Electricitatea statică - ce este, cum este generată și problemele asociate cu aceasta

Ce este electricitatea statică

Electricitatea statică apare atunci când echilibrul intraatomic sau intramolecular este perturbat din cauza câștigului sau pierderii unui electron. În mod normal, un atom este în echilibru din cauza aceluiași număr de particule pozitive și negative - protoni și electroni. Electronii se pot muta cu ușurință de la un atom la altul. În același timp, formează ioni pozitivi (unde nu există electron) sau negativi (un singur electron sau un atom cu un electron în plus). Când apare acest dezechilibru, se generează electricitate statică.

Pentru mai multe detalii vezi aici: Despre electricitatea statica in imagini

Sarcina electrică pe un electron — ( -) 1,6 x 10-19 pandantiv. Un proton cu aceeași sarcină are o polaritate pozitivă. Sarcina statică în coulombi este direct proporțională cu excesul sau deficiența electronilor, adică. numărul de ioni instabili.

Pandantivul este unitatea de bază a sarcinii statice, care definește cantitatea de electricitate care trece prin secțiunea transversală a unui fir în 1 secundă la 1 amper.

Un ion pozitiv nu are un electron, prin urmare, poate accepta cu ușurință un electron dintr-o particulă încărcată negativ. Un ion negativ, la rândul său, poate fi fie un singur electron, fie un atom/moleculă cu un număr mare de electroni. În ambele cazuri, există un electron care poate neutraliza sarcina pozitivă.

Cum se generează electricitatea statică

Principalele cauze ale electricității statice:

• Contactul dintre două materiale și separarea lor unul de celălalt (inclusiv frecare, rulare/desfășurare etc.).

• O scădere rapidă a temperaturii (de exemplu, când materialul este introdus în cuptor).

• Radiații de înaltă energie, radiații ultraviolete, raze X, câmpuri electrice puternice (nu sunt frecvente în aplicațiile industriale).

• Operații de tăiere (de ex. la mașini de tăiat sau mașini de tăiat hârtie).

• Manual (electricitate statică generată).

Contactul cu suprafața și separarea materialelor sunt probabil cele mai frecvente cauze ale electricității statice în industria rulourilor de film și folii de plastic. Sarcina statică este generată în timpul derulării/rebobinarii materialelor sau mișcării diferitelor straturi de materiale unul față de celălalt.

Acest proces nu este complet clar, dar cea mai adevărată explicație pentru apariția electricității statice în acest caz poate fi obținută prin analogie cu un condensator plat, în care energia mecanică este convertită în energie electrică atunci când plăcile sunt separate:

Efortul rezultat = efortul inițial x (distanța finală a plăcilor / distanța inițială a plăcilor).

Atunci când filmul sintetic atinge rola de alimentare/preluare, o ușoară sarcină care curge din material către rolă determină un dezechilibru.Pe măsură ce materialul depășește zona de contact cu arborele, tensiunea crește în același mod ca și în cazul plăcile condensatorului în momentul separării lor.

Practica arată că amplitudinea tensiunii rezultate este limitată din cauza defecțiunii electrice care are loc în decalajul dintre materialele adiacente, conductivitatea suprafeței și alți factori. La ieșirea filmului din zona de contact, puteți auzi adesea un mic trosnet sau puteți observa scântei. Acest lucru se întâmplă în momentul în care sarcina statică atinge o valoare suficientă pentru a sparge aerul din jur.

Înainte de contactul cu rola, filmul sintetic este neutru din punct de vedere electric, dar în procesul de mișcare și contact cu suprafețele de alimentare, un flux de electroni este direcționat către film și îl încarcă cu o sarcină negativă. Dacă arborele este metalic și împământat, sarcina sa pozitivă se va scurge rapid.

Majoritatea echipamentelor au mulți arbori, astfel încât cantitatea de încărcare și polaritatea acesteia se pot schimba frecvent. Cel mai bun mod de a controla încărcarea statică este să o măsurați cu precizie în zona din fața zonei cu probleme. Dacă încărcarea este neutralizată prea devreme, se poate reface înainte ca filmul să ajungă în această zonă cu probleme.

Dacă obiectul are capacitatea de a stoca o încărcare semnificativă și dacă există o tensiune înaltă, electricitatea statică va cauza probleme grave, cum ar fi arcul electric, respingerea/atracția electrostatică sau șocul electric personalului.

Încărcați polaritatea

Sarcina statică poate fi pozitivă sau negativă.Pentru curent continuu (AC) și limitatoare pasive (perii), polaritatea încărcării nu este de obicei importantă.

Probleme de electricitate statică

Descărcări statice în electronice

Este necesar să acordați atenție acestei probleme, așa cum se întâmplă adesea atunci când lucrați cu blocuri electronice și componente utilizate în dispozitivele moderne de control și măsurare.

În electronică, principalul pericol asociat cu electricitatea statică vine de la persoana care poartă încărcarea și nu trebuie ignorat. Curentul de descărcare generează căldură, ceea ce duce la conexiuni întrerupte, contacte întrerupte și urme de microcircuit sparte. Tensiunea înaltă distruge, de asemenea, filmul subțire de oxid de pe tranzistoarele cu efect de câmp și alte elemente acoperite.

Adesea, componentele nu defectează complet, ceea ce poate fi considerat și mai periculos, deoarece defecțiunea nu apare imediat, ci într-un moment imprevizibil în timpul funcționării dispozitivului.

Ca regulă generală, atunci când lucrați cu părți și dispozitive sensibile la statică, ar trebui să luați întotdeauna măsuri pentru a neutraliza încărcarea acumulată pe corpul dumneavoastră.

Atractie/repulsie electrostatica

Aceasta este probabil cea mai comună problemă în industria plastică, hârtie, textile și industriile conexe. Se manifestă prin faptul că materialele își schimbă în mod independent comportamentul - se lipesc împreună sau, dimpotrivă, se resping, se lipesc de echipament, atrag praful, vântul neregulat pe dispozitivul de recepție etc.

Atracția / repulsia are loc în conformitate cu legea lui Coulomb, care se bazează pe principiul opusului pătratului. În forma sa cea mai simplă, se exprimă după cum urmează:

Forța de atracție sau de repulsie (în Newtoni) = Sarcină (A) x Sarcină (B) / (Distanța dintre obiecte 2 (în metri)).

Prin urmare, intensitatea acestui efect este direct legată de amplitudinea sarcinii statice și de distanța dintre obiectele atractive sau respingătoare. Atracția și repulsia apar în direcția liniilor câmpului electric.

Dacă două sarcini au aceeași polaritate, se resping; dacă este invers, se atrag unul pe altul. Dacă unul dintre obiecte este încărcat, va provoca o atracție, creând o imagine în oglindă a încărcării pe obiectele neutre.

Risc de incendiu

Riscul de incendiu nu este o problemă comună pentru toate industriile. Dar probabilitatea de incendiu este foarte mare în imprimare și în alte întreprinderi care folosesc solvenți inflamabili.

În zonele periculoase, cele mai comune surse de aprindere sunt echipamentele neîmpământate și firele în mișcare. Dacă un operator dintr-o zonă periculoasă poartă încălțăminte sport sau încălțăminte cu tălpi neconductoare, există riscul ca corpul său să genereze o sarcină care poate aprinde solvenții. Părțile conductoare neîmpământate ale mașinii sunt, de asemenea, periculoase. Tot ce se află în zona periculoasă trebuie să fie împământat corespunzător.

Următoarele informații oferă o scurtă explicație a potențialului de aprindere al electricității statice în medii inflamabile. Este important ca comercianții fără experiență să cunoască în prealabil tipurile de echipamente pentru a evita greșelile în selectarea dispozitivelor pentru utilizare în astfel de condiții.

Capacitatea unei deversări de a provoca un incendiu depinde de multe variabile:

• tipul de eliminare;

• puterea de descărcare;

• sursa de descărcare;

• energie de descărcare;

• prezența unui mediu inflamabil (solvenți în fază gazoasă, praf sau lichide inflamabile);

• energia minimă de aprindere (MEW) a unui mediu inflamabil.

Tipuri de evacuare

Există trei tipuri principale: perii cu scânteie, perie și perii glisante. În acest caz, descărcarea coronariană nu este luată în considerare, deoarece nu este foarte energică și se întâmplă destul de lent. Descărcarea corona este în general inofensivă și ar trebui luată în considerare numai în zonele cu risc foarte mare de incendiu și explozie.

O descărcare sinceră

Provine în principal dintr-un obiect moderat conductiv, izolat electric. Poate fi un corp uman, o parte a unei mașini sau o unealtă. Se presupune că toată energia încărcăturii este disipată în momentul declanșării. Dacă energia este mai mare decât MEW a vaporilor de solvent, poate apărea aprinderea.

Energia scânteii se calculează după cum urmează: E (în Jouli) = ½ C U2.

Descărcări din mâini

Descărcarea periei are loc atunci când piesele ascuțite ale echipamentelor concentrează sarcina pe suprafețele materialelor dielectrice ale căror proprietăți izolatoare determină acumularea acesteia. Descărcarea unei perii are o energie mai mică decât o descărcare prin scânteie și, prin urmare, prezintă un pericol mai mic de aprindere.

Întindeți cu o perie glisantă

Pulverizarea cu perie alunecătoare are loc pe foi sau suluri din materiale sintetice cu rezistivitate ridicată, cu densitate crescută de sarcină și polarități diferite de încărcare pe fiecare parte a rețelei. Acest fenomen poate fi cauzat de frecarea sau pulverizarea stratului de pulbere. Efectul este comparabil cu descărcarea unui condensator plat și poate fi la fel de periculos ca o descărcare prin scânteie.

Sursa de putere si energie

Mărimea și geometria distribuției sarcinii sunt factori importanți. Cu cât volumul corpului este mai mare, cu atât acesta conține mai multă energie. Colțurile ascuțite măresc puterea câmpului și susțin descărcările.

Putere de descărcare

Dacă un obiect cu energie nu se comportă bine electricitatede exemplu, un corp uman, rezistența obiectului va slăbi ejecția și va reduce pericolul. Pentru corpul uman, există o regulă de bază: să presupunem că toți solvenții cu o energie internă de aprindere minimă mai mică de 100 mJ se pot aprinde, în ciuda faptului că energia conținută în organism poate fi de 2 până la 3 ori mai mare.

Energia minimă de aprindere MEW

Energia minimă de aprindere a solvenților și concentrația lor în zona periculoasă sunt factori foarte importanți. Dacă energia minimă de aprindere este mai mică decât energia de descărcare, există riscul de incendiu.

Soc electric

Din ce în ce mai multă atenție se acordă problemei riscului de șoc static într-o întreprindere industrială. Acest lucru se datorează unei creșteri semnificative a cerințelor de sănătate și securitate în muncă.

Un șoc electric cauzat de electricitatea statică nu este, în general, deosebit de periculos. Este pur și simplu neplăcut și provoacă adesea reacții severe.

Există două cauze comune ale șocului static:

Sarcina indusa

Dacă o persoană se află într-un câmp electric și ține un obiect încărcat, cum ar fi o bobină de film, este posibil ca corpul său să se încarce.

Încărcarea rămâne în corpul operatorului dacă poartă pantofi cu talpă izolatoare până când atinge echipamentul împământat. Sarcina curge în jos spre pământ și lovește persoana. Acest lucru se întâmplă și atunci când operatorul atinge obiecte sau materiale încărcate - datorită pantofilor izolatori, sarcina se acumulează în corp. Când operatorul atinge părțile metalice ale echipamentului, încărcarea poate fi descărcată și poate provoca un șoc electric.

Când oamenii merg pe covoare sintetice, electricitatea statică este generată prin contactul dintre covor și pantofi. Șocurile electrice pe care le primesc șoferii când ies din mașină sunt declanșate de o sarcină acumulată între scaun și haine când se ridică. Soluția la această problemă este să atingeți o parte metalică a mașinii, cum ar fi un cadru de ușă, înainte de a o ridica de pe scaun. Acest lucru permite ca încărcarea să se scurgă în siguranță la sol prin caroseria vehiculului și anvelope.

Soc electric indus de echipament

Un astfel de șoc electric este posibil, deși apare mult mai rar decât deteriorarea provocată de material.

Dacă bobina de preluare are o încărcare semnificativă, se întâmplă ca degetele operatorului să concentreze încărcarea în așa măsură încât să ajungă la punctul de rupere și să aibă loc o descărcare. De asemenea, dacă un obiect metalic neîmpământat se află într-un câmp electric, acesta se poate încărca cu o sarcină indusă. Deoarece un obiect metalic este conductiv, încărcarea mobilă se va descărca în persoana care atinge obiectul.