Что такое электростатический разряд

Имитаторы электростатического разряда могут использоваться для тестирования электронных устройств, например, с моделью человеческого тела или заряженной моделью устройства.

СОДЕРЖАНИЕ

Причины

Однако многие события ESD происходят без видимой или слышимой искры. Человек, несущий относительно небольшой электрический заряд, может не почувствовать разряд, достаточный для повреждения чувствительных электронных компонентов. Некоторые устройства могут быть повреждены разрядом до 30 В. Эти невидимые формы электростатического разряда могут вызвать прямые отказы устройства или менее очевидные формы ухудшения, которые могут повлиять на долгосрочную надежность и производительность электронных устройств. Ухудшение характеристик некоторых устройств может не проявиться до истечения срока их службы.

Искры

Искры являются источником воспламенения в горючих средах, которые могут привести к катастрофическим взрывам в средах с концентрированным топливом. Большинство взрывов можно проследить до крошечного электростатического разряда, будь то неожиданная утечка горючего топлива, вторгшаяся в известное искровое устройство на открытом воздухе, или неожиданная искра в известной среде, богатой топливом. Конечный результат будет таким же, если присутствует кислород и три критерия огненного треугольника были объединены.

Предотвращение повреждений электроники

Защита при изготовлении

В производстве предотвращение электростатического разряда основано на зоне, защищенной от электростатического разряда (EPA). EPA может быть небольшой рабочей станцией или большой производственной площадью. Главный принцип EPA заключается в том, что поблизости от чувствительной к электростатическому разряду электроники нет материалов с высоким уровнем заряда, все проводящие и рассеивающие материалы заземлены, рабочие заземлены, и предотвращается накопление заряда на чувствительной к электростатическому разряду электронике. Международные стандарты используются для определения типичного EPA, и их можно найти, например, в Международной электротехнической комиссии (IEC) или Американском национальном институте стандартов (ANSI).

Ионизаторы используются, особенно когда изоляционные материалы не могут быть заземлены. Системы ионизации помогают нейтрализовать заряженные участки поверхности изоляционных или диэлектрических материалов. Изоляционные материалы, подверженные трибоэлектрическому заряду более 2000 В, следует хранить на расстоянии не менее 12 дюймов от чувствительных устройств, чтобы предотвратить случайный заряд устройств из-за индукции поля. На самолетах статические разрядники используются на задних кромках крыльев и других поверхностях.

Защита при транспортировке

Чувствительные устройства необходимо защищать при транспортировке, транспортировке и хранении. Накопление и разряд статического электричества можно свести к минимуму, контролируя поверхностное сопротивление и объемное сопротивление упаковочных материалов. Упаковка также предназначена для минимизации фрикционного или трибоэлектрического заряда упаковок из-за трения друг о друга во время транспортировки, и может потребоваться включение электростатической или электромагнитной защиты в упаковочный материал. Типичным примером является то, что полупроводниковые устройства и компьютерные компоненты обычно отправляются в антистатическом пакете из частично проводящего пластика, который действует как клетка Фарадея для защиты содержимого от электростатического разряда.

Моделирование и тестирование электронных устройств

Другие стандартизированные схемы тестирования ESD включают модель машины (MM) и импульсную линию передачи (TLP).

Источник

Основы электростатического разряда

Введение в ESD

Многие люди сталкиваются с электростатическим разрядом (ESD) при прикосновении к металлической дверной ручке, при ходьбе по ковровому покрытию или при нахождении на автомобильном сидении.

Однако, статическое электричество и ESD – серьезные промышленные проблемы столетия. Еще в 1400-ых годах европейские и военные форты проводили испытания по контролю за ESD, пытаясь предотвратить непреднамеренное зажигание электростатическим разрядом пороховых складов. К 1860-ым годам фабрики по производству бумаги в США использовали оборудование заземления, ионизацию и увлажнение воздуха для рассеивания статического электричества. Рано или поздно любая производственная компания сталкивается с проблемой электростатического заряда. Производство боеприпасов и взрывчатых веществ, нефтехимические и фармацевтические отрасли, типографии, производство тканей, картин и пластмассы – это те отрасли промышленности, где контроль статического электричества имеет существенное значение. Век электроники принес с собой новые проблемы, связанные со статическим электричеством и электростатическим разрядом. Кроме этого, электронные устройства постоянно совершенствуются, становясь быстрее, тоньше и компактнее, их чувствительность к ESD также увеличивается. И эта тенденция ускоряется. Компаниям нужно тщательно изучать возможности ESD своих процессов производства. Сегодня ESD влияет на производительность и надежность продукции практически во всех сферах глобальной электроники.

В течение последних 30 лет, несмотря на прилагаемые усилия, ESD все еще влияет на доход производства, производственные затраты, качество продукции, надежность продукции и рентабельность. Стоимость поврежденных устройств колеблются от нескольких копеек за простой диод до нескольких сотен тысяч рублей за сложные интегральные схемы. Если учесть затраты на ремонт и доработку, доставку, оплату труда и накладные расходы, то появятся возможности для проведения работ по созданию и улучшению зон, защищенных от ESD.

Большинство компаний, участвующих в производстве электроники, много внимания уделяют основам, принятым в отрасли элементов статического контроля. Стандарты ESD доступны сегодня, они являются фундаментом производителя для создания правил и методов контроля статического заряда. Маловероятно, что компания, игнорирующая статический контроль за ESD, сможет успешно изготовлять и производить неповрежденные электронные компоненты и оборудование.

Статическое электричество: создание заряда

Электростатический разряд (ESD) – быстрая, самопроизвольная передача электростатического заряда, вызванного электростатическим полем с высоким напряжением. Примечание: обычно заряд проходит через искру между двумя телами при различных электростатических потенциалах по мере их приближения друг к другу.

Электростатический разряд может влиять на электрические характеристики полупроводникового прибора, ухудшая или разрушая его. Электростатический разряд также может нарушить нормальное функционирование электронной системы, вызвав неисправность или сбой. Заряженные поверхности могут удерживать частицы грязи и пыли, которые вызывают трудности при очищении. Если пыль притягивается к поверхности кремниевой пластины, частицы могут вызывать дефект пластины, что может снизить производительность продукта.

Управление электростатическим разрядом начинается в первую очередь с понимания того, как он образуется. Электростатический заряд чаще всего создается контактом и разделением двух материалов. Материалы могут быть похожими или непохожими, хотя и разнородные материалы имеют тенденцию выделять статический заряд высокой мощности. Например, человек, идущий по полу производит статическое электричество по мере того как подошвы ботинок контактируют с полом, а после чего отделяются от поверхности пола.

Электронный компонент, который при упаковке или распаковке скользит по поверхности пакета, магазина или тубы, генерирует электростатический заряд, так как устройства создают контакты с металлом и с поверхностью контейнера. Величина электростатического заряда может быть различной в этих примерах, но статическое электричество формируется в каждом из этих случаев.

Рис. 1. Трибоэлектрический заряд. Пример контактирующих материалов.

Рис. 2. Трибоэлектрический заряд – разделение.

Создание электростатического заряда путем контакта материалов, а затем их разделением называется трибоэлектрический эффект. Слово «трибоэлектрический» происходит от греческого слова, tribo – значение «тереть» и elektros – означает «янтарь» (ископаемая окаменевшая смола доисторических деревьев). Она включает в себя перенос электронов между материалами. Атомы материала без статического заряда имеют равное количество положительных (+) протонов в ядре и отрицательных (-) электронов, вращающихся вокруг ядра. На Рис. 1 материал «А» состоит из атомов с равным числом протонов и электронов. Материал «B» также состоит из атомов с равным (хотя, возможно, различным) числом протонов и электронов. Оба материала электрически нейтральны.

Когда два материала контактируют, а затем разделяются, отрицательно заряженные электроны переносятся с поверхности одного материала на поверхность другого материала. Какой материал теряет электроны и какой получает электроны, будет зависеть от природы этих материалов. Материал, который теряет электроны, становится положительно заряженным, в то время как материал, который получает электроны, отрицательно заряжен. Это показано на рисунке 2.

Статическое электричество измеряется в кулонах. Заряд «q» на объекте определяется произведением емкости объекта «C» и потенциала напряжения на объекте (V):

q = CV

Однако мы говорим об электростатическом потенциале на объекте, который выражается как напряжение.

Этот процесс контакта материалов, переноса и разделение электронов представляет собой более сложный механизм, чем описан здесь. На количество заряда, создаваемого трибоэлектрической генерацией, влияют площадь контакта, скорость разделения, относительная влажность и взаимодействие материалов, рабочая поверхность и другие факторы. Как только заряд создается на материале, он становится электростатическим зарядом (если он остается на материале). Этот заряд может передаваться из материала – создание электростатического разряда или появления ESD. Дополнительные факторы, такие как сопротивление фактической разрядной цепи и контактное сопротивление на границе между контактирующими поверхностями, также влияют на фактический заряд, который высвобождается. Типичные сценарии генерации заряда и результирующие уровни напряжения показаны в Таблице 1. Кроме того, показано влияние влажности на уменьшение накопления заряда. Однако следует отметить, что статическая генерация заряда происходит даже при относительно высокой влажности.

Электростатический заряд также может быть создан на материале другими способами, такими как индукция, ионная бомбардировка или контакт с другим заряженным объектом. Однако трибоэлектрический эффект является наиболее распространенным.

Источник

Что такое статическое электричество и как с ним бороться?

Понятие о статическом электричестве знакомо всем из школьного курса физики. Статическое электричество возникает в процессе появления зарядов на проводниках, поверхностях различных предметов. Появляются они в результате трения, возникающего при соприкосновении предметов.

Что это такое — статическое электричество

Все вещества состоят из атомов. В атоме находится ядро, вокруг которого расположены в одинаковом количестве электроны и протоны. Они способны перемещаться из одного атома в другой. При движении формируются отрицательные и положительные ионы. Их дисбаланс приводит к тому, что возникает статика. Статический заряд протонов и электронов в атоме одинаков, но имеет разную полярность.

Статика появляется в быту. Статический разряд может происходить при низких токах, но высоких напряжениях. Опасности для людей в этом случае нет, но разряд опасен для электроприборов. Во время разряда страдают микропроцессоры, транзисторы и другие элементы схемы.

Причины возникновения статистического электричества

Возникает статика при следующих состояниях:

Заряд появляется в результате электрической индукции. На металлических корпусах автомобилей в сухое время года создаются большие электрические заряды. Экран телевизора или монитор компьютера способен заряжаться от воздействия луча, создаваемого в электронно-лучевой трубке.

Вред и польза от статистического электричества

Статический заряд пытались использовать многие ученые и изобретатели. Создавались громоздкие агрегаты, польза от которых была низкой. Полезным оказалось открытие учеными коронного разряда. Он широко используется в промышленности. С помощью электростатического заряда красят сложные поверхности, очищают газы от примесей. Все это хорошо, но существуют и многочисленные проблемы. Электроудары бывают большой мощности. Они способны иногда поражать человека. Это случается и дома, и на рабочем месте.

Вред статического электричества проявляется в ударах разной мощности при снятии синтетического свитера, при выходе из автомобиля, включении и выключении кухонного комбайна и пылесоса, ноутбука и микроволновой печи. Эти удары могут оказаться вредными.

Возникает статическое электричество, которое сказывается на работе сердечно-сосудистой и нервной систем. От него следует защищаться. Сам человек тоже часто является переносчиком зарядов. При соприкосновении с поверхностями электроприборов происходит их электризация. Если это контрольно-измерительный прибор, дело может окончиться его поломкой.

Ток разряда, принесенного человеком, своим теплом разрушает соединения, разрывает дорожки микросхем, уничтожает пленку полевых транзисторов. В результате схема приходит в негодность. Чаще всего это происходит не сразу, а на любом этапе в процессе работы инструмента.

На предприятиях, обрабатывающих бумагу, пластмассу, текстиль, материалы часто ведут себя неправильно. Они склеиваются друг с другом, прилипают к различным видам оборудования, отталкиваются, собирают много пыли на себя, наматываются неправильно на катушки или бобины. Виной этого является возникновение статического электричества. Два одинаковых по полярности заряда отталкиваются друг от друга. Иные, один из которых заряжен положительно, а другой — отрицательно, притягиваются. Так же ведут себя и заряженные материалы.

На полиграфических предприятиях и в других местах, где используются в работе легковоспламеняющиеся растворители, возможно возникновение пожара. Это происходит в тех случаях, когда на операторе надета обувь с токонепроводящей подошвой, а оборудование не имеет правильного заземления. Способность возгорания зависит от следующих факторов:

Разряды бывают искровыми, кистевыми, скользящими кистевыми. От человека исходит искровой разряд. Кистевой возникает на заостренных частях оборудования. Энергия его настолько мала, что он практически не вызывает угрозы пожара. Кистевой разряд скользящий возникает на листовых синтетических, а также на рулонных материалах с разными зарядами на каждой стороне полотна. Опасность он представляет такую же, как искровой разряд.

Длительное пребывание в заряженной зоне приводит к раздражительности человека, к снижению аппетита, ухудшению сна.

Пыль из производственного помещения удаляется с помощью вентиляции. Она скапливается в трубах и может воспламениться от статистического искрового разряда.

Как снять статическое электричество с человека

Самое простейшее средство защиты от него — заземление оборудования. В условиях производства используются для этой цели экраны и иные приспособления. В жидких веществах применяются специальные растворители и присадки. Активно используются антистатические растворы. Это вещества с низкой молекулярной массой. Молекулы в антистатике легко перемещаются и вступают в реакцию с влагой, содержащейся в воздухе. За счет этой характеристики с человека снимается статика.

Хорошо помогает проведение ионизации. Делается это с помощью антистатической планки. Она имеет много иголок из специальных сплавов. Под действием тока в 4-7кВ воздух вокруг разлагается на ионы. Используются и воздушные ножи. Они представляют собой антистатическую планку, через которую вдувается воздух и очищает поверхность. Заряды статики активно образуются при разбрызгивании жидкостей, обладающих диэлектрическими свойствами. Поэтому для снижения действия электронов нельзя допускать падающей струи.

Желательно использовать антистатический линолеум на полу и чаще проводить уборку с помощью средств бытовой химии. На предприятиях, связанных с обработкой тканей или бумаги, проблему избавления от статики решают смачиванием материалов. Повышение влажности не дает накапливаться вредному электричеству.

Чтобы снять статику, необходимо:

Хорошо увлажняют атмосферу комнатные цветы, кипящий чайник, специальные приспособления. Антистатические составы продаются в магазинах бытовой химии. Они распыляются над ковровой поверхностью. Можно изготовить антистатик самостоятельно. Для этого берут смягчитель ткани (1 колпачок), выливают в бутылку. Затем емкость наполняется чистой водой, которую разбрызгивают над поверхностью ковра. Салфетки, смоченные антистатиком, нейтрализуют заряды на обивке сидений.

Увлажнение кожи производится лосьоном после душа. Руки протираются несколько раз в день. Следует поменять одежду на натуральную. Если она заряжается, обработать антистатиками. Рекомендуется носить обувь с кожаной подошвой или ходить по дому босиком. Перед стиркой желательно насыпать на одежду ¼ стакана соды (пищевой). Она снимает разряды электричества и смягчает ткань. При полоскании белья можно добавить в машину уксус (¼ стакана). Сушить белье лучше на свежем воздухе.

Все перечисленные меры помогают нейтрализовать статические проблемы.

Как самостоятельно избавиться от статического электричества

История открытия электричества

Что такое шаговое напряжение и как покинуть опасную зону

Что такое короткое замыкание по-простому?

Что такое электрофорная машина и как она работает?

В чём и как измеряется емкость аккумулятора?

Источник

НЕМНОГО ТЕОРИИ

Для тех, кому интересно откуда берется статический заряд и для тех, кто хочет бороться с ним с научным подходом или понимать теорию, на основании которой произведено наше оборудование, и был написан данный раздел. Он написан специалистами компании Fraser Anti-Static Techniques, суммарный опыт работы которых в отрасли борьбы со статикой и ее применения составляет более ста лет. Десятилетия опыта были положены в основу передовых и востребованных на рынке устройств и приборов, которые мы продаем.

1. Вступление о статическом электричестве

2. Что такое статическое электричество

3. Как генерируется статическое электричество

4. Измерение статического заряда

5. Четыре основные проблемы, связанные со статическим электричеством

6. Оценка минимального заряда, достаточного для воспламенения опасных атмосфер

I. Вступление о статическом электричестве

Наши клиенты обычно не интересуются научными объяснениями статического электричества. Это работа специалистов Fraser Anti-Static Techniques Ltd., чьи глубокие знания и годы опыта вкупе с качеством производства в результате дают отличную продукцию, которую мы рады представить нашим покупателям.

Но если Вы все-таки хотите получить представление об этом явлении, предлагаем вам ознакомиться с информацией из этого и следующих разделов.

Статическое электричество — не самая развитая область научных исследований, потому что исторически оно не рассматривалось как полезное, в отличие от электрического тока, который имел много применений в обеспечении энергией.

С 1940-х годов растущее применение пластиков в быту и промышленности, а также новые технологии сделали электростатику предметом более глубоких научных изысканий, но общий уровень знаний о статическом электричестве все еще достаточно мал.

В промышленности это все еще очень часто предмет суждений, а не точного научного знания. Слишком много физических и химических свойств взаимодействующих объектов и окружающей среды осложняют проведение точного анализа. Также есть проблемы и с измерением статического электричества.

II. Что такое статическое электричество

Статическое электричество возникает в случае нарушения внутриатомного или внутримолекулярного равновесия вследствие приобретения или потери электрона. Обычно атом находится в равновесном состоянии благодаря одинаковому числу положительных и отрицательных частиц — протонов и электронов. Электроны могут легко перемещаются от одного атома к другому. При этом они формируют положительные (где отсутствует электрон) или отрицательные (одиночный электрон или атом с дополнительным электроном) ионы. Когда происходит такой дисбаланс, возникает статическое электричество.

У положительного иона отсутствует один электрон, следовательно, он может легко принимать электрон от отрицательно заряженной частицы. Отрицательный ион в свою очередь может быть либо одиночным электроном, либо атомом/молекулой с большим числом электронов. В обоих случаях существует электрон, способный нейтрализовать положительный заряд.

III. Как генерируется статическое электричество

Основные причины появления статического электричества:

Поверхностный контакт и разделение материалов, возможно, являются наиболее распространенными причинами возникновения статического электричества на производствах, связанных с обработкой рулонных пленок и листовых пластиков. Статический заряд генерируется в процессе разматывания/наматывания материалов или перемещения друг относительно друга различных слоев материалов. Этот процесс не вполне понятен, но наиболее правдивое объяснение появления статического электричества в данном случае может быть получено проведением аналогии с плоским конденсатором, в котором механическая энергия при разделении пластин преобразуется в электрическую:

Результирующее напряжение = начальное напряжение х
(конечное расстояние между пластинами/начальное расстояние между пластинами)

Когда синтетическая пленка касается подающего/приемного вала, невысокий заряд, перетекающий от материала к валу, провоцирует дисбаланс. По мере того, как материал преодолевает зону контакта с валом, напряжение возрастает точно также как в случае с конденсаторными пластинами в момент их разделения. Практика показывает, что амплитуда результирующего напряжения ограничена вследствие электрического пробоя, возникающего в промежутке между соседними материалами, поверхностной проводимости и других факторов. На выходе пленки из контактной зоны часто можно слышать слабое потрескивание или наблюдать искрение. Это происходит в момент, когда статический заряд достигает величины, достаточной для пробоя окружающего воздуха. До контакта с валом синтетическая пленка с точки зрения электричества нейтральна, но в процессе перемещения и контакта с подающими поверхностями поток электронов направляется на пленку и заряжает ее отрицательным зарядом. Если вал металлический и заземленный его положительный заряд быстро стекает.

Большая часть оборудования имеет много валов, поэтому величина заряда и его полярность могут часто меняться. Наилучший способ контроля статического заряда – это его точное определение на участке непосредственно перед проблемной зоной. Если заряд нейтрализован слишком рано, он может восстановиться до того, как пленка достигнет этой проблемной зоны.

В теории возникновение статического заряда может быть проиллюстрировано простой электрической схемой:

C – выполняет функцию конденсатора, который накапливает заряд, как батарея. Это обычно поверхность материала или изделия. R – сопротивление, способное ослабить заряд материала/механизма (обычно при слабой циркуляции тока). Если материал является проводником, заряд стекает на землю и не создает проблем. Если же материал является изолятором, заряд не сможет стекать, и возникают сложности. Искровой разряд возникает в том случае, когда напряжение накопленного заряда достигает предельного порога.

Токовая нагрузка — заряд, сгенерированный, например, в процессе перемещения пленки по валу. Ток заряда заряжает конденсатор (объект) и повышает его напряжение U. В то время как напряжение повышается, ток течет через сопротивление R. Баланс будет достигнут в момент, когда ток заряда станет равен току, циркулирующему по замкнутому контуру сопротивления. (Закон Ома: U = I х R).

Если объект имеет способность накапливать значительный заряд, и если имеет место высокое напряжение, статическое электричество приводит к возникновению таких серьезных проблем, как искрение, электростатическое отталкивание/притягивание или электропоражение персонала.

Полярность заряда

Статический заряд может быть либо положительным, либо отрицательным. Для разрядников постоянного тока (AC) и пассивных разрядников (щеток, шнуров, мишуры) полярность заряда обычно не важна.

IV. Измерение статического заряда

Измерение величины статического заряда является очень важной процедурой, которая позволяет обнаружить присутствие заряда, определить его амплитуду и породивший источник.

Как уже отмечалось выше, статическое электричество возникает при дефиците или избытке электронов в атоме. Вследствие того, что измерить величину заряда на поверхности объекта в кулонах невозможно, измеряют сопротивление или напряженность электрического поля, связанную со статическим зарядом. Этот способ измерения широко применяется в промышленности.

Зависимость между сопротивлением поля и напряженностью заключается в том, что в любой точке сопротивление является составляющей градиента напряженности.

Приборы Fraser серии 710 собраны по представленной ниже схеме и измеряют напряжение на поверхности объекта.

А – напряжение в конденсаторе изменяется вместе с изменением величины заряда.

Проводя измерения с расстояния 100 мм, и пользуясь формулой Q (заряд) = С (емкостное сопротивление) х U (напряжение), можно вычислить емкостное сопротивление.

Измерительные приборы Fraser просты в использовании и очень полезны для анализа возникших проблем или прогноза их появления в будущем.

При измерениях параметров статического электричества важно следовать инструкциям по эксплуатации приборов. Электрическое поле действует в единственном направлении, поэтому его практическое изучение не представляет сложностей. Одними из наиболее интересных и важных для измерения заряда характеристик электрического поля являются:

Как отмечалось выше, в воздушном пространстве силовые линии электрического поля проходят перпендикулярно поверхности заряженного объекта. Это позволяет производить измерения с очень высокой точностью.

В случае с производством и обработкой синтетической пленки следует отметить важную деталь. Когда материал перемещается по валу, электрический заряд переходит к валу, и кажется, что поле исчезло. Поэтому вблизи вала нет возможности производить точные измерения. Электрическое поле появляется вновь, когда материал преодолевает зону контакта, и статический заряд можно снова измерить точно.

V. Четыре основные проблемы, связанные со статическим электричеством

1. Статический разряд в электронике

На эту проблему необходимо обратить внимание, т.к. она часто возникает в работе с электронными блоками и компонентами, использующимися в современных контрольно-измерительных устройствах.

В электронике основная опасность, связанная со статическим зарядом, исходит от человека, несущего заряд, и пренебрегать этим нельзя. При разряде образуется тепло, которое приводит к выжиганию соединений, прерыванию контактов и разрыву дорожек микросхем. Высокое напряжение уничтожает также тонкую оксидную пленку на полевых транзисторах и других элементах, имеющих покрытие.

Часто компоненты не полностью выходят из строя, что можно считать еще более опасным, т.к. неисправность проявляется не сразу, а в непредсказуемый момент в процессе эксплуатации устройства.

Общее правило: при работе с чувствительными к статическому электричеству деталями и устройствами необходимо всегда принимать меры для нейтрализации заряда, накопленного на теле человека. Подробная информация по этому вопросу содержится в документах европейского стандарта CECC 00015.

2. Электростатическое притяжение/отталкивание

Это, возможно, наиболее широко распространенная проблема, возникающая на предприятиях, связанных с производством и обработкой пластмасс, бумаги, текстиля и в смежных отраслях. Она проявляется в том, что материалы самостоятельно меняют свое поведение — склеиваются между собой или, наоборот, отталкиваются, прилипают к оборудованию, притягивают пыль, неправильно наматываются на приемное устройство и пр.

Притягивание/отталкивание происходит в соответствии с законом Кулона, в основе которого лежит принцип обратной пропорциональности квадрата расстояния. В простой форме он выражается следующим образом:

Сила притяжения или отталкивания = Заряд А * Заряд В / Расстояние между объектами 2

Следовательно, интенсивность проявления этого эффекта напрямую связана с амплитудой статического заряда и расстоянием между притягивающимися или отталкивающимися объектами. Притягивание и отталкивание происходят в направлении силовых линий электрического поля.

Если два заряда имеют одинаковую полярность – они отталкиваются, если противоположную – притягиваются. Если один из объектов заряжен, он будет провоцировать притягивание, создавая зеркальную копию заряда на нейтральных объектах.

3. Риск возникновения пожара

Риск возникновения пожара не является общей для всех производств проблемой. Но вероятность возгорания очень велика на полиграфических и других предприятиях, где используются легковоспламеняющиеся растворители.

В опасных зонах наиболее распространенными источниками возгорания являются незаземленное оборудование и подвижные проводники. Если на операторе, находящемся в опасной зоне, надета спортивная обувь или туфли на токонепроводящей подошве, существует риск, что его тело будет генерировать заряд, способный спровоцировать возгорание растворителей. Незаземленные проводящие детали машин также представляют опасность. Все, что находится в опасной зоне должно быть хорошо заземлено. Нижеследующая информация дает краткое пояснение способности статического разряда провоцировать возгорание в легковоспламеняющихся средах. Важно, чтобы неопытные продавцы были заранее осведомлены о видах оборудования, чтобы не допустить ошибки в подборе устройств для применения в таких условиях.

Способность разряда провоцировать возгорание зависит от многих переменных факторов:

Типы разряда
Существует три основных типа — искровой, кистевой и скользящий кистевой разряды. Коронный разряд в данном случае во внимание не принимается, т.к. он отличается невысокой энергией и происходит достаточно медленно. Коронный разряд чаще всего неопасен, его следует учитывать только в зонах очень высокой пожаро- и взрывоопасности.

Искровой разряд в основном исходит от умеренно проводящего, электрически изолированного объекта. Это может быть тело человека, деталь машины или инструмент. Предполагается, что вся энергия заряда рассеивается в момент искрения. Если энергия выше МЭВ паров растворителя, может произойти воспламенение.
Энергия искры рассчитывается следующим образом: Е (в Джоулях) = 1/2 С U 2

Кистевой разряд возникает, когда заостренные части деталей оборудования концентрируют заряд на поверхностях диэлектрических материалов, изоляционные свойства которых приводят к его накоплению. Кистевой разряд отличается более низкой энергией по сравнению с искровым и, соответственно, представляет меньшую опасность в отношении воспламенения.

Скользящий кистевой разряд происходит на листовых или рулонных синтетических материалах с высоким удельным сопротивлением, имеющих повышенную плотность заряда и разную полярность зарядов с каждой стороны полотна. Такое явление может быть спровоцировано трением или распылением порошкового покрытия. Эффект сравним с разрядкой плоского конденсатора и может представлять такую же опасность, как искровой разряд.

Мощность разряда
Если объект, имеющий энергию, не очень хорошо проводит электрический ток, например, человеческое тело, сопротивление объекта будет ослаблять разряд и понижать опасность. Для человеческого тела существует эмпирическое правило: считать, что любые растворители с внутренней минимальной энергией воспламенения менее 100 мДж могут воспламениться несмотря на то, что энергия, содержащаяся в теле, может быть выше в 2 – 3 раза.

Источник и энергия разряда
Величина и геометрия распределения заряда являются важными факторами. Чем больше объем тела, тем больше энергии оно содержит. Острые углы повышают мощность поля и поддерживают разряды.

Минимальная энергия воспламенения МЭВ
Минимальная энергия воспламенения растворителей и их концентрация в опасной зоне являются очень важными факторами. Если минимальная энергия воспламенения ниже энергии разряда, возникает риск возгорания.

Существуют две общие причины статического удара.

Наведенный заряд

Если человек находится в электрическом поле и держится за заряженный объект, например, за намоточную бобину для пленки, возможно, что его тело зарядится от наведенной индукции.

Заряд остается в теле оператора, если он находится в обуви на изолирующей подошве, до того момента, пока он не дотронется до заземленного оборудования. Заряд стекает на землю и поражает человека. Такое происходит и в случае, когда оператор дотрагивается до заряженных объектов или материалов – из-за изолирующей обуви заряд накапливается в теле. Когда оператор трогает металлические детали оборудования, заряд может стечь и спровоцировать электроудар.

При перемещении людей по синтетическим ковровым покрытиям порождается статический заряд при контакте между ковром и обувью. Электроудары, которые получают водители, покидая свою машину, провоцируются зарядом, возникшим между сиденьем и их одеждой в момент подъема. Решение этой проблемы – дотронуться до металлической детали автомобиля, например, до рамы дверного проема, до момента подъема с сиденья. Это позволяет заряду безопасно стекать на землю через кузов автомобиля и его шины.

Удар, спровоцированный оборудованием

Такой электроудар возможен, хотя происходит значительно реже, чем поражение, спровоцированное материалом. Если намоточная бобина имеет значительный заряд, случается, что пальцы оператора концентрируют заряд до такой степени, что он достигает точки пробоя, и происходит разряд. Помимо этого, если металлический незаземленный объект находится в электрическом поле, он может зарядиться наведенным зарядом. По причине того, что металлический объект является токопроводящим, подвижный заряд разрядится в человека, который дотрагивается до объекта.

VI. Оценка минимального заряда, достаточного для воспламенения опасных атмосфер

При определении эффективности применения антистатического ионизатора ЕХ1250 во взрывоопасной среде может возникнуть вопрос о количественной оценке остаточного статического поля на предмет возможности привести к воспламенению или взрыву в опасной атмосфере, возникающей в производственном процессе.

Увы, на этот вопрос вряд ли есть точный и однозначный ответ, так как степень опасности зависит от того, способен ли накопленный заряд генерировать электрическое поле с достаточным напряжением, чтобы сформировать пробой на материале с последующим разрядом, содержащим энергию, большую, чем минимальная энергия воспламенения горючей атмосферы данного процесса.

Конечно, различные виды разрядов требуют различных условий для их возникновения, например, искровой разряд, кистевой разряд и т.д.

Самый лучший международный источник информации по теме, касающейся статических опасностей — это руководство IEC60079-32-1, но и оно не дает никаких точных значений напряжений, но тем не менее в разделе 7.1.5. «Невоспламеняющие разряды при операциях с жидкостями» утверждает следующее:

Опасность воспламенения может возникнуть при гораздо более низких напряжениях (обычно от 5 до 10 кВ), если изолированные проводники, такие, как плавающие металлические объекты или неправильно закрепленные элементы, находятся в емкости, или если контейнер имеет изолирующую подложку без точки контакта для заземления находящейся в нем жидкости и наполняется жидкостью, которая имеет достаточную проводимость для создания разрядов.

Далее раздел A.3. «Электростатические разряды» дает описание статического разряда:

А.3.2. Искры

Искра — это разряд между двумя проводниками, жидкими или твердыми. Она характеризуется ярко выраженным световым каналом разряда, несущим ток высокой плотности. Газ ионизирован на всю длину канала. Разряд очень быстрый и вызывает резкий треск.

Искра происходит между двумя проводниками, когда напряженность поля между ними превышает электрическую напряженность атмосферы. Разница потенциалов между проводниками, необходимая для пробоя, зависит как от формы так и от расстояния между проводниками. Для сравнения: напряженность пробоя для поверхностей плоских или с большим радиусом искривления при расстоянии 10 мм или более между ними составляет 3 МВм -1 (300 В на мм) в нормальном воздухе и увеличивается при увеличении расстояния.

Поскольку объекты, между которыми проскакивает искра, являются проводниками, преобладающая часть сохраненного заряда проходит через искру. В большинстве случаев на практике это рассеивает почти всю сохраненную энергию. Энергия искры между проводящим телом и проводящим заземленным объектом может быть вычислена по следующей формуле:

Результатом расчета является максимальное количество энергии. Энергия искры будет меньше, если есть сопротивление в пути разряда на заземление. Типичные значения емкостей проводников даны в таблице ниже:

Исходя из того, что искра может возникать как между жидкими, так и твердыми проводниками, мы можем принять в качестве примерной оценки нижнего порога для разряда в 5-10 кВ, что очень приблизительно и не учитывает ни форму проводников, ни состав и концентрацию газовой смеси.

Также в заключение можно сказать, что фактическая возможность пожара или взрыва всегда зависит не только от напряжения, но и емкости проводника и минимальной энергии воспламенения окружающей атмосферы данного производственного процесса.

Источник