Статична електрика

Виникнення і небезпека статичної електрики. Статична електрика — це сукупність явищ, що пов'язані з виникненням і релаксацією (стіканням) вільних електричних зарядів на поверхні або в об'ємі діелектриків чи на ізольованих провідниках.

Утворення і накопичення зарядів на матеріалі, що переробляється, пов'язані з двома умовами. По-перше, має відбутися контакт поверхонь, внаслідок чого утворюється подвійний електричний шар. По-друге, хоча б одна з поверхонь має бути з діелектричного матеріалу. Заряди будуть залишатися на поверхні після їх розділення тільки в тому разі, якщо час руйнування контакту менший за час релаксації зарядів.

Подвійний електричний шар — це просторове розподілення електричних зарядів на межі поділу двох фаз. Таке явище спостерігається на межі метал—метал, метал—вакуум, метал—газ, метал— напівпровідник, метал—діелектрик, рідина—тверде тіло, рідина— газ. Товщина подвійного електричного шару на межі поділу двох фаз відповідає діаметру елементарної частини (іона) 10 ^-10 м.

Основна величина, що характеризує здатність до електризації, — питомий електричний опір поверхонь матеріалів, що контактують. Якщо ці поверхні мають малий опір, то при їх розділенні заряди з них стікають, а якщо опір великий або велика швидкість відриву поверхонь, то заряди будуть зберігатися. Умовно вважають, що при питомому електричному опорі матеріалів менше ніж 10⁵Ом/м заряди не зберігаються і матеріали не електризуються.

Небезпека, що виникає під час електризації різних матеріалів, полягає в імовірності іскрового розряду з діелектричної наелектризованої поверхні і з ізольованого провідника. Розряд електрики виникає тоді, коли напруженість електричного поля над поверхнею діелектрика або провідника, що зумовлена накопиченими зарядами, досягає критичного (пробивного) значення. Для повітря це близько 30 кВ/м.

Електростатична іскробезпечність об'єкта досягається В разі виконання умови безпеки

(4.21)

де W_р — максимальна енергія розрядів, які можуть виникнути всередині об'єкта або на його поверхні, Дж; К— коефіцієнт безпеки, який вибирають із умов допустимої (безпечної) вірогідності займання (К<1); W_тіп — мінімальна енергія займання речовини і матеріалів, Дж.

Енергія, що виділяється в іскровому розряді із зарядженої поверхні,

(4.22)

де С — електрична ємність об'єкта відносно землі, Ф; — потенціал зарядженої поверхні відносно землі, В.

Мінімальна енергія займання горючих сумішей залежить від природи речовин і визначається експериментально. Якщо енергія, що виділяється під час розряду, перевищує мінімальну енергію займання горючої суміші, то суміш займається. Мінімальна енергія займання більшості паро- і газоповітряних сумішей досягається при напрузі 3000 В, а при 5000 В іскровий розряд може спричинити спалах більшості горючих волокон і пилу.

Часто статична електризація тіла людини і наступні розряди з людини на землю або на заземлене обладнання, а також електричний розряд з незаземленого об'єкта через тіло людини можуть спричиняти небажані больові й нервові відчуття і бути причиною мимовільного різкого руху людини, внаслідок якого вона може дістати механічну травму.

Захист від статичної електрики. Він може бути колективний та індивідуальний.

За принципом дії засоби колективного захисту від статичної електрики поділяють на заземлювальні пристрої, антиелектростатичні речовини, зволожувальні пристрої, нейтралізатори, екранувальні матеріали.

Заземлення обладнання усуває можливість накопичення зарядів на провідниках і в деяких випадках сприяє процесу релаксації заряду з поверхні діелектрика в землю. Значення опору заземлювального пристрою, що призначений тільки для захисту від статичної електрики, не може перевищувати 100 Ом.

Індивідуальний захист полягає у відведенні в землю зарядів статичної електрики з людини і передбачає застосовування антистатичного взуття з електропровідною підошвою, антистатичного спецодягу, антистатичного браслета та обладнання електропровідної

підлоги. Електричний опір між струмопровідними елементами антистатичного спецодягу має бути від 10⁶ до 10⁸ Ом.

Взуття вважається електропровідним, якщо електричний опір його не перевищує 10⁸ Ом. Таким є взуття на шкіряній підошві, взуття із струмопровідної гуми. Електропровідним покриттям підлоги є спеціальний бетон і пінобетон, настил із гуми зі зниженим опором, спеціальні плити, наливні підлоги тощо.

Ефективним засобом усунення небезпечної електризації є антистатична обробка, що сприяє збільшенню об'ємної або поверхневої провідності речовини. Найпростіше це досягається зволожуванням поверхні матеріалів, причому гідрофільні матеріали самі адсорбують вологу, а в гідрофобні полімери її вводять внутрішньо або наносять на їхню поверхню різні антиелектростатичні речовини, що сприяють адсорбції вологи і збільшенню тим самим поверхневої провідності. При відносній вологості повітря 85 % і більше електростатичні заряди, як правило, не виникають.

У виробничих умовах широко застосовують нейтралізатори статичної електрики, що сприяють збільшенню електропровідності повітря внаслідок його іонізації. Зменшення електризації горючих і легкозаймистих рідин досягається підвищенням електропровідності рідини, введенням до неї антистатичних добавок, зменшенням швидкості руху рідин-діелектриків. Гумові шланги, за допомогою яких наливають і перекачують легкозаймисті рідини, виготовляють з домішками антистатичних речовин (графіту, сажі), Впід час перекачування металеві наконечники шлангів мають бути заземлені гнучким мідним провідником.

При роботі з відеодисплейними терміналами комп'ютерів уприміщеннях треба використовувати нейтралізатори і зволожувачі, а підлога має бути з антистатичним покриттям. Захист від статичної електрики має проводитися згідно з санітарно-гігієнічними нормами напруженості електричного поля, які є допустимими. Ці рівні напруженості електростатичних полів не повинні перевищувати 20 кВ протягом години (ГОСТ 12.1045-84).