Statikus elektromosság – mi az, hogyan keletkezik, és a vele kapcsolatos problémák

Mi az a statikus elektromosság

Statikus elektromosság akkor lép fel, ha az atomon belüli vagy intramolekuláris egyensúly megbomlik egy elektron erősödése vagy elvesztése miatt. Normális esetben egy atom egyensúlyban van, mivel azonos számú pozitív és negatív részecskék – protonok és elektronok – vannak egyensúlyban. Az elektronok könnyen mozoghatnak egyik atomról a másikra. Ugyanakkor pozitív (ahol nincs elektron) vagy negatív (egyetlen elektron vagy atom plusz elektronnal) ionokat képeznek. Amikor ez az egyensúlyhiány fellép, statikus elektromosság keletkezik.

További részletekért lásd itt: A statikus elektromosságról képekben

Elektromos töltés egy elektronon — ( -) 1,6 x 10-19 medál. Az azonos töltésű proton pozitív polaritású. A coulombokban mért statikus töltés egyenesen arányos az elektronok feleslegével vagy hiányával, azaz. az instabil ionok száma.

A medál a statikus töltés alapegysége, amely a vezeték keresztmetszetén 1 másodperc alatt 1 ampernél áthaladó villamos energia mennyiségét határozza meg.

Egy pozitív ionnak nincs egy elektronja, ezért könnyen képes befogadni egy elektront egy negatív töltésű részecskéből. A negatív ion pedig lehet egyetlen elektron vagy egy atom/molekula nagyszámú elektronnal. Mindkét esetben van egy elektron, amely semlegesíteni tudja a pozitív töltést.

Hogyan keletkezik a statikus elektromosság

A statikus elektromosság fő okai:

• Két anyag érintkezése és egymástól való elválasztása (beleértve a dörzsölést, hengerlést / letekercselést stb.).

• Gyors hőmérséklet-csökkenés (például amikor az anyagot a sütőbe helyezik).

• Nagy energiájú sugárzás, ultraibolya sugárzás, röntgensugárzás, erős elektromos mezők (ipari alkalmazásokban nem gyakori).

• Vágási műveletek (pl. vágógépeken vagy papírvágó gépeken).

• Kézikönyv (Generált statikus elektromosság).

A felületi érintkezés és az anyagok szétválása valószínűleg a statikus elektromosság leggyakoribb oka a tekercsfólia- és műanyaglemeziparban. Az anyagok letekercselése/visszatekercselése vagy a különböző anyagrétegek egymáshoz viszonyított mozgása során statikus töltés keletkezik.

Ez a folyamat nem teljesen világos, de a statikus elektromosság megjelenésének legigazibb magyarázata ebben az esetben egy lapos kondenzátor analógiájával érhető el, amelyben a mechanikai energia elektromos energiává alakul, amikor a lemezeket szétválasztják:

Eredő feszültség = kezdeti feszültség x (végső lemeztávolság / kezdeti lemeztávolság).

Amikor a szintetikus fólia hozzáér az adagoló/felvevő hengerhez, az anyagból a henger felé áramló enyhe töltés egyensúlyhiányt okoz.Ahogy az anyag átlépi a tengely érintkezési felületét, a feszültség ugyanúgy megemelkedik, mint a hengernél. a kondenzátorlemezeket szétválásuk pillanatában.

A gyakorlat azt mutatja, hogy a keletkező feszültség amplitúdója korlátozott a szomszédos anyagok közötti résben fellépő elektromos törés, a felületi vezetőképesség és egyéb tényezők miatt. A fólia érintkezési területről való kilépésénél gyakran enyhe reccsenést hallhat vagy szikrákat észlelhet. Ez abban a pillanatban történik, amikor a statikus töltés eléri azt az értéket, amely elegendő a környező levegő lebontásához.

A tekercssel való érintkezés előtt a szintetikus fólia elektromosan semleges, de a mozgás és a betápláló felületekkel való érintkezés során elektronáram irányul a filmre, és negatív töltéssel tölti fel. Ha a tengely fém és földelt, a pozitív töltése gyorsan lemerül.

A legtöbb berendezésnek sok tengelye van, így a töltés mértéke és polaritása gyakran változhat. A statikus töltés szabályozásának legjobb módja, ha pontosan megméri azt a problémás terület előtti területen. Ha a töltést túl korán semlegesítik, akkor helyreállhat, mielőtt a film elérné ezt a problémás területet.

Ha az objektum képes jelentős töltést tárolni, és magas feszültség van, a statikus elektromosság komoly problémákat okozhat, például ívgyulladást, elektrosztatikus taszítást/vonzást vagy áramütést a személyzet számára.

Töltse fel a polaritást

A statikus töltés lehet pozitív vagy negatív.Egyenáram (AC) és passzív határolók (kefék) esetén a töltés polaritása általában nem fontos.

Statikus elektromosság problémák

Statikus kisülés az elektronikában

Figyelni kell erre a problémára, mivel ez gyakran előfordul a modern vezérlő- és mérőeszközökben használt elektronikus blokkokkal és alkatrészekkel végzett munka során.

Az elektronikában a statikus elektromossággal kapcsolatos fő veszély a töltést hordozó személyből ered, és nem szabad figyelmen kívül hagyni. A kisülési áram hőt termel, ami megszakadt kapcsolatokhoz, érintkezők megszakadásához és a mikroáramkörök nyomaihoz vezet. A nagy feszültség tönkreteszi a vékony oxidréteget is a térhatású tranzisztorokon és más bevont elemeken.

Gyakran előfordul, hogy az alkatrészek nem hibáznak meg teljesen, ami még veszélyesebbnek tekinthető, mivel a meghibásodás nem azonnal, hanem a készülék működése során egy előre nem látható pillanatban jelentkezik.

Általános szabály, hogy amikor statikus elektromosságra érzékeny részekkel és eszközökkel dolgozik, mindig tegyen lépéseket a testén felgyülemlett töltés semlegesítésére.

Elektrosztatikus vonzás / taszítás

Talán ez a leggyakoribb probléma a műanyag-, papír-, textilipar és a kapcsolódó iparágakban. Ez abban nyilvánul meg, hogy az anyagok egymástól függetlenül változtatják viselkedésüket - összetapadnak, vagy éppen ellenkezőleg, taszítják, hozzátapadnak a berendezéshez, vonzzák a port, szabálytalan szelet a vevőkészüléken stb.

A vonzás / taszítás a Coulomb-törvénynek megfelelően történik, amely a négyzet ellentéte elvén alapul. A legegyszerűbb formájában a következőképpen fejeződik ki:

A vonzás vagy taszítás ereje (newtonban) = töltés (A) x töltés (B) / (a ​​tárgyak közötti távolság 2 (méterben)).

Ezért ennek a hatásnak az intenzitása közvetlenül összefügg a statikus töltés amplitúdójával és a vonzó vagy taszító tárgyak közötti távolsággal. A vonzás és a taszítás az elektromos térerővonalak irányában történik.

Ha két töltés azonos polaritású, akkor taszítják; ha az ellenkezője, akkor vonzzák egymást. Ha az egyik tárgy feltöltődik, az vonzást vált ki, ami tükörképet hoz létre a semleges tárgyak töltéséről.

Tűzveszély

A tűzveszély nem minden iparágban gyakori probléma. De nagyon nagy a tűz valószínűsége a nyomdaiparban és más, gyúlékony oldószereket használó vállalkozásoknál.

Veszélyes területeken a leggyakoribb gyújtóforrás a földeletlen berendezések és a mozgó vezetékek. Ha egy veszélyes területen tartózkodó kezelő sportcipőt vagy nem vezető talpú cipőt visel, fennáll annak a veszélye, hogy teste töltetet hoz létre, amely meggyújthatja az oldószereket. A gép földeletlen vezető részei is veszélyesek. A veszélyzónában mindent megfelelően földelni kell.

Az alábbi információk rövid magyarázatot adnak a statikus elektromosság gyulladási potenciáljáról gyúlékony környezetben. Fontos, hogy a tapasztalatlan kereskedők előre tájékozódjanak a berendezések típusairól, hogy elkerüljék a hibákat az ilyen körülmények között használható eszközök kiválasztásában.

A kisülés tüzet okozó képessége számos változótól függ:

• ártalmatlanítás típusa;

• kisülési teljesítmény;

• kisülési forrás;

• kisütési energia;

• gyúlékony környezet jelenléte (oldószerek gázfázisban, por vagy gyúlékony folyadékok);

• gyúlékony közeg minimális gyújtási energiája (MEW).

A kibocsátás típusai

Három fő típusa van: szikrakefe, kefe és csúszókefe. Ebben az esetben a koszorúér-kisülést nem veszik figyelembe, mivel az nem túl energikus és meglehetősen lassan történik. A koronakisülés általában ártalmatlan, és csak nagyon magas tűz- és robbanásveszélyes területeken szabad figyelembe venni.

Őszinte felmentés

Főleg közepesen vezetőképes, elektromosan szigetelt tárgyból származik. Ez lehet emberi test, gép alkatrésze vagy szerszám. Feltételezzük, hogy a töltés teljes energiája eloszlik a szikrázás pillanatában. Ha az energia nagyobb, mint az oldószergőz MEW értéke, akkor meggyulladás léphet fel.

A szikraenergiát a következőképpen számítják ki: E (joule-ban) = ½ C U2.

Kibocsátás a kézből

Kefekisülés akkor következik be, amikor éles berendezések a töltést olyan dielektromos anyagok felületére koncentrálják, amelyek szigetelő tulajdonságai miatt felhalmozódik. A kefekisülés energiája kisebb, mint a szikrakisülésé, ezért kisebb a gyulladásveszély.

Csúszó ecsettel kenjük szét

A csúszókefe-permetezés nagy ellenállású szintetikus anyagok lapjain vagy tekercsein történik, megnövelt töltéssűrűséggel és eltérő töltéspolaritással a szalag mindkét oldalán. Ezt a jelenséget a porbevonat dörzsölése vagy permetezése okozhatja. A hatás hasonló a lapos kondenzátor kisütéséhez, és ugyanolyan veszélyes lehet, mint a szikrakisülés.

Erő és energia forrása

A töltéseloszlás mérete és geometriája fontos tényező. Minél nagyobb a test térfogata, annál több energiát tartalmaz. Az éles sarkok növelik a térerőt és fenntartják a kisüléseket.

Kisütési teljesítmény

Ha egy energiával rendelkező tárgy nem viselkedik jól elektromosságpl. emberi test, a tárgy ellenállása gyengíti a kilökődést és csökkenti a veszélyt. Az emberi szervezetre van egy alapszabály: tegyük fel, hogy minden olyan oldószer, amelynek belső minimális gyulladási energiája kisebb, mint 100 mJ, meggyulladhat, annak ellenére, hogy a szervezetben lévő energia 2-3-szoros is lehet.

Minimális gyújtási energia MEW

Nagyon fontos tényező az oldószerek minimális gyulladási energiája és koncentrációjuk a veszélyes területen. Ha a minimális gyújtási energia kisebb, mint a kisülési energia, fennáll a tűzveszély.

Áramütés

Egyre nagyobb figyelmet fordítanak a statikus sokk kockázatának kérdésére egy ipari vállalkozásban. Ennek oka a munkahelyi egészségügyi és biztonsági követelmények jelentős növekedése.

A statikus elektromosság által okozott áramütés általában nem különösebben veszélyes. Egyszerűen kellemetlen, és gyakran súlyos reakciókat vált ki.

A statikus sokknak két gyakori oka van:

Indukált töltés

Ha egy személy elektromos térben van, és egy töltött tárgyat, például egy filmtekercset tart, lehetséges, hogy a teste feltöltődik.

A töltés a kezelő testében marad, ha szigetelő talpú cipőt visel, amíg meg nem érinti a földelt berendezést. A töltet lefolyik a földre, és eltalálja a személyt. Ez akkor is megtörténik, amikor a kezelő feltöltött tárgyakhoz vagy anyagokhoz ér – a szigetelő cipők miatt a töltés felhalmozódik a testben. Ha a kezelő megérinti a berendezés fém részeit, a töltés lemerülhet, és áramütést okozhat.

Amikor az emberek szintetikus szőnyegen sétálnak, a szőnyeg és a cipő érintkezése statikus elektromosságot generál. Az elektromos sokkot, amelyet a vezetők kapnak, amikor kiszállnak az autójukból, az ülés és a ruhák között felhalmozódó töltés váltja ki, amikor felkelnek. A probléma megoldása az, hogy az ülésből való felemelés előtt megérinti az autó fém részét, például az ajtókeretet. Ez lehetővé teszi a töltet biztonságos lefolyását a talajra a jármű karosszériáján és a gumiabroncsokon keresztül.

A berendezés által okozott áramütés

Ilyen áramütés lehetséges, bár sokkal ritkábban fordul elő, mint az anyag által okozott károsodás.

Ha a felcsévélő orsónak jelentős töltése van, előfordulhat, hogy a kezelő ujjai olyan mértékben koncentrálják a töltést, hogy az eléri a töréspontot, és kisülés következik be. Továbbá, ha egy földeletlen fémtárgy elektromos térben van, akkor az indukált töltéssel feltöltődhet. Mivel a fémtárgy vezetőképes, a mobil töltés a tárgyat megérintő személybe süllyed.