Статично електричество — какво е то, как се генерира и проблемите, свързани с него
Какво е статично електричество
Статичното електричество възниква, когато вътреатомното или вътремолекулното равновесие е нарушено поради придобиване или загуба на електрон. Обикновено атомът е в равновесие поради същия брой положителни и отрицателни частици — протони и електрони. Електроните могат лесно да се движат от един атом в друг. В същото време те образуват положителни (където няма електрон) или отрицателни (единичен електрон или атом с допълнителен електрон) йони. Когато възникне този дисбаланс, се генерира статично електричество.
За повече подробности вижте тук: За статичното електричество в снимки
Електрически заряд на електрон — ( -) 1,6 x 10-19 висулка. Протон със същия заряд има положителна полярност. Статичният заряд в кулоните е правопропорционален на излишъка или дефицита на електрони, т.е. броя на нестабилните йони.
Висулката е основната единица за статичен заряд, която определя количеството електричество, преминаващо през напречното сечение на проводник за 1 секунда при 1 ампер.
Положителният йон няма един електрон, следователно, той може лесно да приеме електрон от отрицателно заредена частица. Отрицателният йон от своя страна може да бъде или единичен електрон, или атом / молекула с голям брой електрони. И в двата случая има електрон, който може да неутрализира положителния заряд.
Как се генерира статично електричество
Основните причини за статично електричество:
- Контакт между два материала и отделянето им един от друг (включително триене, навиване / развиване и др.).
- Бърз спад на температурата (например, когато материалът се постави във фурната).
- Излъчване с висока енергия, ултравиолетово лъчение, рентгенови лъчи, силни електрически полета (не често срещани в промишлените приложения).
- Режещи операции (например на режещи машини или машини за рязане на хартия).
- Ръководство (генерирано статично електричество).
Повърхностният контакт и разделянето на материалите са може би най -честите причини за статично електричество в индустрията за ролкови филми и пластмасови листове. Статичен заряд се генерира по време на развиване / пренавиване на материали или движение на различни слоеве материали един спрямо друг.
Този процес не е напълно ясен, но най -истинното обяснение за появата на статично електричество в този случай може да бъде получено чрез аналогия с плосък кондензатор, при който механичната енергия се превръща в електрическа енергия, когато плочите са разделени:
Полученото напрежение = начално напрежение x (крайно разстояние между плочите / начално разстояние между плочите).
Когато синтетичният филм докосне подаващата / поемащата ролка, леко зареждане, протичащо от материала към ролката, причинява дисбаланс.Тъй като материалът преодолява контактната площ с вала, напрежението се повишава по същия начин, както в случая на кондензаторните плочи в момента на тяхното разделяне.
Практиката показва, че амплитудата на полученото напрежение е ограничена поради електрически пробив, който възниква в пролуката между съседни материали, повърхностна проводимост и други фактори. На изхода на филма от зоната на контакт често можете да чуете леко пукане или да наблюдавате искри. Това се случва в момента, когато статичният заряд достигне стойност, достатъчна за разграждането на околния въздух.
Преди контакт с ролката синтетичният филм е електрически неутрален, но в процеса на движение и контакт с захранващите повърхности поток от електрони се насочва към филма и го зарежда с отрицателен заряд. Ако валът е метален и заземен, положителният му заряд бързо ще се източи.
Повечето съоръжения имат много валове, така че количеството заряд и неговата полярност могат да се променят често. Най -добрият начин за контрол на статичния заряд е точното му измерване в зоната точно пред проблемната зона. Ако зарядът се неутрализира твърде рано, той може да се възстанови, преди филмът да достигне тази проблемна област.
Ако обектът има способността да съхранява значителен заряд и ако има високо напрежение, статичното електричество ще причини сериозни проблеми като дъгове, електростатично отблъскване / привличане или токов удар на персонала.
Заредете полярността
Статичният заряд може да бъде положителен или отрицателен. За постоянен ток (AC) и пасивни ограничители (четки) полярността на заряда обикновено не е важна.
Проблеми със статичното електричество
Статичен разряд в електрониката
Необходимо е да се обърне внимание на този проблем, тъй като често се случва при работа с електронни блокове и компоненти, използвани в съвременните устройства за контрол и измерване.
В електрониката основната опасност, свързана със статичното електричество, идва от лицето, което носи заряда, и не трябва да се пренебрегва. Разрядният ток генерира топлина, което води до разрушаване на връзките, прекъсване на контактите и скъсване на следи от микросхеми. Високото напрежение също разрушава тънкия оксиден филм върху полевите транзистори и други елементи с покритие.
Често компонентите не се провалят напълно, което може да се счита за още по -опасно, тъй като неизправността не се появява веднага, а в непредсказуем момент по време на работата на устройството.
Като общо правило, когато работите със статично чувствителни части и устройства, винаги трябва да предприемате стъпки за неутрализиране на натрупания заряд върху тялото си.
Електростатично привличане / отблъскване
Това е може би най -разпространеният проблем в пластмасата, хартията, текстила и свързаните с него индустрии. Тя се проявява във факта, че материалите независимо променят поведението си — те се слепват или, обратно, отблъскват, прилепват към оборудването, привличат прах, неправилно вятър върху приемното устройство и т.н.
Привличането / отблъскването става в съответствие със закона на Кулон, който се основава на принципа на противоположността на квадрат. В най -простата си форма тя се изразява по следния начин:
Силата на привличане или отблъскване (в Нютони) = Заряд (A) x Заряд (B) / (Разстояние между обекти 2 (в метри)).
Следователно интензитетът на този ефект е пряко свързан с амплитудата на статичния заряд и разстоянието между привличащи се или отблъскващи обекти. Привличането и отблъскването се случват по посока на силовите линии на електрическото поле.
Ако два заряда имат една и съща полярност, те се отблъскват; ако обратното, те се привличат. Ако един от обектите е зареден, това ще предизвика привличане, създавайки огледално копие на заряда върху неутрални обекти.
Риск от пожар
Рискът от пожар не е общ проблем за всички индустрии. Но вероятността от пожар е много голяма в печатните и други предприятия, които използват запалими разтворители.
В опасни зони най -често срещаните източници на запалване са незаземеното оборудване и движещите се проводници. Ако оператор в опасна зона носи спортни обувки или обувки с непроводими подметки, съществува риск тялото му да генерира заряд, който може да възпламени разтворители. Опасни са и незаземените проводящи части на машината. Всичко в опасната зона трябва да бъде добре заземено.
Следващата информация дава кратко обяснение за потенциала за възпламеняване на статично електричество в запалими среди. Важно е неопитните търговци да са наясно с видовете оборудване предварително, за да се избегнат грешки при избора на устройства за използване в такива условия.
Способността на разряда да предизвика пожар зависи от много променливи:
- тип изхвърляне;
- мощност на разреждане;
- източник на разряд;
- разрядна енергия;
- наличието на запалима среда (разтворители в газовата фаза, прах или запалими течности);
- минимална енергия на запалване (MEW) на запалима среда.
Видове разряд
Има три основни типа — искрови, четкови и плъзгащи се четки. В този случай коронарният разряд не се взема предвид, тъй като не е много енергичен и се случва доста бавно. Коронното изхвърляне обикновено е безвредно и трябва да се има предвид само в райони с много висока опасност от пожар и експлозия.
Искрен разряд
Той идва главно от умерено проводим, електрически изолиран обект. Това може да бъде човешко тяло, част от машина или инструмент. Предполага се, че цялата енергия на заряда се разсейва в момента на искряне. Ако енергията е по -висока от MEW на парите на разтворителя, може да възникне запалване.
Искровата енергия се изчислява, както следва: E (в джаули) = ½ C U2.
Изхвърляне от ръцете
Изхвърлянето с четка възниква, когато заточените части на оборудването концентрират заряда върху повърхностите на диелектрични материали, чиито изолационни свойства водят до натрупването му. Четковият разряд има по -ниска енергия от искровия разряд и следователно представлява по -малка опасност от запалване.
Разпръскване с плъзгаща се четка
Разпръскване с плъзгаща четка възниква върху листове или ролки от синтетични материали с високо съпротивление, с повишена плътност на заряда и различни полярности на заряда от всяка страна на платното. Това явление може да бъде предизвикано чрез триене или пръскане на праховото покритие. Ефектът е сравним с разреждането на плосък кондензатор и може да бъде също толкова опасен, колкото искровия разряд.
Източник на енергия и енергия
Размерът и геометрията на разпределението на заряда са важни фактори. Колкото по -голям е обемът на тялото, толкова повече енергия съдържа. Острите ъгли увеличават силата на полето и поддържат разрядите.
Разредете мощност
Ако обект с енергия не се държи добре електричествонапример човешко тяло, съпротивлението на обекта ще отслаби изхвърлянето и ще намали опасността. За човешкото тяло съществува основно правило: да приемем, че всички разтворители с вътрешна минимална енергия на запалване по -малка от 100 mJ могат да се запалят, въпреки факта, че енергията, съдържаща се в тялото, може да бъде 2 до 3 пъти по -висока.
Минимална енергия на запалване MEW
Минималната енергия на запалване на разтворителите и тяхната концентрация в опасната зона са много важни фактори. Ако минималната енергия на запалване е по -ниска от енергията на разреждане, съществува риск от пожар.
Токов удар
Все повече внимание се обръща на въпроса за риска от статичен шок в индустриално предприятие. Това се дължи на значително повишаване на изискванията за здраве и безопасност при работа.
Електрическият удар, причинен от статично електричество, по принцип не представлява особена опасност. Това е просто неприятно и често предизвиква тежки реакции.
Има две често срещани причини за статичен шок:
Индуциран заряд
Ако човек е в електрическо поле и държи зареден обект, например филмова макара, възможно е тялото му да бъде заредено.
Таксата остава в тялото на оператора, ако е в обувки с изолационни подметки, докато докосне заземеното оборудване. Зарядът тече надолу към земята и удря човека. Това се случва и когато операторът докосне заредени предмети или материали — поради изолиращите обувки зарядът се натрупва в тялото. Когато операторът докосне металните части на оборудването, зарядът може да се източи и да предизвика токов удар.
Когато хората се движат по синтетични килими, статичното електричество се генерира от контакт между килима и обувките. Електрическите удари, които шофьорите получават, когато напускат колата си, се задействат от заряд, възникнал между седалката и дрехите им, когато стават. Решението на този проблем е да се докосне метална част от колата, например рамката на вратата, преди да се повдигне от седалката. Това позволява на таксата безопасно да се оттича до земята през каросерията на автомобила и гумите.
Индуциран от оборудването токов удар
Такъв токов удар е възможен, въпреки че се случва много по -рядко от щети, провокирани от материала.
Ако намотаващата макара има значителен заряд, се случва пръстите на оператора да концентрират заряда до такава степен, че да достигне точката на разрушаване и да настъпи разряд. Освен това, ако незаземен метален обект е в електрическо поле, той може да бъде зареден с индуциран заряд. Тъй като метален обект е проводим, мобилният заряд ще се разреди в лицето, което докосва обекта.