Statická elektrina – čo to je, ako vzniká a problémy s ňou spojené

Čo je statická elektrina

Statická elektrina nastáva, keď je vnútroatómová alebo intramolekulárna rovnováha narušená v dôsledku zisku alebo straty elektrónu. Normálne je atóm v rovnováhe kvôli rovnakému počtu pozitívnych a negatívnych častíc - protónov a elektrónov. Elektróny sa môžu ľahko pohybovať z jedného atómu na druhý. Zároveň tvoria pozitívne (kde nie je žiadny elektrón) alebo negatívne (jeden elektrón alebo atóm s elektrónom navyše) ióny. Keď dôjde k tejto nerovnováhe, generuje sa statická elektrina.

Viac podrobností nájdete tu: O statickej elektrine na obrázkoch

Elektrický náboj na elektróne — (-) 1,6 x 10-19 prívesok. Protón s rovnakým nábojom má kladnú polaritu. Statický náboj v coulomboch je priamo úmerný nadbytku alebo nedostatku elektrónov, t.j. počet nestabilných iónov.

Prívesok je základná jednotka statického náboja, ktorá definuje množstvo elektriny, ktorá prejde prierezom drôtu za 1 sekundu pri 1 ampér.

Kladný ión nemá jeden elektrón, preto môže ľahko prijať elektrón zo záporne nabitej častice. Záporný ión môže byť buď jeden elektrón alebo atóm/molekula s veľkým počtom elektrónov. V oboch prípadoch existuje elektrón, ktorý dokáže neutralizovať kladný náboj.

Ako vzniká statická elektrina

Hlavné príčiny statickej elektriny:

• Kontakt medzi dvoma materiálmi a ich oddelenie od seba (vrátane trenia, valcovania / odvíjania atď.).

• Rýchly pokles teploty (napríklad pri vložení materiálu do pece).

• Vysokoenergetické žiarenie, ultrafialové žiarenie, röntgenové žiarenie, silné elektrické polia (nie je bežné v priemyselných aplikáciách).

• Rezacie operácie (napr. na rezacích strojoch alebo strojoch na rezanie papiera).

• Manuálne (generovaná statická elektrina).

Povrchový kontakt a separácia materiálov sú pravdepodobne najčastejšími príčinami statickej elektriny v priemysle kotúčových fólií a plastových fólií. Statický náboj vzniká pri odvíjaní / prevíjaní materiálov alebo pohybe rôznych vrstiev materiálov voči sebe.

Tento proces nie je úplne jasný, ale najpravdivejšie vysvetlenie výskytu statickej elektriny v tomto prípade možno získať analógiou s plochým kondenzátorom, v ktorom sa mechanická energia premieňa na elektrickú energiu, keď sú dosky oddelené:

Výsledné napätie = počiatočné napätie x (konečná vzdialenosť dosiek / počiatočná vzdialenosť dosiek).

Keď sa syntetická fólia dotkne podávacieho / navíjacieho valca, mierny náboj prúdiaci z materiálu na valec spôsobí nerovnováhu. Keď materiál prekoná kontaktnú plochu s hriadeľom, napätie stúpa rovnakým spôsobom ako v prípade dosky kondenzátora v momente ich oddelenia.

Prax ukazuje, že amplitúda výsledného napätia je obmedzená v dôsledku elektrického prierazu, ktorý sa vyskytuje v medzere medzi susednými materiálmi, povrchovej vodivosti a iných faktorov. Na výstupe fólie z kontaktnej plochy môžete často počuť jemné praskanie alebo pozorovať iskry. Stane sa tak v momente, keď statický náboj dosiahne hodnotu dostatočnú na rozbitie okolitého vzduchu.

Pred kontaktom s kotúčom je syntetický film elektricky neutrálny, ale v procese pohybu a kontaktu s podávacími plochami prúd elektrónov smeruje k filmu a nabíja ho záporným nábojom. Ak je hriadeľ kovový a uzemnený, jeho kladný náboj sa rýchlo vybije.

Väčšina zariadení má veľa hriadeľov, takže množstvo náboja a jeho polarita sa môže často meniť. Najlepším spôsobom kontroly statického náboja je jeho presné meranie v oblasti tesne pred problémovou oblasťou. Ak je náboj neutralizovaný príliš skoro, môže sa obnoviť skôr, ako sa film dostane do tejto problémovej oblasti.

Ak má predmet schopnosť akumulovať značný náboj a ak je tam vysoké napätie, statická elektrina spôsobí vážne problémy, ako je elektrický oblúk, elektrostatické odpudzovanie/príťažlivosť alebo úraz elektrickým prúdom.

Nabite polaritu

Statický náboj môže byť kladný alebo záporný.Pre jednosmerný prúd (AC) a pasívne obmedzovače (kefy) polarita náboja zvyčajne nie je dôležitá.

Problémy so statickou elektrinou

Statický výboj v elektronike

Je potrebné venovať pozornosť tomuto problému, ako sa to často stáva pri práci s elektronickými blokmi a komponentmi používanými v moderných riadiacich a meracích zariadeniach.

V elektronike hlavné nebezpečenstvo spojené so statickou elektrinou pochádza od osoby nesúcej náboj a nemalo by sa ignorovať. Vybíjací prúd generuje teplo, čo vedie k prerušeniu spojení, prerušeniu kontaktov a rozbitým stopám mikroobvodov. Vysoké napätie tiež ničí tenký oxidový film na tranzistoroch s efektom poľa a iných potiahnutých prvkoch.

Často komponenty úplne nezlyhajú, čo možno považovať za ešte nebezpečnejšie, pretože porucha sa neobjaví okamžite, ale v nepredvídateľnom okamihu počas prevádzky zariadenia.

Vo všeobecnosti platí, že pri práci s časťami a zariadeniami citlivými na statickú elektrinu by ste mali vždy podniknúť kroky na neutralizáciu náboja nahromadeného vo vašom tele.

Elektrostatická príťažlivosť / odpudzovanie

Toto je možno najčastejší problém v plastikárskom, papierenskom, textilnom a príbuznom priemysle. Prejavuje sa to tak, že materiály samostatne menia svoje správanie — lepia sa alebo naopak odpudzujú, lepia sa na zariadenie, priťahujú prach, nepravidelný vietor na prijímacom zariadení atď.

K príťažlivosti / odpudzovaniu dochádza v súlade s Coulombovým zákonom, ktorý je založený na princípe opaku štvorca. Vo svojej najjednoduchšej forme sa vyjadruje takto:

Sila príťažlivosti alebo odpudzovania (v Newtonoch) = náboj (A) x náboj (B) / (vzdialenosť medzi objektmi 2 (v metroch)).

Preto intenzita tohto efektu priamo súvisí s amplitúdou statického náboja a vzdialenosťou medzi atraktívnymi alebo odpudivými objektmi. K príťažlivosti a odpudzovaniu dochádza v smere elektrických siločiar.

Ak majú dva náboje rovnakú polaritu, odpudzujú sa; ak je to naopak, priťahujú sa navzájom. Ak je jeden z predmetov nabitý, spôsobí príťažlivosť a vytvorí zrkadlový obraz náboja na neutrálnych predmetoch.

Nebezpečenstvo požiaru

Riziko požiaru nie je bežným problémom všetkých priemyselných odvetví. Pravdepodobnosť požiaru je však veľmi vysoká v tlači a iných podnikoch, ktoré používajú horľavé rozpúšťadlá.

V nebezpečných oblastiach sú najbežnejšími zdrojmi vznietenia neuzemnené zariadenia a pohyblivé vodiče. Ak operátor v nebezpečnej oblasti nosí športovú obuv alebo obuv s nevodivou podrážkou, existuje riziko, že jeho telo vytvorí náboj, ktorý môže zapáliť rozpúšťadlá. Nebezpečné sú aj neuzemnené vodivé časti stroja. Všetko v nebezpečnej zóne musí byť riadne uzemnené.

Nasledujúce informácie poskytujú stručné vysvetlenie potenciálu vznietenia statickej elektriny v horľavom prostredí. Je dôležité, aby neskúsení obchodníci vopred poznali typy zariadení, aby sa predišlo chybám pri výbere zariadení na použitie v takýchto podmienkach.

Schopnosť výboja spôsobiť požiar závisí od mnohých premenných:

• druh likvidácie;

• vybíjací výkon;

• zdroj vypúšťania;

• vybiť energiu;

• prítomnosť horľavého prostredia (rozpúšťadlá v plynnej fáze, prach alebo horľavé kvapaliny);

• minimálna energia vznietenia (MEW) horľavého média.

Druhy výboja

Existujú tri hlavné typy — iskrové, kefové a kĺzavé kefy. V tomto prípade sa koronárny výboj neberie do úvahy, pretože nie je veľmi energetický a prebieha pomerne pomaly. Korónový výboj je vo všeobecnosti neškodný a mal by sa s ním počítať iba v oblastiach s veľmi vysokým nebezpečenstvom požiaru a výbuchu.

Úprimné vybitie

Pochádza prevažne zo stredne vodivého, elektricky izolovaného objektu. Môže to byť ľudské telo, časť stroja alebo nástroj. Predpokladá sa, že všetka energia náboja sa rozptýli v momente iskrenia. Ak je energia vyššia ako MEW pár rozpúšťadla, môže dôjsť k vznieteniu.

Energia iskry sa vypočíta takto: E (v jouloch) = ½ C U2.

Výtok z rúk

Kefový výboj nastáva, keď ostré časti zariadenia sústreďujú náboj na povrchy dielektrických materiálov, ktorých izolačné vlastnosti spôsobujú jeho akumuláciu. Kefový výboj má nižšiu energiu ako iskrový výboj, a preto predstavuje menšie nebezpečenstvo vznietenia.

Rozotrite posuvným štetcom

Striekanie klznou kefou sa vyskytuje na listoch alebo kotúčoch syntetických materiálov s vysokým odporom so zvýšenou hustotou náboja a rôznymi polaritami náboja na každej strane tkaniny. Tento jav môže byť spôsobený trením alebo nástrekom práškového náteru. Účinok je porovnateľný s vybitím plochého kondenzátora a môže byť rovnako nebezpečný ako iskrový výboj.

Zdroj sily a energie

Dôležitými faktormi sú veľkosť a geometria rozloženia náboja. Čím väčší je objem tela, tým viac energie obsahuje. Ostré rohy zvyšujú intenzitu poľa a udržujú výboje.

Výkon vybíjania

Ak sa predmet s energiou nespráva dobre elektrinynapríklad ľudské telo, odpor objektu oslabí vymrštenie a zníži nebezpečenstvo. Pre ľudský organizmus platí základné pravidlo: predpokladajme, že všetky rozpúšťadlá s vnútornou minimálnou energiou vznietenia menšou ako 100 mJ sa môžu vznietiť, napriek tomu, že energia obsiahnutá v tele môže byť 2 až 3-krát vysoká.

Minimálna energia zapaľovania MEW

Minimálna zápalná energia rozpúšťadiel a ich koncentrácia v nebezpečnej oblasti sú veľmi dôležité faktory. Ak je minimálna energia vznietenia nižšia ako energia výboja, hrozí nebezpečenstvo požiaru.

Elektrický šok

Stále viac pozornosti sa venuje otázke rizika vzniku statického šoku v priemyselnom podniku. Je to spôsobené výrazným zvýšením požiadaviek na bezpečnosť a ochranu zdravia pri práci.

Úraz elektrickým prúdom spôsobený statickou elektrinou vo všeobecnosti nie je obzvlášť nebezpečný. Je to len nepríjemné a často spôsobuje vážne reakcie.

Existujú dve bežné príčiny statického šoku:

Indukovaný náboj

Ak je osoba v elektrickom poli a drží nabitý predmet, ako je kotúč filmu, je možné, že sa jej telo nabije.

Náboj zostáva v tele obsluhy, ak má obutú obuv s izolačnou podrážkou, kým sa nedotkne uzemneného zariadenia. Náboj steká na zem a zasiahne osobu. Stáva sa to aj vtedy, keď sa operátor dotkne nabitých predmetov alebo materiálov — v dôsledku izolačných topánok sa náboj hromadí v tele. Keď sa operátor dotkne kovových častí zariadenia, náboj sa môže vybiť a spôsobiť úraz elektrickým prúdom.

Keď ľudia chodia po syntetických kobercoch, kontaktom medzi kobercom a topánkami vzniká statická elektrina. Elektrické šoky, ktoré vodiči dostanú, keď vystúpia z auta, sú vyvolané nábojom vytvoreným medzi sedadlom a oblečením, keď vstávajú. Riešením tohto problému je dotknúť sa kovovej časti auta, napríklad rámu dverí, pred zdvihnutím zo sedadla. To umožňuje náloži bezpečne odtiecť na zem cez karosériu vozidla a pneumatiky.

Zariadenie spôsobilo úraz elektrickým prúdom

Takýto zásah elektrickým prúdom je možný, aj keď sa vyskytuje oveľa menej často ako poškodenie spôsobené materiálom.

Ak má navíjacia cievka výrazný náboj, stáva sa, že prsty operátora sústreďujú náboj natoľko, že dosiahne bod zlomu a dôjde k vybitiu. Taktiež, ak je neuzemnený kovový predmet v elektrickom poli, môže sa nabiť indukovaným nábojom. Keďže kovový predmet je vodivý, mobilný náboj sa vybije do osoby, ktorá sa predmetu dotkne.