Глава 19. Защита от статического и атмосферного электричества и действия электромагнитных полей

§ 19.1. Возникновение разрядов статического электричества

На предприятиях по производству строительных материалов и при изготовлении конструкций широко используют и получают в больших количествах вещества и материалы, обладающие диэлектрическими свойствами, что способствует возникновению зарядов статического

электричества.

Статическое электричество образуется в результате трения (соприкосновения или разделения ) двух диэлектриков друг о друга или диэлектриков о металлы. При этом на трущихся веществах могут накапливаться электрические заряды, которые легко стекают в землю, если тело является проводником электричества и оно заземлено. На диэлектриках электрические заряды удерживаются продолжительное время, в следствии чего они получили название статического электричества.

Процесс возникновения и накопления электрических зарядов в ве­ществах называют электризацией.

По существующим представлениям статическое электричество воз­никает в результате сложных процессов, связанных с перераспределе­нием электронов и ионов при соприкосновении двух поверхностей не­однородных жидких или твердых веществ. На поверхности соприкосно­вения образуется двойной электрический слой.

Мерой электризации является заряд, которым обладает данное вещество. Заряд, приходящийся на единицу поверхности или объема вещества, называют соответственно поверхностной или объемной плот­ностью зарядов.

Степень электризации заряженного тела также характеризуют вели­чиной его потенциала U(В) относительно земли. Тогда заряд тела Q = СU, где С — емкость тела относительно земли, Ф.

Явление статической электризации наблюдается в следующих основ­ных случаях: в потоке и при разбрызгивании жидкостей; в струе газа или пара; при соприкосновении и последующем удалении двух твердых разнородных тел (контактная электризация).

Жидкости, имеющие низкую электропроводность, могут подвер­гаться электризации. На границе раздела жидкой и твердой фаз образу­ется двойной электрический слой. При движении жидкостей двойной слой частично разрушается, и в жидкости накапливается избы­точное количество ионов одного знака. Присутствие в потоке нефте­продуктов, воздуха или других нерастворимых газов, наличие неболь­шого количества воды, особенно в мелкодисперсном состоянии, а также твердых коллоидных частиц значительно усиливают электризацию.

Пары и газы в чистом виде не электризуются. При истечении из аппаратов или баллонов газ может электризоваться, что объясняется присутствием в нем твердых или жидких примесей или продуктов конденсации. Практически всегда приходится считаться с возможностью электризации газа, так как в стальных трубах или баллонах, аппаратах может образоваться ржавчина, а в газе могут появиться кристаллики окиси углерода или капли конденсата. Электризация газа может носить адсорбционный и индуктивный характер.

Возникновение статического электричества в твердых телах имеет особенности. Упрощенная схема электризации показана на рис. 19.2. разделении материалов происходит механический разрыв зарядов двойного слоя, образуется разность потенциалов, и заряды начинают вмещаться в точку контакта А.

Рис. 19.2. Схема электризации твердых материалов при разделении

При достаточно большой величине ∆U в зазоре возникает газовый разряд. При перемещении зарядов по поверхности и газовому промежутку возникает соответственно ток омического сопротивления I_о.с газового разряда I_г._р. Если время разделения поверхностей будет меньше времени перемещения зарядов в точку А, то поверхность после разделения будет иметь остаточные электрические заряды. Одна поверхность будет заряжена положительным, другая — отрицательным зарядом.

В производственных условиях возникновение и накопление статического электричества происходит:

1) при пневмотранспорте пылевидных и сыпучих материалов, при движении их в аппаратах; дроблении, перемешивании и просеивании; перемешивании в смесителях;

2) при сливе, наливе и перекачке светлых нефтепродуктов по трубопроводам и резиновым шлангам в резервуарные емкости. Сила тока электризации потока нефтепродуктов в трубопроводах зависит от диэлектрических свойств и кинематической вязкости жидкости, от скорости потока, диаметра трубопровода и его длины, материала трубопровода, шероховатости и состояния его внутренних стенок, температуры жидкости. При турбулентном потоке в длинных трубопроводах сила тока пропорциональна скорости движения жидкости и диаметру трубопровода;

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 процессах обработки материалов, а также при применении ременных передач и транспортерных лент. Степень электризации движу­щихся диэлектрических лент зависит от физико-химических свойств соприкасающихся материалов, плотности их контакта, скорости движе­ния, относительной влажности воздуха и т.д.;

5. при движении автотранспортера, тележек на резиновых шинах и людей по сухому изолирующему покрытию и в других подобных слу­чаях.