Staatiline elekter – mis see on, kuidas see tekib ja sellega seotud probleemid

Mis on staatiline elekter

Staatiline elekter tekib siis, kui aatomisisene või molekulisisene tasakaal on häiritud elektroni võimenduse või kadumise tõttu. Tavaliselt on aatom tasakaalus sama arvu positiivsete ja negatiivsete osakeste – prootonite ja elektronide – tõttu. Elektronid võivad kergesti liikuda ühest aatomist teise. Samal ajal moodustavad nad positiivseid (kus elektrone ei ole) või negatiivseid (üks elektron või aatom koos lisaelektroniga) ioone. Selle tasakaalustamatuse ilmnemisel tekib staatiline elekter.

Lisateabe saamiseks vaadake siit: Staatilisest elektrist piltidel

Elektrilaeng elektronil — ( -) 1,6 x 10-19 ripats. Sama laenguga prootonil on positiivne polaarsus. Staatiline laeng kulonides on otseselt võrdeline elektronide liig- või puudujäägiga, s.t. ebastabiilsete ioonide arv.

Ripats on staatilise laengu põhiühik, mis määrab 1 ampri juures juhtme ristlõike 1 sekundi jooksul läbiva elektrienergia koguse.

Positiivsel ioonil ei ole ühte elektroni, seetõttu saab see kergesti vastu võtta elektroni negatiivselt laetud osakestest. Negatiivne ioon võib omakorda olla kas üksik elektron või suure elektronide arvuga aatom/molekul. Mõlemal juhul on olemas elektron, mis suudab positiivse laengu neutraliseerida.

Kuidas tekib staatiline elekter

Staatilise elektri peamised põhjused:

• Kahe materjali kokkupuude ja nende eraldumine üksteisest (sh hõõrumine, rullimine / lahtikerimine jne).

• Temperatuuri kiire langus (näiteks kui materjal asetatakse ahju).

• Kõrge energiaga kiirgus, ultraviolettkiirgus, röntgenikiirgus, tugevad elektriväljad (pole levinud tööstuslikes rakendustes).

• Lõikamistoimingud (nt lõikemasinatel või paberilõikamismasinatel).

• Käsiraamat (genereeritud staatiline elekter).

Pinnakontakt ja materjalide eraldumine on ilmselt kõige levinumad staatilise elektri põhjused rullkile- ja plastplekitööstuses. Staatiline laeng tekib materjalide lahti-/tagasikerimisel või erinevate materjalide kihtide liigutamisel üksteise suhtes.

See protsess pole täiesti selge, kuid staatilise elektri ilmnemise tõeseima seletuse võib antud juhul saada analoogselt lamekondensaatoriga, milles plaatide eraldamisel muundatakse mehaaniline energia elektrienergiaks:

Tulemuslik pinge = algpinge x (lõplik plaadivahe / esialgne plaadivahe).

Kui sünteetiline kile puudutab etteande-/vastuvõturulli, põhjustab materjalist rullile voolav kerge laeng tasakaalustamatuse.Kui materjal ületab võlliga kokkupuuteala, tõuseb pinge samamoodi nagu võlli puhul. kondensaatoriplaadid nende eraldumise hetkel.

Praktika näitab, et tekkiva pinge amplituud on piiratud elektrilise rikke tõttu, mis tekib külgnevate materjalide vahes, pinnajuhtivuses ja muudes tegurites. Kile kontaktalast väljumisel on sageli kuulda kerget praginat või jälgida sädemeid. See juhtub hetkel, kui staatiline laeng saavutab väärtuse, mis on piisav ümbritseva õhu lagundamiseks.

Enne kokkupuudet rulliga on sünteetiline kile elektriliselt neutraalne, kuid liikumise ja toitepindadega kokkupuute käigus suunatakse kile elektronide voog, mis laeb selle negatiivse laenguga. Kui võll on metallist ja maandatud, tühjeneb selle positiivne laeng kiiresti.

Enamikul seadmetel on palju võlli, nii et laengu suurus ja polaarsus võivad sageli muutuda. Parim viis staatilise laengu kontrollimiseks on mõõta seda täpselt probleemse ala ees. Kui laeng neutraliseeritakse liiga vara, võib see taastuda enne, kui kile sellesse probleemse piirkonda jõuab.

Kui objektil on võime salvestada märkimisväärset laengut ja kõrge pinge korral, põhjustab staatiline elekter tõsiseid probleeme, nagu kaar, elektrostaatiline tõrjumine/tõmbejõud või elektrilöök personalile.

Laadige polaarsus

Staatiline laeng võib olla positiivne või negatiivne.Alalisvoolu (AC) ja passiivsete piirajate (harjade) puhul pole laengu polaarsus tavaliselt oluline.

Staatilise elektri probleemid

Staatiline lahendus elektroonikas

Sellele probleemile on vaja tähelepanu pöörata, kuna see juhtub sageli kaasaegsetes juhtimis- ja mõõteseadmetes kasutatavate elektrooniliste plokkide ja komponentidega.

Elektroonikas tuleneb staatilise elektriga kaasnev peamine oht laengu kandjast ja seda ei tohiks ignoreerida. Tühjenemisvool tekitab soojust, mis põhjustab ühenduste katkemise, kontaktide katkemise ja mikrolülituse jälgede purunemise. Kõrgepinge hävitab ka õhukese oksiidkile väljatransistoridel ja muudel kaetud elementidel.

Sageli ei riku komponendid täielikult, mida võib pidada veelgi ohtlikumaks, kuna rike ei ilmne kohe, vaid seadme töötamise ajal ettearvamatul hetkel.

Üldreeglina peaksite staatilise elektri suhtes tundlike osade ja seadmetega töötades alati astuma samme kehale kogunenud laengu neutraliseerimiseks.

Elektrostaatiline külgetõmme / tõrjumine

See on ehk kõige levinum probleem plasti-, paberi-, tekstiili- ja nendega seotud tööstusharudes. See väljendub selles, et materjalid muudavad iseseisvalt oma käitumist — kleepuvad kokku või, vastupidi, tõrjuvad, kleepuvad seadme külge, tõmbavad ligi tolmu, vastuvõtvale seadmele puhub ebaregulaarne tuul jne.

Tõmbe/tõrjumine toimub vastavalt Coulombi seadusele, mis põhineb ruudu vastandi põhimõttel. Kõige lihtsamal kujul väljendatakse seda järgmiselt:

Tõmbe- või tõukejõud (njuutonites) = laeng (A) x laeng (B) / (objektide vaheline kaugus 2 (meetrites)).

Seetõttu on selle efekti intensiivsus otseselt seotud staatilise laengu amplituudiga ja atraktiivsete või tõrjuvate objektide vahelise kaugusega. Tõmbe- ja tõrjumine toimub elektrivälja jõujoonte suunas.

Kui kahel laengul on sama polaarsus, siis nad tõrjuvad; kui vastupidi, siis nad tõmbavad üksteist. Kui üks objektidest on laetud, tekitab see külgetõmmet, luues neutraalsete objektide laengu peegelpildi.

Tuleoht

Tuleoht ei ole kõigi tööstusharude jaoks tavaline probleem. Kuid trükkimisel ja muudes tuleohtlikke lahusteid kasutavates ettevõtetes on tulekahju tõenäosus väga suur.

Ohtlikes piirkondades on levinumad süüteallikad maanduseta seadmed ja liikuvad juhtmed. Kui ohualal viibiv operaator kannab spordijalatseid või elektrit mittejuhtiva tallaga jalanõusid, on oht, et tema keha tekitab laengu, mis võib lahustid süüdata. Ohtlikud on ka masina maanduseta juhtivad osad. Kõik ohutsoonis olev peab olema korralikult maandatud.

Järgnev teave annab lühikese selgituse staatilise elektri süttimispotentsiaali kohta tuleohtlikes keskkondades. Oluline on, et kogenematud kauplejad oleksid eelnevalt teadlikud seadmete tüüpidest, et vältida vigu sellistes tingimustes kasutatavate seadmete valikul.

Heite võime tulekahju põhjustada sõltub paljudest muutujatest:

• kõrvaldamise tüüp;

• tühjendusvõimsus;

• heiteallikas;

• tühjendusenergia;

• tuleohtliku keskkonna olemasolu (gaasifaasis olevad lahustid, tolm või tuleohtlikud vedelikud);

• tuleohtliku keskkonna minimaalne süüteenergia (MEW).

Väljalaske tüübid

Seal on kolm peamist tüüpi – säde-, harja- ja liugharjad. Sel juhul ei võeta koronaarset eritist arvesse, kuna see ei ole väga energiline ja toimub üsna aeglaselt. Koroonaheide on üldiselt kahjutu ja sellega tuleks arvestada ainult väga suure tule- ja plahvatusohuga piirkondades.

Siiras vabastamine

See pärineb peamiselt mõõdukalt juhtivalt, elektriliselt isoleeritud objektilt. See võib olla inimkeha, masina osa või tööriist. Eeldatakse, et kogu laengu energia hajub sädemete tekkimise hetkel. Kui energia on suurem kui lahustiauru MEW, võib tekkida süttimine.

Sädeenergia arvutatakse järgmiselt: E (džaulides) = ½ C U2.

Tühjendus kätest

Harja tühjenemine tekib siis, kui teravad seadmed koondavad laengu dielektriliste materjalide pindadele, mille isolatsiooniomadused põhjustavad selle kogunemist. Harjalahendusel on väiksem energia kui sädelahendusel ja seetõttu on sellel väiksem süttimisoht.

Levitage libiseva pintsliga

Liugharjaga pihustamine toimub kõrge eritakistusega sünteetiliste materjalide lehtedel või rullides, millel on suurenenud laengutihedus ja erinev laengu polaarsus mõlemal pool võrku. Selle nähtuse põhjuseks võib olla pulbervärvi hõõrumine või pihustamine. Mõju on võrreldav lamekondensaatori tühjenemisega ja võib olla sama ohtlik kui sädelahendus.

Jõu- ja energiaallikas

Laengujaotuse suurus ja geomeetria on olulised tegurid. Mida suurem on keha maht, seda rohkem energiat see sisaldab. Teravad nurgad suurendavad väljatugevust ja säilitavad heidet.

Tühjendusvõimsus

Kui energiaga objekt ei käitu hästi elektritnt inimkeha, nõrgendab objekti takistus väljapaiskumist ja vähendab ohtu. Inimkeha jaoks kehtib põhireegel: eeldame, et kõik lahustid, mille sisemine minimaalne süttimisenergia on alla 100 mJ, võivad süttida, hoolimata sellest, et kehas sisalduv energia võib olla 2–3 korda suurem.

Minimaalne süüteenergia MEW

Väga olulised tegurid on lahustite minimaalne süttimisenergia ja nende kontsentratsioon ohtlikus piirkonnas. Kui minimaalne süüteenergia on tühjendusenergiast väiksem, tekib tulekahju oht.

Elektri-šokk

Üha enam pööratakse tähelepanu staatilise šoki ohu küsimusele tööstusettevõttes. Selle põhjuseks on töötervishoiu ja tööohutuse nõuete märkimisväärne tõus.

Staatilisest elektrist põhjustatud elektrilöök ei ole üldjuhul eriti ohtlik. See on lihtsalt ebameeldiv ja põhjustab sageli tõsiseid reaktsioone.

Staatilisel šokil on kaks levinumat põhjust:

Indutseeritud laeng

Kui inimene on elektriväljas ja hoiab käes laetud eset, näiteks filmirulli, võib tema keha laetuda.

Laeng jääb operaatori kehasse, kui ta kannab isoleeriva tallaga kingi, kuni puudutab maandatud seadmeid. Laeng voolab alla maapinnale ja tabab inimest. Seda juhtub ka siis, kui operaator puudutab laetud esemeid või materjale — isoleerivate jalanõude tõttu koguneb laeng kehasse. Kui operaator puudutab seadme metallosi, võib laeng tühjeneda ja põhjustada elektrilöögi.

Kui inimesed kõnnivad sünteetilistel vaipadel, tekib vaiba ja kingade kokkupuutel staatiline elekter. Elektrilöögid, mida juhid saavad autost väljudes, vallandavad ülestõusmisel istme ja riiete vahele kogunenud laeng. Selle probleemi lahenduseks on enne istmelt tõstmist puudutada auto metallosa, näiteks ukseraami. See võimaldab laengul läbi sõiduki kere ja rehvide ohutult maapinnale voolata.

Seadmete põhjustatud elektrilöök

Selline elektrilöök on võimalik, kuigi seda esineb palju harvemini kui materjalist põhjustatud kahjustusi.

Kui vastuvõturull on olulise laenguga, siis juhtub, et operaatori sõrmed koondavad laengu niivõrd, et see jõuab murdepunktini ja tekib tühjenemine. Samuti, kui maanduseta metallese on elektriväljas, võib see indutseeritud laenguga laetuda. Kuna metallese on elektrit juhtiv, laengub mobiililaeng objekti puudutavasse inimesesse.