7.4. Основы защиты от статического электричества.

Статическое электричество – совокупность явлений, связанных с возникновением, сохранением и релаксацией (уменьшением величины) свободных электрических зарядов на поверхности и в объеме диэлектрических и полупроводниковых материалов и изделий или на изолированных проводниках.

Общим во всех явлениях, приводящих к возникновению зарядов статического электричества, является сообщение (передача) телам избыточной внутренней энергии; явления различаются только способом передачи энергии. Появление в телах избыточной внутренней энергии приводит к повышению температуры тел относительно окружающей среды. Нагретое тело остывает, передавая избыточную тепловую энергию окружающей среде. Передача энергии обеспечивается фотонами (квантами упругих колебаний атомов), излучением электромагнитных квантов различных энергий (включая фотоны видимого света), эмиссией электронов и ионов, а для тел сложного химического строения – также эмиссией ионрадикалов.

Сообщение телам избыточной внутренней энергии любым способом всегда сопровождается экзоэмиссией электронов с поверхности тел. Экспериментально этот факт был установлен в 1949 году и по фамилии ученого получил название «эффект Крамера».

При трении тел различного химического состава возникают встречные потоки электронов. Каждый электрон является не только носителем энергии, но и носителем отрицательного заряда. Облачко электронов, осевших на поверхности диэлектрического тела, создает отрицательный статический заряд. Разность интенсивностей встречных потоков электронов определяет преимущественное направление переноса отрицательных зарядов и их величину. Атомы тела, отдавшие свои электроны, превращаются в положительные ионы и образуют положительный заряд такой же величины. Поверхности трения имеют точечный контакт, преобразование работы деформации в теплоту происходит именно в точках контакта и потому распределение зарядов на поверхности тел носит очаговый характер. Конечным результатом трения тел является образование на их поверхностях двойного электрического слоя (этот слой не образуется только в том случае, когда тела выполнены из одного материала, так как при этом условии встречные потоки электронов взаимно полностью компенсируются.).

Процессу электризации тел способствуют такие факты, как увеличение силового взаимодействия контактирующих тел, увеличение скорости перемещения твердых, сыпучих и жидких тел, увеличение различия в электрическом сопротивлении тел. Сохранение зарядов статического электричества во времени зависит в основном от удельного объемного электрического сопротивления тел.

Искровые разряды между контактирующими телами могут иметь большую энергию и могут быть источником зажигания горючих газо-, паро- и пылевоздушных смесей.

Для человека разряды статического электричества не представляют явной опасности. Тело человека легко электризуется, его потенциал может достигать 15 кВ, но токи разряда весьма малы, они обычно составляют доли микроампера. Искровые разряды вызывают у человека ощущение слабого или острого укола и лишь при разности потенциалов 30 кВ вызывают временную судорогу. Такое действие может вызвать непроизвольное резкое движение и привести к травме.

Энергия разрядов статического электричества с тела человека может достигать 10 мДж, что достаточно для зажигания многих горючих смесей, поэтому человек, как и производственное оборудование, должен быть защищен от образования заметных зарядов статического электричества.

Чувствительность объекта защиты к зажигательному воздействию разрядов статического электричества определяется минимальной энергией зажигания .

Энергию искры, способную возникнуть под воздействием напряжения между пластиной и каким-либо заземленным предметом, вычисляют по энергии накопленной конденсатором:

,

где С – емкость конденсатора, Ф; U - напряжение, В.

Электростатическая искробезопасность считается обеспеченной, если в результате принятых мер максимально возможная энергия разряда статического электричества на производстве не превышает 0,25 минимальной энергии зажигания возможной на производстве горючей смеси. Величина (мДж) составляет для паров: бензина – 0,15, метана – 0,28, оксида углерода – 8, хлопкового пуха – 10, древесной муки и алюминиевой пыли – 20.

Защиту от разрядов статического электричества осуществляют по двум направлениям: уменьшении генерации электрических зарядов; устранение образования зарядов статического электричества (заземление оборудования; повышение влажности; применение антистатических примесей; ионизация воздуха; недопущение образования взрывоопасных концентраций; снижение скоростей движения жидкостей или длины продуктопроводов; использование менее взрывоопасных веществ).