Statisk elektricitet – vad det är, hur det genereras och problemen med det

Vad är statisk elektricitet

Statisk elektricitet uppstår när intraatomär eller intramolekylär jämvikt störs på grund av förstärkning eller förlust av en elektron. Normalt är en atom i jämvikt på grund av samma antal positiva och negativa partiklar - protoner och elektroner. Elektroner kan lätt flytta från en atom till en annan. Samtidigt bildar de positiva (där det inte finns någon elektron) eller negativa (en enstaka elektron eller en atom med en extra elektron) joner. När denna obalans uppstår genereras statisk elektricitet.

För mer information se här: Om statisk elektricitet i bilder

Elektrisk laddning på en elektron — (-) 1,6 x 10-19 hängande. En proton med samma laddning har en positiv polaritet. Den statiska laddningen i coulombs är direkt proportionell mot överskottet eller bristen på elektroner, dvs. antalet instabila joner.

Hänget är grundenheten för statisk laddning, som definierar mängden elektricitet som passerar genom tvärsnittet av en tråd på 1 sekund vid 1 ampere.

En positiv jon har inte en elektron, därför kan den lätt acceptera en elektron från en negativt laddad partikel. En negativ jon kan i sin tur vara antingen en enkel elektron eller en atom/molekyl med ett stort antal elektroner. I båda fallen finns det en elektron som kan neutralisera den positiva laddningen.

Hur statisk elektricitet genereras

De främsta orsakerna till statisk elektricitet:

• Kontakt mellan två material och deras separation från varandra (inklusive gnidning, rullning/avlindning, etc.).

• En snabb temperatursänkning (till exempel när materialet placeras i ugnen).

• Högenergistrålning, ultraviolett strålning, röntgenstrålar, starka elektriska fält (inte vanligt i industriella tillämpningar).

• Skärningsoperationer (t.ex. på skärmaskiner eller pappersskärmaskiner).

• Manual (genererad statisk elektricitet).

Ytkontakt och separation av material är förmodligen de vanligaste orsakerna till statisk elektricitet inom rullfilms- och plastfolieindustrin. Statisk laddning genereras vid avlindning/återlindning av material eller rörelse av olika materiallager i förhållande till varandra.

Denna process är inte helt klar, men den sannaste förklaringen till uppkomsten av statisk elektricitet i detta fall kan erhållas i analogi med en platt kondensator, där mekanisk energi omvandlas till elektrisk energi när plattorna separeras:

Resulterande spänning = initial spänning x (slutlig plåtavstånd / initialt plåtavstånd).

När den syntetiska filmen vidrör matnings-/upptagningsvalsen orsakar en liten laddning som flyter från materialet till rullen en obalans. Då materialet övervinner kontaktytan med axeln stiger spänningen på samma sätt som vid kondensatorplattorna i ögonblicket för deras separation.

Övning visar att amplituden för den resulterande spänningen är begränsad på grund av elektriskt genombrott som uppstår i gapet mellan intilliggande material, ytkonduktivitet och andra faktorer. Vid utgången av filmen från kontaktytan kan du ofta höra ett lätt sprakande eller observera gnistor. Detta händer i det ögonblick då den statiska laddningen når ett värde som är tillräckligt för att bryta ner den omgivande luften.

Före kontakt med rullen är den syntetiska filmen elektriskt neutral, men under rörelse och kontakt med matningsytorna riktas ett flöde av elektroner till filmen och laddar den med en negativ laddning. Om axeln är av metall och jordad kommer dess positiva laddning snabbt att tömmas.

De flesta utrustningar har många skaft, så mängden laddning och dess polaritet kan ändras ofta. Det bästa sättet att kontrollera statisk laddning är att noggrant mäta den i området precis framför problemområdet. Om laddningen neutraliseras för tidigt kan den återhämta sig innan filmen når detta problemområde.

Om föremålet har förmågan att lagra en betydande laddning och om det finns en hög spänning, kommer statisk elektricitet att orsaka allvarliga problem såsom ljusbågsbildning, elektrostatisk avstötning/attraktion eller elektrisk stöt för personalen.

Ladda polariteten

Statisk laddning kan vara positiv eller negativ.För likström (AC) och passiva begränsare (borstar) är laddningspolariteten vanligtvis inte viktig.

Problem med statisk elektricitet

Statisk urladdning i elektronik

Det är nödvändigt att uppmärksamma detta problem, eftersom det ofta händer när man arbetar med elektroniska block och komponenter som används i moderna styr- och mätanordningar.

Inom elektronik kommer den största faran i samband med statisk elektricitet från personen som bär laddningen och bör inte ignoreras. Urladdningsströmmen genererar värme, vilket leder till trasiga anslutningar, trasiga kontakter och trasiga mikrokretsspår. Högspänningen förstör också den tunna oxidfilmen på fälteffekttransistorerna och andra belagda element.

Ofta misslyckas inte komponenter helt, vilket kan anses vara ännu farligare, eftersom felet inte uppträder omedelbart, utan i ett oförutsägbart ögonblick under driften av enheten.

Som en allmän regel, när du arbetar med statisk känsliga delar och enheter, bör du alltid vidta åtgärder för att neutralisera den uppbyggda laddningen på din kropp.

Elektrostatisk attraktion/repulsion

Detta är kanske det vanligaste problemet inom plast-, papper-, textil- och relaterade industrier. Det visar sig i det faktum att materialen självständigt ändrar sitt beteende - de håller ihop eller tvärtom stöter bort, håller fast vid utrustningen, drar till sig damm, oregelbunden vind på den mottagande enheten, etc.

Attraktion/avstötning sker i enlighet med Coulombs lag, som bygger på principen om motsatsen till kvadraten. I sin enklaste form uttrycks det så här:

Attraktions- eller repulsionskraften (i Newton) = Laddning (A) x Laddning (B) / (Avstånd mellan objekt 2 (i meter)).

Därför är intensiteten av denna effekt direkt relaterad till den statiska laddningens amplitud och avståndet mellan attraktiva eller frånstötande föremål. Attraktion och repulsion sker i riktning mot de elektriska fältlinjerna.

Om två laddningar har samma polaritet stöter de bort; om motsatsen, attraherar de varandra. Om ett av föremålen är laddat kommer det att orsaka en attraktion, vilket skapar en spegelbild av laddningen på neutrala föremål.

Risk för brand

Brandrisk är inte ett vanligt problem för alla branscher. Men sannolikheten för brand är mycket hög inom tryckeri och andra företag som använder brandfarliga lösningsmedel.

I riskområden är de vanligaste antändningskällorna ojordad utrustning och rörliga ledningar. Om en operatör i ett explosionsfarligt område bär sportskor eller skor med icke-ledande sulor finns det risk att hans kropp genererar en laddning som kan antända lösningsmedel. Ojordade ledande delar av maskinen är också farliga. Allt i riskområdet måste vara ordentligt jordat.

Följande information ger en kort förklaring av antändningspotentialen för statisk elektricitet i brandfarliga miljöer. Det är viktigt att oerfarna handlare är medvetna om typerna av utrustning i förväg för att undvika misstag i valet av enheter för användning under sådana förhållanden.

En urladdnings förmåga att orsaka en brand beror på många variabler:

• typ av bortskaffande;

• urladdningskraft;

• urladdningskälla;

• urladdningsenergi;

• närvaron av en brandfarlig miljö (lösningsmedel i gasfasen, damm eller brandfarliga vätskor);

• minsta antändningsenergi (MEW) för ett brandfarligt medium.

Typer av utsläpp

Det finns tre huvudtyper – gnista, borstar och glidborstar. I det här fallet beaktas inte kranskärlsurladdningen, eftersom den inte är särskilt energisk och sker ganska långsamt. Corona-utsläpp är i allmänhet ofarligt och bör endast övervägas i områden med mycket hög brand- och explosionsrisk.

En uppriktig urladdning

Det kommer huvudsakligen från ett måttligt ledande, elektriskt isolerat föremål. Det kan vara en människokropp, en del av en maskin eller ett verktyg. Det antas att all energi i laddningen försvinner i ögonblicket för gnistbildning. Om energin är högre än MEW för lösningsmedelsångan kan antändning inträffa.

Gnistenergin beräknas enligt följande: E (i joule) = ½ C U2.

Utsläpp från händerna

Borstarladdning uppstår när vassa utrustningsdelar koncentrerar laddningen på ytorna av dielektriska material vars isolerande egenskaper gör att den ackumuleras. En borsturladdning har lägre energi än en gnisturladdning och utgör därför mindre antändningsrisk.

Bred ut med en glidborste

Glidande borstsprutning sker på ark eller rullar av syntetiska material med hög resistivitet med ökad laddningstäthet och olika laddningspolariteter på varje sida av banan. Detta fenomen kan orsakas av gnidning eller sprutning av pulverlackeringen. Effekten är jämförbar med urladdningen av en platt kondensator och kan vara lika farlig som en gnisturladdning.

Källa till kraft och energi

Storleken och geometrin på laddningsfördelningen är viktiga faktorer. Ju större volym kroppen är, desto mer energi innehåller den. Skarpa hörn ökar fältstyrkan och upprätthåller urladdningar.

Urladdningskraft

Om ett objekt med energi inte beter sig bra elektricitett.ex. en människokropp, kommer objektets motstånd att försvaga utstötningen och minska risken. För människokroppen finns en grundregel: antag att alla lösningsmedel med en inre minsta antändningsenergi på mindre än 100 mJ kan antändas, trots att energin som finns i kroppen kan vara 2 till 3 gånger hög.

Minsta tändenergi MEW

Lösningsmedlens lägsta antändningsenergi och deras koncentration i det farliga området är mycket viktiga faktorer. Om den minsta antändningsenergin är lägre än urladdningsenergin finns risk för brand.

Elchock

Mer och mer uppmärksamhet ägnas frågan om risken för statisk chock i ett industriföretag. Detta beror på en betydande ökning av arbetsmiljökraven.

En elektrisk stöt orsakad av statisk elektricitet är i allmänhet inte särskilt farlig. Det är bara obehagligt och orsakar ofta svåra reaktioner.

Det finns två vanliga orsaker till statisk chock:

Inducerad laddning

Om en person befinner sig i ett elektriskt fält och håller i ett laddat föremål, till exempel en filmrulle, är det möjligt för kroppen att laddas.

Laddningen stannar kvar i operatörens kropp om han bär skor med isolerande sulor tills han vidrör den jordade utrustningen. Laddningen rinner ner till marken och träffar personen. Detta händer också när operatören rör vid laddade föremål eller material - på grund av de isolerande skorna samlas laddningen i kroppen. När operatören vidrör utrustningens metalldelar kan laddningen laddas ur och orsaka en elektrisk stöt.

När människor går på syntetiska mattor genereras statisk elektricitet genom kontakt mellan mattan och skorna. De elektriska stötarna förare får när de stiger ur sina bilar utlöses av en laddning som byggs upp mellan sätet och kläderna när de reser sig. Lösningen på detta problem är att röra vid en metalldel av bilen, till exempel en dörrkarm, innan du lyfter från sätet. Detta gör att laddningen kan rinna av på ett säkert sätt till marken genom fordonets kaross och däck.

Utrustning inducerad elektrisk stöt

En sådan elektrisk stöt är möjlig, även om den förekommer mycket mindre ofta än skada som provoceras av materialet.

Om upptagningsspolen har en betydande laddning, händer det att operatörens fingrar koncentrerar laddningen i en sådan utsträckning att den når brytpunkten och en urladdning sker. Dessutom, om ett ojordat metallföremål befinner sig i ett elektriskt fält, kan det laddas med en inducerad laddning. Eftersom ett metallföremål är ledande kommer den mobila laddningen att laddas ur in i personen som rör vid föremålet.