Ochrana pred statickou elektrinou v každodennom živote a na pracovisku

Každodenná činnosť každého človeka súvisí s jeho pohybom v priestore. Navyše nechodí len pešo, ale cestuje aj dopravou.

Počas každého pohybu dochádza k redistribúcii statických nábojov, čím sa mení rovnováha vnútornej rovnováhy medzi atómami a elektrónmi každej látky. Súvisí to s procesom elektrifikácie, vzniku statickej elektriny.

V pevných látkach je rozloženie nábojov spôsobené pohybom elektrónov a v kvapalinách a plynoch elektróny aj nabité ióny. Všetky tieto spolu vytvárajú potenciálny rozdiel.

Príčiny statickej elektriny

Najčastejšie príklady prejavu statických síl vysvetľujú v škole na prvých hodinách fyziky, keď o vlnené plátno obtierajú sklenené a ebonitové tyče a predvádzajú, ako k nim priťahujú malé papieriky.

Známa je aj skúsenosť s vychyľovaním tenkého prúdu vody pôsobením statických nábojov sústredených na ebonitovej tyči.

V každodennom živote sa statická elektrina prejavuje najčastejšie:

• pri nosení vlneného alebo syntetického oblečenia;

• chôdza v topánkach s gumenou podrážkou alebo vlnených ponožkách na kobercoch a batumoch;

• používanie plastových predmetov.

Situáciu zhoršuje:

• suchý vzduch v priestoroch;

• železobetónové steny, z ktorých sú postavené viacpodlažné budovy.

Ako sa generuje statika

Fyzické telo normálne obsahuje rovnaký počet pozitívnych a negatívnych častíc, preto sa v ňom vytvára rovnováha, ktorá zabezpečuje jeho neutrálny stav. Telo pri narušení získava elektrický náboj určitého znamenia.

Statický znamená stav pokoja, keď sa telo nehýbe. Polarizácia môže nastať vo vnútri jeho látky - pohyb nábojov z jednej časti do druhej alebo ich prenos z blízkeho objektu.

K elektrifikácii látok dochádza v dôsledku získavania, odstraňovania alebo oddeľovania nábojov, keď:

• interakcia materiálov v dôsledku trecích alebo rotačných síl;

• prudký pokles teploty;

• ožarovanie rôznymi spôsobmi;

• štiepenie alebo rezanie fyzických tiel.

Elektrické náboje distribuované na povrchu objektu alebo vo vzdialenosti od neho v niekoľkých medziatómových vzdialenostiach. V prípade neuzemnených telies sa rozprestierajú po ploche kontaktnej vrstvy a v prípade tých, ktoré sú spojené s obrysom zeme, stekajú k nej.

Získavanie statických nábojov z tela a ich odvodnenie prebieha súčasne. Elektrifikácia je zabezpečená vtedy, keď telo dostáva väčší potenciál energie, ako vydáva vo vonkajšom prostredí.

Z tejto pozície vyplýva praktický záver: na ochranu tela pred statickou elektrinou je potrebné odviesť z neho vzniknuté náboje do zemnej slučky.

Metódy odhadu statickej elektriny

Fyzikálne látky sa podľa ich schopnosti vytvárať elektrické náboje rôznych znakov pri interakcii trením s inými telesami charakterizujú na stupnici triboelektrického javu. Niektoré z nich sú zobrazené na fotografii.

Ako príklad ich vzájomného pôsobenia možno uviesť tieto skutočnosti:

• chôdza vo vlnených ponožkách alebo topánkach s gumenou podrážkou po suchom koberci môže nabiť ľudské telo až 5 ÷ -6 kV;

• karoséria auta pohybujúceho sa po suchej vozovke nadobúda potenciál až 10 kV;

• hnací remeň, ktorý otáča remenicou, je nabitý na 25 kV.

Ako vidíte, potenciál statickej elektriny dosahuje veľmi vysoké hodnoty aj v domácich podmienkach. To nám však nespôsobuje veľkú škodu, pretože nemá veľa energie a jeho výboj prechádza cez vysoký odpor kontaktných podložiek a meria sa v miliampéroch alebo o niečo viac.

Navyše ho výrazne znižuje vlhkosť vzduchu. Jeho vplyv na veľkosť telesného stresu pri kontakte s rôznymi materiálmi je znázornený v grafe.

Z jeho analýzy vyplýva záver: vo vlhkom prostredí sa statická elektrina objavuje menej. Preto sa na boj proti nej používajú rôzne zvlhčovače.

V prírode môže byť statická elektrina obrovská.Pri pohybe oblakov na veľké vzdialenosti sa medzi nimi hromadia významné potenciály, ktoré sa prejavujú bleskami, ktorých energia stačí na rozštiepenie storočného stromu pozdĺž kmeňa alebo spálenie obytnej budovy.

Keď sa v každodennom živote vybíja statická elektrina, cítime „štípanie“ prstov, vidíme iskry vyžarované vlnenými vecami, cítime pokles energie a účinnosti. Prúd, ktorému je naše telo v bežnom živote vystavené, má negatívny vplyv na zdravie, stav nervovej sústavy, ale nespôsobuje zjavné, viditeľné škody.

Výrobcovia priemyselných meracích zariadení vyrábajú zariadenia, ktoré vám umožňujú presne určiť veľkosť napätia nahromadených statických nábojov na skrinkách zariadení aj na ľudskom tele.

Ako sa chrániť pred statickou elektrinou vo vašej domácnosti

Každý z nás by mal rozumieť procesom, ktoré tvoria statické výboje, ktoré predstavujú hrozbu pre naše telo. Musia byť známe a obmedzené. Za týmto účelom sa realizujú rôzne vzdelávacie aktivity vrátane obľúbených televíznych programov pre obyvateľstvo.

Na nich sú pomocou dostupných prostriedkov znázornené spôsoby vytvárania statického napätia, princípy jeho merania a spôsoby vykonávania preventívnych opatrení.

Napríklad vzhľadom na triboelektrický efekt je na česanie vlasov najlepšie použiť hrebene z prírodného dreva, nie kovové alebo plastové, ako to robí väčšina ľudí. Drevo má neutrálne vlastnosti a pri vtieraní do vlasov nevytvára náboje.

Na odstránenie statického potenciálu z karosérie auta pri jazde na suchej vozovke sa používajú špeciálne antistatické lišty pripevnené na spodku. Rôzne typy týchto sú široko dostupné na predaj.

Ak na aute takáto ochrana nie je, potom je možné napäťový potenciál odstrániť krátkodobým uzemnením puzdra pomocou kovového predmetu, napríklad kľúča zapaľovania auta. Tento postup je obzvlášť dôležité dodržať pred tankovaním.

Keď sa na odevoch vyrobených zo syntetických materiálov nahromadí statický náboj, je možné ho odstrániť úpravou pary zo špeciálnej nádoby s antistatickým zložením. Vo všeobecnosti je lepšie používať menej takýchto látok a nosiť prírodné materiály ako ľan alebo bavlnu.

Topánky s gumenou podrážkou tiež pomáhajú budovať náboj. Stačí do nej vložiť antistatické vložky z prírodných materiálov, čím sa zníži škodlivý účinok na organizmus.

O vplyve suchého vzduchu charakteristického pre mestské byty v zime už bola reč. Špeciálne zvlhčovače vzduchu alebo aj malé kúsky navlhčenej látky umiestnené na domácich predmetoch zlepšujú životné prostredie a znižujú tvorbu statickej elektriny. Ale pravidelné mokré čistenie v interiéri vám umožňuje včas odstrániť elektrifikované častice a prach. Toto je jeden z najlepších spôsobov, ako sa chrániť.

Domáce elektrospotrebiče akumulujú na skrinke počas prevádzky aj statické náboje.Systém vyrovnania potenciálov napojený na spoločnú zem okruhu budovy je navrhnutý tak, aby sa znížil ich vplyv.Aj jednoduchá akrylátová vaňa alebo stará liatinová konštrukcia s rovnakou vložkou podlieha statickému pôsobeniu a treba ju takto chrániť.

Ako prebieha ochrana pred statickou elektrinou vo výrobe?

Faktory, ktoré znižujú výkon elektronických zariadení

Výboje vznikajúce pri výrobe polovodičových materiálov môžu spôsobiť veľké škody, narušiť elektrické charakteristiky zariadení alebo ich dokonca úplne deaktivovať.

Vo výrobnom nastavení môže byť likvidácia ľubovoľná a závisí od množstva rôznych faktorov:

• hodnoty prijatej kapacity;

• energetický potenciál;

• elektrický odpor kontaktov;

• typ prechodných javov;

• iné nehody.

V tomto prípade sa v počiatočnom čase rádovo desať nanosekúnd vybíjací prúd zvýši na maximum a potom sa zníži v priebehu 100–300 ns.

Povaha výskytu statického výboja na polovodičovom zariadení cez telo operátora je znázornená na fotografii.

Veľkosť prúdu je ovplyvnená: kapacitou náboja nahromadeného osobou, odporom jeho tela a kontaktnými podložkami.

Pri výrobe elektrických zariadení môže vznikať statický výboj bez zásahu obsluhy v dôsledku vytvárania kontaktov cez uzemnené povrchy.

V tomto prípade je vybíjací prúd ovplyvnený kapacitou nabíjania akumulovanou puzdrom zariadenia a odporom vytvorených kontaktných podložiek. V tomto prípade indukovaný potenciál vysokého napätia a vybíjací prúd súčasne ovplyvňujú polovodič v počiatočnom okamihu.

V dôsledku takéhoto komplexného účinku môže byť poškodenie:

1.konkrétne, keď sa výkon prvkov zníži do takej miery, že sa stanú nepoužiteľnými;

2. skryté — znížením výstupných parametrov, niekedy dokonca spadajúcich do stanovených továrenských charakteristík.

Druhý typ porúch je ťažké odhaliť: najčastejšie ovplyvňujú stratu produktivity počas práce.

Príkladom takéhoto poškodenia pôsobením vysokého statického napätia sú grafy odchýlok voltampérových charakteristík aplikovaných na diódu KD522D a integrovaný obvod KR1005VI1 LSI.

Hnedá čiara číslo 1 znázorňuje parametre polovodičových súčiastok pred skúškami so zvýšeným napätím a krivky číslo 2 a 3 ich zníženie vplyvom zvýšeného indukovaného potenciálu. V prípade #3 to má väčší vplyv.

Poškodenie môže byť spôsobené činnosťami:

• nadhodnotené indukované napätie, ktoré porušuje dielektrickú vrstvu polovodičových zariadení alebo porušuje kryštálovú štruktúru;

• vysoká prúdová hustota spôsobujúca vysokú teplotu vedúcu k roztaveniu materiálov a spáleniu vrstvy oxidu;

• skúšky, elektrický tepelný výcvik.

Latentné poškodenie môže ovplyvniť prácu nie okamžite, ale po niekoľkých mesiacoch alebo dokonca rokoch práce.

Spôsoby vykonávania ESD ochrany vo výrobe

V závislosti od typu priemyselného zariadenia sa používa jeden z nasledujúcich spôsobov udržiavania prevádzkyschopnosti alebo ich kombinácia:

1. eliminácia tvorby elektrostatických nábojov;

2. blokovanie ich vstupu na pracovisko;

3. zvýšenie odolnosti prístrojov a príslušenstva proti pôsobeniu výbojov.

Metódy # 1 a # 2 umožňujú chrániť veľkú skupinu rôznych zariadení v komplexe a # 3 sa používa pre jednotlivé zariadenia.

Vysoká účinnosť pri udržiavaní prevádzkyschopnosti zariadenia je dosiahnutá jeho umiestnením do Faradayovej klietky, priestoru obklopeného zo všetkých strán jemnou sieťkou z kovovej siete spojenou so zemnou slučkou. Vonkajšie elektrické polia do nej neprenikajú a má statický magnet.

Na tomto princípe fungujú tienené káble.

Ochrana pred statickým pôsobením je klasifikovaná podľa implementačných zásad:

• fyzické a mechanické;

• chemický;

• konštruktívne a technologicky.

Prvé dva spôsoby umožňujú zabrániť alebo znížiť tvorbu statického náboja a zvýšiť rýchlosť ich odvádzania. Tretia metóda chráni zariadenia pred účinkami nábojov, ale neovplyvňuje ich vypúšťanie.

Odvod odpadu môžete zlepšiť:

• vytvorenie koruny;

• zvýšenie vodivosti materiálov, na ktorých sa hromadia náboje.

Vyriešte tieto problémy:

• ionizácia vzduchu;

• zvýšenie pracovných plôch;

• výber materiálov s najlepšou objemovou vodivosťou.

Vďaka ich realizácii sú vytvorené vopred pripravené diaľnice na vedenie statických nábojov do uzemňovacieho okruhu s vylúčením ich vplyvu na pracovné prvky zariadení. V tomto prípade sa berie do úvahy, že celkový elektrický odpor vytvorenej cesty by nemal presiahnuť 10 ohmov.

Ak majú materiály veľkú odolnosť, potom sa ochrana vykonáva inými spôsobmi. V opačnom prípade sa na povrchu začnú hromadiť náboje, ktoré sa pri kontakte so zemou môžu vybiť.

Príklad realizácie komplexnej elektrostatickej ochrany na pracovisku pre operátora zaoberajúceho sa údržbou a nastavovaním elektronických zariadení je na fotografii.

Povrch stola je spojený so zemnou slučkou spojovacím vodičom a vodivou podložkou pomocou špeciálnych svoriek. Operátor pracuje v špeciálnom oblečení, nosí topánky s vodivou podrážkou a sedí na stoličke so špeciálnym sedadlom. Všetky tieto opatrenia umožňujú efektívne zneškodňovať nahromadené náboje na zemi.

Pracovné ionizátory vzduchu regulujú vlhkosť, znižujú potenciál statickej elektriny. Pri ich používaní sa berie do úvahy, že zvýšený obsah vodnej pary v ovzduší nepriaznivo ovplyvňuje zdravie človeka. Snažia sa to teda udržať na úrovni okolo 40 %.

Efektívnym spôsobom môže byť aj pravidelné vetranie miestnosti alebo použitie ventilačného systému v nej, kedy vzduch prechádza cez filtre, ionizuje sa a mieša, čím sa zabezpečí neutralizácia vzniknutých nábojov.

Na zníženie potenciálu vytváraného ľudským telom je možné použiť náramky ako doplnok k setu antistatického oblečenia a obuvi. Pozostávajú z vodivého pásika, ktorý je pripevnený k ramenu pomocou pracky. Ten je pripojený k uzemňovaciemu vodiču.

Pri tejto metóde je prúd pretekajúci ľudským telom obmedzený. Jeho hodnota by nemala presiahnuť jeden miliampér. Väčšie hodnoty môžu spôsobiť bolesť a úraz elektrickým prúdom.

Pri vybíjaní náboja na zem je dôležité zabezpečiť rýchlosť jeho vybitia za jednu sekundu.Na tento účel sa používajú podlahové krytiny s nízkym elektrickým odporom.

Pri práci s polovodičovými doskami a elektronickými súčiastkami je zabezpečená aj ochrana pred poškodením statickou elektrinou:

• nútené obchádzanie svoriek elektronických dosiek a blokov počas inšpekcií;

• pomocou nástrojov a spájkovačiek s uzemnenými pracovnými hlavami.

Nádoby s horľavými kvapalinami umiestnené na vozidlách sú uzemnené kovovou reťazou. Dokonca aj trup lietadla je vybavený kovovými káblami, ktoré fungujú ako ochrana pred statickou elektrinou pri pristávaní.