Возникновение статического электричества - сложный процесс, зависящий от множества факторов. Электризация возникает при соприкосновении двух разнородных веществ, обладающих различными атомными и молекулярными силами притяжения на поверхности соприкосновения. Одна из контактирующих поверхностей должна быть из диэлектрического материала. При этом происходит перераспределение электронов или ионов веществ, образующее двойной электрический слой с зарядами противоположных знаков.
Образование двойных электрических слоев возможно при контакте тел и из одинаковых диэлектрических материалов за счет наличия на их поверхностях загрязнений, различной температуры тел и т.д.
Величина контактной разности и потенциалов весьма различна и зависит от диэлектрических свойств соприкасающихся поверхностей, их состояния, величины давления, с которыми поверхности прижаты друг к другу, а также от влажности поверхностей, между которыми возникла контактная электризация, каждая поверхность сохраняет свой заряд, а контактная разность потенциалов по мере уменьшения емкости между поверхностями может достичь десятков и сотен киловольт.Так, при максимальной плотности зарядов (30 мкКл/м2 и более) увеличение расстояния между наэлектризованными поверхностями на 1 см повышает разность потенциалов на десятки киловольт.
Энергию искры (WИ), ДЖ, способной возникнуть под действием напряжения между пластиной и каким-либо заземленным предметом, вычисляют по запасенной конденсатором энергий из формулы:
Wи= 0,5*C*U*2, где С - емкость конденсатора, Ф; U - напряжение, В.
Разность потенциалов между заряженным телом и землей измеряют электрометрами в реальных условиях производства. Если Wи > 0,4 W^ (Wмэз - минимальная энергия зажигания среды), то искру статического электричества рассматривают как источник зажигания.
Реальную опасность представляет "контактная" электризация для, работающих с движущимися диэлектрическими материалами. При соприкосновении человека с заземленным предметом возникают искры с энергией от 2,5 до 7,5 МДж.
Ниже приведены потенциалы от электрического поля статического электричества, КВ:
- Хождение людей в обуви на резиновых подошвах.........................................1
- Езда на автомобиле с резиновыми; шинами по бетонной дорожке.....................3
- Вынимание шерстяной одежды из бензина.....................................................5
- Распыление краски........................................................................................10
- Хождение людей по шерстяному ковру...................................................................14
- Движение кожаного приводного ремня (со скоростью 15 м/с)....................80
При разности потенциалов 3 кВ искровой разряд может воспламенить почти все горючие газы, а при 5 кВ также большую часть горючих пылей.
Токи при статической электризации обычно составляют микроамперы. Так, при протекании бензина к цистернам по трубопроводу величина токов составила от 1 до 10 мкА. При этом ток оказался прямо пропорциональным скорости течения бензина.
Минимальная энергия, необходимая для воспламенения паро- и газовоздушных взрывоопасных смесей составляет 0,009-2 мДж, а для пылевоздушных и твердых материалов 2-250 мДж. Минимальная энергия зажигания водорода составляет 0,017 мДж, винилацетата - 0,7 мДж, хлопка - 25 мДж, крахмала картофельного - 45 мДж, резины - 50 мДж. Разряды статического электричества не в состоянии воспламенять смеси с минимальной энергией воспламенения 100 мДж и выше.
Для измерения параметров статического электричества применяются:
- индикатор статических зарядов марки: ИСПИ-4 (потенциал заряженной поверхности до 50 кВ; взрывозащищенный), МИЭП-1 и МИЭП-2 (потенциал до 40кВ; взрывозащищенный);
- статический вольтметр с датчиком СМ-2/С-95 (напряжение 0,03-3 кВ; взрывозащищенный);
- электрометр электронного типа: ПК-2-ЗА (до 50 кВ), П2-1 (напряженность электрического поля до 50 кВ/м), П2-2 (до 2,5 кВ), ИСЭП-9 (до 260 кВ/м) и некоторые др.
Для исключения накапливания статического электричества на человеке обеспечивают быструю утечку зарядов с человека. С этой целью уменьшают сопротивление обуви и пола, обеспечивая работающих электропроводящей (антистатической) обувью (например, с кожаным верхом и подошвой из электропроводной резиновой пластины).
Покрытие пола, выполненное из бетона толщиной 3 см, спецбетона и пенобетона, ксилолита, настила из антистатической резины, считается электропроводящим.
Особое внимание следует уделять устранению электрического заряда с человека при выполнении некоторых ручных операций (промывка, чистка, протирка, проклеивание, прорезинивание) с применением бензина, бензола, ацетона, резинового клея и т.п.
Электростатическая искробезопасность объектов должна обеспечиваться за счет создания условий, предупреждающих возникновение разрядов статического электричества, способных стать источником зажигания объекта или окружающей и проникающей в него среды.
Для обеспечения электростатической искробезопасности объекта в нормальных и аварийных режимах необходимо определить:
- электростатическую искроопасность объекта;
- чувствительность объекта, окружающей и проникающей в него среды к зажигающему воздействию разряда статического электричества.
Электростатическая искроопасность объекта выражается максимальной энергией разрядов статического электричества W, которые могут возникнуть внутри объекта или с его поверхности (4).
Электростатическую искроопасность объекта определяют следующие показатели:
- электростатические свойства материалов, составляющие объект - удельное объемное электростатическое сопротивление, удельное поверхностное электрическое сопротивление, относительная диэлектрическая проницаемость, постоянная времени релаксации;
- геометрические параметры объекта - данные о расположении объемного и поверхностного электрического заряда относительно заземленных электропроводных поверхностей, данные о конфигурации (форме, толщине) покрытия, пленок или непроводящих стенок, являющихся элемента объекта;
- динамические характеристики процессов в объекте - скорость относительного перемещения, находящихся в контакте тел, слоев жидкости или сыпучих материалов, величина взаимного давления находящихся в контакте тел, интенсивность перемещения, диспергирования, скорость деформации твердых тел;
- параметры, характеризующие окружающую и проникающую в объект среду температура, давление, влажность.
По степени электростатической искробезопасности объекты подразделяются на три класса: Э1, Э2, ЭЗ. Меры по обеспечению электростатической искробезопасности объекта выбирают в зависимости от класса его электростатической искроопасности.
Объект относят к классу Э1 при отсутствии возможности возникновения разрядов статического электричества, способных зажечь среду с минимальной энергией зажигания более 10-4 Дж, например заземленный объект заведомо относится к классу ЭI, если он не содержит веществ и материалов с удельным объемным электрическим сопротивлением более 105 Ом-м и в объекте отсутствуют процессы диспергирования.
Объекты относят к классу Э2 при возможности возникновения разрядов статического электричества, способных зажечь среду с минимальной энергией зажигания более 10 –4 Дж, при отсутствии возможности возникновения разрядов, способных зажечь среду с минимальной энергией зажигания более 10 -1 Дж, например к классу Э2 относятся объекты с заземленным электропроводным оборудованием, в которых допускается наличие взвешенных сыпучих, волокнистых и пористых воздухопроницаемых веществ и материалов, а также материалов, которые имеют хотя бы один из следующих показателей:
- постоянная времени релаксации от 10 -6до 10 -1 с;
- удельное объемное электрическое сопротивление от 105 до 1010 Ом-м.
Объект относят к классу ЭЗ при возможности возникновения разрядов статического электричества, способных зажечь среду с минимальной энергией зажигания более 10 -1 Дж, например, объект, относится к классу ЭЗ, если в нем возможны скользящие разряды по поверхности диэлектриков или их пробой (9).
Чувствительность объекта, окружающей или проникающей в объект среды к зажигающему воздействию разрядов статического электричества определяется минимальной энергией зажигания веществ и материалов, из которых изготовлен объект, а также окружающей и проникающей в объект среды (10).
Электростатическая искробезопасность объекта достигается при выполнении соотношения:
- W < KWmin,
- где W - максимальная энергия разрядов, которые могут возникнуть внутри объекта или с его поверхности, Дж;
- К - коэффициент безопасности, выбираемый из условий допустимой (безопасной) вероятности зажигания;
- в случае невозможности определения вероятности принимают равным 0,4;
- Wmin - минимальная энергия зажигания веществ и материалов.
Электростатическую искробезопасность объектов следует обеспечивать снижением электростатической искроопасности объекта (снижением W), а также снижением чувствительности объектов, окружающей и проникающей в них среды к зажигающему воздействию статического электричества (увеличением Wmin)
Снижение чувствительности объектов, окружающей и проникающей в них среды к зажигающему воздействию разрядов статического электричества следует обеспечивать регламентированием параметров производственных процессов (влагосодержание и дисперсность аэровзвесей, давление и температуру среды и др.), влияющих на W
Средства защиты от статического электричества
Средства коллективной защиты от статического электричества по принципу действия делятся на следующие виды:
- заземляющие устройства;
- нейтрализаторы;
- увлажняющие устройства;
- антиэлектростатические вещества;
- экранирующие устройства.
Нейтрализаторы по принципу ионизации делятся на:
- индукционные;
- высоковольтные;
- лучевые;
- аэродинамические.
Увлажняющие устройства по характеру действия делятся на:
- испарительные;
- распылительные.
Антиэлектростатические вещества по способу применения делятся на:
- вводимые в объем;
- наносимые на поверхность.
Экранирующие устройства по конструктивному исполнению делятся на:
- козырьки;
- перегородки.
Средства индивидуальной защиты в зависимости от назначения делятся на:
- специальную одежду антиэлектростатическую;
- специальную обувь антиэлектростатическую;
- предохранительные приспособления антиэлектростатические (кольца и браслеты);
- средства зашиты рук антиэлектростатические.
