Kaitse staatilise elektri eest igapäevaelus ja töökohal

Iga inimese igapäevane tegevus on seotud tema liikumisega ruumis. Lisaks ei käi ta mitte ainult jalgsi, vaid sõidab ka transpordiga.

Iga liikumise ajal toimub staatiliste laengute ümberjaotumine, mis muudab iga aine aatomite ja elektronide vahelise sisemise tasakaalu tasakaalu. See on seotud elektrifitseerimise protsessiga, staatilise elektri tekkega.

Tahketes ainetes on laengute jaotumine tingitud elektronide liikumisest ning vedelikes ja gaasides nii elektronide kui ka laetud ioonide liikumisest. Kõik need kokku annavad potentsiaalse erinevuse.

Staatilise elektri põhjused

Levinumaid näiteid staatiliste jõudude avaldumisest selgitatakse koolis esimestes füüsikatundides, mil hõõrutakse villasele riidele klaasist ja eboniidist vardaid ning demonstreeritakse väikeste paberitükkide külgetõmmet.

Tuntud on ka kogemus õhukese veejoa kõrvalekaldumisest eboniitpulgale koondunud staatiliste laengute toimel.

Igapäevaelus avaldub staatiline elekter kõige sagedamini:

• kui kannate villaseid või sünteetilisi riideid;

• kõndimine kummitallaga kingades või villastes sokkides vaipadel ja batumil;

• plastesemete kasutamine.

Olukorda raskendavad:

• kuiv õhk ruumides;

• raudbetoonseinad, millest valmistatakse korruselamuid.

Kuidas staatilisust genereeritakse

Tavaliselt sisaldab füüsiline keha võrdselt palju positiivseid ja negatiivseid osakesi, mistõttu tekib selles tasakaal, tagades selle neutraalse oleku. Häiritud korral omandab keha teatud märgiga elektrilaengu.

Staatiline tähendab puhkeseisundit, kui keha ei liigu. Polarisatsioon võib toimuda selle aine sees - laengute liikumine ühest osast teise või nende ülekandumine lähedalasuvalt objektilt.

Ainete elektrifitseerimine toimub laengute omandamise, eemaldamise või eraldamise tõttu, kui:

• materjalide vastastikmõju hõõrde- või pöörlemisjõudude mõjul;

• järsk temperatuuri langus;

• kiiritamine erinevatel viisidel;

• füüsiliste kehade tükeldamine või lõikamine.

Elektrilaengud jaotunud objekti pinnal või sellest mõnel kaugusel mitmel aatomitevahelisel kaugusel. Maandamata kehade puhul levivad need üle kontaktkihi ala ja maapinna kontuuriga ühendatud kehade puhul voolavad need alla.

Staatiliste laengute omandamine kehast ja nende tühjendamine toimub üheaegselt. Elektrifitseerimine toimub siis, kui keha saab suurema energiapotentsiaali, kui see väliskeskkonnas kulutab.

Sellest positsioonist järeldub praktiline järeldus: keha kaitsmiseks staatilise elektri eest on vaja sellest tekkivad laengud maandusahelasse ära juhtida.

Staatilise elektri hindamise meetodid

Füüsikalisi aineid iseloomustatakse triboelektrilise efekti skaalal vastavalt nende võimele moodustada hõõrdumisel teiste kehadega erineva märgiga elektrilaenguid. Mõned neist on näidatud fotol.

Nende koostoime näitena võib tuua järgmisi fakte:

• kuival vaibal villastes sokkides või kummitallaga kingades kõndides võib inimkeha laadida kuni 5 ÷ -6 kV;

• kuival teel liikuva auto kere omandab potentsiaali kuni 10 kV;

• rihmaratast keerav veorihm on laetud 25kV peale.

Nagu näete, ulatub staatilise elektri potentsiaal isegi kodutingimustes väga kõrgetele väärtustele. Kuid see ei tee meile palju kahju, kuna sellel pole palju võimsust ja selle tühjendamine läbib kontaktpatjade suurt takistust ja seda mõõdetakse milliamprites või veidi rohkem.

Lisaks vähendab seda oluliselt õhuniiskus. Selle mõju keha pinge suurusele kokkupuutel erinevate materjalidega on näidatud graafikul.

Tema analüüsist järeldub järeldus: niiskes keskkonnas ilmneb staatilist elektrit vähem. Seetõttu kasutatakse selle vastu võitlemiseks erinevaid niisutajaid.

Looduses võib staatiline elekter olla tohutu.Kui pilved liiguvad pikkade vahemaade taha, kogunevad nende vahele märkimisväärsed potentsiaalid, mis avalduvad välguna, mille energiast piisab sajandivanuse puu tüve piki lõhestamiseks või elumaja mahapõletamiseks.

Staatilise elektri tühjenemisel igapäevaelus tunneme sõrmede "pigistamist", näeme villaste asjade tekitatud sädemeid, tunneme energia ja efektiivsuse vähenemist. Vool, millega meie keha igapäevaelus kokku puutub, mõjub negatiivselt tervisele, närvisüsteemi seisundile, kuid ei tekita ilmseid, nähtavaid kahjustusi.

Tööstuslike mõõteseadmete tootjad toodavad seadmeid, mis võimaldavad täpselt määrata akumuleerunud staatiliste laengute pinge suurust nii seadmekarpidel kui ka inimkehal.

Kuidas kaitsta end staatilise elektri eest oma kodus

Igaüks meist peaks mõistma protsesse, mis moodustavad staatilisi laenguid, mis ohustavad meie keha. Need peavad olema teada ja piiratud. Sel eesmärgil viiakse läbi erinevaid haridustegevusi, sealhulgas elanikkonnale mõeldud populaarseid telesaateid.

Neil on olemasolevate vahendite abil näidatud staatilise pinge tekitamise meetodid, selle mõõtmise põhimõtted ja ennetusmeetmete läbiviimise meetodid.

Näiteks triboelektrilist efekti arvestades on juuste kammimiseks kõige parem kasutada naturaalsest puidust kammi, mitte metallist või plastikust, nagu enamik inimesi teeb. Puidul on neutraalsed omadused ja see ei moodusta juustesse hõõrumisel laenguid.

Kuival teel sõites auto kerelt staatilise potentsiaali eemaldamiseks kasutatakse spetsiaalseid põhja külge kinnitatud antistaatilisi ribasid. Müügil on laialdaselt saadaval nende erinevat tüüpi.

Kui autol selline kaitse puudub, saab pingepotentsiaali eemaldada korpuse lühiajalise maandamisega, kasutades selleks metallesemet, näiteks auto süütevõtit. Eriti oluline on seda protseduuri järgida enne tankimist.

Kui sünteetilistest materjalidest riietele koguneb staatiline laeng, saab selle eemaldada, töödeldes antistaatilise koostisega spetsiaalsest anumast auru. Üldiselt on parem kasutada vähem selliseid kangaid ja kanda looduslikke materjale, nagu lina või puuvill.

Kummist tallaga kingad aitavad samuti laengut koguda. Piisab, kui panna sellesse looduslikest materjalidest valmistatud antistaatilised sisetallad, kuna kahjulik mõju kehale väheneb.

Linnakorteritele talvel iseloomuliku kuiva õhu mõjust on juba räägitud. Majapidamistarvetele asetatud spetsiaalsed niisutajad või isegi väikesed niisutatud riidetükid parandavad keskkonda ja vähendavad staatilise elektri teket. Kuid regulaarne märgpuhastus siseruumides võimaldab teil õigeaegselt eemaldada elektrifitseeritud osakesed ja tolm. See on üks parimaid viise enda kaitsmiseks.

Ka kodumajapidamises kasutatavad elektriseadmed koguvad töö käigus karbile staatilised laengud.Ehitise vooluringi ühismaandusse ühendatud potentsiaaliühtlustussüsteem on mõeldud nende mõju vähendamiseks.Isegi lihtne akrüülvann või sama sisetükiga vana malmkonstruktsioon on allutatud staatilisele toimele ja neid tuleb sel viisil kaitsta.

Kuidas toimub tootmises kaitse staatilise elektri eest?

Elektroonikaseadmete jõudlust vähendavad tegurid

Pooljuhtmaterjalide valmistamisel tekkivad tühjendid võivad põhjustada suurt kahju, häirida seadmete elektrilisi omadusi või isegi need täielikult välja lülitada.

Tootmisseadetes võib utiliseerimine olla meelevaldne ja sõltuda mitmest erinevast tegurist:

• vastuvõetud võimsuse väärtused;

• energiapotentsiaal;

• kontaktide elektritakistus;

• transientide tüüp;

• muud õnnetused.

Sellisel juhul suureneb tühjendusvool algsel ajal suurusjärgus kümme nanosekundit maksimumini ja väheneb seejärel 100–300 ns jooksul.

Pooljuhtseadme staatilise laengu esinemise olemus läbi operaatori keha on näidatud fotol.

Voolutugevust mõjutavad: inimese poolt akumuleeritud laengu võimsus, tema keha takistus ja kontaktpadjad.

Elektriseadmete valmistamisel saab staatilist laengut tekitada ilma operaatori sekkumiseta maandatud pindade kaudu tekkivate kontaktide tõttu.

Sel juhul mõjutab tühjendusvoolu seadme korpuse poolt akumuleeritud laadimisvõimsus ja moodustunud kontaktpatjade takistus. Sellisel juhul mõjutavad indutseeritud kõrgepinge potentsiaal ja tühjendusvool alghetkel pooljuhti samaaegselt.

Sellise keerulise mõju tõttu võib kahju olla:

1.täpsemalt siis, kui elementide jõudlus väheneb sedavõrd, et need muutuvad kasutuskõlbmatuks;

2. peidetud — vähendades väljundparameetreid, jäädes mõnikord isegi tehase poolt kehtestatud omaduste piiresse.

Teist tüüpi rikkeid on raske tuvastada: need mõjutavad kõige sagedamini tööviljakuse vähenemist.

Kõrge staatilise pinge põhjustatud kahjustuste näide on dioodile KD522D ja integraallülitile KR1005VI1 LSI rakendatud volt-ampri karakteristikute kõrvalekallete diagrammid.

Pruun joon number 1 näitab pooljuhtseadmete parameetreid enne kõrgendatud pingega katseid ning kõverad 2 ja 3 näitavad nende vähenemist suurenenud indutseeritud potentsiaali mõjul. Juhtumi nr 3 puhul on sellel suurem mõju.

Kahju võib põhjustada järgmised tegevused:

• ülehinnatud indutseeritud pinge, mis lõhub pooljuhtseadmete dielektrilist kihti või rikub kristallstruktuuri;

• kõrge voolutihedus, mis põhjustab kõrget temperatuuri, mis põhjustab materjalide sulamist ja oksiidikihi põlemist;

• katsed, elektriline termokoolitus.

Varjatud kahjustused võivad mõjutada tööd mitte kohe, vaid pärast mitu kuud või isegi aastat töötamist.

ESD kaitse teostamise meetodid tootmises

Sõltuvalt tööstusseadmete tüübist kasutatakse töövõime säilitamiseks ühte järgmistest meetoditest või nende kombinatsioonist:

1. elektrostaatiliste laengute tekke kõrvaldamine;

2. töökohale sisenemise blokeerimine;

3. seadmete ja tarvikute vastupidavuse suurendamine tühjenemise toimele.

Meetodid # 1 ja # 2 võimaldavad teil kompleksis kaitsta suurt rühma erinevaid seadmeid ning # 3 kasutatakse üksikute seadmete jaoks.

Seadme töövõime säilitamise kõrge efektiivsus saavutatakse, asetades need Faraday puuri, ruumi, mis on igast küljest ümbritsetud peene metallvõrguga, mis on ühendatud maandusahelaga. Välised elektriväljad selle sisse ei tungi ja sellel on staatiline magnet.

Varjestatud kaablid töötavad sellel põhimõttel.

Kaitse staatilise toime eest klassifitseeritakse järgmiste rakenduspõhimõtete järgi:

• füüsiline ja mehaaniline;

• keemiline;

• konstruktiivselt ja tehnoloogiliselt.

Esimesed kaks meetodit võimaldavad teil vältida või vähendada staatiliste laengute teket ja suurendada nende äravoolu kiirust. Kolmas meetod kaitseb seadmeid laengute mõju eest, kuid ei mõjuta nende tühjenemist.

Jäätmete ärajuhtimist saate parandada järgmiselt:

• krooni loomine;

• materjalide juhtivuse suurendamine, millele laengud kogunevad.

Lahendage need probleemid:

• õhu ionisatsioon;

• tööpindade suurenemine;

• parima mahulise juhtivusega materjalide valik.

Tänu nende rakendamisele luuakse eelnevalt ettevalmistatud kiirteed, mis viivad staatilised laengud maandusahelasse, välistades nende mõju seadmete tööelementidele. Sel juhul võetakse arvesse, et loodud tee kogu elektritakistus ei tohiks ületada 10 oomi.

Kui materjalidel on suur vastupidavus, siis kaitse tehakse muul viisil. Vastasel juhul hakkavad pinnale kogunema laengud, mis võivad maapinnaga kokkupuutel tühjeneda.

Fotol on näide keeruka elektrostaatilise kaitse rakendamisest töökohal elektroonikaseadmete hoolduse ja reguleerimisega tegelevale operaatorile.

Laua pind on spetsiaalsete klemmide abil ühendatud maandusahelaga ühendusjuhtme ja juhtiva padja abil. Operaator töötab spetsiaalses riietuses, kannab juhtiva tallaga jalanõusid ja istub spetsiaalse istmega toolil. Kõik need meetmed võimaldavad kohapeal kogunenud laenguid tõhusalt kõrvaldada.

Töötavad õhuionisaatorid reguleerivad niiskust, vähendavad staatilise elektri potentsiaali. Nende kasutamisel arvestatakse, et suurenenud veeauru sisaldus õhus mõjutab negatiivselt inimeste tervist. Seetõttu püüavad nad seda hoida umbes 40% juures.

Samuti võib tõhus viis olla ruumi regulaarne tuulutamine või ventilatsioonisüsteemi kasutamine selles, kui õhk läbib filtreid, ioniseerub ja seguneb, tagades sellega tekkivate laengute neutraliseerimise.

Inimkeha potentsiaali vähendamiseks saab käevõrusid kasutada antistaatiliste rõivaste ja kingade komplekti täiendamiseks. Need koosnevad juhtivast ribast, mis kinnitatakse pandlaga õlale. Viimane on ühendatud maandusjuhtmega.

Selle meetodi puhul on inimkeha läbiv vool piiratud. Selle väärtus ei tohiks ületada ühte milliamprit. Suuremad väärtused võivad põhjustada valu ja elektrivigastusi.

Laengu mahalaadimisel maapinnale on oluline tagada selle tühjenemise kiirus ühe sekundi jooksul.Selleks kasutatakse madala elektritakistusega põrandakatteid.

Pooljuhtplaatide ja elektroonikakomponentidega töötamisel tagatakse ka kaitse staatilise elektri kahjustuste eest:

• elektroonikaplaatide ja -plokkide klemmide sunnitud möödasõit kontrollimise ajal;

• kasutades tööriistu ja maandatud tööpeadega jootekolbi.

Sõidukitel asuvad tuleohtlike vedelike mahutid on maandatud metallketiga. Isegi lennuki kere on varustatud metallkaablitega, mis kaitsevad maandumisel staatilise elektri eest.