Staattinen sähkö – mitä se on, miten se syntyy ja siihen liittyvät ongelmat

Mikä on staattinen sähkö

Staattista sähköä syntyy, kun atominsisäinen tai molekyylinsisäinen tasapaino häiriintyy elektronin vahvistumisen tai häviämisen vuoksi. Normaalisti atomi on tasapainossa, koska positiivisia ja negatiivisia hiukkasia - protoneja ja elektroneja - on sama määrä. Elektronit voivat helposti siirtyä atomista toiseen. Samalla ne muodostavat positiivisia (jos ei ole elektroneja) tai negatiivisia (yksi elektroni tai atomi ylimääräisellä elektronilla) ioneja. Kun tämä epätasapaino ilmenee, syntyy staattista sähköä.

Katso lisätietoja täältä: Staattisesta sähköstä kuvissa

Sähkövaraus elektronissa — ( -) 1,6 x 10-19 riipus. Protonilla, jolla on sama varaus, on positiivinen polariteetti. Staattinen varaus kuloneissa on suoraan verrannollinen elektronien yli- tai puutteeseen, ts. epästabiilien ionien määrä.

Riipus on staattisen varauksen perusyksikkö, joka määrittää sähkömäärän, joka kulkee langan poikkileikkauksen läpi 1 sekunnissa 1 ampeerilla.

Positiivisella ionilla ei ole yhtä elektronia, joten se voi helposti vastaanottaa elektronin negatiivisesti varautuneesta hiukkasesta. Negatiivinen ioni voi puolestaan ​​olla joko yksi elektroni tai atomi/molekyyli, jossa on suuri määrä elektroneja. Molemmissa tapauksissa on elektroni, joka voi neutraloida positiivisen varauksen.

Kuinka staattista sähköä syntyy

Staattisen sähkön tärkeimmät syyt:

• Kahden materiaalin välinen kosketus ja niiden erottaminen toisistaan ​​(mukaan lukien hankaus, rullaus / aukirullaus jne.).

• Nopea lämpötilan lasku (esimerkiksi kun materiaali asetetaan uuniin).

• Korkeaenerginen säteily, ultraviolettisäteily, röntgensäteet, voimakkaat sähkökentät (ei yleisiä teollisissa sovelluksissa).

• Leikkaustoimenpiteet (esim. leikkauskoneilla tai paperinleikkauskoneilla).

• Manuaalinen (Generated Static Electricity).

Pintakosketus ja materiaalien erottuminen ovat luultavasti yleisimmät staattisen sähkön syyt rullakalvo- ja muovilevyteollisuudessa. Staattista varausta syntyy materiaalien purkamisen/uudelleenkelauksen aikana tai eri materiaalikerrosten liikkuessa suhteessa toisiinsa.

Tämä prosessi ei ole täysin selvä, mutta todenmukaisin selitys staattisen sähkön esiintymiselle voidaan tässä tapauksessa saada analogisesti litteän kondensaattorin kanssa, jossa mekaaninen energia muunnetaan sähköenergiaksi, kun levyt erotetaan:

Tuloksena oleva jännitys = alkujännitys x (lopullinen levyväli / alkulevyväli).

Kun synteettinen kalvo koskettaa syöttö-/ottotelaa, materiaalista telaan virtaava pieni varaus aiheuttaa epätasapainon.Kun materiaali ylittää kosketusalueen akselin kanssa, jännite nousee samalla tavalla kuin telaan. kondensaattorilevyt erotushetkellä.

Käytäntö osoittaa, että tuloksena olevan jännitteen amplitudi on rajoitettu johtuen vierekkäisten materiaalien välisestä raosta, pinnan johtavuudesta ja muista tekijöistä johtuvasta sähköiskusta. Kalvon ulostulossa kosketusalueelta kuulet usein lievän rätiksen tai havaitset kipinöitä. Tämä tapahtuu sillä hetkellä, kun staattinen varaus saavuttaa arvon, joka riittää hajottamaan ympäröivän ilman.

Ennen kosketusta telaan synteettinen kalvo on sähköisesti neutraali, mutta liikkeen ja kosketuksen aikana syöttöpintojen kanssa elektronivirta ohjataan kalvoon ja lataa sen negatiivisella varauksella. Jos akseli on metallia ja maadoitettu, sen positiivinen varaus tyhjenee nopeasti.

Useimmissa laitteissa on useita akseleita, joten latauksen määrä ja sen napaisuus voivat muuttua usein. Paras tapa hallita staattista varausta on mitata se tarkasti ongelma-alueen edessä. Jos varaus neutraloidaan liian aikaisin, se voi palautua ennen kuin kalvo saavuttaa tämän ongelma-alueen.

Jos esine pystyy varastoimaan merkittävän varauksen ja jos siinä on korkea jännite, staattinen sähkö aiheuttaa vakavia ongelmia, kuten kipinöintiä, sähköstaattista hylkimistä/vetoa tai sähköiskua henkilökunnalle.

Lataa napaisuus

Staattinen varaus voi olla positiivinen tai negatiivinen.Tasavirralle (AC) ja passiivisille rajoittimille (harjoille) varausnapaisuus ei yleensä ole tärkeä.

Staattisen sähkön ongelmat

Staattinen purkaus elektroniikassa

Tähän ongelmaan on kiinnitettävä huomiota, koska se tapahtuu usein työskenneltäessä nykyaikaisissa ohjaus- ja mittauslaitteissa käytettyjen elektronisten lohkojen ja komponenttien kanssa.

Elektroniikassa suurin staattiseen sähköön liittyvä vaara tulee latausta kantavasta henkilöstä, eikä sitä pidä jättää huomiotta. Purkausvirta tuottaa lämpöä, joka johtaa katkeaviin liitäntöihin, katkeaviin koskettimiin ja katkenneiden mikropiirien jälkiin. Korkea jännite tuhoaa myös ohuen oksidikalvon kenttätransistoreista ja muista päällystetyistä elementeistä.

Usein komponentit eivät vioittele kokonaan, mitä voidaan pitää vieläkin vaarallisempana, koska vika ei ilmene heti, vaan arvaamattomalla hetkellä laitteen toiminnan aikana.

Yleissääntönä on, että kun työskentelet staattiselle sähkölle herkkien osien ja laitteiden kanssa, sinun tulee aina ryhtyä toimenpiteisiin kehoon kertyneen varauksen neutraloimiseksi.

Sähköstaattinen vetovoima / hylkiminen

Tämä on ehkä yleisin ongelma muovi-, paperi-, tekstiili- ja niihin liittyvillä aloilla. Se ilmenee siinä, että materiaalit muuttavat itsenäisesti käyttäytymistään - ne tarttuvat yhteen tai päinvastoin hylkivät, tarttuvat laitteeseen, houkuttelevat pölyä, epäsäännöllistä tuulta vastaanottavaan laitteeseen jne.

Vetovoima/hylkiminen tapahtuu Coulombin lain mukaisesti, joka perustuu neliön vastakohdan periaatteeseen. Yksinkertaisimmassa muodossaan se ilmaistaan ​​seuraavasti:

Veto- tai hylkäysvoima (newtoneina) = varaus (A) x varaus (B) / (kohteiden välinen etäisyys 2 (metreinä)).

Siksi tämän vaikutuksen intensiteetti liittyy suoraan staattisen varauksen amplitudiin ja houkuttelevien tai hylkivien esineiden väliseen etäisyyteen. Vetovoima ja hylkiminen tapahtuvat sähkökenttälinjojen suunnassa.

Jos kahdella varauksella on sama napaisuus, ne hylkivät; jos päinvastoin, ne houkuttelevat toisiaan. Jos jokin esineistä on latautunut, se aiheuttaa vetovoiman, mikä luo peilikuvan neutraalien esineiden varauksesta.

Tulipalon vaara

Palovaara ei ole yleinen ongelma kaikilla toimialoilla. Tulipalon todennäköisyys on kuitenkin erittäin korkea painatuksessa ja muissa syttyviä liuottimia käyttävissä yrityksissä.

Vaarallisilla alueilla yleisimpiä syttymislähteitä ovat maadoittamattomat laitteet ja liikkuvat johdot. Jos vaara-alueella oleva käyttäjä käyttää urheilukenkiä tai kenkiä, joissa on sähköä johtamattomat pohjat, on olemassa vaara, että hänen kehonsa muodostaa panoksen, joka voi sytyttää liuottimet. Myös koneen maadoittamattomat johtavat osat ovat vaarallisia. Kaiken vaaravyöhykkeellä on oltava kunnolla maadoitettu.

Seuraavat tiedot tarjoavat lyhyen selvityksen staattisen sähkön syttymispotentiaalista syttyvissä ympäristöissä. On tärkeää, että kokemattomat kauppiaat ovat tietoisia laitetyypeistä etukäteen, jotta vältytään virheiltä laitteiden valinnassa tällaisissa olosuhteissa.

Purkauksen kyky aiheuttaa tulipalo riippuu monista muuttujista:

• hävittämisen tyyppi;

• vastuuvapauden teho;

• vastuuvapauden lähde;

• purkaa energiaa;

• syttyvän ympäristön läsnäolo (liuottimet kaasufaasissa, pöly tai syttyvät nesteet);

• syttyvän aineen vähimmäissytytysenergia (MEW).

Purkaustyypit

Päätyyppejä on kolme – kipinä-, harja- ja liukuharjat. Tässä tapauksessa sepelvaltimovuotoa ei oteta huomioon, koska se ei ole kovin energinen ja tapahtuu melko hitaasti. Koronapurkaus on yleensä vaaratonta, ja sitä tulisi harkita vain alueilla, joilla on erittäin suuri palo- ja räjähdysvaara.

Vilpitön vastuuvapaus

Se tulee pääasiassa kohtalaisen johtavasta, sähköeristetystä esineestä. Se voi olla ihmiskeho, koneen osa tai työkalu. Oletetaan, että kaikki varauksen energia hajoaa kipinöinnin hetkellä. Jos energia on suurempi kuin liuotinhöyryn MEW, voi tapahtua syttymistä.

Kipinäenergia lasketaan seuraavasti: E (jouleina) = ½ C U2.

Vuoto käsistä

Harjapurkaus tapahtuu, kun terävät laitteet keskittävät varauksen eristemateriaalien pinnoille, joiden eristysominaisuudet saavat sen kerääntymään. Harjapurkauksen energia on pienempi kuin kipinäpurkauksen ja siksi sillä on pienempi syttymisvaara.

Levitä liukuvalla siveltimellä

Liukuva sivellin ruiskutus tapahtuu arkeille tai rullille korkearesistiivisista synteettisistä materiaaleista, joissa on lisääntynyt varaustiheys ja erilaiset varauspolarisaatiot rainan kummallakin puolella. Tämä ilmiö voi johtua jauhemaalin hankaamisesta tai ruiskuttamisesta. Vaikutus on verrattavissa litteän kondensaattorin purkamiseen ja voi olla yhtä vaarallinen kuin kipinäpurkaus.

Voiman ja energian lähde

Varauksen jakautumisen koko ja geometria ovat tärkeitä tekijöitä. Mitä suurempi kehon tilavuus, sitä enemmän se sisältää energiaa. Terävät kulmat lisäävät kentän voimakkuutta ja ylläpitävät purkauksia.

Purkausteho

Jos esine, jolla on energiaa, ei toimi hyvin sähköäesim. ihmiskehoon, esineen vastus heikentää irtoamista ja vähentää vaaraa. Ihmiskehossa on perussääntö: oletetaan, että kaikki liuottimet, joiden sisäinen minimisytytysenergia on alle 100 mJ, voivat syttyä, vaikka kehon sisältämä energia voi olla 2-3 kertaa korkea.

Minimi sytytysenergia MEW

Liuottimien minimisytytysenergia ja niiden pitoisuus vaarallisella alueella ovat erittäin tärkeitä tekijöitä. Jos minimisytytysenergia on pienempi kuin purkausenergia, on olemassa tulipalon vaara.

Sähköisku

Yhä enemmän huomiota kiinnitetään kysymykseen staattisen shokin riskistä teollisuusyrityksessä. Tämä johtuu työterveys- ja työturvallisuusvaatimusten merkittävästä noususta.

Staattisen sähkön aiheuttama sähköisku ei yleensä ole erityisen vaarallinen. Se on vain epämiellyttävää ja aiheuttaa usein vakavia reaktioita.

Staattisella shokilla on kaksi yleistä syytä:

Indusoitunut varaus

Jos henkilö on sähkökentässä ja pitää kädessään varattua esinettä, kuten filmirullaa, hänen ruumiinsa voi latautua.

Varaus pysyy kuljettajan kehossa, jos hänellä on eristäväpohjaiset kengät, kunnes hän koskettaa maadoitettua laitetta. Panos valuu alas maahan ja osuu ihmiseen. Näin tapahtuu myös silloin, kun käyttäjä koskettaa varautuneita esineitä tai materiaaleja – eristyskenkien ansiosta varaus kerääntyy kehoon. Kun käyttäjä koskettaa laitteen metalliosia, lataus voi purkautua ja aiheuttaa sähköiskun.

Kun ihmiset kävelevät synteettisillä matoilla, maton ja kenkien välinen kosketus synnyttää staattista sähköä. Sähköiskut, joita kuljettajat saavat, kun he nousevat autostaan, laukaisevat istuimen ja vaatteiden väliin kertyneen latauksen, kun he nousevat ylös. Ratkaisu tähän ongelmaan on koskettaa auton metalliosaa, kuten oven karmia, ennen kuin nostetaan istuimelta. Näin varaus valuu turvallisesti maahan ajoneuvon korin ja renkaiden kautta.

Laitteen aiheuttama sähköisku

Tällainen sähköisku on mahdollinen, vaikka se tapahtuu paljon harvemmin kuin materiaalin aiheuttama vahinko.

Jos vastaanottokelassa on merkittävä varaus, käy niin, että käyttäjän sormet keskittävät varauksen siinä määrin, että se saavuttaa murtumispisteen ja tapahtuu purkautuminen. Lisäksi, jos maadoittamaton metalliesine on sähkökentässä, se voi varautua indusoidulla varauksella. Koska metalliesine on sähköä johtava, mobiilivaraus purkautuu esinettä koskettavaan henkilöön.