6.6. Статическое электричество

В некоторых отраслях производства, связанных с обра­боткой диэлектрических материалов, нефтеперерабатыва­ющей, текстильной, бумажной и т.п. наблюдаются явле­ния электризации тел — статическое электричество. Это, по определению, совокупность явлений, связанных с воз­никновением, сохранением и релаксацией свободного электрического заряда на поверхности или в объеме диэлектриков и полупроводников, изделий не изолированных, в том числе диспергнированных в диэлектрической среде проводниках. Между соприкасающимися телами, особен­но при их трении, возникает контактная разность потен­циалов, значение которой зависит от ряда факторов — ди­электрических свойств материалов, значения их взаимно­го давления при соприкосновении, влажности и темпера­туры поверхностей этих тел, климатических условий.

При статической электризации во время технологичес­ких процессов, сопровождающихся трением, размельче­нием твердых частиц, переливанием диэлектрических жид­костей (нефтепродуктов и т.п.) на изолированных от зем­ли металлических частях оборудования возникают, на­пряжения относительно земли порядка десятков киловольт. Так, например, при движении резиновой ленты транспор­тера (шкивах) из-за некоторой пробуксовки возникают заряды противоположных знаков и большого значении, а разность потенциалов достигает 45 кВ. Аналогично про­исходит электризация при сматывании (наматывании) тка­ней, бумаги, полиэтиленовой пленки и др. В аэрозолях электрические заряды возникают от трения частиц веще­ства друг о друга и о воздух во время движения. Уже при напряжении 3 кВ искровый заряд вызывает воспламене­ние паро- и газо-воздушных взрывоопасных смесей, а при 5 кВ — большей части горючих пыл ей и волокон.

При относительной влажности воздуха 85 % и более разрядов статического электричества практические не воз­никает.

В ряде случаев статическая электризация тела челове­ка и последующий разряд с человека на землю или зазем­ленное производственное оборудование, а также электри­ческий разряд с незаземленного оборудования через тело могут вызвать болевые и нервные ощущения и быть при­чиной непроизвольного резкого движения, в результате которого человек может получить травму (паде­ния, ушибы и т.д.).

Уровень напряженности электростатического поля не должен превышать 20 кВ/м. Поверхностный электростатический потенциал не должен превышать 500 В.

Устранение образования статического электричества до­стигается применением следующих мер: заземление метал­лических частей производственного оборудования, увеличение поверхностной и объемной проводимости диэлект­риков, предотвращение накопления статических зарядов путем установки в зоне электрозащиты специальных ней­трализаторов.

Эффективным способом подавления электризации неф­тепродуктов является введение в основной продукт специ­альных присадок, например, элеата хрома, элеата кобальта и др.

Отвод статического электричества с тела человека осу­ществляется путем устройства электропроводящих полов в помещениях, рабочих площадок и других приспособле­ний, а также обеспечение токопроводящей обувью и анти­статическими халатами.

Атмосферное электричество образуется и концентри­руется в облаках — образованиях из мелких водяных час­тиц, находящихся в жидком и твердом состоянии. При испарении с поверхности водных бассейнов, поднимаясь вверх, водяные пары охлаждаются и конденсируются в мельчайшую водяную пыль. Данное явление сопровожда­ется выделением теплоты парообразования (2260 кДж/л).

Образующаяся энергия частично расходуется на преоб­разование молекул воды (отделение протона и электрона). Поток протонов направлен от более крупных капелек к мелким. Соответственно более крупные капельки приоб­ретают отрицательный заряд, а мелкие — положительный. Чистая вода - хороший диэлектрик, и заряды на поверх­ности капелек сохраняются длительное время. Более круп­ные тяжелые отрицательно заряженные капельки образу­ют нижний отрицательно заряженный слой облака. Мел­кие легкие объединяются в верхний положительно заря­женный слой. Электростатическое притяжение разноименно заряженных слоев поддерживает сохранность облака как целого. Электрический потенциал грозового облака состав­ляет десятки миллионов вольт. Основной формой релакса­ции зарядов атмосферного электричества является мол­ния - электрический разряд между облаком и землей или между облаками. Диаметр канала молнии равен примерно 1 см, ток в канале молнии составляет десятки килоампер, температура в канале молнии равна примерно 25 000°С, продолжительность разряда составляет доли секунды.

Молния является мощным поражающим фактором. Пря­мой удар молнии приводит к механическим разрушениям зданий, сооружений, деревьев, вызывает пожары и взры­вы, является прямой или косвенной причиной гибели лю­дей. Механические разрушения вызываются мгновенным превращением воды и вещества в пар высокого давления на путях протекания тока молнии в названных объектах. Прямой удар молнии называют первичным воздействием атмосферного электричества.

К вторичному воздействию относят электростатичес­кую и электромагнитную индукции; занос высоких потен­циалов в здания и сооружения.

Опасность электростатической индукции заключает­ся в том, что электростатический заряд облака наводит (индуцирует) заряд противоположного поля на предметах изолированных от земли (оборудование внутри и вне зда­ний, металлические крыши зданий, провода ЛЭП, радио­сети и др.). Эти заряды сохраняются и после удара мол­нии. Они релаксируют обычно путем электрического раз­ряда на ближайшие заземленные предметы, что может вызвать электротравматизм людей, воспламенение горя­чих смесей , взрывы.

Явление электромагнитной индукции заключается в следующем. В канале молнии протекает очень мощный и быстро изменяющийся во времени ток. Он создает мощное переменное во времени магнитное поле. Такое поле инду­цирует в металлических контурах электродвижущую силу разной величины. В местах сближения контуров между ними могут происходить электрические разряды, способ­ные воспламенить горючие смеси и вызвать электротрав­матизм.

Занос высоких потенциалов в здание происходит в ре­зультате прямого удара молнии в металлоконструкции (рельсовые пути, водопроводы, газопроводы, линии ЛЭП и т.п.), расположенные на уровне земли или над ней вне зданий, но входящие внутрь зданий. Занесение высоких потенциалов внутрь зданий сопровождается электричес­кими разрядами на заземленное оборудование, что может привести к воспламенению горючих смесей и электротрав­матизму людей.

Для защиты объектов от поражающего воздействия ат­мосферного электричества применяют всякого рода отво­ды потенциалов в основном в землю или ее эквиваленты металлических нетоковедущих частей, которые могут ока­заться под напряжением.