Statički elektricitet — što je to, kako nastaje i problemi povezani s njim

Što je statički elektricitet

Statički elektricitet nastaje kada je intraatomska ili intramolekularna ravnoteža poremećena zbog dobivanja ili gubitka elektrona. Normalno, atom je u ravnoteži zbog istog broja pozitivnih i negativnih čestica — protona i elektrona. Elektroni se lako mogu kretati s jednog atoma na drugi. U isto vrijeme, oni stvaraju pozitivne (gdje nema elektrona) ili negativne (jedan elektron ili atom s dodatnim elektronom) ione. Kada dođe do ove neravnoteže, stvara se statički elektricitet.

Za više detalja pogledajte ovdje: O statičkom elektricitetu u slikama

Električni naboj na elektronu — ( -) 1,6 x 10-19 privjesak. Proton s istim nabojem ima pozitivan polaritet. Statički naboj u kulonima izravno je proporcionalan višku ili manjku elektrona, tj. broj nestabilnih iona.

Privjesak je osnovna jedinica statičkog naboja, koja definira količinu elektriciteta koja prolazi kroz poprečni presjek žice u 1 sekundi pri 1 amperu.

Pozitivni ion nema jedan elektron, stoga može lako prihvatiti elektron od negativno nabijene čestice. Negativni ion, zauzvrat, može biti ili jedan elektron ili atom/molekula s velikim brojem elektrona. U oba slučaja postoji elektron koji može neutralizirati pozitivni naboj.

Kako nastaje statički elektricitet

Glavni uzroci statičkog elektriciteta:

• Kontakt između dva materijala i njihovo odvajanje jednog od drugog (uključujući trljanje, kotrljanje/odmotavanje itd.).

• Nagli pad temperature (na primjer, kada se materijal stavi u pećnicu).

• Zračenje visoke energije, ultraljubičasto zračenje, X-zrake, jaka električna polja (nije uobičajeno u industrijskim primjenama).

• Postupci rezanja (npr. na strojevima za rezanje ili strojevima za rezanje papira).

• Priručnik (Generirani statički elektricitet).

Površinski kontakt i odvajanje materijala vjerojatno su najčešći uzroci statičkog elektriciteta u industriji folija u rolama i plastičnih ploča. Statički naboj nastaje tijekom odmotavanja/premotavanja materijala ili pomicanja različitih slojeva materijala jedan u odnosu na drugi.

Ovaj proces nije potpuno jasan, ali najvjernije objašnjenje za pojavu statičkog elektriciteta u ovom slučaju može se dobiti analogijom s ravnim kondenzatorom, u kojem se mehanička energija pretvara u električnu kada se ploče odvoje:

Rezultirajuće naprezanje = početno naprezanje x (konačni razmak ploča / početni razmak ploča).

Kada sintetički film dodirne valjak za uvlačenje/namatanje, lagani naboj koji teče od materijala prema valjku uzrokuje neravnotežu. Kako materijal nadilazi područje kontakta s osovinom, napon raste na isti način kao u slučaju ploče kondenzatora u trenutku njihovog odvajanja.

Praksa pokazuje da je amplituda rezultirajućeg napona ograničena zbog električnog proboja koji se javlja u procjepu između susjednih materijala, površinske vodljivosti i drugih čimbenika. Na izlazu filma iz kontaktnog područja često se može čuti lagano pucketanje ili promatrati iskre. To se događa u trenutku kada statički naboj dosegne vrijednost dovoljnu da razgradi okolni zrak.

Prije kontakta s valjkom, sintetički film je električki neutralan, ali u procesu kretanja i kontakta s dovodnim površinama, tok elektrona usmjerava se na film i puni ga negativnim nabojem. Ako je osovina metalna i uzemljena, njen će pozitivni naboj brzo nestati.

Većina opreme ima mnogo osovina, tako da se količina punjenja i njegov polaritet mogu često mijenjati. Najbolji način za kontrolu statičkog naboja je točno mjerenje u području neposredno ispred problematičnog područja. Ako se naboj neutralizira prerano, može se oporaviti prije nego film dosegne ovo problematično područje.

Ako objekt ima sposobnost pohranjivanja značajnog naboja i ako postoji visok napon, statički elektricitet će uzrokovati ozbiljne probleme kao što su stvaranje luka, elektrostatičko odbijanje/privlačenje ili strujni udar za osoblje.

Napunite polaritet

Statički naboj može biti pozitivan ili negativan.Za istosmjernu struju (AC) i pasivne limitatore (četkice), polaritet punjenja obično nije važan.

Problemi sa statičkim elektricitetom

Statičko pražnjenje u elektronici

Potrebno je obratiti pozornost na ovaj problem, jer se to često događa pri radu s elektroničkim blokovima i komponentama koje se koriste u modernim upravljačkim i mjernim uređajima.

U elektronici, glavna opasnost povezana sa statičkim elektricitetom dolazi od osobe koja nosi naboj i ne treba je zanemariti. Struja pražnjenja stvara toplinu, što dovodi do prekinutih veza, prekinutih kontakata i prekinutih tragova mikro krugova. Visoki napon također uništava tanki oksidni film na tranzistorima s efektom polja i drugim obloženim elementima.

Često komponente ne zakažu u potpunosti, što se može smatrati još opasnijim, budući da se kvar ne pojavljuje odmah, već u nepredvidivom trenutku tijekom rada uređaja.

Kao opće pravilo, kada radite s dijelovima i uređajima osjetljivim na statički elektricitet, uvijek trebate poduzeti korake za neutralizaciju nakupljenog naboja na vašem tijelu.

Elektrostatsko privlačenje/odbijanje

Ovo je možda najčešći problem u industriji plastike, papira, tekstila i srodnim industrijama. Očituje se u činjenici da materijali samostalno mijenjaju svoje ponašanje - lijepe se ili, obrnuto, odbijaju, lijepe se za opremu, privlače prašinu, nepravilan vjetar na prijemnom uređaju itd.

Privlačenje/odbijanje događa se u skladu s Coulombovim zakonom koji se temelji na principu suprotnosti od kvadrata. U najjednostavnijem obliku izražava se na sljedeći način:

Sila privlačenja ili odbijanja (u Newtonima) = Naboj (A) x Naboj (B) / (Udaljenost između objekata 2 (u metrima)).

Stoga je intenzitet ovog učinka izravno povezan s amplitudom statičkog naboja i udaljenosti između privlačnih ili odbojnih objekata. Privlačenje i odbijanje događa se u smjeru linija električnog polja.

Ako dva naboja imaju isti polaritet, oni se odbijaju; ako je suprotno, privlače jedno drugo. Ako je jedan od objekata nabijen, to će izazvati privlačnost, stvarajući zrcalnu sliku naboja na neutralnim objektima.

Opasnost od požara

Rizik od požara nije uobičajen problem za sve industrije. No vjerojatnost požara vrlo je velika u tiskarskim i drugim poslovima koji koriste zapaljiva otapala.

U opasnim područjima najčešći izvori paljenja su neuzemljena oprema i pokretne žice. Ako rukovatelj u opasnom području nosi sportske cipele ili cipele s nevodljivim potplatom, postoji rizik da će njegovo tijelo generirati naboj koji može zapaliti otapala. Opasni su i neuzemljeni vodljivi dijelovi stroja. Sve u zoni opasnosti mora biti pravilno uzemljeno.

Sljedeće informacije pružaju kratko objašnjenje potencijala paljenja statičkog elektriciteta u zapaljivim okruženjima. Važno je da se neiskusni trgovci unaprijed upoznaju s vrstama opreme kako bi izbjegli pogreške u odabiru uređaja za korištenje u takvim uvjetima.

Sposobnost pražnjenja da izazove požar ovisi o mnogim varijablama:

• vrsta odlaganja;

• snaga pražnjenja;

• izvor pražnjenja;

• energija pražnjenja;

• prisutnost zapaljive okoline (otapala u plinovitoj fazi, prašina ili zapaljive tekućine);

• minimalna energija paljenja (MEW) zapaljivog medija.

Vrste pražnjenja

Postoje tri glavne vrste — iskre, četke i klizne četke. U ovom slučaju, koronarno pražnjenje se ne uzima u obzir, jer nije jako energično i odvija se prilično sporo. Koronsko pražnjenje općenito je bezopasno i treba ga uzeti u obzir samo u područjima s vrlo visokom opasnošću od požara i eksplozije.

Iskreno otpuštanje

Uglavnom dolazi od umjereno vodljivog, električno izoliranog objekta. To može biti ljudsko tijelo, dio stroja ili alat. Pretpostavlja se da se sva energija naboja rasprši u trenutku iskrenja. Ako je energija veća od MEW para otapala, može doći do paljenja.

Energija iskre izračunava se na sljedeći način: E (u džulima) = ½ C U2.

Iscjedak iz ruku

Pražnjenje se događa kada oštri dijelovi opreme koncentriraju naboj na površine dielektričnih materijala čija izolacijska svojstva uzrokuju njegovo nakupljanje. Pražnjenje pomoću četke ima nižu energiju od iskre i stoga predstavlja manju opasnost od paljenja.

Razmažite kliznim kistom

Klizno raspršivanje četkom događa se na listovima ili rolama sintetičkih materijala visokog otpora s povećanom gustoćom naboja i različitim polaritetima naboja na svakoj strani trake. Ova pojava može biti uzrokovana trljanjem ili prskanjem praškastog premaza. Učinak je usporediv s pražnjenjem ravnog kondenzatora i može biti jednako opasan kao iskričasto pražnjenje.

Izvor snage i energije

Veličina i geometrija raspodjele naboja važni su čimbenici. Što je veći volumen tijela, to sadrži više energije. Oštri kutovi povećavaju snagu polja i održavaju pražnjenja.

Snaga pražnjenja

Ako se objekt s energijom ne ponaša dobro strujanpr. ljudsko tijelo, otpor objekta će oslabiti izbacivanje i smanjiti opasnost. Za ljudsko tijelo postoji osnovno pravilo: pretpostavimo da se sva otapala s unutarnjom minimalnom energijom paljenja manjom od 100 mJ mogu zapaliti, unatoč činjenici da energija sadržana u tijelu može biti 2 do 3 puta veća.

Minimalna energija paljenja MEW

Minimalna energija paljenja otapala i njihova koncentracija u opasnom području vrlo su važni čimbenici. Ako je minimalna energija paljenja niža od energije pražnjenja, postoji opasnost od požara.

Elektro šok

Sve više pozornosti posvećuje se pitanju rizika od statičkog udara u industrijskom poduzeću. To je zbog značajnog povećanja zahtjeva za zdravlje i sigurnost na radu.

Strujni udar uzrokovan statičkim elektricitetom općenito nije osobito opasan. To je samo neugodno i često izaziva teške reakcije.

Postoje dva uobičajena uzroka statičkog udara:

Inducirani naboj

Ako se osoba nalazi u električnom polju i drži nabijeni predmet, kao što je kolut filma, moguće je da se njeno tijelo naelektrizira.

Naboj ostaje u tijelu operatera ako nosi cipele s izolacijskim potplatom dok ne dotakne uzemljenu opremu. Naboj se slijeva na tlo i pogađa osobu. To se također događa kada operater dotakne nabijene predmete ili materijale — zbog izolacijskih cipela naboj se nakuplja u tijelu. Kada rukovatelj dodirne metalne dijelove opreme, naboj se može isprazniti i izazvati strujni udar.

Kada ljudi hodaju po sintetičkim tepisima, statički elektricitet se stvara kontaktom između tepiha i cipela. Električni udari koje vozači dobiju kad izađu iz svojih automobila pokreću se nabojem koji se stvori između sjedala i njihove odjeće kad ustanu. Rješenje ovog problema je dodirnuti metalni dio automobila, poput okvira vrata, prije nego što ga podignete sa sjedala. To omogućuje da naboj sigurno iscuri na tlo kroz karoseriju vozila i gume.

Električni udar izazvan opremom

Takav strujni udar je moguć, ali se događa puno rjeđe od oštećenja izazvanih materijalom.

Ako namotajni kolut ima značajan naboj, događa se da prsti operatera koncentriraju naboj do te mjere da dođe do točke pucanja i dođe do pražnjenja. Također, ako je neuzemljeni metalni objekt u električnom polju, može se nabiti induciranim nabojem. Budući da je metalni predmet vodljiv, mobilni naboj će se isprazniti u osobu koja dodiruje predmet.