Статична електрика, виникнення та засоби захисту

Статична електрика — це сукупність явищ, що пов'язані з виникненням, накопиченням та релаксацією вільного електричного заряду на поверхні або в об'ємі діелектричних та напівпровідникових речовин, матеріалів та виробів. Виникнення зарядів статичної електрики є результатом складних процесів перерозподілу електронів чи іонів при стиканні двох різнорідних тіл (речовин).

Порушення поверхневого контакту при терті тіл призводить до електризації — виникнення електричних зарядів, які можуть утримуватись на поверхні цих тіл протягом тривалого часу. Такі заряди, на відміну від рухомих зарядів динамічної електрики (електричний струм) знаходяться у статичному стані.

Електростатичні заряди виникають:

v при терті діелектричних тіл один об одного або об метал (наприклад, пасові передачі);

v при переливанні, перекачуванні, перевезенні в ємкостях горючих та легкозаймистих рідин;

v при транспортуванні горючих газів трубопроводом;

v при подрібненні діелектриків;

v при переміщенні сухого запиленого повітря зі швидкістю понад 15—20 м/с і т. п.

Релаксація – одне із явищ, що спонукає виникнення статичної електрики, та пов’язане із зменшенням величини вільних електричних зарядів на поверхні і в об'ємі діелектричних і напівпровідникових матеріалів, виробів або на ізольованих провідниках.

Види релаксації.

Релаксація зарядів відбувається в наступних формах (видах):

a) розтікання зарядів по поверхні тіла;

b) розподіл зарядів в об'ємі тіла;

c) стікання з поверхні в повітря;

d) іскрові розряди між негативними і позитивними зарядами на поверхні тіл.

Іскрові розряди між контактуючими тілами можуть мати велику енергію і можуть бути джерелами запалення пальних газо-, паро-, і пилоповітряних сумішей. Саме в цьому полягає основний небезпечний чинник статичної електрики.

Енергію іскри між зарядженим предметом і заземлювачем визначають за формулою:

, Дж,

де С – ємність зарядженого статичною електрикою предмета відносно землі,Ф; U – величина заряду між зарядженим предметом і землею, В; Q – величина заряду, Кл.

Електростатична іскробезпека вважається забезпеченою, якщо в результаті вжитих заходів виконується умова

W ≤ kW_min,

де W – максимальна енергія розрядів від статичної електрики, які можуть виникнути всередині об’єкта, Дж;

k – коефіцієнт безпеки, який вибирається із умов допустимої (безпечної) імовірності; в випадку неможливості визначення імовірності приймають рівним 0,4;

W_min – мінімальна енергія запалювання можливої на виробництві горючої суміші, Дж.

Наприклад:

Величина мінімальної енергії запалювання W_min складає:

• пилоповітряні суміші: вугілля – 40 мДж; гума – 30 мДж; смола – 2,5 мДж;

• газоповітряні суміші: метан – 0,3 мДж (при 25°С); аміак – 6,8 мДж (при 25°С); водень – 0,011 мДж (при 25°С).

Відповідно до ДНАОП 0.00-1.29-97«Правил захисту від статистичної електрики» заходи щодо захисту передбачаються і реалізується у вибухонебезпечних приміщеннях і зонах відкритих установок В-1, В-1а, В-1б, В-1г, В-ІІ, В-ІІа.

За сприятливих умов, наприклад, при низькій вологості повітря статичні заряди не лише утворюються, а й накопичуються. Коли в результаті такого накопичення вони набудуть високого потенціалу, то може виникнути швидкий іскровий розряд між частинами устаткування або розряд на землю. Такий іскровий розряд при наявності горючих сумішей може спричинити вибух чи пожежу. В цьому і полягає основна небезпека статичної електрики. Так бензол, бензин спалахують внаслідок електростатичного розряду при різниці потенціалів до 1000 В, а більшість горючих повітряно-пилових сумішей — до 5000 В (за умови, що іскра має достатню енергію).

Заряди статичної електрики можуть утворюватись чи передаватись (контактним або індукційним шляхом) тілу людини. Якщо виникають іскрові розряди, то вони викликають фізіологічну дію у вигляді уколу чи незначного поштовху, які самі по собі не являють небезпеки для людини (сила струму розряду дуже мала). Враховуючи неочікуваність такого розряду, у людини може відбутись рефлекторний рух, що в низці випадків призводить до травмування (робота на висоті, біля рухомих незахищених частин устаткування тощо).

Систематичний вплив електростатичного поля підвищеної напруженості негативно впливає на організм людини, викликаючи, в першу чергу, функціональні розлади центральної нервової та серцево-судинної систем. Відповідно до ГОСТ 12.1.045-84 «Электростатические поля. Допустимые урони на рабочих местах и требования к проведению контроля» гранично допустима напруженість електричного поля Е_доп на робочих місцях не повинна перевищувати 60 кВ/м, якщо час впливу t_в не перевищує 1 год; при 1 год<t_в<9 год–Е_доп=60× t_в^0,5.

Захист від статичної електрики та її небезпечних проявів досягається трьома основними способами:

1. запобіганням виникнення та накопичення статичної електрики;

2. прискоренням стікання електростатичних зарядів;

3. нейтралізацією електростатичних зарядів.

Запобігти виникненню статичної електрики чи зменшити її величину можна:

v заміною небезпечної технології;

v зменшенням швидкості руху речовин по трубопроводу;

v виготовленням поверхонь, що труться, з однорідних матеріалів.

Прискоренню стікання зарядів сприяє:

v заземлення устаткування;

v збільшення електропровідності матеріалів шляхом нанесення на їх поверхню антистатичних добавок чи присадок;

v підвищення відносної вологості повітря.

Нейтралізація зарядів статичної електрики здійснюється:

v внаслідок іонізації повітря індукційними, високовольтними, радіоактивними та комбінованими нейтралізаторами.