Статички електрицитет — шта је то, како се генерише и проблеми повезани са њим

Шта је статички електрицитет

Статички електрицитет настаје када је интраатомска или интрамолекуларна равнотежа поремећена услед повећања или губитка електрона. Нормално, атом је у равнотежи због истог броја позитивних и негативних честица — протона и електрона. Електрони могу лако да се крећу од једног атома до другог. Истовремено, они формирају позитивне (где нема електрона) или негативне (један електрон или атом са додатним електроном) јоне. Када дође до ове неравнотеже, ствара се статички електрицитет.

За више детаља погледајте овде: О статичком електрицитету у сликама

Електрични набој на електрону — ( -) привезак 1,6 к 10-19. Протон са истим наелектрисањем има позитиван поларитет. Статички набој у кулонима је директно пропорционалан вишку или мањку електрона, тј. број нестабилних јона.

Привезак је основна јединица статичког набоја, која дефинише количину електричне енергије која прође кроз попречни пресек жице за 1 секунду при 1 амперу.

Позитивни јон нема један електрон, па може лако да прихвати електрон из негативно наелектрисане честице. Негативни јон, заузврат, може бити или један електрон или атом/молекул са великим бројем електрона. У оба случаја постоји електрон који може да неутралише позитивно наелектрисање.

Како се ствара статички електрицитет

Главни узроци статичког електрицитета:

• Контакт између два материјала и њихово одвајање један од другог (укључујући трљање, ваљање/одмотавање, итд.).

• Брзи пад температуре (на пример, када се материјал стави у рерну).

• Зрачење високе енергије, ултраљубичасто зрачење, рендгенски зраци, јака електрична поља (нису уобичајена у индустријским апликацијама).

• Операције резања (нпр. на машинама за сечење или машинама за сечење папира).

• Приручник (генерисани статички електрицитет).

Површински контакт и раздвајање материјала су вероватно најчешћи узроци статичког електрицитета у индустрији фолија и пластичних плоча. Статички набој се ствара током одмотавања/премотавања материјала или померања различитих слојева материјала у односу један на други.

Овај процес није потпуно јасан, али се најистинитије објашњење за појаву статичког електрицитета у овом случају може добити по аналогији са равним кондензатором, у коме се механичка енергија претвара у електричну када се плоче раздвоје:

Резултујући напон = почетни напон к (крајњи размак плоча / почетни размак плоча).

Када синтетички филм додирне ваљак за довод/навлаку, благо наелектрисање које тече од материјала до ваљка изазива неравнотежу.Како материјал превазилази контактну површину са осовином, напон расте на исти начин као у случају плоче кондензатора у тренутку њиховог одвајања.

Пракса показује да је амплитуда резултујућег напона ограничена због електричног слома који се јавља у процепу између суседних материјала, површинске проводљивости и других фактора. На излазу филма из подручја контакта често можете чути благо пуцкетање или уочити варнице. То се дешава у тренутку када статички набој достигне вредност довољну да разбије околни ваздух.

Пре контакта са ролном, синтетички филм је електрично неутралан, али у процесу кретања и контакта са напојним површинама, ток електрона се усмерава на филм и пуни га негативним наелектрисањем. Ако је осовина метална и уземљена, њено позитивно наелектрисање ће се брзо испразнити.

Већина опреме има много осовина, тако да се количина пуњења и њен поларитет могу често мењати. Најбољи начин да контролишете статички набој је да га прецизно измерите у области испред проблематичне области. Ако се пуњење неутралише прерано, може се опоравити пре него што филм стигне до овог проблематичног подручја.

Ако објекат има способност да ускладишти значајан набој и ако постоји висок напон, статички електрицитет ће изазвати озбиљне проблеме као што су лучни лук, електростатичко одбијање / привлачење или струјни удар за особље.

Напуните поларитет

Статички набој може бити позитиван или негативан.За једносмерну струју (АЦ) и пасивне лимитере (четке), поларитет пуњења обично није важан.

Проблеми са статичким електрицитетом

Статичко пражњење у електроници

Неопходно је обратити пажњу на овај проблем, јер се то често дешава при раду са електронским блоковима и компонентама које се користе у савременим контролним и мерним уређајима.

У електроници, главна опасност повезана са статичким електрицитетом долази од особе која носи пуњење и не треба је занемарити. Струја пражњења ствара топлоту, што доводи до покварених веза, прекида контаката и покварених трагова микрокола. Висок напон такође уништава танки оксидни филм на транзисторима са ефектом поља и другим обложеним елементима.

Често компоненте не пропадају у потпуности, што се може сматрати још опаснијим, јер се квар не појављује одмах, већ у непредвидивом тренутку током рада уређаја.

Као опште правило, када радите са деловима и уређајима осетљивим на статички електрицитет, увек треба да предузмете кораке да неутралишете нагомилани набој на вашем телу.

Електростатичко привлачење / одбијање

Ово је можда најчешћи проблем у индустрији пластике, папира, текстила и сродним индустријама. То се манифестује у чињеници да материјали самостално мењају своје понашање — држе се заједно или, обрнуто, одбијају, лепе за опрему, привлаче прашину, неправилан ветар на пријемном уређају итд.

Привлачење/одбијање се дешава у складу са Кулоновим законом који се заснива на принципу супротности квадрата. У свом најједноставнијем облику, то се изражава на следећи начин:

Сила привлачења или одбијања (у Њутнима) = Наелектрисање (А) к Наелектрисање (Б) / (Удаљеност између објеката 2 (у метрима)).

Стога је интензитет овог ефекта директно повезан са амплитудом статичког набоја и растојањем између привлачних или одбојних објеката. Привлачење и одбијање се јављају у правцу линија електричног поља.

Ако два наелектрисања имају исти поларитет, одбијају се; ако је супротно, привлаче се. Ако је један од објеката наелектрисан, то ће изазвати привлачност, стварајући зрцалну слику наелектрисања на неутралним објектима.

Опасност од пожара

Ризик од пожара није уобичајен проблем за све индустрије. Али вероватноћа пожара је веома велика у штампарији и другим предузећима која користе запаљиве раствараче.

У опасним подручјима, најчешћи извори паљења су неуземљена опрема и покретне жице. Ако руковалац у опасном подручју носи спортске ципеле или ципеле са непроводљивим ђоном, постоји ризик да ће његово тело произвести наелектрисање које може да запали раствараче. Неуземљени проводни делови машине су такође опасни. Све у зони опасности мора бити правилно уземљено.

Следеће информације пружају кратко објашњење потенцијала паљења статичког електрицитета у запаљивим срединама. Важно је да неискусни трговци унапред буду упознати са врстама опреме како би избегли грешке у избору уређаја за употребу у таквим условима.

Способност пражњења да изазове пожар зависи од многих варијабли:

• врста одлагања;

• снага пражњења;

• извор пражњења;

• енергија пражњења;

• присуство запаљивог окружења (растварачи у гасној фази, прашина или запаљиве течности);

• минимална енергија паљења (МЕВ) запаљивог медијума.

Врсте пражњења

Постоје три главна типа — варница, четка и клизна четкица. У овом случају, коронарни пражњење се не узима у обзир, јер није много енергично и дешава се прилично споро. Коронско пражњење је генерално безопасно и треба га разматрати само у областима са веома високим ризиком од пожара и експлозије.

Искрено отпуштање

Долази углавном из умерено проводљивих, електрично изолованих објеката. То може бити људско тело, део машине или алат. Претпоставља се да се сва енергија наелектрисања распршује у тренутку варничења. Ако је енергија већа од МЕВ пара растварача, може доћи до паљења.

Енергија варнице се израчунава на следећи начин: Е (у џулима) = ½ Ц У2.

Исцједак из руку

Пражњење четкице настаје када оштри делови опреме концентришу наелектрисање на површинама диелектричних материјала чија изолациона својства изазивају његово акумулирање. Пражњење четке има нижу енергију од пражњења варницом и стога представља мању опасност од паљења.

Раширите клизном четком

Прскање клизним четком се дешава на листовима или ролнама синтетичких материјала високе отпорности са повећаном густином наелектрисања и различитим поларитетима наелектрисања на свакој страни мреже. Ова појава може бити узрокована трљањем или прскањем прашкастог премаза. Ефекат је упоредив са пражњењем равног кондензатора и може бити једнако опасан као и варничко пражњење.

Извор снаге и енергије

Величина и геометрија дистрибуције наелектрисања су важни фактори. Што је већа запремина тела, то више енергије садржи. Оштри углови повећавају снагу поља и одржавају пражњење.

Снага пражњења

Ако се објекат са енергијом не понаша добро електрична енергијанпр. људско тело, отпор објекта ће ослабити избацивање и смањити опасност. За људско тело постоји основно правило: претпоставите да се сви растварачи са унутрашњом минималном енергијом паљења мањом од 100 мЈ могу запалити, упркос чињеници да енергија садржана у телу може бити 2 до 3 пута већа.

Минимална енергија паљења МЕВ

Минимална енергија паљења растварача и њихова концентрација у опасном подручју су веома важни фактори. Ако је минимална енергија паљења мања од енергије пражњења, постоји опасност од пожара.

Електрични удар

Све више пажње се посвећује питању ризика од статичког удара у индустријском предузећу. Ово је због значајног повећања захтева за здравље и безбедност на раду.

Струјни удар изазван статичким електрицитетом генерално није посебно опасан. То је једноставно непријатно и често изазива тешке реакције.

Постоје два уобичајена узрока статичког шока:

Индуковано пуњење

Ако се особа налази у електричном пољу и држи наелектрисани предмет, као што је ролна филма, могуће је да се њено тело наелектри.

Наелектрисање остаје у телу оператера ако носи ципеле са изолационим ђоном све док не додирне уземљену опрему. Наелектрисање се спушта на земљу и погађа особу. Ово се такође дешава када оператер додирне наелектрисане предмете или материјале — због изолационих ципела, наелектрисање се акумулира у телу. Када оператер додирне металне делове опреме, пуњење се може испразнити и изазвати струјни удар.

Када људи ходају по синтетичким теписима, статички електрицитет се ствара контактом између тепиха и ципела. Електричне шокове које возачи доживе када изађу из аутомобила покреће наелектрисање које се ствара између седишта и њихове одеће када устану. Решење овог проблема је додиривање металног дела аутомобила, као што је оквир врата, пре подизања са седишта. Ово омогућава да се пуњење безбедно испразни на земљу кроз каросерију возила и гуме.

Електрични удар изазван опремом

Такав струјни удар је могућ, иако се дешава много ређе од оштећења изазваних материјалом.

Ако намотај за намотавање има значајно пуњење, дешава се да прсти оператера концентришу пуњење до те мере да дође до тачке лома и долази до пражњења. Такође, ако је неуземљени метални предмет у електричном пољу, он може постати наелектрисан индукованим наелектрисањем. Пошто је метални предмет проводљив, мобилно пуњење ће се испразнити у особу која додирује предмет.