Реферат: Статическое электричество

Причины и источники появления статического электричества

В разделе проанализированывозможные причины и источники появления статического электричества в лабораториях,производственных и научно-исследовательских учреждениях. На основе этогоанализа выведены те источники, которые могут иметь место в лабораториях ипроизводствах НИЧ БГУИР, а именно:

Наведение статическогоэлектричества на экранах и корпусах видеомониторов персональных компьютеров;

Появление электростатическихзарядов на платах и приборах микроэлектронной техники в процессе их взаимногоперемещения при монтаже схем, ремонте и настройки аппаратуры;

Возникновение электрическогопотенциала на незаземленном оборудовании за счет электрической индукции присильных грозовых разрядах и недостаточной молниезащите;

Электростатические заряды напроизводстве и их опасность.

В некоторых отрасляхпромышленного производства, связанных с обработкой диэлектрических материалов,нефтеперерабатывающей, текстильной, бумажной, и т.д. наблюдаются явленияэлектризации тел – статическое электричество.

По определению ГОСТ17.1.018-79 “Статическое электричество. Искробезопастность.” термин“статическое электричество” означает совокупность явлений, связанных свозникновением, сохранением и релаксацией свободного электрического заряда наповерхности и в объеме диэлектриков и полупроводников, изделий на изолированных(в том числе диспергированных (лат. dispergo – рассеивать;порошки, эмульсии) в диэлектрической среде) проводниках.

Электризация материалов частопрепятствует нормальному ходу технологических процессов производства, а такжесоздает дополнительную пожарную опасность вследствие искрообразования приразрядах при наличии в помещениях, резервуарах и ангарах горючих паро- игазо-воздушных смесей.

Этот же ГОСТ дает определениепонятий электростатической искробезопастности (ЭСиБ) как состояние объекта, прикотором исключена возможность взрыва и пожара от статического электричества.Электростатическая искробезопастность должна обеспечиваться путем устраненияразрядов статического электричества, способных стать источником зажиганияогнеопасных веществ (материалов, смесей, изделий, продукции и т.д.)

В ряде случаев статическаяэлектризация тела человека и затем последующий разряд с человека на землю илизаземленное производственное оборудование, а также электрический разряд снезаземленного оборудования через тело человека могут вызвать болевые и нервныеощущения и быть причиной непроизвольного резкого движения в результате которогочеловек может получить травму (падения, ушибы и т.д.).

Согласно гипотезе остатической электризации тел при соприкосновении двух разноразрядных веществиз-за неравновесности атомных и молекулярных сил на их поверхности происходитперераспределение электронов (в жидкостях и газах еще и ионов) с образованиемдвойного электрического слоя с противоположными знаками электрических зарядов.Таким образом, между соприкасающимися телами, особенно при их трении, возникаетконтактная разность потенциалов, значение которой зависит от ряда факторов –диэлектрических свойств материалов, значения их взаимного давления присоприкосновении, влажности и температуры поверхностей этих тел, климатическихусловий.

При последующем разделенииэтих тел каждое из них сохраняет свой электрический заряд, а с увеличениемрасстояния между ними (при уменьшении электрической емкости системы) за счетсовершаемой работы по разделению зарядов, разность потенциалов возрастает иможет достигнуть десятков и сотен киловольт.

При одинаковых значенияхдиэлектрической постоянной e соприкасающихся материаловэлектростатические заряды не возникают.

При статической электризацииво время технологических процессов, сопровождающихся трением, размельчениемтвердых частиц, пересыпанием сыпучих материалов, переливанием диэлектрическихжидкостей (нефтепродуктов и т.п.) на изолированных от земли металлическихчастях оборудования возникают, относительно земли, напряжения порядка десятковкиловольт. Так, например, при движении резиновой ленты транспортера и вустройствах ременной передачи на ленте (ремне) и на роликах транспортера(шкивах) из-за некоторой пробуксовки возникают заряды противоположных знаков ибольшого значения, а разность и потенциалов достигает 45 кВ. Аналогичнопроисходит электризация при сматывании (наматывании) тканей, бумаги,полиэтиленовой пленки и др.

При относительной влажностивоздуха 85% и более разрядов статического электричества практически невозникает. В аэрозолях электрические заряды возникают от трения частиц веществадруг о дуга и о воздух во время движения.

Применяемое вэлектроустановках минеральное масло, в процессе его переливания, например, сливтрансформаторного масла в бак, также подвергается электризации.

Электрические заряды,образующиеся на частях производственного оборудования и изделиях, могут взаимнонейтрализовываться вследствие некоторой электропроводности влажного воздуха, атакже стекать в землю по поверхности оборудования, но в некоторых случаях,когда заряды велики и разность потенциалов также велика, то (при малойвлажности воздуха) может произойти быстрый искровой разряд междунаэлектризованными частями оборудования или на землю. Энергия такой искры можетоказаться достаточной для воспламенения горючей ил взрывоопасной смеси.Например для многих паро- и газо-воздушных взрывоопасных смесей требуетсянебольшая энергия (0.1*10-3Втс). Практически при напряжении 3 кВискровой разряд вызывает воспламенение паро- и газо-воздушных взрывоопасных смесей,а при 5 кВ – большей части горючих пылей и волокон.

Меры подавления статическойэлектризации.

Устранение образованиязначительных статического электричества достигается при помощи следующих мер:

Заземление металлическихчастей производственного оборудования;

Увеличение поверхностной иобъемной проводимости диэлектриков;

Предотвращение накоплениязначительных статических зарядов путем установки в зоне электрозащитыспециальных неитрализаторов.

Все проводящее оборудование иэлектропроводящие неметаллические предметы должны быть заземлены независимо отприменения других мер защиты от статического электричества.

Неметаллическое оборудованиесчитается заземленным, если сопротивление стекания тока на землю с любых точекего внешней и внутренней поверхностей не превышает 107 Ом приотносительной влажности воздуха 60%. Такое сопротивление обеспечиваетдостаточно малое значение постоянной времени релаксации зарядов.

Заземление устройства длязащиты от статического электричества, как правило, соединяется с защитнымизаземляющими устройствами электроустановок. Практически, считают достаточнымсопротивление заземляющего устройства для защиты от статического электричестваоколо 100 Ом. К заземляющему устройству присоединяют отдельными ответвлениямиот магистрали аппараты и машины, являющиеся источниками статическойэлектризации (смесители, вальцы, каландры, дробилки, сливно-наливные устройстванефтепродуктов и др.). Автоцистерны во время слива или налива горючих жидкостейзаземляют переносным заземлением в виде гибкого многопроволочного провода.

Эффективным способомподавления электризации нефтепродуктов является введение в основной продуктспециальных присадок, например, элеата хрома, элеата кобальта и др. Кроме тогос целью уменьшения статической электризации при сливе нефтепродуктов и другихгорючих жидкостей необходимо избегать падения и разбрызгивания струи с высоты;сливной шланг (рукав) следует опускать до самого дна цистерны или другойемкости. Неметаллические наконечники этих сливных шлангов во избежание протеканияна землю или незаземленные части оборудования необходимо заземлять гибкиммедным проводником.

Для повышенияэлектропроводности резинотехнических изделий в их состав вводят такиеантистатические вещества, как графит и сажа. Такие присадки вводят в резиновыешланги для налива и перекачки ЛВЖ, что в значительной мере снижает опасностьвоспламенения этих жидкостей при переливании их в передвижные емкости(автоцистерны, железнодорожные цистерны).

Нейтрализация электрическихзарядов может осуществляться путем ионизации воздуха, разделяющего заряженныетела. На практике применяются ионизаторы индукционные, высоковольтные илирадиационные.

Индукционные нейтрализаторыстатического электричества состоят из несущих металлических или непроводящихстержней, на которых укреплены заземленные острия или тонкие проволоки ирасполагаются вблизи наэлектризованного тела (например, движущиеся ленты) нарасстоянии 5 – 10 мм. Электрическое поле создается у электродов-стержней сзарядами наэлектризованного материала.

Вблизи острия образуетсяэлектрическое поле высокой напряженности, под действием которого происходитударная ионизация с образованием положительных и отрицательных ионов. При этомионы противоположные заряду наэлектризованного тела знака устремляются к егоповерхности и нейтрализуют в значительной мере его электрический заряд.

Для защиты обслуживающегоперсонала от случайного прикосновения к электродам их снабжают кожухами.

Контроль за качеством работынейтрализаторов ведется по показаниям микроамперметра или по свечению неоновойлампочки, включенной между электродами и заземляющим устройством.

Высоковольтные нейтрализаторыстатического электричества работают на принципе коронного разряда, создаваемогоэлектродами, находящимися под высоким напряжением повышающего трансформатора.Положительные ионы, образованные вблизи электродов, направляются наотрицательно заряженный материал-диэлектрик, нейтрализуя его электростатическийзаряд.

Радиоизотопные нейтрализаторыприменяются во взрывоопасных производствах химической промышленности – вустановках производства полиэтиленовой пленки, бумаги, тканей и т.д. Они простыв конструктивном исполнении и не требуют источников электропитания. Наибольшейионизирующей способностью обладают ионизаторы с a-излучением.Глубина проникновения a-излучения в воздухе около 30 мм, что делаетбезопасным применение этого вида излучения для обслуживающего персонала.

На рис.3 схематическиизображен радиоизотопный нейтрализатор с использованием 239Pu.Нейтрализатор состоит из металлического контейнера, в котором укрепленыдержатели активного материала – источника излучения. Держатели вручную можноповорачивать на 1800с тем, что бы при необходимости направлятьизлучение вовнутрь. В рабочем помещении активная поверхность обращена кнаэлектризованному объекту через проем в контейнере.

Отвод статическогоэлектричества с тела человека осуществляется путем устройства электропроводящихполов в производственных помещениях, рабочих площадок и других приспособлений,а также обеспечение токопроводящей обувью и антистатическими халатами.

Молниезащита зданий исооружений.

В результате движениявоздушных потоков, насыщенных водяными парами, образуется грозовые облака,являющиеся носителями статического электричества. Электрические разрядыобразуются между разноименными заряженными облаками или, чаще, между заряженнымоблаком и землей.

Так молнии производяттепловые, электрические, а также механические воздействия на те объекты, накоторые он проходит. Помимо прямого удара, молнии в здание, сооружение, деревопроявление молнии могут быть в виде электростатической и электромагнитнойиндукции.

Электростатическая индукцияпроявляется тем, что на изолированных металлических предметах наводятся опасныеэлектрические потенциалы, вследствие чего возможно искрение между отдельнымиметаллическими элементами конструкций и оборудования.

При грозе, во время ударовмолнии в различные промышленные, транспортные и другие объекты, находящиесявдали от производственных зданий и сооружений, возможно проникновение (занос)электростатических потенциалов в здание по внешним металлическим сооружениям икоммуникациям – эстакадам, монорельсам и канатам подвесных дорог, потрубопроводам, оболочкам кабелей и т.д.

Для приема электрическогоразряда молнии и отвода её в землю применяют устройства называемыемолниеотводами. Молниеотвод состоит из несущей части – опоры (которой можетслужить само здание или сооружение), молниеприемника, токоотвода и заземления.Наиболее распространенные стержневые и Тросовые молниеотводы.

При выполнении молниезащитызданий и сооружений для повышения безопасности людей и животных необходимозаземлители молниеотводов (кроме углубленных) размещать в редко посещаемыхместах, в удалении на 5 метров и более от грунтовых, проезжих и пешеходныхдорог.

Для защиты от проявленияэлектростатической индукции в зданиях и сооружениях, присоединяют металлическиекорпуса всего оборудования, установленного в защищаемом здании, к специальномзаземлителю или к защитному заземлению местной электросети; отдельно стоящиенеизолированные тросовые и стержневые молниеотводы, наложением молниеприемнойсети на плоскую неметаллическую кровлю.