Статическое электричество и меры защиты

        Статическое электричество — это совокупность явлений, связанных с возникновением, сохранением и релаксацией свободного электрического заряда на поверхности и в объеме диэлектрических и полупроводниковых веществ, материалов изделий или на изолированных проводниках. Заряды накапливаются на оборудовании и материалах, а сопровождающие электрические разряды могут явиться причиной пожаров и взрывов, нарушения технологических процессов, точности показаний электрических приборов и средств автоматизации.         Особую опасность в связи с накоплением статического электричества представляют предприятия пищевых производств, на которых технологические процессы связаны с дроблением, измельчением и просеиванием продукта (хлебопекарные, кондитерские, крахмальные, сахарные и др.), с очисткой и переработкой зерна, транспортированием твердых и жидких продуктов с помощью конвейеров и по трубам (склады бестарного хранения муки, пивоваренные, спиртовые заводы и Др.).         При соприкосновении тел, различающихся по температуре, концентрации заряженных частиц, энергетическому состоянию атомов, шероховатости поверхности и другим параметрам, между ними происходит перераспределение электрических зарядов. При этом у поверхности раздела тел на одной из них концентрируются положительные заряды, а на другой отрицательные. Образуется двойной электрический слой. В процессе разделения контактирующих поверхностей часть зарядов нейтрализуется, а часть  сохраняется на телах.         В производственных условиях электризация различных веществ зависит от многих факторов, и прежде всего от физико-химических свойств перерабатываемых веществ, вида и характера технологического процесса. Величина электростатического заряда зависит от электропроводности материалов, их относительной диэлектрической проницаемости, скорости движения, характера контакта между соприкасающимися материалами, электрических свойств окружающей среды, относительной влажности и температуры воздуха. Особенно резко возрастает электризация диэлектрических материалов при удельном электрическом сопротивлении 109 Ом-м, а также при относительной влажности воздуха менее 50 %. При удельном сопротивлении 108 Ом-м и менее электризация практически не обнаруживается. Степень электризации жидкостей в основном зависит от ее диэлектрических свойств и кинематической вязкости, скорости потока, диаметра и длины трубопровода, материала трубопровода, состояния его внутренних стенок, температуры жидкости. Интенсивность образования зарядов наблюдается при фильтрации за счет большой площади контакта жидкости с элементами фильтра. Разбрызгивание жидкостей при заполнении резервуаров свободно падающей струей горючей жидкости, например на спиртовых заводах, сопровождается электризацией капель, вследствие чего появляется опасность электрического заряда и воспламенение паров этих жидкостей. Поэтому налив жидкости в резервуары свободно падающей струей не допускается. Расстояние от конца загрузочной трубы до дна сосуда не должно превышать 200 мм, а если это невозможно, струю направляют вдоль стены.         Гели напряженность электростатического поля над поверхностью диэлектрика достигает критической (пробоиной) величины, возникает электрический разряд. Для воздуха пробивное напряжение примерно равно 30 кВ/см.         Электростатическая искро6езопасность —это такое состояние, при котором исключается возможность взрыва или пожара от статического электричества. Безопасная энергия искры (в Дж) определяется по формуле:

Wи=kб*Wmin

где kб — коэффициент безопасности, применяемый равным 0,4—0,5; Wmin—минимальная энергия, которая может вызвать воспламенение рассматриваемой горючей смеси.         За предельно допустимое значение заряда принимается такое его значение, при котором максимально возможная энергия разряда Wи с поверхности данного вещества не превосходит 0,4—0,5 минимальной энергии воспламенения окружающей среды Wmin.         Энергию разряда (искры) диэлектрика (в Дж) можно определить по формуле:

W=0,5*С*V²

где С — электрическая емкость, разряжаемая искрой, Ф; V — разность потенциалов относительно земли, В.         Минимальную энергию воспламенения газо- и паровоздушных смесей составляют доли миллиджоуля.         Разность потенциалов на оборудовании может достигать нескольких тысяч вольт, и, как следует из формулы, при этом даже при незначительной электрической емкости, несущей электростатический заряд, энергия разряда искры может превышать минимальную энергию воспламенения взрывоопасной среды. Например, при транспортировании сыпучих материалов на конвейере с резиновой лентой потенциал относительно земли может достигать 45 000 В, а кожаного приводного ремня со скоростью 15 м/с — до 80 000 В.         Электростатические заряды, достаточные для воспламенения практически всех взрывоопасных смесей воздуха с газами, парами и некоторыми пылями, могут накапливаться на человеке (одежда из синтетических тканей, передвижение по диэлектрикам, использование электронепроводящей обуви и т. п.), а также переходить на него с наэлектризованного оборудования и материалов.         Потенциал электростатического заряда на человеке может достигать 15 000—20 000 В. Разряды такого потенциала не представляют опасности для человека, так как сила тока ничтожно мала   и ощущается как укол, толчем: или судорога. Однако под их воздействием возможны рефлекторные движения, что может привести к падению с высоты, попаданию в опасную зону машины и др.         Энергия разряда при потенциале 10 000 В и емкости человека, изменяющейся от 100 до 350 пФ, составляет 5—17,5 мДж. т. е. превышает значения минимальной энергии воспламенения этилового спирта, бензола и сероуглерода (0,95; 0,2; 0,0009 мДж соответственно).         Меры защиты от статического электричества разделяются на три основные группы:

1. предупреждающие возможность возникновения электростатического заряда;

2. снижающие величину потенциала электростатического заряда до безопасного уровня;

3. нейтрализующие заряды статического электричества.

        Основным способом предупреждения возникновения электростатического заряда является постоянный отвод статического электричества от технологического оборудования с помощью заземления. Каждую систему аппаратов и трубопроводов заземляют не менее чем в двух места. Резиновые шланги обвиваются заземленной медной проволокой с шагом 10 см. Следует иметь в виду, что в отличие от электротехники, где хорошими проводниками считаются материалы с удельным сопротивлением, оцениваемым долями Ома, в электростатике границей проводника и непроводника считается величина удельного сопротивления 10 кОм*м. Поэтому предельно допустимое сопротивление заземляющего устройства, используемого только для отвода электростатического заряда, не должно превышать 100 Ом.         Для предупреждения образования статического электричества на элементах металлических конструкций, трубопроводах разного назначения, расположенных на расстоянии менее 10 см параллельно друг друга, применяются замкнутые контуры, создаваемые с помощью устанавливаемых между ними металлических заземленных перемычек через каждые 20 м и менее.         Для снижения величины потенциала электростатического заряда, образующегося на оборудовании и перерабатываемых материалах, до безопасного уровня применяются технологические способы (безопасные скорости движения транспортируемых жидких и пылевидных веществ, подбор поверхностей трения, материалов взаимно компенсирующих возникающих зарядов и Т. п.), а также способы отвода путем повышения относительной влажности воздуха и материала, химической обработки поверхности, нанесения антистатических веществ и электропроводных пленок. Общее или местное увлажнение воздуха более 70 % обеспечивает постоянный отвод электростатических зарядов. Поверхностная проводимость материалов увеличивается обработкой поверхностно-активными веществами, использованием покрытий из электропроводящих эмалей, смазок. Заряды статического электричества нейтрализуются с помощью ионизации воздуха, при которой образующееся в единице его объема число пар ионов соответствует скорости возникновения нейтрализуемых электростатических зарядов. Для этого используются индукционные, радиоизотопные и комбинированные ионизаторы.         Для непрерывного снятия электростатических зарядов с человека используются электропроводящие полы, заземленные зоны или рабочие площадки, оборудование, трапы, а также средства индивидуальной зашиты в виде антиэлектростатических халатов и обуви, с кожаной подошвой или подошвой из электропроводной резины.

 

Пончти безопасности…

Безопасность - это состояние защищенности человека, общества, окружающей среды от опасностей различного происхождения. При этом имеется в виду, что обеспечи-ваются условия, при которых исключается появление опасностей или превышение научно обоснованных допустимых уровней опасных факторов. В более узком значении понятие безопасность трактуется как состояние деятельности, при котором с определенной вероятностью исключается возможность реализации потенциальных опасностей, т.е. причинение вреда (ущерба здоровью человека).   Если же говорить о безопасности системы «Человек-машина-среда», то надо иметь в виду, что ее параметры не являются неизменными  и могут приводить систему как в безопасное, так и в опасное состояние. В этом случае уместно говорить о безопасности как о свойстве системы. Таким образом, можно дать следующее определение:  безопасность - это свойство систем «Человек-машина-среда» сохранять при функционировании в определенных условиях такое состояние, при котором с заданной вероятностью исключаются происшествия, обусловленные воздействием опасности на незащищенные компоненты систем и окружающую природную среду, а ущерб от неиз-бежных при этом непрерывных энергетических и материальных выбросов не превышает допустимого.

3. Принципы, методы и средства обеспечения безопасности. Принципы безопасности жизнедеятельности – это основные направления дея-тельности, элементарные составляющие процесса обеспечения безопасности. Теоретическое и познавательное значение принципов состоит в том, что с их по-мощью определяется уровень знаний об опасностях окружающего мира и, следовательно, формируются требования по проведению защитных мероприятий и методы их расчета. Принципы БЖД позволяют находить оптимальные решения защиты от опасностей на ос-нове сравнительного анализа конкурирующих вариантов. Они отражают многообразие путей и методов обеспечения безопасности в системе «Человек-среда обитания», вклю-чающее как чисто организационные мероприятия, конкретные технические решения, так и обеспечение адекватного управления, гарантирующего устойчивость системы, а также некоторые методологические положения, обозначающие направление поиска решений. Принципы БЖД могут быть применены в различных сферах: технике, медицине, органи-зации труда и отдыха. По сфере реализации, т.е. в зависимости от того где они применя-ются принципы БЖД могут быть подразделены на инженерно-технические, методические, медико-биологические. По признаку реализации, т.е. по тому как, каким образом они осуществляются принципы БЖД подразделяются на следующие группы: • ориентирующие, т.е. дающие общее направление поисков решений в области безопасности; к ориентирующим принципам относятся, в частности, принцип системного подхода, профессионального отбора, принцип нормирования негативных воздействий и т.п. • управленческие; к ним относятся принцип контроля, принцип стимулирования деятельности, направленной на повышение безопасности, принципы ответственности, обратных связей и др. • организационные; среди этих принципов можно назвать так называемую защи-ту временем, когда регламентируется время, в течение которого допускается  воздействие на человека негативных факторов, принцип рациональной организации труда, рациональных режимов работы, организация санитарно-защитных зон и др. • технические; эта группа принципов подразумевает использование конкретных технических решений для повышения безопасности. На последней группе принципов следует остановиться как на особенно многочис-ленной и разнообразной. К техническим принципам относятся такие как: защита количеством (снижение количественных характеристик негативных воз-действий, например, интенсивности шума), или так называемое снижение негативного фактора в источнике за счет проектирования более совершенных, экологичных техниче-ских устройств (автомобильные двигатели с низким содержанием вредных веществ в вы-хлопных газах, мониторы компьютеров, обладающие незначительными уровнями элек-тромагнитного излучения в окружающую среду и т.п.); защита расстоянием, использующая тот факт, что интенсивность ряда негатив-ных воздействий убывает с расстоянием; защита с помощью ограждений; экранирование; блокировка; герметизация; принцип слабого звена (применение предохранителей, например, плавких предо-хранителей в электрической цепи, размыкающих цепь при возникновении аварийного режима, предохранительных клапанов, мембран, которые в опасной ситуации сбрасывают избыточное давление и т.п.). В дальнейшем вы увидите как те или иные принципы реализуются при защите от конкретных опасностей. Принципы обеспечения безопасности необходимо рассматривать во взаимосвязи, т. е. как элементы, дополняющие друг друга.  Некоторые принципы относятся к нескольким классам одновременно. Принципы обеспечения БЖД образуют систему, и в тоже время каждый принцип обладает относи-тельной самостоятельностью.

Методы обеспечения БЖД.  Как известно, метод - это способ достижения цели. Здесь целью является обеспе-чение безопасности. Методы БЖД основаны на применении вышеперечисленных прин-ципов. Пользуясь методами обеспечения БЖД мы можем согласовать взаимодействие ха-рактеристик человека с окружающей средой (будь то система "человек - производствен-ная среда", "человек - бытовая среда" или "человек - природная среда"), т.е. достичь оп-ределенного уровня безопасности. Принято выделить четыре метода  БЖД: А-метод: пространственное или временнóе разделение гомосферы и ноксо-сферы (дистанционное  управление, механизация, автоматизация) Б-метод: нормализация ноксосферы, т.е. совершенствование среды, чаще про-изводственной, приведение характеристик ноксосферы в соответствие с характеристика-ми человека. Б-метод реализуется в создании безопасной техники. В-метод: используется тогда, когда А- и Б-методы не дают желаемого резуль-тат и требуемого уровня безопасности. Он подразумевает  адаптацию человека к ноксо-сфере (обучение, тренировка, профессиональный отбор).  Г- метод: сочетает в себе вышеупомянутые методы и используется чаще всего.