Под статическим электричеством (СЭ) принято понимать электри­ческие заряды, находящиеся в состоянии относительного покоя, рас­пределенные на поверхности или в объеме диэлектрика, или на поверх­ности изолированного проводника. Перемещение зарядов СЭ в про­странстве обычно происходит вместе с наэлектризованными телами.

По физико-химическому строению все вещества электрически ней­тральны, т.е. обладают равным количеством положительных и отрица­тельных зарядов. Тело является наэлектризованным, если содержит из­быток зарядов того или иного знака. Процесс электризации заключает­ся в том, что одно тело приобретает или отдает другому электрические заряды преимущественно одного знака. Обмен зарядами между взаи­модействующими телами происходит на границе их соприкосновения (или вблизи ее) за счет физико-химических процессов. Два электричес­ки нейтральных тела, приведенные в соприкосновение, после разрыва контакта между ними могут оказаться наэлектризованными зарядами противоположного знака. Мерой электризации является количество элек­трических зарядов, перешедших с одного тела на другое в ходе их взаи­модействия.

Наиболее ярко способность к электризации проявляется на диэлек­трических материалах. Идеальных диэлектриков, совершенно не про­водящих электрический ток в природе не существует, поэтому прово­димость любого диэлектрика не равна нулю. Следовательно, даже са­мый лучший диэлектрик способен рассеивать заряды, сообщенные ему в результате электризации, однако процесс этот происходит значитель­но медленнее, чем у проводников.

Электрические свойства диэлектрика характеризуются объемным сопротивлением ρ (Ом· м) или удельной объемной электропроводностью, т.е. способностью единицы объема материала прово­дить электрический ток. Кроме объемной электропроводности, боль­шое значение для электризации имеет поверхностная электропровод­ность материала. Поверхностная электропроводность может быть существенно выше объемной зa счет наличия на поверхности диэлектрика всякого рода загрязнений, пленки влаги с рacтворенными в ней различными веществами и т.п., что способствует уве­личению токов утечки. На величину поверхностной электропроводности иногда большое влияние оказывает температура и влажность окружающего воздуха. Поверхностная электропроводность часто играет определяющую роль,  как в самом процессе электризации, так и в ходе рассеивания зарядов СЭ.

Мерой электризации является количество электри­ческого заряда, перешедшего с одного тела на другое в процессе их взаи­модействия. Плотность каждого из зарядов СЭ при этом будет меньше плот­ности зарядов разрушенного двойного слоя. Происходит это вследствие того, что в момент разделения двух поверхностей в результате деформации электрического поля двойного слоя происходит значительное возрастание напряженности поля в месте отрыва. Под действием этого поля заряды стре­мятся соединиться, нейтрализуя друг друга, но этот процесс ограничивается электропроводностью материалов.

У проводящих материалов заряды под действием силы поля движутся свободно и при разделении поверхностей практически полностью нейтрализуются. У диэлектриков, обладающих низкой электропроводностью, большая часть зарядов двойного слоя оста­ется на разделяемых поверхностях.

 Если заряд значителен по величине, то электрическое поле в образующемся между разделяемыми телами воздуш­ном промежутке, возрастая, может достигнуть значений, при которых на­чинается развитие газового разряда. В этом случае за счет ионизации воз­духа электрическим полем в воздушном промежутке появляются дополни­тельные положительные и отрицательные носители зарядов, которые под действием сил поля оседают на разделяемых поверхностях, частично их нейтрализуя, что проявляется в виде голубоватого свечения, искрения и потрескивания. Чем выше скорость разделения взаимодействующих по­верхностей и меньше их электропроводность, тем меньшая часть зарядов нейтрализуется. При быстром разделении непроводящих тел максималь­ная величина заряда СЭ ограничивается электрической прочностью воздуха. Плоская поверхность, таким образом, может нести заряд 26.5 мкКл/м². Практически за счет малого числа контактных точек, утечки зарядов из-за проводимости и газового разряда наибольшая плотность заряда СЭ обыч­но составляет порядка 10 мкКл/м².

Электризация твердых тел становится заметной, если удельное элек­трическое сопротивление материала превышает 1·10⁸ Ом·м. Так как боль­шинство ЭКМ по своей природе относятся либо к полупроводникам, либо к диэлектрикам (табл.19), т.е. веществам, способным к статической элек­тризации, то вопросы условий их воспламенения в результате разряда статического электричества являются принципиально важными с точ­ки зрения обеспечения безопасности их переработки и использования.

Удельное сопротивление некоторых ЭКМ                 Таблица 19

В современном производстве ЭКМ существует ряд технологических операций, при которых наблюдается электризация перерабатываемых веществ. В первую очередь это операции, связанные с обработкой и транспортированием дисперсных материалов: просеивание, сушка в кипящем слое, пневмо-вакуум-транспортирование и т.п. Поскольку боль­шинство сыпучих материалов, применяемых в производстве ЭКМ, обла­дают низкой электропроводностью, то они способны электризоваться, что в ряде случаев может нарушить ход технологических операций, на­пример, в результате налипания материала на стенки оборудования, а при определенных условиях создает угрозу возникновения пожара и взрыва за счет разрядов СЭ.

Для того чтобы оценить степень опасности электрических разря­дов, которые могут возникнуть в той или иной горючей среде, необхо­димо знать, какова же энергия электрического разряда, который может воспламенить эту среду? Тот факт, что такой высокотемпературный ис­точник воспламенения, как электрическая искра, температура которой превышает 10000К, не всегда вызывает устойчивое распространение фронта пламени после окончания разряда, объясняется тем, что для вос­пламенения необходимо создать условия, аналогичные горению во фрон­те пламени. Другими словами, необходимо прогреть до температуры горения объем, характерный размер которого в несколько раз больше характерной ширины зоны ламинарного пламени, В этом случае близ­лежащие слои горючей среды успевают воспламениться прежде, чем нагретый искрой объем остынет.

К сожалению, теории, позволяющей достаточно точно количественно рассчитать минимальную энергию зажигания для конкретной сре­ды, в настоящее время не существует, поэтому определение минимальной энергии зажигания про­изводится экспериментально.

Для определения минимальной энергии зажигания твердых, пастообразных и жидких веществ используются установки, в которых электрический разряд происходит непосредственно над поверхностью испытуемого образца. При этом энергия разряда рассчитывается по известной формуле

W= CU²/2,

где W − энергия разряда, Дж; С − электрическая емкость, Ф; U − элект­рический потенциал, В;

Фактические значения минимальной энергии зажигания для различных ЭКМ, а также для других материалов, используемых в производстве, представлены в табл. 20.  Сле­дует отметить, что некоторые твердые ЭКМ, имеющие высокую скорость горения, обладают низкими значениями минимальной энергии зажигания (<10мДж).

На практике возможны три источника статического электричества:

1) разряды с заряженных диэлектрических материалов − могут пред­ставлять опасность для сред с минимальной энергией зажигания менее 4.. 5 мДж;

2) разряд с тела человека (среди других видов разрядов СЭ чаще всего является причиной пожаров и взрывов) опасен для сред с минимальной энергией зажигания менее 50 мДж;

3) разряд с незаземленных электропроводных элементов оборудо­вания в принципе представляет опасность для сред с любой минимальной энергией зажигания.

Примеры минимальной энергии зажигания горючих сред, встречающихся в производстве ЭКМ

Таблица 20

Разряд СЭ может стать источником воспламенения при соблюдении следующих четырех условий:

1) существование источника электрических зарядов;

2) накопление зарядов на контактирующих поверхностях; заряды создают электрическое поле с напряженностью, достаточной для возникновения электрического разряда;

3) энергия разрядов должна быть достаточной для воспламенения горючей смеси;                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            

4) горючая смесь должна иметь концентрацию, при которой возможно ее воспламенение.

Отсутствие хотя бы одного из указанных условий делает невозможным возникновение взрыва или пожара из-за разряда СЭ. На этом принципе и основаны общие методы защиты.

Основными способами обеспечения электростатической безопасности являются:

− заземление проводящих элементов оборудования;

− увеличение объемной и поверхностной проводимости диэлектриков;

− использование нейтрализаторов;

− подбор контактных пар;

− снижение скорости и корректировка технологического процесса (исключение разбрызгивания, барботирования, перемешивания жидкости и сыпучего материала и т.п.);

− проведение технологических процессов в средах, в которых разряд статического электричества не представляет опасности.

Детонация через влияние.

 При детонации нескольких зарядов ЭКМ второй заряд может взорваться не только при его расположении впритык к первому, но и тогда, когда он нахо­дится от него на некотором расстоянии. Такая передача детона­ции называется детонацией через влияние; первый заряд назы­вают активным зарядом; расположенный на некотором расстоя­нии от первого − пассивным.

Расстояние, на которое передается детонация, зависит от ря­да факторов, из которых отметим главные.

а) Бризантность, величина, расположение и форма активного заряда. Тэн и гексоген передают детонацию на большее расстояние, чем менее бризантные – тро­тил или пикриновая кислота. Плотно спрессованное взрывчатое вещество передает детонацию дальше, чем то же вещество, но менее плотное. В направлении распространения детонации дей­ствие больше, чем в обратном или боковом. Даль­ность передачи детонации растет с увеличением веса активного заряда.

б) Чувствительность к детонации и плот­ность пассивного заряда. Вещества, более чувствитель­ные к детонации, детонируют при большем расстоянии от актив­ного заряда, чем менее чувствительные. Так как при увеличении плотности чувствительность к детонации, как правило, умень­шается, то при увеличении плотности пассивного заряда даль­ность передачи детонации через влияние также уменьшается. Вообще все факторы, изменяющие чувствительность пассивного заряда к детонации, изменяют дальность передачи детонации через влияние.

в) Общая оболочка. Дальность передачи увеличивает­ся при включении зарядов в общую оболочку, например, в трубу.

г) Характер среды, разделяющей заряды. Луч­ше всего детонация передается через воздух, хуже через воду, еще хуже через глину и хуже всего через сталь и порошко­образную среду, например, рыхлую землю, песок и т. д.

Для проверки надежности передачи детонации от патрона к патрону определяют максимальное расстояние между двумя патронами, при котором еще происходит передача детонации.

Описанные виды начального импульса, за исключением взрывного, носят название про­стого начального импульса. Сюда относятся луч пламе­ни, искра, удар, трение и др.

Во многих случаях на­блюдается отсутствие экви­валентности между различ­ными видами начального импульса. Так, например, дымный порох более чувст­вителен к лучу огня, чем не­которые ароматические нитросоединения, но менее чувствителен к удару. Азид свинца более чувствителен, чем тринитрорезорцинат свинца к механическим воз­действиям, но менее чувст­вителен к тепловым.