Основные понятия

Под статическим электричеством (СЭ) принято понимать электриче­ские заряды какого-либо одного знака, 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.

Современное промышленное производство характеризуется широким применением, изготовлением, обработкой и транспортировкой материалов, обладающих низкой электропроводностью (жидких углеводородов - нефте­продуктов, полиэтиленовые пленки и другие синтетические материалы, мно­гие сыпучие материалы) и способных длительно сохранять электрические за­ряды. При определенных условиях происходит разряд накопившихся зарядов. Разряды СЭ отрицательно воздействуют на людей, приводя к болезненным уколам, иногда судорогам, а также могут стать причиной пожаров и взрывов.

Электростатическя искроопасность объекта - возможность возник­новения в объекте или на его поверхности разряда СЭ, способного зажечь объект, окружающую или проникающую в него среду.

Электростатическая безопасность - состояние объекта, при котором исключается возможность возникновения пожара или взрыва от разрядов СЭ.

Минимальная энергия зажигания - наименьшее значение энергии ис­крового разряда СЭ, способного воспламенить наиболее легковоспламеняе-мую смесь газо-, паро-, и (или) пыли с воздухом при нормальных условиях.

Условия возникновения зарядов СЭ

Образование и накопление зарядов на перерабатываемом материале связано с двумя условиями (рис. 5.1):

1. во-первых должен произойти контакт поверхности, в результате которого образуется двойной электрический слой,

2. во-вторых, хотя бы одна из контактных поверхностей должна быть из диэлектрического материала.

Между разделяющимися поверхностями с образовавшимся ДЭС обра­зуется разность потенциалов Аф. При достижении порового значения элек­тропрочности газовой среды (для воздуха Е > 30 кВт/м) происходит искровой разряд. Ионы газа частично нейтрализуют электрический заряд на разделен­ных поверхностях. Кроме нейтрализации происходит еще и сток зарядов и их рекомбинация.

Основная величина, характеризующая способность к электризации УЭС поверхности контактирующих материалов, р Ом-м.

Если контактирующие поверхности имеют низкое р, то при разделении - заряды с них стекают к разделенные поверхности несут незначительный за­ряд. И, наоборот (заряды будут сохраняться).

Следовательно, основные факторы, влияющие на электризацию ве­ществ - их электрофизические параметры и объем разделения (чем больше V разделения, тем больше заряд остается на поверхности). Условно принято считать, что при УЭС р < 10⁵ Ом м заряды не сохраняются и материал не электризуется.

Двойной электрический слой - пространственное распределение элек­трических зарядов на границе соприкосновения 2-х фаз. Такое распределение зарядов наблюдается на границе Ме - Ме, Ме - вакуум, Ме - газ (в т.ч. - воз­дух), Ме - полулроводник, Ме- диэлектрик, диэлектрик-диэлектрик, жид­кость - тв. вещество, жидкость-жидкость, жидкость-газ. Толщина двойного электрического слоя на границе раздела 2-х фаз соответствует диаметру иона (1010 м). В зависимости от природы образования двойного электрического слоя различают электролитическую, адсорбционную, контактную, индуктив­ную электризацию. В реальных условиях образование ДЭС обусловлено дей­ствием нескольких механизмов.

Понятия проводник и непроводник, принятые в электротехнике отлича­ются от электростатики. Так в электротехнике хороший проводник р < 1 Ом-

м, в электростатике вещества с р = 1... 10⁴ Ом-м. Границей между проводни­ком и непроводником, принято считать р = 104 Ом-м. Данные об р некоторых веществ приведены ниже: полистирол - 1016 Ом-м; парафин - 1016 -; стекло -10¹¹ .-. 10¹⁴; жидкие углеводороды - 10⁸...10¹⁶; синтетические волокна - 10¹⁰ -..10¹⁴; натуральный кирпич- 10¹²..10¹³; сухая древесина - 10⁸ - 10¹⁴ ; графит-8..14 10⁶; почва - 6...5 10³; электропроводная резина - 2...2-10⁶; дистиллиро-ванная вода - 10 ; железо - 10^-7 ; медь- 1,55 10 " ; серебро- 1,5 10^-8 Ом м.

Кроме того, заряд в значительной степени зависит не только от УЭС но и электроемкости материала, на котором он возникает относительно земли. Наибольшей емкостью по отношению к земле обладает изолированный про­водящий объект и энергия искрового разряда бывает вполне достаточной для воспламенения газо-, паро- и пылевоздушной смеси.

Пример чисто контактного заряжения - перекачивание углеводород­ных топлив по трубопроводу.

Механизм электризации жидкостей объясняется механическим образо­ванием и разрушением ДЭС, возникающих на границе жидкость - твердое вещество.

Индуктивное заряжение проводящих объектов и обслуживающего персонала происходит в электрическом поле, например, движущегося плос­кого наэлектризованного материала (ленты транспортера).

Отрицательные проявления СЭ

СЭ породило в промышленности ряд проблем, среди которых главны­ми являются защита от пожаров и взрывов, защита от технологических по­мех, защита от физиологического воздействия на организм человека.

Средства коллективной защиты (СКЗ) по принципу действия класси­фицируются на следующие:

• заземляющие устройства;

• нейтрализаторы:

• увлажняющие устройства;

• антиэлектростатические вещества;

• экранирующие устройства.

Средства индивидуальной защиты (СИЗ) в зависимости от назначения подразделяются следующим образом:

• специальная одежда;

• специальная обувь;

• предохранительные приспособления, в т.ч. антистатические
браслеты.

Рассмотрим СКЗ.

Заземляющие устройства - совокупность заземлителя и заземляющих проводников. Сопротивление заземляющего устройства, предназначенного для зашиты от СЭ, не должно превышать 100 Ом.

Заземляющие устройства оборудования и электрооборудования на всей протяженности цеха должны представлять собой непрерывную электриче­скую цепь, которая присоединяется к контуру заземления не менее, чем в 2-х точках.

Нейтрализаторы устройства предназначенные для снижения уровня за­рядов СЭ путем ионизации электризующего материала или вблизи его по­верхности, т.е. устройства ионизирующие воздух в местах возникновения или накопления зарядов.

В местах генерирования и скопления зарядов СЭ ионы, полярность ко­торых противоположна зарядам на наэлектризованном материале, переме­щаются к его поверхности и нейтрализуют заряды СЭ.

В промышленности в основном используются нейтрализаторы сле­дующих видов:

• коронного разряда (индукционные и высоковольтные);

• радиоизотопные с и излучающими источниками;

• комбинированные (объединяющие первые два);

• аэродинамические.

Устройство и принципы действия нейтрализаторов различных видов подробно изложены в брошюре [6].

Из других способов защиты от СЭ можно отметить, что в ряде случаев используется подбор соответствующих материалов контактирующих поверх­ностей, уменьшающих интенсивность генерации СЭ:

• снижение скорости технологического процесса;

• уменьшение емкости системы;

• корректировка технологических операций;

• проведение технологических процессов в средах, в которых раз­
ряд СЭ не представляет опасности.

Устройства защиты от СЭ эксплуатируются в соответствии с «Прави­лами защиты от статического электричества в производстве: химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности».

Средства индивидуальной защиты (СИЗ). Эффективное отведение за­ряда с тела человека обеспечивает антистатическая обувь, подошва которой выполнена из кожи или электропроводкой резины.

Сопротивление утечки обуви должно находится в пределах 10⁴... 10⁷ Ом. При этом пол также должен обладать достаточной электропроводностью. К СИЗ от СЭ относятся также электростатические халаты и антистатические браслеты.

Специальная антиэлектростатическая одежда изготавливается из мате­риала с УЭС < 107 Ом имеющая токопроводящие элементы, соединяющие ее с землей.

Специальная антиэлектростатическая обувь имеет электрическое со­противление между подпятником и ходовой частью подошвы в цепи человек - земля 106 ... 108 Ом. Применяются сапоги - резиновые, туфли, галоши, боты, ботинки, полуботинки.

Предохранительные антиэлектростатические приспособления (кольца,браслеты) имеют заземляющий проводник.

Антиэлектростатические средства защиты рук – диэлектрические пер­чатки.