Что такое статическое напряжение

Статическое напряжение появляется в случае нарушения внутриатомного либо внутримолекулярного равновесия вследствие приобретения либо утраты электрона. Обычно атом находится в сбалансированном состоянии благодаря схожему числу положительных и отрицательных частиц — протонов и электронов. Электроны могут просто передвигаются от 1-го атома к другому. При всем этом они сформировывают положительные (где отсутствует электрон) либо отрицательные (одиночный электрон либо атом с дополнительным электроном) ионы. Когда происходит таковой дисбаланс, появляется статическое напряжение.

Электронный заряд электрона — (-) 1,6 х 10-19 кулон. Протон с таким же по величине зарядом имеет положительную полярность. Статический заряд в кулонах прямо пропорционален излишку либо недостатку электронов, т.е. числу неуравновешенных ионов. Кулон – это основная единица статического заряда, определяющая количество электричества, проходящее через поперечное сечение проводника за 1 секунду при силе тока в 1 ампер.

У положительного иона отсутствует один электрон, как следует, он может просто принимать электрон от негативно заряженной частички. Отрицательный ион в свою очередь может быть или одиночным электроном, или атомом/молекулой с огромным числом электронов. В обоих случаях существует электрон, способный нейтрализовать положительный заряд.

Как генерируется статическое напряжение

Главные предпосылки возникновения статического напряжения:

1. Контакт меж 2-мя материалами и их отделение друг от друга (включая трение, намотку/размотку и пр.).

2. Резвый температурный перепад (к примеру, в момент помещения материала в духовой шкаф).

3. Радиация с высочайшими значениями энергии, уф-излучение, рентгеновские X-лучи, сильные электронные поля (нерядовые для промышленных производств).

4. Резательные операции (к примеру, на раскроечных станках либо бумагорезальных машинах).

5. Наведение (вызванное статическим зарядом появление электронного поля).

Поверхностный контакт и разделение материалов, может быть, являются более всераспространенными причинами появления статического напряжения на производствах, связанных с обработкой рулонных пленок и листовых пластиков. Статический заряд генерируется в процессе разматывания/наматывания материалов либо перемещения друг относительно друга разных слоев материалов. Этот процесс не полностью понятен, но более правдивое разъяснение возникновения статического напряжения в этом случае может быть получено проведением аналогии с плоским конденсатором, в каком механическая энергия при разделении пластинок преобразуется в электронную:

Результирующее напряжение = изначальное напряжение х (конечное расстояние меж пластинами/изначальное расстояние меж пластинами).

Когда синтетическая пленка касается подающего/приемного вала, низкий заряд, перетекающий от материала к валу, провоцирует дисбаланс. По мере того, как материал преодолевает зону контакта с валом, напряжение растет точно также как в случае с конденсаторными пластинами в момент их разделения.

Практика указывает, что амплитуда результирующего напряжения ограничена вследствие электронного пробоя, возникающего в промежутке меж примыкающими материалами, поверхностной проводимости и других причин. На выходе пленки из контактной зоны нередко можно слышать слабенькое потрескивание либо следить искрение. Это происходит в момент, когда статический заряд добивается величины, достаточной для пробоя окружающего воздуха. До контакта с валом синтетическая пленка исходя из убеждений электричества нейтральна, но в процессе перемещения и контакта с подающими поверхностями поток электронов направляется на пленку и заряжает ее отрицательным зарядом. Если вал железный и заземленный его положительный заряд стремительно стекает.

Большая часть оборудования имеет много валов, потому величина заряда и его полярность могут нередко изменяться. Лучший метод контроля статического заряда – это его четкое определение на участке конкретно перед проблемной зоной. Если заряд нейтрализован очень рано, он может восстановиться до того, как пленка достигнет этой проблемной зоны.

В теории появление статического заряда может быть проиллюстрировано обычный электронной схемой: C – делает функцию конденсатора, который копит заряд, как батарея. Это обычно поверхность материала либо изделия.

R – сопротивление, способное ослабить заряд материала/механизма (обычно при слабенькой циркуляции тока). Если материал является проводником, заряд стекает на землю и не делает заморочек. Если же материал является изолятором, заряд не сумеет стекать, и появляются трудности. Искровой разряд появляется в этом случае, когда напряжение скопленного заряда добивается предельного порога.

Токовая нагрузка — заряд, сгенерированный, к примеру, в процессе перемещения пленки по валу. Ток заряда заряжает конденсатор (объект) и увеличивает его напряжение U. В то время как напряжение увеличивается, 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 копить значимый заряд, и если имеет место высочайшее напряжение, статическое напряжение приводит к появлению таких суровых заморочек, как искрение, электростатическое отталкивание/притягивание либо электропоражение персонала.

Полярность заряда

Статический заряд может быть или положительным, или отрицательным. Для разрядников неизменного тока (AC) и пассивных разрядников (щеток) полярность заряда обычно не принципиальна.

Трудности, связанные со статическим напряжением

Существует 4 главные области:

Статический разряд в электронике

На эту делему нужно направить внимание, т.к. она нередко появляется в процессе воззвания с электрическими блоками и компонентами, использующимися в современных контрольно-измерительных устройствах.

В электронике основная опасность, связанная со статическим зарядом, исходит от человека, несущего заряд, и третировать этим нельзя. Ток разряда порождает тепло, которое приводит к разрушению соединений, прерыванию контактов и разрыву дорожек микросхем. Высочайшее напряжение уничтожает также узкую оксидную пленку на полевых транзисторах и других элементах, имеющих покрытие.

Нередко составляющие не стопроцентно выходят из строя, что можно считать еще больше небезопасным, т.к. неисправность проявляется не сходу, а в непредсказуемый момент в процессе использования устройства.

Общепринятое правило: при работе с чувствительными к статическому электричеству деталями и устройствами нужно всегда принимать конструктивные меры для нейтрализации заряда, скопленного на человеческом теле. Подробная информация по этому вопросу содержится в документах евро эталона CECC 00015.

Электростатическое притяжение/отталкивание

Это, может быть, более обширно всераспространенная неувязка, возникающая на предприятиях, связанных с созданием и обработкой пластмасс, бумаги, текстиля и в смежных отраслях. Она проявляется в том, что материалы без помощи других меняют свое поведение — склеиваются меж собой либо, напротив, отталкиваются, прилипают к оборудованию, притягивают пыль, некорректно наматываются на приемное устройство и пр.

Притягивание/отталкивание происходит в согласовании с законом Кулона, в базе которого лежит принцип противоположности квадрата. В обычный форме он выражается последующим образом:

Сила притяжения либо отталкивания (в Ньютонах) = Заряд (А) х Заряд (В) / (Расстояние меж объектами 2 (в метрах)).

Как следует, интенсивность проявления этого эффекта впрямую связана с амплитудой статического заряда и расстоянием меж притягивающимися либо отталкивающимися объектами. Притягивание и отталкивание происходят в направлении силовых линий электронного поля.

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

Риск появления пожара

Риск появления пожара не является общей для всех производств неувязкой. Но возможность возгорания очень велика на полиграфических и других предприятиях, где употребляются легковоспламеняющиеся растворители.

В небезопасных зонах более всераспространенными источниками возгорания являются незаземленное оборудование и подвижные проводники. Если на операторе, находящемся в небезопасной зоне, насажена спортивная обувь либо 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 небезопасной зоне должно быть отлично заземлено.

Нижеследующая информация дает короткое пояснение возможности статического разряда стимулировать возгорание в легковоспламеняющихся средах. Принципиально, чтоб неопытные торговцы были заблаговременно ознакомлены о видах оборудования, чтоб не допустить ошибки в подборе устройств для внедрения в таких критериях.

Способность разряда стимулировать возгорание находится в зависимости от многих переменных причин:
— типа разряда;
— мощности разряда;
— источника разряда;
— энергии разряда;
— наличия легковоспламеняющейся среды (растворителей в газовой фазе, пыли либо горючих жидкостей);
— малой энергии воспламенения (МЭВ) легковоспламеняющейся среды.

Типы разряда

Существует три главных типа – искровой, кистевой и скользящий кистевой разряды. Коронный разряд в этом случае во внимание не принимается, т.к. он отличается низкой энергией и происходит довольно медлительно. Коронный разряд в большинстве случаев безопасен, его следует учесть исключительно в зонах очень высочайшей пожаро- и взрывоопасности.

Искровой разряд

В главном он исходит от равномерно проводящего, электрически изолированного объекта. Это может быть человеческое тело, деталь машины либо инструмент. Подразумевается, что вся энергия заряда рассеивается в момент искрения. Если энергия выше МЭВ паров растворителя, может произойти воспламенение.

Энергия искры рассчитывается последующим образом: Е (в Джоулях) = ½ С U2.

Кистевой разряд

Кистевой разряд появляется, когда заостренные части деталей оборудования концентрируют заряд на поверхностях диэлектрических материалов, изоляционные характеристики которых приводят к его скоплению. Кистевой разряд отличается более низкой энергией по сопоставлению с искровым и, соответственно, представляет наименьшую опасность в отношении воспламенения.

Скользящий кистевой разряд

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

Источник и энергия разряда

Величина и геометрия рассредотачивания заряда являются необходимыми факторами. Чем больше объем тела, тем больше энергии оно содержит. Острые углы увеличивают мощность поля и поддерживают разряды.

Мощность разряда

Если объект, имеющий энергию, не прекрасно проводит электронный ток, к примеру, тело человека, сопротивление объекта будет ослаблять разряд и понижать опасность. Для тела человека существует эмпирическое правило: считать, что любые растворители с внутренней малой энергией воспламенения наименее 100 мДж могут возгореться невзирая на то, что энергия, содержащаяся в теле, может быть выше в 2 – 3 раза.

Малая энергия воспламенения МЭВ

Малая энергия воспламенения растворителей и их концентрация в небезопасной зоне являются очень необходимыми факторами. Если малая энергия воспламенения ниже энергии разряда, появляется риск возгорания. Электропоражение

Вопросу риска статического удара в критериях промышленного предприятия уделяется больше внимания. Это связано с значимым увеличением требований к гигиене и безопасности труда.

Электропоражение, спровоцированное статическим напряжением, в принципе не представляет особенной угрозы. Оно просто неприятно и нередко вызывает резкую реакцию.

Есть две общие предпосылки статического удара:

Наведенный заряд

Если человек находится в электронном поле и держится за заряженный объект, к примеру, за намоточную бобину для пленки, может быть, что его тело зарядится.

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 либо материалов – из-за изолирующей обуви заряд скапливается в теле. Когда оператор трогает железные детали оборудования, заряд может стечь и спровоцировать электроудар.

При перемещении людей по синтетическим ковровым покрытиям порождается статический заряд при контакте меж ковром и обувью. Электроудары, которые получают водители, покидая свою машину, провоцируются зарядом, появившимся меж сидением и их одежкой в момент подъема. Решение этой трудности – дотронуться до железной детали автомобиля, к примеру, до рамы дверного проема, до момента подъема с сидения. Это позволяет заряду неопасно стекать на землю через кузов автомобиля и его шины.

Электропоражение, спровоцированное оборудованием

Таковой электроудар вероятен, хотя происходит существенно пореже, чем поражение, спровоцированное материалом.

Если намоточная бобина имеет значимый заряд, случается, что пальцы оператора концентрируют заряд до таковой степени, что он добивается точки пробоя и происходит разряд. Кроме этого, если железный незаземленный объект находится в электронном поле, он может зарядиться наведенным зарядом. Из-за того, что железный объект является токопроводящим, подвижный заряд разрядится в человека, который дотрагивается до объекта.