Все материалы различаются по степени прохождения через них электрических зарядов. Проводники позволить зарядам течь, в то время как Изоляторы препятствовать движению зарядов. Электростатика — это область, посвященная изучению зарядов или заряженных тел в состоянии покоя. Статическое электричество возникает, когда электрические заряды, которые не движутся, накапливаются на объектах. Если заряды текут, то возникает ток, и электричество больше не является статичным. Ток, возникающий в результате перемещения зарядов, обычно называют электричеством, и он обсуждается в других статьях этой главы. Статическая электрификация термин, используемый для обозначения любого процесса, приводящего к разделению положительных и отрицательных электрических зарядов. Проводимость измеряется свойством, называемым проводимость, в то время как изолятор характеризуется его удельное сопротивление. Разделение зарядов, приводящее к электризации, может происходить в результате механических процессов, например соприкосновения предметов и трения или столкновения двух поверхностей. Поверхности могут быть двумя твердыми телами или твердым телом и жидкостью. Механический процесс может, реже, быть разрывом или разделением твердых или жидких поверхностей. Эта статья посвящена контакту и трению.

Процессы электрификации

Явление генерации статического электричества при трении (трибоэлектрификация) известно уже тысячи лет. Контакта между двумя материалами достаточно, чтобы вызвать электризацию. Трение — это просто тип взаимодействия, который увеличивает площадь контакта и выделяет тепло.трение общий термин для описания движения двух контактирующих объектов; оказываемое давление, его скорость сдвига и выделяемое тепло являются основными факторами, определяющими заряд, создаваемый трением. Иногда трение приводит к отрыву и твердых частиц.

Когда два соприкасающихся твердых тела представляют собой металлы (контакт металл-металл), электроны мигрируют от одного к другому. Каждый металл характеризуется разным начальным потенциалом (потенциалом Ферми), и природа всегда движется к равновесию, т. е. природные явления работают на устранение разницы потенциалов. Эта миграция электронов приводит к возникновению контактного потенциала. Поскольку заряды в металле очень подвижны (металлы — отличные проводники), заряды рекомбинируют даже в последней точке контакта, прежде чем два металла разделятся. Поэтому невозможно вызвать электризацию, соединив два металла, а затем разделив их; заряды всегда будут течь, чтобы устранить разность потенциалов.

Когда металл и изолятор вступают в контакт почти без трения в вакууме, энергетический уровень электронов в металле приближается к уровню изолятора. Поверхностные или объемные примеси вызывают это, а также препятствуют возникновению дуги (разряду электричества между двумя заряженными телами — электродами) при разделении. Заряд, передаваемый изолятору, пропорционален сродству металла к электрону, и каждый изолятор также имеет связанное с ним сродство к электрону или притяжение электронов. Таким образом, возможен также перенос положительных или отрицательных ионов от изолятора к металлу. Заряд на поверхности после контакта и разделения описывается уравнением 1 в таблице 1.

Таблица 1. Основные соотношения в электростатике. Сборник уравнений

Уравнение 1: зарядка при контакте металла и изолятора

В общем случае плотность поверхностного заряда () после контакта и разделения 

может быть выражена:

в котором

e это заряд электрона
N_E - плотность энергетического состояния на поверхности изолятора
f_i - сродство изолятора к электрону, а
f_m сродство металла к электрону

Уравнение 2: Зарядка после контакта между двумя изоляторами

Следующая общая форма уравнения 1 применяется к переносу заряда
между двумя изоляторами с разным энергетическим состоянием (только идеально чистые поверхности):

в котором N_E1 и N_E2 - плотности энергетического состояния на поверхности двух изоляторов, 

и  ^Ø₁ и ^Ø ₂ - сродство к электрону двух изоляторов.

Уравнение 3: Максимальная плотность поверхностного заряда

Диэлектрическая прочность (E_G) окружающего газа накладывает верхний предел на заряд, который он
можно генерировать на плоской изолирующей поверхности. В воздухе, E_G составляет примерно 3 МВ/м.
Максимальная поверхностная плотность заряда определяется выражением:

Уравнение 4: Максимальный заряд сферической частицы

Когда номинально сферические частицы заряжаются коронным эффектом, максимальная
заряд, который может приобрести каждая частица, определяется пределом Потенье:

в котором

q_Макс это максимальный заряд
a радиус частицы
e_I - относительная диэлектрическая проницаемость и

Уравнение 5: Разряды от проводников

Потенциал изолированного проводника, несущего заряд Q дан кем-то V = Q/C и
накопленная энергия за счет:

Уравнение 6: Изменение потенциала заряженного проводника во времени

В проводнике, заряжаемом постоянным током (I_G), ход времени
потенциал описывается:

в котором R_f сопротивление утечки проводника

Уравнение 7: Конечный потенциал заряженного проводника

В течение длительного времени, t >R_f C, это сводится к:

а запасенная энергия определяется выражением:

Уравнение 8: запасенная энергия заряженного проводника

Когда два изолятора вступают в контакт, происходит перенос заряда из-за различных состояний их поверхностной энергии (уравнение 2, таблица 1). Заряды, перенесенные на поверхность изолятора, могут мигрировать вглубь материала. Влажность и поверхностное загрязнение могут сильно изменить поведение зарядов. Поверхностная влажность, в частности, увеличивает плотность поверхностного энергетического состояния за счет увеличения поверхностной проводимости, что способствует рекомбинации зарядов и облегчает подвижность ионов. Большинство людей узнают об этом из своего повседневного жизненного опыта по тому факту, что они склонны подвергаться воздействию статического электричества в сухих условиях. Содержание воды в некоторых полимерах (пластиках) будет меняться по мере их загрузки. Увеличение или уменьшение содержания воды может даже изменить направление потока заряда (его полярность).

Полярность (относительная положительная и отрицательная) двух изоляторов, находящихся в контакте друг с другом, зависит от сродства каждого материала к электрону. Изоляторы можно ранжировать по их сродству к электрону, и некоторые иллюстративные значения перечислены в таблице 2. Сродство изолятора к электрону является важным фактором для программ профилактики, которые обсуждаются далее в этой статье.

Таблица 2. Электронное сродство выбранных полимеров*

* Материал приобретает положительный заряд, когда он вступает в контакт с материалом, указанным над ним, и отрицательный заряд, когда он вступает в контакт с материалом, указанным под ним. Однако сродство изолятора к электрону является многофакторным.

Хотя были попытки установить трибоэлектрический ряд, в котором материалы были бы ранжированы таким образом, чтобы те, которые приобретают положительный заряд при контакте с материалами, оказывались выше в ряду, чем те, которые приобретают отрицательный заряд при контакте, общепризнанного ряда установлено не было.

Когда твердое тело и жидкость встречаются (с образованием граница раздела твердое тело-жидкость), перенос заряда происходит за счет миграции ионов, находящихся в жидкости. Эти ионы образуются в результате диссоциации примесей, которые могут присутствовать, или в результате электрохимических окислительно-восстановительных реакций. Поскольку на практике совершенно чистых жидкостей не существует, в жидкости всегда будет по крайней мере некоторое количество положительных и отрицательных ионов, доступных для связывания с границей раздела жидкость-твердое тело. Существует много типов механизмов, с помощью которых может происходить это связывание (например, электростатическое прилипание к металлическим поверхностям, химическая абсорбция, введение электролита, диссоциация полярных групп и, если стенка сосуда является изолирующей, реакции жидкость-твердое тело).

Поскольку растворяющиеся (диссоциирующие) вещества изначально электрически нейтральны, они будут генерировать одинаковое количество положительных и отрицательных зарядов. Электрификация происходит только в том случае, если положительные или отрицательные заряды преимущественно прилипают к поверхности твердого тела. Если это происходит, образуется очень плотный слой, известный как слой Гельмгольца. Поскольку слой Гельмгольца заряжен, он будет притягивать к себе ионы противоположной полярности. Эти ионы будут группироваться в более рассеянный слой, известный как слой Гуи, который расположен поверх поверхности компактного слоя Гельмгольца. Толщина слоя Гуи увеличивается с увеличением удельного сопротивления жидкости. Проводящие жидкости образуют очень тонкие слои Гуи.

Этот двойной слой разделится, если жидкость будет течь, при этом слой Гельмгольца останется связанным с границей раздела, а слой Гуи увлечется текущей жидкостью. Движение этих заряженных слоев создает разность потенциалов (т. зета потенциал), а ток, индуцируемый движущимися зарядами, известен как потоковый ток. Количество заряда, накапливающегося в жидкости, зависит от скорости диффузии ионов к границе раздела и от удельного сопротивления жидкости. (р). Однако ток потока остается постоянным во времени.

Ни хорошо изолирующие, ни проводящие жидкости не станут заряженными — во-первых, потому что в них присутствует очень мало ионов, а во-вторых, потому что в жидкостях, которые очень хорошо проводят электричество, ионы будут рекомбинировать очень быстро. На практике электризация происходит только в жидкостях с удельным сопротивлением более 10⁷Ом·м или менее 10¹¹Ом м, причем наибольшие значения наблюдаются для r 10⁹ в 10¹¹ Ом·м.

Текущие жидкости вызывают накопление заряда на изолирующих поверхностях, по которым они текут. Степень накопления поверхностной плотности заряда ограничена (1) тем, насколько быстро ионы в жидкости рекомбинируют на границе жидкость-твердое тело, (2) насколько быстро ионы в жидкости проходят через изолятор, или ( 3) возникает ли поверхностное или объемное искрение через изолятор и, таким образом, разряжается заряд. Турбулентный поток и поток по шероховатым поверхностям способствуют электрификации.

Когда к заряженному телу (электроду) малого радиуса (например, к проводу) приложено высокое напряжение, скажем несколько киловольт, электрическое поле в непосредственной близости от заряженного тела велико, но оно быстро уменьшается с расстояние. Если происходит разряд накопленных зарядов, разряд будет ограничен областью, в которой электрическое поле сильнее, чем диэлектрическая прочность окружающей атмосферы, явление, известное как эффект короны, потому что дуга также излучает свет. (Люди, возможно, действительно видели маленькие искры, когда они лично испытали удар от статического электричества.)

Плотность заряда на изолирующей поверхности также может быть изменена движущимися электронами, генерируемыми электрическим полем высокой напряженности. Эти электроны будут генерировать ионы из любых молекул газа в атмосфере, с которой они вступают в контакт. Когда электрический заряд тела положительный, заряженное тело будет отталкивать любые созданные положительные ионы. Электроны, создаваемые отрицательно заряженными объектами, теряют энергию по мере удаления от электрода и присоединяются к молекулам газа в атмосфере, образуя отрицательные ионы, которые продолжают удаляться от точек заряда. Эти положительные и отрицательные ионы могут останавливаться на любой изолирующей поверхности и изменять плотность заряда поверхности. Этот тип заряда намного легче контролировать и он более однороден, чем заряды, создаваемые трением. Существуют ограничения на размер сборов, которые можно генерировать таким образом. Предел описан математически в уравнении 3 в таблице 1.

Для создания более высоких зарядов диэлектрическая прочность окружающей среды должна быть увеличена либо путем создания вакуума, либо путем металлизации другой поверхности изолирующей пленки. Последняя уловка втягивает электрическое поле в изолятор и, следовательно, уменьшает напряженность поля в окружающем газе.

Когда проводник в электрическом поле (Е) заземлен (см. рис. 1), заряды могут производиться индукцией. В этих условиях электрическое поле вызывает поляризацию — разделение центров тяжести отрицательных и положительных ионов проводника. Проводник, временно заземленный только в одной точке, будет нести суммарный заряд при отключении от земли из-за миграции зарядов вблизи этой точки. Это объясняет, почему проводящие частицы, находящиеся в однородном поле, колеблются между электродами, заряжаясь и разряжаясь при каждом контакте.

Рис. 1. Механизм зарядки проводника индукцией

Опасности, связанные со статическим электричеством

Болезненные последствия, вызванные накоплением статического электричества, варьируются от дискомфорта, который человек испытывает при прикосновении к заряженному предмету, например дверной ручке, до очень серьезных травм, даже со смертельным исходом, которые могут произойти в результате взрыва, вызванного статическим электричеством. Физиологическое воздействие электростатических разрядов на человека колеблется от неприятного покалывания до сильных рефлекторных действий. Эти эффекты вызываются разрядным током и особенно плотностью тока на коже.

В этой статье мы опишем некоторые практические способы, которыми поверхности и предметы могут заряжаться (электризация). Когда индуцированное электрическое поле превышает способность окружающей среды выдерживать заряд (то есть превышает диэлектрическую прочность окружающей среды), возникает разряд. (В воздухе диэлектрическая прочность описывается кривой Пашена и зависит от произведения давления на расстояние между заряженными телами.)

Разрывные разряды могут принимать следующие формы:

• искры или дуги, соединяющие два заряженных тела (два металлических электрода)

• частичные, или щеточные, разряды, шунтирующие металлический электрод и изолятор или даже два изолятора; эти разряды называются частичными, потому что проводящий путь не полностью закорачивает два металлических электрода, а обычно является множественным и щеткообразным.

• коронные разряды, также известные как точечные эффекты, возникающие в сильном электрическом поле вокруг заряженных тел или электродов малого радиуса.

Изолированные проводники имеют чистую емкость C относительно земли. Эта связь между зарядом и потенциалом выражена в уравнении 5 в таблице 1.

Типичным примером изолированного проводника является человек в изолирующей обуви. Тело человека представляет собой электростатический проводник с типичной емкостью относительно земли примерно 150 пФ и потенциалом до 30 кВ. Поскольку люди могут быть изолирующими проводниками, они могут испытывать электростатические разряды, такие как более или менее болезненные ощущения, которые иногда возникают, когда рука приближается к дверной ручке или другому металлическому предмету. Когда потенциал достигает примерно 2 кВ, будет ощущаться энергия, эквивалентная 0.3 мДж, хотя этот порог варьируется от человека к человеку. Более сильные разряды могут вызвать неконтролируемые движения, приводящие к падению. В случае рабочих, использующих инструменты, непроизвольные рефлекторные движения могут привести к травмам пострадавшего и других людей, которые могут работать поблизости. Уравнения с 6 по 8 в таблице 1 описывают изменение потенциала во времени.

Фактическое искрение произойдет, когда сила индуцированного электрического поля превысит диэлектрическую прочность воздуха. Из-за быстрой миграции зарядов в проводниках практически все заряды стекают к точке разряда, высвобождая всю накопленную энергию в виде искры. Это может иметь серьезные последствия при работе с горючими или взрывоопасными веществами или в легковоспламеняющихся условиях.

Приближение заземленного электрода к заряженной изолирующей поверхности изменяет электрическое поле и индуцирует заряд в электроде. По мере приближения поверхностей друг к другу напряженность поля увеличивается, что в конечном итоге приводит к частичному разряду с заряженной изолированной поверхности. Поскольку заряды на изолирующих поверхностях не очень подвижны, в разряде участвует лишь небольшая часть поверхности, поэтому энергия, выделяемая при этом типе разряда, намного меньше, чем при дуговых разрядах.

Заряд и передаваемая энергия, по-видимому, прямо пропорциональны диаметру металлического электрода, примерно до 20 мм. Начальная полярность изолятора также влияет на заряд и передаваемую энергию. Частичные разряды с положительно заряженных поверхностей менее энергичны, чем с отрицательно заряженных. Невозможно определить, априорный, энергия, переносимая разрядом с изолирующей поверхности, в отличие от ситуации с проводящими поверхностями. Фактически, поскольку изолирующая поверхность не эквипотенциальна, невозможно даже определить задействованные емкости.

Ползучий разряд

Мы видели в уравнении 3 (таблица 1), что поверхностная плотность заряда изолирующей поверхности в воздухе не может превышать 2,660 пКл/см.².

Если мы рассмотрим изоляционную пластину или пленку толщиной a, лежащих на металлическом электроде или имеющих одну металлическую поверхность, легко продемонстрировать, что электрическое поле втягивается в изолятор индуцированным зарядом на электроде, поскольку заряды осаждаются на неметаллической поверхности. В результате электрическое поле в воздухе очень слабое и ниже, чем оно было бы, если бы одна из граней не была металлической. В этом случае диэлектрическая прочность воздуха не ограничивает накопление заряда на изолирующей поверхности, и можно достичь очень высоких поверхностных плотностей заряда (>2,660 пКл/см²). Это накопление заряда увеличивает поверхностную проводимость изолятора.

Когда электрод приближается к изолирующей поверхности, возникает ползучий разряд, затрагивающий большую часть заряженной поверхности, которая стала проводящей. Из-за больших площадей поверхности этот тип разряда высвобождает большое количество энергии. В случае пленок воздушное поле очень слабое, и для возникновения разряда расстояние между электродом и пленкой должно быть не больше толщины пленки. Ползучий разряд может возникнуть и при отделении заряженного изолятора от металлического покрытия. В этих условиях воздушное поле резко увеличивается, и вся поверхность изолятора разряжается, чтобы восстановить равновесие.

Электростатические разряды и опасность пожара и взрыва

Во взрывоопасных средах бурные экзотермические реакции окисления, связанные с передачей энергии в атмосферу, могут быть вызваны:

• открытое пламя

• электрические искры

• радиочастотные искры вблизи сильного радиоисточника

• искры, возникающие при столкновениях (например, между металлом и бетоном)

• электростатические разряды.

Нас здесь интересует только последний случай. Температуры вспышки (температура, при которой жидкие пары воспламеняются при контакте с открытым пламенем) различных жидкостей и температура самовоспламенения различных паров приведены в химическом разделе настоящего документа. Энциклопедия. Пожарную опасность, связанную с электростатическими разрядами, можно оценить по нижнему пределу воспламеняемости газов, паров и твердых или жидких аэрозолей. Этот предел может значительно варьироваться, как показано в таблице 3.

Таблица 3. Типичные нижние пределы воспламеняемости

Смесь воздуха и горючего газа или пара может взорваться только тогда, когда концентрация горючего вещества находится между его верхним и нижним пределами взрываемости. В этом диапазоне минимальная энергия воспламенения (MIE) — энергия, которой должен обладать электростатический разряд для воспламенения смеси, — сильно зависит от концентрации. Было последовательно показано, что минимальная энергия воспламенения зависит от скорости выделения энергии и, соответственно, от продолжительности разряда. Радиус электрода также является фактором:

• Электроды малого диаметра (порядка нескольких миллиметров) вызывают коронный разряд, а не искры.

• При электродах большего диаметра (порядка нескольких сантиметров) масса электрода служит для охлаждения искры.

Как правило, самые низкие МИЭ достигаются с электродами, которые достаточно велики, чтобы предотвратить коронный разряд.

МИЭ также зависит от межэлектродного расстояния и является наименьшим на расстоянии закалки («расстоянии депинцемента»), на котором энергия, выделяемая в зоне реакции, превышает тепловые потери на электродах. Экспериментально показано, что каждое горючее вещество имеет максимально безопасное расстояние, соответствующее минимальному межэлектродному расстоянию, при котором может произойти взрыв. Для углеводородов это менее 1 мм.

Вероятность взрывов пороха зависит от концентрации, с наибольшей вероятностью, связанной с концентрациями порядка 200–500 г/мXNUMX.³. MIE также зависит от размера частиц: более мелкие порошки легче взрываются. Как для газов, так и для аэрозолей МИЭ уменьшается с температурой.

Промышленные примеры

Многие процессы, обычно используемые для обработки и транспортировки химических веществ, генерируют электростатические заряды. К ним относятся:

• высыпание порошков из мешков

• скрининг

• транспортировка по трубопроводу

• перемешивание жидкости, особенно в присутствии нескольких фаз, взвешенных твердых частиц или капель несмешивающихся жидкостей

• распыление жидкости или распыление.

Последствия образования электростатического заряда включают механические проблемы, опасность электростатического разряда для операторов и, если используются продукты, содержащие легковоспламеняющиеся растворители или пары, даже взрыв (см. таблицу 4).

Таблица 4. Удельный сбор, связанный с отдельными промышленными операциями

Жидкие углеводороды, такие как нефть, керосин и многие распространенные растворители, обладают двумя характеристиками, которые делают их особенно чувствительными к проблемам статического электричества:

• высокое удельное сопротивление, что позволяет им накапливать высокие уровни зарядов

• легковоспламеняющиеся пары, увеличивающие риск низкоэнергетических разрядов, вызывающих пожары и взрывы.

Заряды могут генерироваться во время транспортного потока (например, через трубопроводы, насосы или клапаны). Прохождение через фильтры тонкой очистки, такие как те, которые используются при заправке баков самолетов, может привести к образованию плотности заряда в несколько сотен микрокулонов на кубический метр. Осаждение частиц и образование заряженного тумана или пены во время проточного наполнения резервуаров также может привести к образованию зарядов.

В период с 1953 по 1971 год статическое электричество стало причиной 35 пожаров и взрывов во время или после наполнения керосиновых цистерн, и еще больше аварий произошло во время наполнения цистерн грузовиков. Наличие фильтров или разбрызгивание во время заполнения (из-за образования пены или тумана) были наиболее часто выявляемыми факторами риска. Несчастные случаи также происходили на борту нефтяных танкеров, особенно во время очистки танков.

Принципы предотвращения статического электричества

Все проблемы, связанные со статическим электричеством, возникают из-за:

• генерация электрических зарядов

• накопление этих зарядов на изоляторах или изолированных проводниках

• электрическое поле, создаваемое этими зарядами, которое, в свою очередь, приводит к силовому или пробивающему разряду.

Профилактические меры направлены на предотвращение накопления электростатических зарядов, и стратегия выбора состоит в том, чтобы в первую очередь избегать образования электрических зарядов. Если это невозможно, следует принять меры, направленные на заземление зарядов. Наконец, если разряды неизбежны, следует защитить чувствительные объекты от воздействия разрядов.

Подавление или уменьшение образования электростатического заряда

Это первый подход к предотвращению электростатического разряда, который следует предпринять, потому что это единственная превентивная мера, которая устраняет проблему в ее источнике. Однако, как обсуждалось ранее, заряды генерируются всякий раз, когда два материала, по крайней мере один из которых является изолирующим, вступают в контакт и впоследствии разделяются. На практике генерация заряда может происходить даже при контакте и отрыве материала от самого себя. Фактически в генерации заряда участвуют поверхностные слои материалов. Поскольку малейшая разница в влажности поверхности или загрязнение поверхности приводит к образованию статических зарядов, полностью избежать образования зарядов невозможно.

Чтобы уменьшить количество зарядов, генерируемых контактирующими поверхностями:

• Избегайте соприкосновения материалов друг с другом, если они имеют очень разное сродство к электрону, то есть если они находятся очень далеко друг от друга в трибоэлектрическом ряду. Например, избегайте контакта между стеклом и тефлоном (ПТФЭ) или между ПВХ и полиамидом (нейлоном) (см. таблицу 2).

• Уменьшите скорость потока между материалами. Это снижает скорость сдвига между твердыми материалами. Например, можно уменьшить скорость экструзии пластиковых пленок, движения измельченных материалов на конвейере или жидкостей в трубопроводе.

Никаких окончательных безопасных пределов скорости потока не установлено. Британский стандарт BS-5958-Часть 2  Свод практических правил по контролю нежелательного статического электричества рекомендует, чтобы произведение скорости (в метрах в секунду) и диаметра трубы (в метрах) было менее 0.38 для жидкостей с электропроводностью менее 5 пСм/м (в пикосименсах на метр) и менее 0.5 для жидкостей. с проводимостями выше 5 пСм/м. Этот критерий справедлив только для однофазных жидкостей, транспортируемых со скоростью не более 7 м/с.

Следует отметить, что уменьшение сдвига или скорости потока не только уменьшает образование заряда, но также помогает рассеять любые образующиеся заряды. Это связано с тем, что более низкие скорости потока приводят к более длительному времени пребывания, чем время, связанное с зонами релаксации, где скорость потока снижается за счет таких стратегий, как увеличение диаметра трубы. Это, в свою очередь, увеличивает заземление.

Заземление статического электричества

Основное правило предотвращения электростатического разряда заключается в устранении разности потенциалов между объектами. Это можно сделать, соединив их или заземлив (заземлив). Однако изолированные проводники могут накапливать заряды и, таким образом, заряжаться за счет индукции, что является уникальным для них явлением. Разряды от проводников могут принимать форму высокоэнергетических и опасных искр.

Это правило согласуется с рекомендациями по предотвращению поражения электрическим током, которые также требуют, чтобы все доступные металлические части электрооборудования были заземлены, как во французском стандарте. Электроустановки низкого напряжения (NFC 15-100). Для обеспечения максимальной электростатической безопасности, что нас здесь беспокоит, это правило следует распространить на все проводящие элементы. Сюда входят металлические рамы столов, дверные ручки, электронные компоненты, резервуары, используемые в химической промышленности, и шасси транспортных средств, используемых для перевозки углеводородов.

С точки зрения электростатической безопасности идеальным миром был бы мир, в котором все было бы проводником и было бы постоянно заземлено, таким образом перенося все заряды в землю. В этих условиях все было бы постоянно эквипотенциально, а электрическое поле и риск разряда, следовательно, были бы равны нулю. Однако почти никогда невозможно достичь этого идеала по следующим причинам:

• Не все продукты, с которыми приходится обращаться, являются проводниками, и многие из них нельзя сделать проводящими с помощью добавок. Примерами таких продуктов являются сельскохозяйственная и фармацевтическая продукция, а также жидкости высокой чистоты.

• Желаемые свойства конечного продукта, такие как оптическая прозрачность или низкая теплопроводность, могут препятствовать использованию проводящих материалов.

• Невозможно постоянно заземлять мобильное оборудование, такое как металлические тележки, беспроводные электронные инструменты, транспортные средства и даже людей-операторов.

Защита от электростатических разрядов

Следует иметь в виду, что этот раздел касается только защиты электростатически чувствительного оборудования от неизбежных разрядов, снижения генерирования заряда и устранения зарядов. Возможность защиты оборудования не устраняет принципиальной необходимости предотвращения накопления электростатического заряда.

Как показано на рисунке 2, все электростатические проблемы включают в себя источник электростатического разряда (первоначально заряженный объект), цель, которая получает разряд, и среду, через которую проходит разряд (диэлектрический разряд). Следует отметить, что либо цель, либо окружающая среда могут быть электростатически чувствительными. Некоторые примеры чувствительных элементов перечислены в таблице 5.

Рисунок 2. Схема задачи электростатического разряда

Таблица 6. Примеры оборудования, чувствительного к электростатическим разрядам

Защита рабочих

Рабочие, у которых есть основания полагать, что они получили электрический заряд (например, при выходе из транспортного средства в сухую погоду или при ходьбе в определенных типах обуви), могут применять ряд защитных мер, таких как следующие:

• Уменьшите плотность тока на уровне кожи, прикоснувшись к заземленному проводнику металлическим предметом, например ключом или инструментом.

• Уменьшите пиковое значение тока, разрядив его на рассеивающий объект, если таковой имеется (столешница или специальное устройство, такое как защитный браслет с последовательным сопротивлением).

Защита во взрывоопасных средах

Во взрывоопасных средах сама среда чувствительна к электростатическим разрядам, а разряды могут привести к воспламенению или взрыву. Защита в этих случаях состоит в замене воздуха либо газовой смесью, содержание кислорода в которой меньше нижнего предела взрываемости, либо инертным газом, например азотом. Инертный газ использовался в бункерах и реакционных сосудах в химической и фармацевтической промышленности. В этом случае необходимы адекватные меры предосторожности, чтобы гарантировать, что работники получают адекватную подачу воздуха.

Назад