Statisk elektrisitet - hva det er, hvordan det genereres og problemene forbundet med det

Hva er statisk elektrisitet

Statisk elektrisitet oppstår når intraatomisk eller intramolekylær likevekt forstyrres på grunn av forsterkning eller tap av et elektron. Normalt er et atom i likevekt på grunn av det samme antall positive og negative partikler - protoner og elektroner. Elektroner kan lett bevege seg fra ett atom til et annet. Samtidig danner de positive (der det ikke er noe elektron) eller negative (et enkelt elektron eller et atom med et ekstra elektron) ioner. Når denne ubalansen oppstår, genereres statisk elektrisitet.

For mer detaljer se her: Om statisk elektrisitet i bilder

Elektrisk ladning på et elektron — (-) 1,6 x 10-19 anheng. Et proton med samme ladning har positiv polaritet. Den statiske ladningen i coulombs er direkte proporsjonal med overskudd eller mangel på elektroner, dvs. antall ustabile ioner.

Anhenget er den grunnleggende enheten for statisk ladning, som definerer mengden elektrisitet som passerer gjennom tverrsnittet av en ledning på 1 sekund ved 1 ampere.

Et positivt ion har ikke ett elektron, derfor kan det lett akseptere et elektron fra en negativt ladet partikkel. Et negativt ion kan på sin side enten være et enkelt elektron eller et atom/molekyl med et stort antall elektroner. I begge tilfeller er det et elektron som kan nøytralisere den positive ladningen.

Hvordan statisk elektrisitet genereres

De viktigste årsakene til statisk elektrisitet:

• Kontakt mellom to materialer og deres adskillelse fra hverandre (inkludert gnidning, rulling / avvikling, etc.).

• Et raskt fall i temperatur (for eksempel når materialet plasseres i ovnen).

• Høyenergistråling, ultrafiolett stråling, røntgenstråler, sterke elektriske felt (ikke vanlig i industrielle applikasjoner).

• Kutteoperasjoner (f.eks. på kuttemaskiner eller papirkuttemaskiner).

• Manuell (generert statisk elektrisitet).

Overflatekontakt og separasjon av materialer er trolig de vanligste årsakene til statisk elektrisitet i rullefilm- og plastfolieindustrien. Statisk ladning genereres under avvikling / tilbakespoling av materialer eller bevegelse av forskjellige lag av materialer i forhold til hverandre.

Denne prosessen er ikke helt klar, men den sanneste forklaringen på utseendet til statisk elektrisitet i dette tilfellet kan oppnås analogt med en flat kondensator, der mekanisk energi omdannes til elektrisk energi når platene skilles:

Resulterende spenning = initialspenning x (endelig plateavstand / initial plateavstand).

Når den syntetiske filmen berører mate-/opptaksvalsen, forårsaker en liten ladning som strømmer fra materialet til rullen ubalanse. Ettersom materialet overvinner kontaktområdet med akselen, stiger spenningen på samme måte som ved kondensatorplatene i det øyeblikk de separeres.

Praksis viser at amplituden til den resulterende spenningen er begrenset på grunn av elektrisk sammenbrudd som oppstår i gapet mellom tilstøtende materialer, overflateledningsevne og andre faktorer. Ved utgangen av filmen fra kontaktområdet kan du ofte høre en liten knitring eller observere gnister. Dette skjer i det øyeblikket den statiske ladningen når en verdi som er tilstrekkelig til å bryte ned luften rundt.

Før kontakt med rullen er den syntetiske filmen elektrisk nøytral, men i prosessen med bevegelse og kontakt med mateoverflatene blir en strøm av elektroner rettet mot filmen og lader den med en negativ ladning. Hvis akselen er metall og jordet, vil dens positive ladning raskt tømmes.

Det meste utstyret har mange skafter, så mengden ladning og polariteten kan endres ofte. Den beste måten å kontrollere statisk ladning på er å måle den nøyaktig i området rett foran problemområdet. Hvis ladningen nøytraliseres for tidlig, kan den komme seg før filmen når dette problemområdet.

Hvis objektet har evnen til å lagre en betydelig ladning og hvis det er høy spenning, vil statisk elektrisitet forårsake alvorlige problemer som lysbuedannelse, elektrostatisk frastøtning/tiltrekning eller elektrisk sjokk for personell.

Lad polariteten

Statisk ladning kan være positiv eller negativ.For likestrøm (AC) og passive begrensere (børster) er ladepolaritet vanligvis ikke viktig.

Problemer med statisk elektrisitet

Statisk utladning i elektronikk

Det er nødvendig å ta hensyn til dette problemet, da det ofte skjer når du arbeider med elektroniske blokker og komponenter som brukes i moderne kontroll- og måleenheter.

Innen elektronikk kommer hovedfaren forbundet med statisk elektrisitet fra personen som bærer ladningen og bør ikke ignoreres. Utladningsstrømmen genererer varme, noe som fører til ødelagte forbindelser, ødelagte kontakter og ødelagte mikrokretsspor. Høyspenningen ødelegger også den tynne oksidfilmen på felteffekttransistorene og andre belagte elementer.

Ofte svikter ikke komponenter helt, noe som kan betraktes som enda farligere, siden feilen ikke vises umiddelbart, men på et uforutsigbart øyeblikk under driften av enheten.

Som en generell regel, når du arbeider med statisk sensitive deler og enheter, bør du alltid ta skritt for å nøytralisere den oppbyggede ladningen på kroppen din.

Elektrostatisk tiltrekning / frastøting

Dette er kanskje det vanligste problemet i plast-, papir-, tekstil- og relaterte industrier. Det manifesterer seg i det faktum at materialene uavhengig endrer oppførselen deres - de holder seg sammen eller omvendt avviser, holder seg til utstyret, tiltrekker seg støv, uregelmessig vind på mottaksenheten, etc.

Tiltrekning/frastøtning skjer i henhold til Coulombs lov, som er basert på prinsippet om det motsatte av kvadratet. I sin enkleste form er det uttrykt som følger:

Kraften til tiltrekning eller frastøting (i Newton) = Ladning (A) x Ladning (B) / (Avstand mellom objekter 2 (i meter)).

Derfor er intensiteten av denne effekten direkte relatert til amplituden til den statiske ladningen og avstanden mellom attraktive eller frastøtende objekter. Tiltrekning og frastøting skjer i retning av de elektriske feltlinjene.

Hvis to ladninger har samme polaritet, avstøter de; hvis det motsatte, tiltrekker de hverandre. Hvis en av gjenstandene er ladet, vil det forårsake en attraksjon, og skape et speilbilde av ladningen på nøytrale gjenstander.

Fare for brann

Brannrisiko er ikke et vanlig problem for alle bransjer. Men sannsynligheten for brann er svært høy i trykkerier og andre virksomheter som bruker brennbare løsemidler.

I eksplosjonsfarlige områder er de vanligste antennelseskildene ujordet utstyr og bevegelige ledninger. Hvis en operatør i et eksplosjonsfarlig område bruker sportssko eller sko med ikke-ledende såle, er det fare for at kroppen hans vil generere en ladning som kan antenne løsemidler. Ujordede ledende deler av maskinen er også farlige. Alt i faresonen skal være forsvarlig jordet.

Følgende informasjon gir en kort forklaring på antennelsespotensialet til statisk elektrisitet i brennbare omgivelser. Det er viktig at uerfarne forhandlere er klar over utstyrstypene på forhånd for å unngå feil ved valg av enheter for bruk under slike forhold.

Et utslipps evne til å forårsake brann avhenger av mange variabler:

• type avhending;

• utladningskraft;

• utslipp kilde;

• utladningsenergi;

• tilstedeværelsen av et brennbart miljø (løsningsmidler i gassfasen, støv eller brennbare væsker);

• minimum antennelsesenergi (MEW) for et brennbart medium.

Typer utslipp

Det er tre hovedtyper – gnist-, børste- og skyvebørster. I dette tilfellet blir det ikke tatt hensyn til koronarutslippet, siden det ikke er veldig energisk og skjer ganske sakte. Koronautslipp er generelt ufarlig og bør kun vurderes i områder med svært høy brann- og eksplosjonsfare.

En oppriktig utflod

Det kommer hovedsakelig fra en moderat ledende, elektrisk isolert gjenstand. Det kan være en menneskekropp, en del av en maskin eller et verktøy. Det antas at all energien til ladningen forsvinner i øyeblikket av gnistdannelse. Hvis energien er høyere enn MEW for løsemiddeldampen, kan det oppstå antennelse.

Gnistenergien beregnes som følger: E (i Joule) = ½ C U2.

Utflod fra hendene

Børsteutladning oppstår når skarpe deler av utstyret konsentrerer ladningen på overflatene til dielektriske materialer hvis isolerende egenskaper får den til å samle seg. En børsteutladning har lavere energi enn en gnilutladning og utgjør derfor mindre antennelsesfare.

Spred med en glidebørste

Glidende børstespraying skjer på ark eller ruller av syntetiske materialer med høy resistivitet med økt ladningstetthet og forskjellige ladningspolariteter på hver side av banen. Dette fenomenet kan være forårsaket av gnidning eller spraying av pulverlakken. Effekten kan sammenlignes med utladningen av en flat kondensator og kan være like farlig som en gnistutladning.

Kilde til kraft og energi

Størrelsen og geometrien til ladningsfordelingen er viktige faktorer. Jo større volum kroppen har, jo mer energi inneholder den. Skarpe hjørner øker feltstyrken og opprettholder utslipp.

Utladning av kraft

Hvis en gjenstand med energi ikke oppfører seg bra elektrisitetf.eks en menneskekropp, vil gjenstandens motstand svekke utstøtingen og redusere faren. For menneskekroppen er det en grunnleggende regel: anta at alle løsemidler med en intern minimum antennelsesenergi på mindre enn 100 mJ kan antennes, til tross for at energien i kroppen kan være 2 til 3 ganger høy.

Minimum tenningsenergi MEW

Minimumsantennelsesenergien til løsningsmidlene og deres konsentrasjon i det farlige området er svært viktige faktorer. Hvis minimum tennenergi er lavere enn utladningsenergien, er det fare for brann.

Elektrisk støt

Mer og mer oppmerksomhet rettes mot spørsmålet om risikoen for statisk sjokk i en industribedrift. Dette skyldes en betydelig økning i kravene til helse og sikkerhet på arbeidsplassen.

Et elektrisk støt forårsaket av statisk elektrisitet er vanligvis ikke spesielt farlig. Det er bare ubehagelig og gir ofte alvorlige reaksjoner.

Det er to vanlige årsaker til statisk sjokk:

Indusert ladning

Hvis en person er i et elektrisk felt og holder en ladet gjenstand, for eksempel en filmrulle, er det mulig for kroppen å bli ladet.

Ladningen forblir i operatørens kropp hvis han bruker sko med isolerende såle til han berører det jordede utstyret. Ladningen renner ned til bakken og treffer personen. Dette skjer også når operatøren berører ladede gjenstander eller materialer - på grunn av de isolerende skoene samler ladningen seg i kroppen. Når operatøren berører metalldelene på utstyret, kan ladningen bli utladet og forårsake elektrisk støt.

Når folk går på syntetiske tepper, genereres statisk elektrisitet ved kontakt mellom teppet og skoene. De elektriske støtene sjåførene får når de går ut av bilene utløses av en ladning som bygges opp mellom setet og klærne når de reiser seg. Løsningen på dette problemet er å berøre en metalldel av bilen, for eksempel en dørkarm, før du løfter fra setet. Dette gjør at ladningen trygt kan renne til bakken gjennom kjøretøyets karosseri og dekk.

Utstyr indusert elektrisk støt

Et slikt elektrisk støt er mulig, selv om det forekommer mye sjeldnere enn skade provosert av materialet.

Hvis opptrekksspolen har en betydelig ladning, hender det at operatørens fingre konsentrerer ladningen i en slik grad at den når bristepunktet og det oppstår en utslipp. Dessuten, hvis en ujordet metallgjenstand er i et elektrisk felt, kan den bli ladet med en indusert ladning. Siden en metallgjenstand er ledende, vil den mobile ladningen slippe ut i personen som berører gjenstanden.