Статическое электричество

Атомы химических элементов электронейтральны, т.к. содержат одинаковое количество отрицательно заряженных электронов и положи­тельно заряженных протонов.

Заряды статического электричества образуются при деформации твердых тел, разбрызгивании жидкостей, при перемещении (трении) твер­дых, сыпучих и жидких тел. Под статическим электричеством принято по­нимать электрические разряды, находящиеся в состоянии относительного покоя, распределенные на поверхности или в объеме диэлектрика или на поверхности проводника тока. Перемещение зарядов статического элек­тричества в пространстве обычно происходит вместе с наэлектризованны­ми телами.

Статическое электричество – совокупность явлений, связанных с возникновением, сохранением и релаксацией свободного электрического заряда на поверхности и в объеме диэлектрических и полупроводниковых веществ, материалов изделий или на изолированных проводниках.

Процесс электризации заключается в том, что диэлектрики в резуль­тате взаимодействия между собой или с металлом в определенных услови­ях приобретают заряды статического электричества. При электризации од­но тело приобретает или отдает другому электрические заряды. Обмен за­рядами между взаимодействующими телами происходит на границе их со­прикосновения или вблизи ее.

Процесс электризации связан с существованием двойного электриче­ского слоя на границе раздела фаз. Согласно современным представлени­ям, двойной слой на границе раздела фаз жидкость – твердое тело состоит из тонкого слоя зарядов одного знака, «неподвижно» связанных с поверх­ностью твердого тела в результате действия электрических и адсорбцион­ных сил, и диффузионного слоя зарядов (ионов) другого знака.

В состоянии покоя (рис. 23), т.е. в отсутствии движения жидкости, на границе раздела фаз сохраняется равновесие положительно и отрица­тельно заряженных электронов, и суммарный заряд жидкости в трубе ра­вен нулю. При движении жидкости в трубе (рис. 24) равновесие положи­тельно и отрицательно заряженных электронов нарушается вследствие уноса электронов потоком жидкости. Возникает разность потенциалов ме­жду стенкой трубы и потоком жидкости в ней, увеличивается напряжен­ность электрического поля и появляется возможность искрообразования под воздействием разряда статического электричества. Разряд статическо­го электричества возникает тогда, когда напряженность электростатиче­ского поля над поверхностью диэлектрика достигает критической (про­бивной) величины. Например, для воздуха пробивное напряжение состав­ляет примерно 30 кВ/см.

Рис. 23. Состояние покоя жидкости Рис. 24. Состояние движения жидкости

К образованию статического электричества способны в основном те­ла с удельным объемным электрическим сопротивлением более 10⁵ Ом·м. Материалы с удельным объемным электрическим сопротивлением, равным или менее 10⁵ Ом·м, практически не электризуются.

Искровые разряды между контактирующими телами могут иметь большую энергию и могут быть источниками зажигания горючих газо-, паро- и пылевоздушных смесей. Наиболее опасное проявление статическо­го электричества - возникновение искрового разряда и высоких потенциа­лов. По статистическим данным искровые заряды статического электриче­ства являются причиной примерно 50 - 60 % всех взрывов на взрывопожа-роопасных производствах.

Характеристикой зажигающей способности разрядов статического электричества является минимальная энергия зажигания, которая пред­ставляет собой наименьшее значение энергии электрического разряда, спо­собного воспламенить легковоспламеняющуюся смесь пара или взрыво­опасной пыли с воздухом.

Для человека разряды статического электричества не представляют прямой опасности. Тело человека легко электризуется, его потенциал мо­жет достигать 15 кВ, но токи разряда весьма малы, они обычно составляют доли микроампера. Искровые разряды вызывают у человека ощущение слабого или острого укола и лишь при разности потенциалов 30 кВ вызы­вают временную судорогу.

Энергия разрядов статического электричества с тела человека может достигать 10 мДж, этого достаточно для зажигания многих горючих смесей.

Санитарно-гигиенические нормы допустимой напряженности электростатического поля (ЭСП) на рабочих местах установлены ГОСТ 12.1.045-84 ССБТ «Электростатические поля. Допустимые уровни на ра­бочих местах и требования к проведению контроля»; СанПиН 11-16-94

«Санитарно-гигиенические нормы допустимой напряженности элек­тростатического поля на рабочих местах», утвержденными Главным са­нитарным врачом РБ 27.01.1994. Нормируемым параметром ЭСП является напряженность поля Е, которая измеряется в вольтах на метр (В/м) или ки­ловольтах на метр (кВ/м).

Предельно допустимые уровни напряженности электростатического поля (Е_ПД) устанавливаются в зависимости от времени пребывания персо­нала на рабочих местах и не должны превышать: при воздействии до 1 ч -60 кВ/м; при воздействии свыше 1 до 9 ч величина Е_ПД определяется по формуле:

Е_ПД=60×уТ,

где Т время, ч.

Значения Е_ПД в зависимости от времени воздействия ЭСП приведены в табл. 5.

Таблица 5 Зависимость расчетных значений Е_пд от времени воздействия ЭСП

Время, ч | 1,5 | 2 | 2,5 | 3 | 3,5 | 4 | 4,5 | 5

Е_пд, кВ/м 50 42,2 37,9 34,6 32,1 30 28,3 26,8

Время, ч 5,5 6 6,5 7 7,5 8 8,5 9

Е_пд, кВ/м 25,5 24,5 23,5 22,7 21,9 21,2 20,6 20

При напряженности электростатического поля менее 20 кВ/м время пребывания в электростатическом поле не регламентируется.

Если Е_ПД превышает 20 кВ/м, необходимо применять соответствую­щие меры защиты.

Воздействие статического электричества на человека может про­являться в виде слабого длительно протекающего тока или в форме крат­ковременного разряда, проходящего через его тело. Такой разряд вызывает у человека рефлекторное движение, что в ряде случаев может привести к попаданию работающего в опасную зону производственного оборудования и закончиться несчастным случаем.

На теле человека статическое электричество может накапливаться при ношении обуви с непроводящими электричество подошвами, одежды и белья из шерсти, шелка и искусственных волокон и при выполнении ряда ручных операций с веществами-диэлектриками.

Для снижения интенсивности возникновения зарядов статиче­ского электричества:

· всюду, где это технологически возможно, горючие газы должны
очищаться от взвешенных жидких и твердых частиц; жидкости – от за­
грязнения нерастворимыми твердыми и жидкими примесями;

· всюду, где этого не требует технология производства, должно
быть исключено разбрызгивание, дробление, распыление;

· скорость движения материалов в аппаратах и магистралях не
должна превышать значений, предусмотренных проектом.