Вопрос 5. В чем опасность статического электричества? Укажите причины возникновения статического электричества и способы борьбы с ним. 
Приведите одну из схем защиты от статического электричества

Статическое электричество — совокупность явлений, связанных с возникновением, сохранением и релаксацией свободного электрического заряда на поверхности или в объеме диэлектриков или на изолированных проводниках.

Наибольшую опасность статическое электричество представляет на производстве и на транспорте, особенно при наличии пожаро-взрывоопасных смесей, пылей и паров легковоспламеняющихся жидкостей.

В бытовых условиях (например, при хождении по ковру) накапливаются небольшие заряды, и энергии возникших искровых разрядов недостаточно для инициирования пожара в обычных условиях быта.

При прикосновении человека к предмету, несущему электрический заряд, происходит разряд последнего через тело человека. Величины возникающих при разрядке токов небольшие и они очень кратковременны. Поэтому электротравм не возникает. Однако разряд, как правило, вызывает рефлекторное движение человека, что в ряде случаев может привести к резкому движению, падению человека с высоты. Кроме того, при образовании заряда с большим электрическим потенциалом вокруг них создается электрическое поле повышенной напряженности, которое вредно для человека. При длительном пребывании человека в таком поле наблюдаются функциональные изменения в центральной нервной, сердечно-сосудистой и других системах. У людей, работающих в зоне воздействия электростатического поля, встречаются разнообразные жалобы: на раздражительность, головную боль, нарушение сна, снижение аппетита и др. Характерны своеобразные «фобии», обусловленные страхом ожидаемого разряда. Склонность к «фобиям» обычно сочетается с повышенной эмоциональной возбудимостью.

Установлено также благотворное влияние на самочувствие снятия избыточного электростатического заряда с тела человека (заземление, хождение босиком).

Наибольшая опасность электростатических зарядов заключается в том, что искровой разряд может обладать энергией, достаточной для воспламенения горючей или взрывоопасной смеси. Искра, возникающая при разрядке электростатических зарядов, является частой причиной пожаров и взрывов.

Так, удаление из помещения пыли из диэлектрического материала с помощью вытяжной вентиляции может привести к накоплению в газоходах электростатических зарядов и отложений пыли. Появление искрового разряда в этом случае может привести к воспламенению или взрыву пыли. Известны случаи очень серьезных аварий на предприятиях в результате взрывов в системах вентиляции.

При перевозке легковоспламеняющихся жидкостей, при их перекачке по трубопроводам, сливе из цистерны или за счет плескания жидкости накапливаются электростатические заряды, и может возникнуть искра, которая воспламенит жидкость.

Основные причины появления статического электричества:

• 1. Контакт между двумя материалами и их отделение друг от друга (включая трение, намотку/размотку и пр.).
• 2. Быстрый температурный перепад (например, в момент помещения материала в духовой шкаф).
• 3. Радиация с высокими значениями энергии, ультрафиолетовое излучение, рентгеновские X-лучи, сильные электрические поля (нерядовые для промышленных производств).
• 4. Резательные операции (например, на раскроечных станках или бумагорезальных машинах).
• 5. Электромагнитная индукция (вызванное статическим зарядом возникновение электрического поля).

Поверхностный контакт и разделение материалов, возможно, являются наиболее распространенными причинами возникновения статического электричества на производствах, связанных с обработкой рулонных пленок и листовых пластиков. Статический заряд генерируется в процессе разматывания/наматывания материалов или перемещения друг относительно друга различных слоев материалов. Этот процесс не вполне понятен, но наиболее правдивое объяснение появления статического электричества в данном случае может быть получено проведением аналогии с плоским конденсатором, в котором механическая энергия при разделении пластин преобразуется в электрическую:

Результирующее напряжение = начальное напряжение Ч (конечное расстояние между пластинами/начальное расстояние между пластинами) Защита от статического электричества осуществляется двумя путями:

• — уменьшением интенсивности образования электрических зарядов;
• — устранением образовавшихся зарядов статического электричества.

Уменьшение интенсивности образования электрических зарядов достигается за счет снижения скорости и силы трения, различия в диэлектрических свойствах материалов и повышения их электропроводимости. Уменьшение силы трения дос­тигается смазкой, снижением шероховатости и площади контакта взаимодействующих поверхностей. Скорости трения ограничивают за счет снижения скоростей обработки и транспортировки материалов.

Так как заряды статического электричества образуются при плескании, распылении и разбрызгивании диэлектрических жидкостей, желательно эти процессы устранять или, по крайней мере, их ограничивать. Например, «наполнение диэлектрическими жидкостями резервуаров свободно падающей струёй не допускается. Сливной шланг необходимо опустить под уровень жидкости или, в крайнем случае, струю направить вдоль стенки, чтобы не было брызг».

Поскольку интенсивность образования зарядов тем выше, чем меньше электропроводность материала, то желательно применять по возможности материалы с большей электропроводностью или повышать их электропроводность путем введения электропроводных (антистатических) присадок. Так, для покрытия полов нужно использовать антистатический линолеум, желательно периодически проводить антистатическую обработку ковров, ковровых материалов, синтетических тканей и материалов с использованием препаратов бытовой химии.

Соприкасающиеся предметы и вещества предпочтительнее изготовлять из одного и того же материала, так как в этом случае не будет происходить контактной электролизации. Например, полиэтиленовый порошок желательно хранить в полиэтиленовых бочках, а пересыпать и транспортировать по полиэтиленовым шлангам и трубопроводам. Если сделать это не представляется возможным, то применяют материалы, близкие по своим диэлектрическим свойствам. Например, электризация в паре фторопласт-полиэтилен меньше, нежели в паре фторопласт-эбонит.

Таким образом, для защиты от статического электричества необходимо применять слабоэлектризующиеся или неэлектризующиеся материалы, устранять или ограничивать трение, распыление, разбрызгивание, плескание диэлектрических жидкостей.

Классическая схема мер защиты:

• 1. Исключить опасность — исключить образование статического электричества или снизить его до безопасного уровня:
  • — изготовление контактирующих частей из материалов с близкими величинами электросопротивления;
  • — уменьшение силового воздействия;
  • — уменьшение скоростей (например, тормозные устройства для падающих сыпучих);
  • — нефтепродукты, бензолы легко электризуются. Поэтому ограничивается скорость истечения: 10 м/сек при r<105 Ом м, 5 м/сек при r<109 Ом м; нефтепродукты не допускается наливать свободно падающей струей, сливную трубу располагать у дна, не допускать интенсивного перемешивания;
• 2. Удаление от опасности: автоматизация и механизация производственных процессов, т. е. без участия человека
• 3. Ограждение опасности — мероприятие, направленные на быструю безразрядную релаксацию зарядов:
  • — заземление металлического и электропроводного оборудования, присоединение к заземлителю не менее чем в двух точках. Сопротивление не более 10 Ом;
  • — создание единой электрической цепи, обеспечение электропроводности во фланцах, покрытие пластиковых вставок электропроводящими материалами;
  • — добавление токопроводящих примесей;
  • — лакокрасочные токопроводящие покрытия;
  • — добавление в электризующиеся жидкости антистатических добавок (слабых электролитов)
  • — корпуса автоцистерн при перекачке топлива присоединяют к стационарному заземлителю, при движении — цепь;
  • — увеличение относительной влажности до 65…70%. Эффективно, если материалы гидрофильны, т. е. способны образовать на поверхности тончайшую водяную пленку. Она экранирует эмиссию электронов и способствует релаксации;
  • — ионизация воздуха в зоне образования зарядов: Индукционные нейтрализаторы — создание электростатического поля высокой напряженности. С острия электродов-ионизаторов стекают потоки электронов, Радиоизотопные нейтрализаторы: a-излучение (положительно заряженные ядра атомов гелия, толщина слоя ионизации 40 мм) и b-излучение (электроны, слой ионизации — 400 мм);
• 4. Ограждение человека: антистатическая одежда и обувь; токопроводящие полы и площадки; заземленные токопроводящая обивка стульев и электропроводные браслеты; Организационные мероприятия: обучение, инструктаж.