скорость движения материалов в аппаратах и магистралях не
должна превышать значений, предусмотренных проектом.
Читайте также: