Zaštita od statičkog elektriciteta u svakodnevnom životu i na radnom mjestu

Svakodnevna aktivnost svakog čovjeka povezana je s njegovim kretanjem u prostoru. Osim toga, ne samo da hoda, već i putuje prijevozom.

Tijekom svakog kretanja dolazi do preraspodjele statičkih naboja, mijenjajući ravnotežu unutarnje ravnoteže između atoma i elektrona svake tvari. Povezan je s procesom elektrifikacije, stvaranjem statičkog elektriciteta.

U čvrstim tijelima raspodjela naboja je posljedica kretanja elektrona, a u tekućinama i plinovima i elektrona i nabijenih iona. Sve to zajedno čini potencijalnu razliku.

Uzroci statičkog elektriciteta

Najčešći primjeri manifestacije statičkih sila objašnjavaju se u školi na prvim satovima fizike, kada trljaju staklene i ebonitne šipke o vunenu tkaninu i demonstriraju privlačnost malih komadića papira prema njima.

Poznato je i iskustvo skretanja tankog mlaza vode pod djelovanjem statičkih naboja koncentriranih na ebonitnoj šipci.

U svakodnevnom životu statički elektricitet se najčešće manifestira:

• kada nosite vunenu ili sintetičku odjeću;

• hodanje u cipelama s gumenim potplatom ili vunenim čarapama po tepisima i batumu;

• korištenje plastičnih predmeta.

Situaciju pogoršavaju:

• suhi zrak u prostoriji;

• armirani betonski zidovi, od kojih se izrađuju višekatne zgrade.

Kako se stvara statika

Normalno, fizičko tijelo sadrži jednak broj pozitivnih i negativnih čestica, zbog čega se u njemu stvara ravnoteža koja osigurava njegovo neutralno stanje. Uz poremećaj, tijelo dobiva električni naboj određenog predznaka.

Statika znači stanje mirovanja kada se tijelo ne kreće. Polarizacija se može dogoditi unutar njegove tvari - kretanje naboja s jednog dijela na drugi ili njihov prijenos s obližnjeg objekta.

Elektrifikacija tvari nastaje zbog preuzimanja, uklanjanja ili odvajanja naboja kada:

• međudjelovanje materijala uslijed sila trenja ili rotacije;

• oštar pad temperature;

• zračenje na različite načine;

• cijepanje ili rezanje fizičkih tijela.

Električni naboji raspoređeni na površini objekta ili na udaljenosti od njega na nekoliko međuatomskih udaljenosti. Za neuzemljena tijela šire se po području kontaktnog sloja, a za ona vezana uz konturu tla teku prema njemu.

Stjecanje statičkog naboja iz tijela i njihovo odvođenje događa se istovremeno. Elektrifikacija se postiže kada tijelo primi veći potencijal energije nego što je potroši u vanjskom okruženju.

Iz ove pozicije proizlazi praktičan zaključak: za zaštitu tijela od statičkog elektriciteta potrebno je odvesti nastale naboje iz njega u petlju uzemljenja.

Metode procjene statičkog elektriciteta

Fizikalne tvari, prema svojoj sposobnosti da u interakciji trenjem s drugim tijelima tvore električne naboje različitih predznaka, karakteriziraju se na ljestvici triboelektričnog učinka. Neki od njih prikazani su na fotografiji.

Kao primjer njihove interakcije mogu se navesti sljedeće činjenice:

• hodanje u vunenim čarapama ili cipelama s gumenim potplatom po suhom tepihu može napuniti ljudsko tijelo do 5 ÷ -6 kV;

• tijelo automobila koji se kreće suhom cestom dobiva potencijal do 10 kV;

• pogonski remen koji okreće remenicu nabije se na 25kV.

Kao što vidite, potencijal statičkog elektriciteta doseže vrlo visoke vrijednosti čak iu domaćim uvjetima. Ali to nam ne čini veliku štetu, jer nema veliku snagu, a njegovo pražnjenje prolazi kroz veliki otpor kontaktnih pločica i mjeri se u miliamperima ili malo više.

Osim toga, znatno ga smanjuje vlažnost zraka. Njegov učinak na količinu tjelesnog stresa u kontaktu s različitim materijalima prikazan je na grafikonu.

Iz njegove analize slijedi zaključak: u vlažnom okruženju statički elektricitet se manje pojavljuje. Stoga se u borbi protiv njega koriste razna hidratantna sredstva.

U prirodi statički elektricitet može biti ogroman.Kada se oblaci kreću na velike udaljenosti, između njih se gomilaju značajni potencijali koji se manifestiraju munjama čija je energija dovoljna da stoljetno stablo raspori po deblu ili spali stambenu zgradu.

Prilikom pražnjenja statičkog elektriciteta u svakodnevnom životu osjećamo "štipanje" prstiju, vidimo iskre koje emitiraju vunene stvari, osjećamo pad energije i učinkovitosti. Struja kojoj je naše tijelo izloženo u svakodnevnom životu negativno utječe na zdravlje, stanje živčanog sustava, ali ne uzrokuje očitu, vidljivu štetu.

Proizvođači industrijske mjerne opreme proizvode uređaje koji vam omogućuju precizno određivanje veličine napona akumuliranih statičkih naboja kako na kutijama opreme tako i na ljudskom tijelu.

Kako se zaštititi od statičkog elektriciteta u svom domu

Svatko od nas trebao bi razumjeti procese koji stvaraju statička pražnjenja koja predstavljaju prijetnju našem tijelu. Oni moraju biti poznati i ograničeni. U tu svrhu provode se razne obrazovne aktivnosti, uključujući popularne televizijske programe za stanovništvo.

Na njima su uz pomoć raspoloživih sredstava prikazani načini stvaranja statičkog napona, principi njegova mjerenja i načini provođenja preventivnih mjera.

Primjerice, s obzirom na triboelektrični efekt, najbolje je za češljanje kose koristiti češljeve od prirodnog drva, a ne metalne ili plastične, kao što većina ljudi radi. Drvo ima neutralna svojstva i ne stvara naboje kada se utrlja u kosu.

Za uklanjanje statičkog potencijala s karoserije automobila tijekom vožnje na suhoj cesti koriste se posebne antistatičke trake pričvršćene na dno. Razne vrste ovih su široko dostupne za prodaju.

Ako na automobilu nema takve zaštite, tada se naponski potencijal može ukloniti kratkotrajnim uzemljenjem kućišta metalnim predmetom, na primjer ključem za paljenje automobila. Posebno je važno slijediti ovaj postupak prije punjenja goriva.

Kada se na odjeći od sintetičkih materijala nakupi statički naboj, može se ukloniti obradom pare iz posebnog spremnika s antistatičkim sastavom. Općenito, bolje je koristiti manje takvih tkanina i nositi prirodne materijale poput lana ili pamuka.

Cipele s gumenim potplatom također pomažu u nakupljanju naboja. Dovoljno je staviti u njega antistatičke uloške od prirodnih materijala, jer će se smanjiti štetan učinak na tijelo.

Već je bilo riječi o utjecaju suhog zraka karakterističnog za gradske stanove zimi. Posebni ovlaživači zraka ili čak mali komadići navlažene krpe postavljeni na kućanske predmete poboljšavaju okoliš i smanjuju stvaranje statičkog elektriciteta. Ali redovito mokro čišćenje u zatvorenom prostoru omogućuje vam pravovremeno uklanjanje elektrificiranih čestica i prašine. Ovo je jedan od najboljih načina da se zaštitite.

Kućanski električni uređaji također nakupljaju statički naboj na kutiji tijekom rada. Sustav izjednačavanja potencijala spojen na zajedničko uzemljenje strujnog kruga zgrade osmišljen je da smanji njihov utjecaj.Čak je i obična akrilna kada ili stara konstrukcija od lijevanog željeza s istim umetkom podložna statičkom djelovanju i mora biti zaštićena na ovaj način.

Kako se provodi zaštita od statičkog elektriciteta u proizvodnji?

Čimbenici koji smanjuju učinkovitost elektroničke opreme

Pražnjenja koja nastaju u proizvodnji poluvodičkih materijala mogu uzrokovati veliku štetu, poremetiti električna svojstva uređaja ili ih čak potpuno onesposobiti.

U proizvodnim postavkama odlaganje može biti proizvoljno i ovisiti o nizu različitih čimbenika:

• vrijednosti primljenog kapaciteta;

• energetski potencijal;

• električni otpor kontakata;

• vrsta prijelaznih pojava;

• druge nesreće.

U ovom slučaju, u početnom vremenu reda veličine deset nanosekundi, struja pražnjenja raste do maksimuma, a zatim se smanjuje unutar 100-300 ns.

Priroda pojave statičkog pražnjenja na poluvodičkom uređaju kroz tijelo operatera prikazana je na fotografiji.

Na veličinu struje utječu: kapacitet naboja koji je akumulirala osoba, otpor njegovog tijela i kontaktnih jastučića.

U proizvodnji električne opreme, statičko pražnjenje se može stvoriti bez intervencije operatera zbog stvaranja kontakata kroz uzemljene površine.

U ovom slučaju, na struju pražnjenja utječu kapacitet punjenja akumuliran u kućištu uređaja i otpor formiranih kontaktnih pločica. U ovom slučaju, inducirani visokonaponski potencijal i struja pražnjenja istodobno utječu na poluvodič u početnom trenutku.

Zbog tako složenog učinka, šteta može biti:

1.konkretno, kada je izvedba elemenata smanjena do te mjere da postaju neupotrebljivi;

2. skriveno — smanjenjem izlaznih parametara, ponekad čak i unutar utvrđenih tvorničkih karakteristika.

Drugu vrstu kvarova teško je otkriti: oni najčešće utječu na gubitak produktivnosti tijekom rada.

Primjer takvog oštećenja od djelovanja visokog statičkog napona prikazan je dijagramima odstupanja volt-amperskih karakteristika primijenjenih na diodu KD522D i integrirani krug KR1005VI1 LSI.

Smeđa linija broj 1 prikazuje parametre poluvodičkih elemenata prije ispitivanja s povišenim naponom, a krivulje broj 2 i 3 pokazuju njihovo smanjenje pod utjecajem povećanog induciranog potencijala. U slučaju #3, to ima veći utjecaj.

Šteta može biti uzrokovana djelovanjem:

• precijenjeni inducirani napon koji razbija dielektrični sloj poluvodičkih uređaja ili razbija kristalnu strukturu;

• velika gustoća struje koja uzrokuje visoku temperaturu koja dovodi do taljenja materijala i izgaranja oksidnog sloja;

• ispitivanja, električna toplinska obuka.

Latentna oštećenja mogu utjecati na rad ne odmah, već nakon nekoliko mjeseci ili čak godina rada.

Metode izvođenja ESD zaštite u proizvodnji

Ovisno o vrsti industrijske opreme, koristi se jedan od sljedećih načina održavanja operativnosti ili njihova kombinacija:

1. uklanjanje stvaranja elektrostatičkog naboja;

2. blokiranje njihovog ulaska na radno mjesto;

3. povećanje otpornosti uređaja i pribora na djelovanje pražnjenja.

Metode # 1 i # 2 omogućuju vam zaštitu velike skupine različitih uređaja u kompleksu, a # 3 se koristi za pojedinačne uređaje.

Visoka učinkovitost u održavanju operativnosti opreme postiže se postavljanjem u Faradayev kavez, prostor okružen sa svih strana finom mrežom metalne mrežice spojene na petlju uzemljenja. Vanjska električna polja ne prodiru u nju i ima statički magnet.

Oklopljeni kabeli rade na ovom principu.

Zaštita od statičkog djelovanja klasificira se prema načelima provedbe:

• fizički i mehanički;

• kemijski;

• konstruktivno i tehnološki.

Prve dvije metode omogućuju vam da spriječite ili smanjite stvaranje statičkog naboja i povećate brzinu njihove drenaže. Treća metoda štiti uređaje od učinaka naboja, ali ne utječe na njihovo pražnjenje.

Odvodnju otpada možete poboljšati na sljedeći način:

• stvaranje krune;

• povećanje vodljivosti materijala na kojima se nakupljaju naboji.

Riješite ove probleme:

• ionizacija zraka;

• povećanje radnih površina;

• izbor materijala s najboljom volumetrijskom vodljivošću.

Zahvaljujući njihovoj implementaciji, stvaraju se unaprijed pripremljene autoceste koje vode statičke naboje u krug uzemljenja, isključujući njihov utjecaj na radne elemente uređaja. U ovom slučaju, uzima se u obzir da ukupni električni otpor stvorene staze ne smije biti veći od 10 ohma.

Ako materijali imaju veliku otpornost, onda se zaštita vrši na druge načine. Inače se na površini počinju nakupljati naboji koji se mogu isprazniti u kontaktu s tlom.

Primjer implementacije složene elektrostatičke zaštite na radnom mjestu operatera koji se bavi održavanjem i podešavanjem elektroničkih uređaja prikazan je na fotografiji.

Površina stola spojena je na petlju uzemljenja spojnom žicom i vodljivom pločicom pomoću posebnih stezaljki. Operater radi u posebnoj odjeći, nosi cipele s vodljivim potplatom i sjedi u stolici s posebnim sjedalom. Sve ove mjere omogućuju učinkovito rješavanje akumuliranih troškova na terenu.

Radni ionizatori zraka reguliraju vlažnost, smanjuju potencijal statičkog elektriciteta. Pri njihovoj uporabi vodi se računa da povećan sadržaj vodene pare u zraku nepovoljno utječe na zdravlje ljudi. Stoga ga pokušavaju zadržati na oko 40%.

Također, učinkovit način može biti redovito prozračivanje prostorije ili korištenje ventilacijskog sustava u njoj, kada zrak prolazi kroz filtere, ionizira se i miješa, čime se osigurava neutralizacija nastalih naboja.

Kako bi se smanjio potencijal koji stvara ljudsko tijelo, narukvice se mogu koristiti kao dodatak kompletu antistatičke odjeće i obuće. Sastoje se od vodljive trake koja je kopčom pričvršćena za rame. Potonji je spojen na žicu za uzemljenje.

Ovom metodom ograničena je struja koja teče kroz ljudsko tijelo. Njegova vrijednost ne smije prelaziti jedan miliamper. Veće vrijednosti mogu uzrokovati bol i strujne ozljede.

Tijekom pražnjenja naboja u zemlju važno je osigurati brzinu njegovog pražnjenja u jednoj sekundi.U tu svrhu koriste se podne obloge s niskim električnim otporom.

Pri radu s poluvodičkim pločama i elektroničkim komponentama također je osigurana zaštita od oštećenja od statičkog elektriciteta:

• prisilno zaobilaženje terminala elektroničkih ploča i blokova tijekom pregleda;

• pomoću alata i lemilica s uzemljenim radnim glavama.

Spremnici sa zapaljivim tekućinama koji se nalaze na vozilima uzemljeni su metalnim lancem. Čak je i trup aviona opremljen metalnim sajlama koje služe kao zaštita od statičkog elektriciteta tijekom slijetanja.