Ochrona przed elektrycznością statyczną w życiu codziennym iw miejscu pracy

Codzienna aktywność każdego człowieka związana jest z jego ruchem w przestrzeni. Ponadto nie tylko spaceruje, ale także podróżuje transportem.

Podczas każdego ruchu następuje redystrybucja ładunków statycznych, zmieniając równowagę wewnętrznej równowagi między atomami i elektronami każdej substancji. Jest to związane z procesem elektryfikacji, czyli powstawaniem elektryczności statycznej.

W ciałach stałych rozkład ładunków wynika z ruchu elektronów, aw cieczach i gazach zarówno elektronów, jak i naładowanych jonów. Wszystko to razem stanowi potencjalną różnicę.

Przyczyny elektryczności statycznej

Najczęstsze przykłady manifestacji sił statycznych są wyjaśniane w szkole na pierwszych lekcjach fizyki, kiedy pocierają szklane i ebonitowe pręty o wełnianą tkaninę i demonstrują przyciąganie do nich małych kawałków papieru.

Znane jest również doświadczenie odchylania cienkiego strumienia wody pod działaniem ładunków elektrostatycznych skupionych na pręcie ebonitowym.

W życiu codziennym elektryczność statyczna objawia się najczęściej:

• podczas noszenia odzieży wełnianej lub syntetycznej;

• chodzenie w butach na gumowej podeszwie lub wełnianych skarpetach po dywanach i batumie;

• używanie przedmiotów z tworzyw sztucznych.

Sytuację pogarszają:

• suche powietrze w pomieszczeniach;

• ściany żelbetowe, z których wykonane są budynki wielokondygnacyjne.

Jak generowane są ładunki statyczne

Normalnie ciało fizyczne zawiera równą liczbę cząstek dodatnich i ujemnych, dlatego tworzy się w nim równowaga, zapewniająca jego stan neutralny. Wstrząśnięte ciało nabiera ładunku elektrycznego o określonym znaku.

Statyczny oznacza stan spoczynku, w którym ciało się nie porusza. Wewnątrz jego substancji może zachodzić polaryzacja – przemieszczanie się ładunków z jednej części do drugiej lub ich przenoszenie z pobliskiego obiektu.

Elektryfikacja substancji następuje w wyniku nabywania, usuwania lub rozdzielania ładunków, gdy:

• interakcja materiałów spowodowana siłami tarcia lub rotacji;

• gwałtowny spadek temperatury;

• napromieniowanie na różne sposoby;

• rozłupywanie lub cięcie ciał fizycznych.

Ładunki elektryczne rozmieszczone na powierzchni obiektu lub w pewnej odległości od niego w kilku odległościach międzyatomowych. W przypadku ciał nieuziemionych rozchodzą się one po powierzchni warstwy kontaktowej, a w przypadku ciał połączonych z obrysem gruntu spływają do niego.

Pobieranie ładunków elektrostatycznych z ciała i ich odprowadzanie następuje jednocześnie. Elektryfikacja następuje wtedy, gdy organizm otrzymuje większy potencjał energetyczny niż zużywa w środowisku zewnętrznym.

Z tego stanowiska wynika praktyczny wniosek: aby chronić ciało przed elektrycznością statyczną, konieczne jest odprowadzenie powstałych z niego ładunków do pętli uziemienia.

Metody szacowania elektryczności statycznej

Substancje fizyczne, ze względu na ich zdolność do tworzenia ładunków elektrycznych o różnych znakach podczas oddziaływania tarcia z innymi ciałami, są charakteryzowane w skali efektu tryboelektrycznego. Niektóre z nich są pokazane na zdjęciu.

Jako przykład ich interakcji można przytoczyć następujące fakty:

• chodzenie w wełnianych skarpetach lub butach z gumową podeszwą po suchym dywanie może naładować ludzkie ciało do 5 ÷ -6 kV;

• nadwozie samochodu poruszającego się po suchej drodze uzyskuje potencjał do 10 kV;

• pasek napędowy, który obraca koło pasowe, jest naładowany do 25 kV.

Jak widać potencjał elektryczności statycznej osiąga bardzo wysokie wartości nawet w warunkach domowych. Ale to nie wyrządza nam większej szkody, ponieważ nie ma dużej mocy, a jego wyładowanie przechodzi przez wysoką rezystancję pól kontaktowych i jest mierzone w miliamperach lub trochę więcej.

Ponadto jest znacznie zmniejszany przez wilgotność powietrza. Jego wpływ na wielkość naprężeń ciała w kontakcie z różnymi materiałami pokazano na wykresie.

Z jego analizy wynika wniosek: w wilgotnym środowisku elektryczność statyczna pojawia się mniej. Dlatego do walki z nim stosuje się różne środki nawilżające.

W naturze elektryczność statyczna może być ogromna.Kiedy chmury przemieszczają się na duże odległości, gromadzą się między nimi znaczne potencjały, które objawiają się piorunem, którego energia wystarczy, by rozłupać stuletnie drzewo wzdłuż pnia lub spalić budynek mieszkalny.

Kiedy w życiu codziennym dochodzi do wyładowań elektrostatycznych, odczuwamy „szczypanie” palców, widzimy iskry emitowane przez wełniane rzeczy, odczuwamy spadek energii i wydajności. Prąd, na który narażony jest nasz organizm w życiu codziennym, wpływa negatywnie na zdrowie, stan układu nerwowego, ale nie powoduje oczywistych, widocznych uszkodzeń.

Producenci przemysłowej aparatury pomiarowej produkują urządzenia, które pozwalają dokładnie określić wielkość napięcia nagromadzonych ładunków elektrostatycznych zarówno na skrzynkach sprzętowych, jak i na ciele człowieka.

Jak chronić się przed elektrycznością statyczną w domu

Każdy z nas powinien rozumieć procesy, które tworzą wyładowania elektrostatyczne, które stanowią zagrożenie dla naszego organizmu. Muszą być znane i ograniczone. W tym celu prowadzone są różnorodne działania edukacyjne, w tym popularne programy telewizyjne skierowane do ludności.

Przedstawiono na nich, za pomocą dostępnych środków, metody wytwarzania napięcia statycznego, zasady jego pomiaru oraz metody prowadzenia działań zapobiegawczych.

Na przykład, biorąc pod uwagę efekt tryboelektryczny, do czesania włosów najlepiej używać grzebieni z naturalnego drewna, a nie metalowych czy plastikowych, jak robi to większość ludzi. Drewno ma neutralne właściwości i nie elektryzuje się przy wcieraniu we włosy.

Aby usunąć potencjał statyczny z karoserii samochodu podczas jazdy po suchej nawierzchni, stosuje się specjalne listwy antystatyczne mocowane do spodu. Różne ich rodzaje są szeroko dostępne w sprzedaży.

Jeżeli w aucie nie ma takiego zabezpieczenia to potencjał napięciowy można usunąć przez krótkotrwałe uziemienie obudowy metalowym przedmiotem np. kluczykiem do stacyjki. Szczególnie ważne jest przestrzeganie tej procedury przed tankowaniem.

Kiedy ładunek elektrostatyczny gromadzi się na ubraniach wykonanych z materiałów syntetycznych, można go usunąć, parując ze specjalnego pojemnika z kompozycją antystatyczną. Ogólnie rzecz biorąc, lepiej jest używać mniej takich tkanin i nosić naturalne materiały, takie jak len lub bawełna.

Buty z gumową podeszwą również pomagają w gromadzeniu ładunku. Wystarczy włożyć do niej antystatyczne wkładki z naturalnych materiałów, gdyż zmniejszy się szkodliwy wpływ na organizm.

Omówiono już wpływ suchego powietrza charakterystycznego dla mieszkań miejskich w okresie zimowym. Specjalne nawilżacze lub nawet małe kawałki zwilżonej szmatki umieszczone na przedmiotach gospodarstwa domowego poprawiają środowisko i ograniczają powstawanie elektryczności statycznej. Ale regularne czyszczenie na mokro w pomieszczeniach pozwala szybko usunąć naelektryzowane cząsteczki i kurz. Jest to jeden z najlepszych sposobów ochrony siebie.

Urządzenia elektryczne gospodarstwa domowego również gromadzą ładunki elektrostatyczne na skrzynce podczas pracy.System wyrównania potencjałów podłączony do wspólnej masy obwodu budynku ma na celu zmniejszenie ich wpływu.Nawet prosta wanna akrylowa czy stara konstrukcja żeliwna z takim samym wkładem podlega działaniu statycznemu i musi być w ten sposób zabezpieczona.

Jak realizowana jest ochrona przed elektrycznością statyczną w produkcji?

Czynniki zmniejszające wydajność sprzętu elektronicznego

Wyładowania powstające przy produkcji materiałów półprzewodnikowych mogą wyrządzić ogromne szkody, zakłócić charakterystykę elektryczną urządzeń lub nawet całkowicie je unieruchomić.

W warunkach produkcyjnych utylizacja może być dowolna i zależeć od wielu różnych czynników:

• wartości otrzymanej pojemności;

• potencjał energetyczny;

• rezystancja elektryczna styków;

• rodzaj stanów przejściowych;

• inne wypadki.

W tym przypadku w początkowym czasie rzędu dziesięciu nanosekund prąd rozładowania wzrasta do maksimum, a następnie maleje w ciągu 100–300 ns.

Charakter występowania wyładowań statycznych na urządzeniu półprzewodnikowym przez ciało operatora pokazano na zdjęciu.

Na wielkość prądu mają wpływ: pojemność ładunku zgromadzonego przez człowieka, opór jego ciała oraz powierzchnie kontaktowe.

Podczas produkcji urządzeń elektrycznych wyładowania elektrostatyczne mogą powstawać bez interwencji operatora z powodu tworzenia się styków przez uziemione powierzchnie.

W tym przypadku na prąd rozładowania ma wpływ pojemność ładunkowa zgromadzona w obudowie urządzenia oraz rezystancja utworzonych pól kontaktowych. W tym przypadku indukowany potencjał wysokiego napięcia i prąd rozładowania jednocześnie wpływają na półprzewodnik w początkowej chwili.

Ze względu na tak złożony efekt uszkodzenie może być:

1.w szczególności, gdy wydajność elementów jest zmniejszona do takiego stopnia, że ​​stają się one bezużyteczne;

2. ukryte — poprzez zmniejszenie parametrów wyjściowych, czasem nawet mieszczących się w ustalonych charakterystykach fabrycznych.

Drugi rodzaj awarii jest trudny do wykrycia: najczęściej wpływają one na utratę produktywności podczas pracy.

Przykład takiego uszkodzenia od działania wysokiego napięcia statycznego pokazują wykresy odchyleń charakterystyk woltamperowych diody KD522D i układu scalonego KR1005VI1 LSI.

Linia brązowa nr 1 przedstawia parametry przyrządów półprzewodnikowych przed testami z podwyższonym napięciem, a krzywe nr 2 i 3 przedstawiają ich zmniejszenie pod wpływem zwiększonego potencjału indukowanego. W przypadku nr 3 ma to większy wpływ.

Uszkodzenie może być spowodowane działaniami:

• przeszacowane napięcie indukowane, które powoduje zerwanie warstwy dielektrycznej przyrządów półprzewodnikowych lub rozbicie struktury krystalicznej;

• duża gęstość prądu powodująca wysoką temperaturę prowadzącą do stopienia materiałów i wypalenia warstwy tlenku;

• testy, trening elektryczny termiczny.

Ukryte uszkodzenia mogą wpływać na pracę nie od razu, ale po kilku miesiącach lub nawet latach pracy.

Metody wykonywania zabezpieczeń ESD w produkcji

W zależności od rodzaju urządzeń przemysłowych stosuje się jedną z poniższych metod utrzymania sprawności lub ich kombinację:

1. eliminacja powstawania ładunków elektrostatycznych;

2. blokowanie im wstępu do miejsca pracy;

3. zwiększenie odporności urządzeń i akcesoriów na działanie wyładowań.

Metody nr 1 i nr 2 pozwalają zabezpieczyć dużą grupę różnych urządzeń w kompleksie, a nr 3 stosuje się do pojedynczych urządzeń.

Wysoką skuteczność w utrzymaniu sprawności sprzętu uzyskuje się poprzez umieszczenie go w klatce Faradaya, przestrzeni otoczonej ze wszystkich stron drobną siatką metalowej siatki połączonej z pętlą uziemienia. Zewnętrzne pola elektryczne nie przenikają do jego wnętrza i posiada magnes statyczny.

Kable ekranowane działają na tej zasadzie.

Ochrona przed działaniem statycznym jest klasyfikowana zgodnie z zasadami realizacji:

• fizyczne i mechaniczne;

• chemiczny;

• konstruktywnie i technologicznie.

Pierwsze dwie metody pozwalają zapobiec lub ograniczyć powstawanie ładunków elektrostatycznych oraz zwiększyć szybkość ich odprowadzania. Trzecia metoda chroni urządzenia przed skutkami wyładowań, ale nie wpływa na ich odprowadzanie.

Możesz poprawić odprowadzanie ścieków poprzez:

• tworzenie korony;

• zwiększenie przewodnictwa materiałów, na których gromadzą się ładunki.

Rozwiąż te problemy:

• jonizacja powietrza;

• wzrost powierzchni roboczych;

• dobór materiałów o najlepszym przewodnictwie objętościowym.

Dzięki ich realizacji powstają przygotowane wcześniej drogi prowadzące ładunki elektrostatyczne do obwodu uziemiającego z wyłączeniem ich wpływu na elementy robocze urządzeń. W takim przypadku bierze się pod uwagę, że całkowita rezystancja elektryczna utworzonej ścieżki nie powinna przekraczać 10 omów.

Jeśli materiały mają dużą odporność, ochrona odbywa się na inne sposoby. W przeciwnym razie na powierzchni zaczną gromadzić się ładunki, które mogą zostać rozładowane w kontakcie z ziemią.

Przykład realizacji kompleksowej ochrony elektrostatycznej na stanowisku pracy operatora zajmującego się konserwacją i regulacją urządzeń elektronicznych przedstawiono na zdjęciu.

Powierzchnia stołu jest połączona z pętlą uziemienia za pomocą przewodu łączącego i przewodzącej podkładki za pomocą specjalnych zacisków. Operator pracuje w specjalnym ubraniu, nosi buty z przewodzącymi podeszwami i siedzi na krześle ze specjalnym siedziskiem. Wszystkie te działania pozwalają skutecznie pozbyć się nagromadzonych ładunków na ziemi.

Działające jonizatory powietrza regulują wilgotność, zmniejszają potencjał elektryczności statycznej. Przy ich stosowaniu bierze się pod uwagę, że podwyższona zawartość pary wodnej w powietrzu niekorzystnie wpływa na zdrowie człowieka. Więc starają się utrzymać go na poziomie około 40%.

Skutecznym sposobem może być również regularne wietrzenie pomieszczenia lub zastosowanie w nim systemu wentylacji, kiedy powietrze przechodząc przez filtry ulega jonizacji i mieszaniu, zapewniając w ten sposób neutralizację powstających ładunków.

Aby zredukować potencjał budowany przez organizm ludzki, bransoletki mogą stanowić uzupełnienie zestawu odzieży i obuwia antystatycznego. Składają się z przewodzącej opaski, która jest przymocowana do ramienia za pomocą sprzączki. Ten ostatni jest podłączony do przewodu uziemiającego.

Dzięki tej metodzie prąd przepływający przez ludzkie ciało jest ograniczony. Jego wartość nie powinna przekraczać jednego miliampera. Większe wartości mogą powodować ból i obrażenia elektryczne.

Podczas odprowadzania ładunku do ziemi ważne jest zapewnienie szybkości jego rozładowania w ciągu jednej sekundy.W tym celu stosuje się wykładziny podłogowe o niskim oporze elektrycznym.

Podczas pracy z płytkami półprzewodnikowymi i elementami elektronicznymi zapewniona jest również ochrona przed uszkodzeniem przez elektryczność statyczną:

• wymuszone omijanie zacisków płytek i bloków elektronicznych podczas kontroli;

• przy użyciu narzędzi i lutownic z uziemionymi głowicami roboczymi.

Pojemniki z płynami łatwopalnymi znajdujące się na pojazdach uziemiane są metalowym łańcuchem. Nawet kadłub samolotu jest wyposażony w metalowe linki, które chronią przed elektrycznością statyczną podczas lądowania.