Защита от статического электричества

Защита от статического электричества. Возникновение и действие

Статическое электричество возникает вследствие сохранения зарядов электростатического поля на диэлектрических материалах. Оно отрицательно влияет на жизнь человека и эксплуатацию электрических устройств. Образование искр от статического электричества способствует пожарам и взрывам. Мощности энергии вполне хватит для возгорания газовоздушных смесей и пыли.

Заряд статического электричества может накапливаться на теле человека, если на нем одежда из шерсти или из химических волокон. Величина потенциала около 7 Джоулей не составляет опасности для человека, однако способна вызвать судороги и сокращения мышц. А это в свою очередь может создать условия для травмы на работе, падения с высоты и т.д.

Статическое электричество отрицательно влияет на функционирование точных приборов, радиосвязи, вызывает неисправности в работе. Работники, на которых постоянно воздействует статическое электричество, чаще болеют сердечно-сосудистыми заболеваниями и болезнями нервной системы.

Только защита от статического электричества способна свести к нулю или вовсе не допустить возникновение этого отрицательного явления.

Источники статического электричества

• Действие различных излучений.
• Резкое изменение температуры.
• Взаимодействие тел друг с другом при движении.

Это явление оказывает негативное влияние и представляет опасность. Защита от статического электричества позволяет полностью предотвратить или значительно уменьшить его действие.

В бытовых условиях статическое поле часто возникает на шерсти животных, при снятии синтетической одежды, расчесывании волос, при ношении резиновой обуви, хождении по ковру в шерстяных носках, пользовании пластмассовыми изделиями.

Электростатическое поле не угрожает жизни человека, при разряде образуется слабый ток, который не способен слишком навредить организму человека. Он может создать лишь некоторое некомфортное состояние. Для предотвращения такого эффекта необходимо соблюдать всего лишь несколько простых правил: в морозную и сухую погоду не гладить животных, медленнее снимать шерстяную одежду, либо обработать ее специальным составом, при расчесывании волос применять деревянную или металлическую расческу.

Накапливанию электростатической энергии способствуют:

• Железобетонные стены здания.
• Слишком сухой воздух.

Для электронных устройств заряд электростатического поля является злейшим врагом. Некоторые элементы электронных устройств не способны выдержать высокие напряжения, возникающие при разряде. Чувствительные элементы могут выйти из строя или ухудшить свои параметры работы.

Если объектом воздействия электрического поля станут легковоспламеняющиеся жидкости, это создаст условия для их воспламенения. Эти жидкости при перевозке в цистернах могут накопить статический заряд. Также заряд возникает и от механизма или человека, подошедшего к ним близко. Поэтому в промышленном производстве, где имеются легковоспламеняющиеся жидкости, большое внимание уделяют устройству заземления подвижных конструкций, механизмов. Для пошива обуви и специальной одежды на производстве также применяются специальные ткани, которые не способны накапливать электрический заряд.

Принцип действия

Разберемся, как образуется статический заряд. В нормальном состоянии физические тела обладают одинаковым числом отрицательных и положительных частиц. За счет этого баланса создается нейтральное состояние тела. При нарушении нейтрального состояния тело получает электрический заряд одного полюса.

Статикой называется состояние тела в покое, когда оно находится без движения. В веществе тела может возникать поляризация, которая выражается в передвижении зарядов между частями тела, либо от находящегося рядом предмета.

Вещества электризуются из-за разделения тел, изменения зарядов во время трения, резкого изменения температуры, облучения. Заряды электрического поля находятся на поверхности тела или удалены от поверхности на расстояние, равное межатомному расстоянию. Если тела не заземлены, то заряды концентрируются на контактной площади, а при наличии заземления заряд уходит в контур заземления.

Процессы накапливания зарядов и их стекание происходят в одно время. Тело электризуется при условии получения им большего заряда энергии, по сравнению с расходуемым зарядом. В результате становится понятно, что защита от статического электричества должна отводить накапливаемые заряды на заземляющий контур.

Величина статического электричества

Все физические вещества имеют свою характеристику на трибоэлектрической шкале, в зависимости от их способности создавать электрические заряды различных полюсов при трении. Основные такие вещества изображены на рисунке.

Чтобы иметь представление о размерах возникающих статических зарядов, рассмотрим несколько примеров:

• Вращающийся шкив с приводным ремнем способен зарядиться до 25000 вольт.
• Кузов автомобиля, движущегося по сухой дороге, может получить заряд до 10000 вольт.
• Человек в шерстяных носках при хождении по сухому ковру способен накопить заряд на теле до 6000 вольт.

В результате становится понятно, что напряжение электростатического поля может достигнуть значительных размеров даже в быту. Этот заряд не причиняет человеку значительного вреда ввиду его малой мощности. Разряд протекает через большое сопротивление и исчисляется в нескольких долях миллиампера.

Влажность воздуха также снижает электростатический заряд. Она влияет на значение потенциала тела во время прикосновений с разными материалами. Поэтому защита от статического электричества может заключаться в применении увлажнителей воздуха.

В природной среде существует статическое электричество, достигающее огромных значений. Например, при движении облаков между ними возникают большие потенциалы энергии, которые выражаются в разрядах молнии. Мощность этих разрядов вполне хватит, чтобы сжечь деревянный дом или расколоть ствол многолетнего дерева.

В бытовых условиях при разрядах электростатического поля человек чувствует мелкие пощипывания в пальцах, видны искры от трения шерстяной одежды, снижается работоспособность человека. Электростатическое поле негативно влияет на состояние человека, но явных повреждений не наносит.

Существуют измерительные приборы, способные точно измерить значение статического потенциала накопленного заряда на теле человека и на корпусе какого-либо устройства.

Защита от статического электричества

Существуют различные методы защиты от разрядов электростатического поля, как в быту, так и в промышленных условиях. Они имеют свои отличия. Рассмотрим подробнее каждые из них.

Защита в бытовых условиях

Каждый человек должен представлять опасность, которую несут статические разряды для организма. Их необходимо знать, и уметь их ограничивать. Для решения этой задачи организуются разные мероприятия по обучению людей методам защиты, в том числе телепередачи.

На этих мероприятиях людям объясняют, откуда и как появляется статическое поле, методы его измерения и приемы выполнения профилактической работы. Например, чтобы избежать неприятных ощущений статического поля, для расчесывания волос целесообразно использовать деревянные расчески, вместо пластиковых. Дерево имеет нейтральные характеристики, и во время трения не создает заряды электростатического поля. В магазинах можно без труда приобрести деревянную расческу любой формы и вида.

Чтобы предотвратить образование статического потенциала на кузове автомобиля при езде по сухому дорожному покрытию, применяют специальные антистатические ленты, которые фиксируются сзади автомобиля на днище кузова. В торговой сети можно без труда выбрать любой вариант такой ленты.

Если автомобиль ничем не защищен от возможного разряда накопленного заряда потенциала, то напряжение можно снимать временным заземлением кузова автомобиля путем его соединения с землей через металлическую часть. Для этого можно использовать ключ зажигания. Снимать напряжение в обязательном порядке необходимо перед тем, как заправлять автомобиль бензином.

Когда на одежде из химических волокон образуется статический заряд, то рекомендуется пользоваться «Антистатиком». Это специальный баллончик в виде аэрозоля, который продается в магазинах. Он снимает статическое электричество с одежды, тканей, с синтетических чехлов на сиденьях автомобиля, особенно в зимнее время, когда воздух сухой. Но, чтобы не использовать различные баллончики и химию, рекомендуется носить одежду из натуральных материалов: хлопка и льна.

Если на обуви прорезиненная подошва, то это создает условия для накопления потенциала напряжения. Чтобы этого не произошло, достаточно в обувь положить специальные антистатические стельки, которые сделаны из натуральных материалов. В результате негативное влияние на человека уменьшится.

Слишком сухой воздух зимой в городских квартирах способствует накапливанию электростатического заряда. Для этого существуют специальные устройства – увлажнители воздуха. Если такого устройства нет, то вполне подойдет большая влажная салфетка, которую необходимо положить на батарею. В результате процесс накопления заряда уменьшится, обстановка в квартире улучшится. Также рекомендуется регулярно производить влажную уборку. Это позволит вовремя удалять пыль и наэлектризованные участки. Такой способ является лучшим.

Электрические устройства в быту при эксплуатации также накапливают статический заряд на корпусе. Для снижения действия статического заряда выполняют систему уравнивания потенциалов. Она подключается к заземляющему контуру всего дома. Акриловая ванна подвержена накоплению на ней статического заряда, и ее необходимо защищать системой уравнивания потенциалов. Даже чугунная ванна с акриловым вкладышем также подвержена этому негативному явлению.

Защита от статического электричества на производстве

В промышленном производстве применяют несколько способов сохранения функциональности оборудования:

• Увеличение стойкости устройств и оборудования к воздействию электростатического разряда.
• Блокировка проникновения заряда на рабочее место.
• Недопущение возникновения электростатических зарядов.

Два последних способа дают возможность осуществлять защиту многих устройств, а первый способ применяется только для отдельных видов оборудования.

Высокую защиту от разрядов статического поля и сохранения функциональности устройства обеспечивает клетка Фарадея. Это металлическая клетка в виде сетки с мелкой ячейкой. Клетка ограждает оборудование со всех сторон. Она подключается к заземляющему контуру. Внутрь клетки не проходят электрические поля, в то же время магнитному статическому полю, клетка Фарадея не мешает. По такому же принципу защищают кабели, оснащая их металлическим экраном.

Защита от статического электричества делится по методам выполнения:

• Конструкционно-технологические.
• Химические.
• Физико-механические.

Последние два метода дают возможность снизить образование зарядов и повысить скорость их ухода в землю. Первый метод выполняет защиту устройств от зарядов, но не отводит их на заземление.

Оптимизировать снижение электростатического заряда можно следующим образом:

• Увеличением токопроводимости материалов.
• Созданием коронирования.

Такие задачи решают с помощью:

• Выбора материалов с хорошей объемной проводимостью.
• Увеличением рабочих поверхностей.
• Ионизацией воздушного пространства.

Для реализации этих задач создают магистрали для протекания на землю статических зарядов, минуя рабочие компоненты устройств. Если материалы имеют высокое сопротивление, то применяют другие способы.

Правила защиты от статического электричества на производстве

Процессы, при которых может возникать электризация:

• перекачивание углеводородных жидкостей по диэлектрическим трубам
• заливка горючих жидкостей в емкости, изолированные от земли
• просеивание, сушка и прочее

Существуют предприятия, где статическое электричество свыше допустимой нормы способно привести к:

• взрыву, пожару, гибели персонала
• электрическому разряду травмирующей величины
• выводу из строя дорогостоящего оборудования, недоотпуску продукции, финансовым потерям
• выводу из строя микропроцессорных систем, ложным срабатываниям, опять же потерям и недоотпуску продукции в виде электроэнергии

Однако, некоторые об этом не задумываются, так как эти факторы уже давно известны и были проведены мероприятия по исключению воздействия данных факторов на персонал и оборудование. Они прописаны в ГОСТах, нормативах. Тут важно знать требуемые нормативы и следить на своем предприятии об выполнениях данных предписаний.

ГОСТ 12.4.124-83 — Средства защиты от статического электричества (СЗСЭ)

Средства защиты делятся на групповые и индивидуальные.

• заземление (сопротивление заземляющего устройства, предназначенного для защиты только от статического электричества по этому ГОСТу должно быть не более 100 Ом)
• нейтрализаторы (обеспечивают ионизацию поверхности или среды различными способами)
  • Индукционный (путем воздействия поля электростатических зарядов)
  • Высоковольтный (путем подачи высокого напряжения на электроды)
  • Лучевой (под воздействием излучения ультрафиолетового, радиоактивного, лазерного, теплового)
  • Радиоизотопный (ионизация воздушной среды радиоактивными источниками)
  • Аэродинамический (ионизированная среда подается к поверхности потоками воздуха)
• увлажняющие устройства
• антиэлектростатические вещества (от их воздействия должно снижаться удельное объемное электрическое сопротивление Rоб материала до 107 Ом*м, а удельное поверхностное Rп — до 10 9 Ом; содержание паров антистатиков на производстве не должно превышать предельно допустимых концентраций (ПДК) ) по ГОСТ 12.1.005-88);
• экранирующие устройства (должны быть заземлены согласно ПУЭ);

Индивидуальные антиэлектростатические (защита до 1кВ) защитные средства:

• спецодежда (Rп 7 Ом; R между землей и токопроводящей поверхностью одежды должно быть в пределах 10 6 -10 8 Ом)
• спецобувь (сопротивление между подпятником и ходовой стороной подошвы 10 6 -10 8 Ом); применяется совместно с рассеивающим напольным покрытием;
• кольца и браслеты (R между человеком и землей — 10 6 -10 7 Ом);
• средства защиты рук

ГОСТ 12.1.018-93 — Пожаровзрывобезопасность статического электричества

В данном нормативе вводится такой термин как искробезопасность. Для каждого объекта определяется величина энергии разряда статического электричества, которая может возникнуть на объекте W и минимальная энергия зажигания веществ и материалов Wmin.

Искроопасность (W) определяют следующие показатели:

• электростатические величины: удельное объемное и поверхностное электрическое сопротивление, относительная диэлектрическая проницаемость, постоянная времени релаксации электрических зарядов
• геометрические параметры
• динамические характеристики процессов: скорость движения соприкасающихся сред или тел; величины взаимного давления тел; скорость деформации тел
• параметры ОС: температура, давление, влажность, содержание аэрозолей, пыли, различных веществ

Далее должно выполняться условие: W

• Электрические машины 14
• Электрические аппараты 11
• Релейная защита 9

• Измерительные приборы 15
• Передача электроэнергии 7
• Электробезопасность 11

• Электротехнические материалы 6
• Электротехника и электроника 6

2020 Помегерим! — электрика и электроэнергетика телеграм-канал

Причины возникновения и проявления

Статическое напряжение возникает из-за нарушения общего баланса электрически заряженных частичек, имеющихся в любой материи. Формируется оно не только по заранее спланированному сценарию: по желанию учителя или экспериментатора. На практике оно чаще всего проявляется без участия и вопреки его воле.

Простой пример: надевание одежды, изготовленной на основе синтетических тканей. Из-за трения о тело и последующего за этим возникновения статических зарядов материя начинает плотно облегать его и не позволяет придать наряду желанный вид. Единственно возможный выход в этой ситуации – обрызгать его специальным средством, называемым «антистатиком». Только таким способом удается снять излишки заряда с синтетического материала.

Другими характерными причинами образования статического заряда являются:

• ощутимые перепады температур, происходящие к тому же очень резко;
• высокий уровень радиации, приводящий к повышению энергии электронов и появлению в материале разнородно заряженных частиц;
• наличие сильных индукционных и магнитных полей.

Первые две причины, из-за которых человека начинает «бить током», не нуждаются в особых пояснениях. В отличие от них, магнитная индукция представляется серьезной проблемой, особенно в последнее время.

С постоянным ростом количества бытовых приборов, во многих из которых имеются индуктивные элементы, влияние электромагнитных полей на человека резко возрастает. Одно из таких проявлений – электризация атмосферы из-за разделения частиц воздуха на заряженные электроны и ионы, что является по сути тем же проявлением статического электричества.

Постепенное накапливание факторов риска, связанных с самыми различными источниками посторонних полей, привели к отдельному направлению в науке, занимающимся исследованием степени их опасности. С другой стороны, ученые с давних пор задумывались о полезных свойствах электризации и возможности поставить этот эффект на службу человеку.

Заземление оборудования

Один из самых действенных и распространенных способов защиты от статического электричества – заземление. В результате применения этого метода все предметы, в которых может образоваться заряд, образуют единую цепь, подсоединенную, в свою очередь, к зануляющему проводнику. Он, как правило, представляет собой помещенную в почву стальную конструкцию.

Заземление – самый распространенный и эффективный способ защиты

К сведению! Польза защитного заземления в том, что при образовании заряда он сразу уходит на «ноль», проделывая при этом путь через все элементы цепи.

Заземлить на производстве необходимо все металлические и неметаллические конструкции, обладающие токопроводностью. Среди них:

• трубопроводы;
• агрегаты и аппараты;
• термоизоляция;
• вентиляционные короба;
• отдельно стоящие машины;
• емкости для дробления, распыления, разбрызгивания перерабатываемых продуктов.

Чтобы установить заземление, понадобится выполнить следующие действия.

• Установить заземлитель. Он представляет собой устройство, которое находится в непосредственном контакте с землей (она в данном случае играет роль «нуля»).
• Подсоединить трубопровод к заземлителю. Участок металлической конструкции с помощью проводника присоединяют к ранее установленному устройству для заземления.
• Подключение к системе заземления остального оборудования. Непосредственно к трубопроводу с помощью проводников подсоединяют другие металлические предметы (вентиляционные короба, термоизоляцию). По действующим нормативам подключение должно быть каждые 40–50 метров.

Так выглядит заземлитель

Важно! Заземлять необходимо не только стальные, но и полимерные трубопроводы. Требования здесь несколько иные. Сопротивление между любой точкой трубопровода и заземляющим контуром не должно быть более 100 000 кОм (допускается небольшая статистическая погрешность). Это может потребовать заземления в нескольких местах.

Защита от статического электричества в быту

Чтобы в бытовых условиях не пострадать от воздействия зарядов статэлектричества рекомендуется выполнять следующие мероприятия:

1. Ежедневно протирать мебель и пол, чтобы образования пыли отмечалось меньше.
2. Проветривание комнат ежедневно, во избежание пересыхания воздуха.
3. Использование специальных антистатических щеток при уборке помещений.
4. Материал, из которого изготовлена мебель, должен быть антистатическим.
5. Выполнение отделки стен из древесины или линолеума со свойствами антистатика.
6. Животных не рекомендуется гладить, если воздух сухой.
7. При расчесывании волос не использовать пластиковые гребни.

При заправке авто бензином рекомендуется использовать антистатические полоски под дном.

увеличение электропроводимости диэлектрических материалов

Еще одним из распространенных способов защиты от статического электричества является увеличение электропроводимости диэлектрических материалов , за счет чего они получают возможность отводить свободные электроны.

Достигается это путем нанесения на диэлектрические предметы токопроводящих покрытий или материалов, например, поверхностной плёнки из токопроводящего материала, тонкой фольги и т.д.

В частности, в быту, можно пользоваться специальными средствами, так называемыми, антистатиками, думаю многие женщины понимают, о чем идёт речь.

Такой спрей-антистатик обычно состоит из токопроводящего полимера, растворённого в смеси деионизированной воды и спирта. После обработки поверхности раствор испаряется, а полимер остается в виде тончайшей токопроводящей плёнки, которая не даёт заряду накапливаться на поверхности предмета.

Подобный эффект также достигается увеличения влажности воздуха до 60-70%, при котором на поверхности диэлектриков появляется тонкая пленка влаги, за счет которой, обеспечивается достаточная поверхностная электропроводность материалов.

Обеспечение безопасности дома и квартиры

Свободный электрический заряд накапливают: резиновая обувь, синтетическая одежда, линолеум и пластик, ковры, железобетонные стены. Для защиты жилых помещений прежде всего нужно следить, чтобы влажность воздуха была не меньше 60%.

Существует большой выбор увлажнителей воздуха, которые способны решить эту проблему. Для нейтрализации электростатических зарядов применяются ионизаторы воздуха. Правила защиты от статического электричества:

• Использовать в жилых помещениях зануление и заземление электропроводки.
• Избавляться от пыли, не допускать её скопления на ковровых покрытиях.
• Соблюдать правила электробезопасности.
• Обрабатывать синтетическую одежду антистатиком.

Защита от свободных электрических зарядов поможет сберечь здоровье, избежать взрывов и возгораний, улучшить работу технологических устройств и электронных приборов. Эти меры очень важны как для охраны каждого дома, так и для безопасности и улучшения условий для работников на производстве.