Пожарная опасность статического электричества

(6 мин) При разделении поверхностей после их статической электризации на этих поверхностях остаются заряды Q, вследствие чего они становятся как бы пластинами конденсатора, между которыми возникает напряжение U в соответствии с формулой (1) (слайд).

Энергия искры (W_и, Дж), способной возникнуть под действием напряжения U, можно оценить по запасенной таким конденсатором энергии. Однако точное значение энергии искры таким образом рассчитать нельзя, т.к. только часть накопленного заряда на разделенных поверхностях может использоваться в разряде.

Энергия dW_и, рассеиваемая при возникновении искры и переносе заряда dQ, с одной заряженной поверхности на другую, вследствии чего заряд поверхностей уменьшается на dQ, равна

, (3)

где U-разность потенциалов между начальной и конечной точками траектории разряда;

- ток, возникающий при разряде и переносе заряда dQ с одной заряженной поверхности на другую.

Предположив, что весь накопленный заряд Q расходуется при возникновении искры, полную выделенную при этом энергию можно определить по формуле

. (4)

Определение фактически выделенной энергии при разряде представляет значительную трудность, т.к. заряженные диэлектрики имеют неэквипотенциальные поверхности, кроме того. обычно неизвестна и их поверхность. В этом случае энергию электростатического разряда можно определить приближенно, приняв в формуле (4) вместо переменной U максимальный потенциал на диэлектрической поверхности, рассчитанный по пробивному расстоянию для данной конфигурации электродов. Для определения полного заряда, переносимого при разряде с заряженного диэлектрика, можно использовать метод осциллографирования.

В некоторых случаях для приближенной оценки энергии разрядов статического электричества используют метод контроля искровых разрядов ну слух, визуально, фотографированием, аналитические методы, а так же экспериментальное воспламенение горючих смесей электростатическими разрядами. Следует отметить, что последний метод является наиболее объективным.

Реальная воспламеняющая способность электрической искры зависит от концентрации, температуры и давления взрывоопасной смеси. Условием воспламенения (взрыва) смеси от искры статического электричества является следующее:

, (5)

где W_И- энергия разряда статического электричества с заряженного материала (зависит от свойств материала, конструкции аппарата, технологического процесса и др.);

W_min- минимальная энергии зажигания горючей смеси, образование которой возможно в данном технологическом процессе (зависит только от свойств горючей смеси и является характеристикой её чувствительности к воспламенению, определяется экспериментально).

Обычно W_min взрывоопасных пылевоздушных смесей выше W_min паровоздушных смесей. Например, для многих паро- и взрывоопасных газовоздушных смесей W_min составляет 0,009 ÷ 2,0 мДж, а для пылевоздушных 2 ÷ 250мДж.

Разряды статического электричества не в состоянии воспламенять смеси с W_{min .}

Средняя напряжённость электрического поля, при котором возможен разряд, составляет 4∙10² ÷ 5∙10² кВ/м для резкого неоднородного, 15∙10² ÷ 20∙10² кВ/м для слабо неоднородного и до 30∙10² кВ/м для однородного электрического поля.

Следует отметить, что статическое электричество может вызвать воспламенение взрывоопасной смеси при совокупности следующих условий (5 мин):

- наличии источника статических электрических разрядов;

- накоплении значительных зарядов на контактирующих поверхностях;

- достаточной разности потенциалов между контактирующими поверхностями для электрического пробоя среды;

- наличии достаточной запасной энергии;

- наличии возможности для возникновения электрических разрядов.

Отсутствие любого из перечисленных условий исключают воспламенение смеси статическим электричеством.

Условие безопасности от статического электричества может быть выражено неравенством

W_И ≤ W_min . (6)

В пожаро- и взрывоопасных производствах реальную опасность представляет «контактная» электризация людей, работающих с движущимися диэлектрическими материалами. В этих условиях на человеке накапливается статическое электричество, которое при соприкосновении человека с заземлённым предметом вызывает искры и воспламенение смеси. Энергия разряда такой искры может составлять 2,5 ÷ 7,5 мДж. Кроме того, возникающие разряды оказывают неприятное физиологическое воздействие на человека, вызывая уколы или удары, сила которых зависит от энергии разряда. Так как ток при этом незначителен из-за очень большого сопротивления образующейся электрической цепи, то уколы и удары непосредственной опасности для человека не представляют. Однако известны случаи, когда искра, возникающая между телом человека и заземленным предметом, вызывала испуг, сопровождавшийся непроизвольными движениями и соприкосновением с неогороженными вращающимися частями машин, падение с высоты и т.п. Длительное воздействие статического электричества на человека является причиной ряда заболеваний.

Расчётная зависимость, характеризующая физиологическое воздействие разрядов статического электричества на человека и их воспламеняющее воздействие на некоторые горючие вещества представлена на рис 1, 6 мин, слайд.

Рис.1. Зависимость энергии электрического разряда с тела человека и его физиологического воздействия от потенциала зарядов статического электричества.

Чтобы исключить возможность воспламеняющих разрядов с человека, необходимо обеспечить быструю утечку зарядов, возникающих на нём. С этой целью уменьшают сопротивление обуви и пола. В производствах, где существует опасность воспламенения взрывоопасных смесей разрядом с человека, необходимо обеспечить работающих электропроводящей (антистатической) обувью.

Обувь считается электропроводящей, если электрическое сопротивление между электродом в форме стельки, находящимся внутри обуви, и наружным электродом меньше 10⁷Ом.

Покрытие считается электропроводящим из бетона толщиной 3 см, спецбетона или пенобетона, ксилолита, настила из антистатической резины и т.д.

Особое внимание устранению электрического заряда с человека необходимо уделять при выполнении некоторых ручных операций (промывка, чистка, пропитка, приклеивание, прорезинивание) с применением бензина, бензола, ацетона, резинового клея и т.п.