Защита трубопроводов и установок от статического электричества

Содержание

Устройства защиты от электростатических …

Процессы, при которых может возникать электризация:

перекачивание углеводородных жидкостей по диэлектрическим трубам
заливка горючих жидкостей в емкости, изолированные от земли
просеивание, сушка и прочее

Существуют предприятия, где статическое электричество свыше допустимой нормы способно привести к:

взрыву, пожару, гибели персонала
электрическому разряду травмирующей величины
выводу из строя дорогостоящего оборудования, недоотпуску продукции, финансовым потерям
выводу из строя микропроцессорных систем, ложным срабатываниям, опять же потерям и недоотпуску продукции в виде электроэнергии

Однако, некоторые об этом не задумываются, так как эти факторы уже давно известны и были проведены мероприятия по исключению воздействия данных факторов на персонал и оборудование. Они прописаны в ГОСТах, нормативах

Тут важно знать требуемые нормативы и следить на своем предприятии об выполнениях данных предписаний

Средства защиты делятся на групповые и индивидуальные.

Групповые:

заземление (сопротивление заземляющего устройства, предназначенного для защиты только от статического электричества по этому ГОСТу должно быть не более 100 Ом)
нейтрализаторы (обеспечивают ионизацию поверхности или среды различными способами)
Индукционный (путем воздействия поля электростатических зарядов)
Высоковольтный (путем подачи высокого напряжения на электроды)
Лучевой (под воздействием излучения ультрафиолетового, радиоактивного, лазерного, теплового)
Радиоизотопный (ионизация воздушной среды радиоактивными источниками)
Аэродинамический (ионизированная среда подается к поверхности потоками воздуха)

увлажняющие устройства
антиэлектростатические вещества (от их воздействия должно снижаться удельное объемное электрическое сопротивление Rоб материала до 107 Ом*м, а удельное поверхностное Rп – до 109 Ом; содержание паров антистатиков на производстве не должно превышать предельно допустимых концентраций (ПДК) ) по ГОСТ 12.1.005-88);
экранирующие устройства (должны быть заземлены согласно ПУЭ);

Индивидуальные антиэлектростатические (защита до 1кВ) защитные средства:

спецодежда (Rп {amp}lt; 107 Ом; R между землей и токопроводящей поверхностью одежды должно быть в пределах 106-108 Ом)
спецобувь (сопротивление между подпятником и ходовой стороной подошвы 106-108 Ом); применяется совместно с рассеивающим напольным покрытием;
кольца и браслеты (R между человеком и землей – 106-107 Ом);
средства защиты рук

Искроопасность (W) определяют следующие показатели:

электростатические величины: удельное объемное и поверхностное электрическое сопротивление, относительная диэлектрическая проницаемость, постоянная времени релаксации электрических зарядов
геометрические параметры
динамические характеристики процессов: скорость движения соприкасающихся сред или тел; величины взаимного давления тел; скорость деформации тел
параметры ОС: температура, давление, влажность, содержание аэрозолей, пыли, различных веществ

Далее должно выполняться условие: W

Согласно ГОСТу необходимо разработать и внедрить программу управления ЭСР (электростатическими разрядами): базовую или комплексную.

Предлагаем ознакомиться Съем плиточного клея с бетонных поверхностей

В базовую должно входить:

заземляемые рабочие поверхности
антистатические браслеты для персонала
защитная упаковка для перемещения ЧЭСР-компонентов между процессами, (ч – это чувствительные)

В комплексной, кроме базовых вещей, дополнительно вводится:

заземление персонала через обувь и напольное покрытие
заземленная защитная одежда
ионизация воздуха на рабочем месте

Также не стоит забывать и про ГОСТ 12.1.045, в котором расписаны допустимые уровни напряженности электростатических полей в зависимости от времени пребывания персонала:

меньше 60 кВ/м до 1 часа;
меньше числа, равного 60 умножить на корень из времени пребывания в часах (1-9 часов)
если меньше 20 кВ/м, то время пребывания не нормируется.

Влияние статического электричества на здоровье и окружающий мир

Источниками статического электричества являются оргтехника, компьютеры и различные бытовые электроприборы, которые создают электростатические поля, в чью зону действия попадают как корпуса этих самых приборов, так и мельчайшие пылинки. Эти заряженные частицы оседают на экране монитора, обивке мебели, ковровом покрытии, линолеуме, на одежде из синтетических материалов, а также на коже человека и в его дыхательных путях.

Влияние такого электричества на живой организм – не достаточно хорошо изученная область. Многие исследователи придерживаются мнения, что основой действия статического электричества на человека является так называемый нейрорефлекторный механизм. Он заключается в следующем: при взаимодействии с предметом, имеющим электростатический заряд, возникает незначительный разряд заряда предмета через человеческое тело. Следствием является рефлекторное движение, приводящее к возможным травмам или падению.

Помимо этого, при длительном нахождении человека в поле такого заряда могут быть вызваны изменения функций ЦНС (центральной нервной системы), а также сердечно-сосудистой системы. Эти функциональные изменения приводят к нарушению сна, потере аппетита, головной боли, повышенной эмоциональности и раздражительности. Могут возникнуть фобии (боязнь человека перед появлением электрического заряда и последующими болевыми ощущениями).

В связи с этим важно знать, как избавиться от статического электричества

Способы защиты от статики на производстве

Дифференциальная защита

Против вредного и опасного проявления накопленного статического электротока в производственных условиях разрабатывается и применяется комплекс защитных мероприятий. В их основе лежат следующие методы:

повышение проводящих свойств материалов и окружающей рабочей среды, что приводит к рассеиванию в пространстве периодически появляющихся электрозарядов статики;
снижение скоростей обработки и перемещения материалов, что значительно уменьшает возможности генерирования статических электрозарядов;
полномасштабное применение грамотно устроенного заземления, что помогает исключить накопление опасных потенциалов;
повышение устойчивости самих машин и механизмов к действию статистических разрядов;
недопущение проникновения электрического тока в рабочую зону.

Все способы, применяемые для предотвращения статических электрических разрядов, разделяют на конструкционные, технологические, химические, физические и механические. Три последних направлены главным образом на снижение активности генерирования электрозарядов и быстрейшему их уходу в почву. В то же время первые из перечисленных методов с заземлением не связаны.

В качестве высоконадежного средства защиты от статического электричества выступает так называемая клетка Фарадея. Она выполняется в виде мелкоячеистой сетки, ограждающей машины по всей площади, у нее имеется подключение к контуру заземления.

Клетка Фарадея – надежное приспособление для защиты от электрических разрядов

Благодаря такой конструкции, поля электричества не проникают внутрь клетки Фарадея, а на магнитное поле она никак не влияет. Электрические кабели, покрытые предварительно экраном из металлического листа, защищаются по таким же принципам.

Электростатический заряд можно оптимально уменьшить посредством возрастания токопроводимости промышленных материалов и проведением коронирования (т.е. создания на поверхности материалов воздушной плазмы коронным разрядом комнатной температуры). Достигается это с помощью специального подбора материалов, имеющих повышенную объемную проводимость, наращиванием рабочих площадей и повышением ионизации воздуха вокруг защищаемых механизмов. Специальные агрегаты – ионизаторы, генерируют положительно и отрицательно заряженные ионы, которые притягиваются к противоположно заряженным диэлектрикам и нейтрализуют их заряды.

Важно! Для веществ с высоким электросопротивлением такие способы защиты от статики не подходят. Обязательным в перечне мероприятий по защите от статического электричества является заземление

В состав заземляющего устройства входит заземлитель (проводящий элемент) и проводник заземления между заземляющей точкой на почве и заземлителем. Достаточным заземление против электростатики считается при сопротивлении в любой точке оборудования не выше 1 мегаОм. Для оборудования часто используются проводящие пленки, покрывающие рабочую поверхность

Обязательным в перечне мероприятий по защите от статического электричества является заземление. В состав заземляющего устройства входит заземлитель (проводящий элемент) и проводник заземления между заземляющей точкой на почве и заземлителем. Достаточным заземление против электростатики считается при сопротивлении в любой точке оборудования не выше 1 мегаОм. Для оборудования часто используются проводящие пленки, покрывающие рабочую поверхность.

В рабочих помещениях настилаются антистатические полы, операторы должны работать в антистатической одежде и обуви (при этом сопротивление материала подошв не выше 100 ом).

Польза и вред

Если польза этого явления остается под вопросом, то его вред для человека очевиден. Прежде всего, это сказывается на работе электроники и электротехнических устройств. Разряд вызывает разрушение микросхем и транзисторов, становится причиной пробоя конденсаторов. Мощный разряд способен вывести из строя обмотку электродвигателя.

Возникающее электромагнитное поле становится причиной помех, возникающих в радиоприемниках, отрицательно сказывающихся на работе телефонов и компьютеров, нарушает работу коммуникаций.

Вред статического электричества выражается в магнитной составляющей, сопровождающей данное явление. Притягивание между предметами отрицательно сказывается при резке, раскрое легких, синтетических материалов.

При достаточном накапливании электрического заряда образуется искра, способная поджечь легковоспламеняющиеся вещества. Данный факт представляет серьезную угрозу для АЗС, хранилищ пожароопасных и взрывоопасных предметов, мукомольной и угольной промышленности.

Явление способствует накоплению пыли, что негативно отражается на чистоте окружающей среды. Конкретно для людей, его вред выражен в непослушании сухих волос во время расчесывания, неприятных ощущениях при прикосновении с «заряженной» одеждой, а также дискомфорте, возникающем на психоэмоциональном уровне.

Что касается пользы этого эффекта, то здесь примеров немного. Явление используется в обучающих и научных целях. Его притягивающие особенности нашли применение в некоторых средствах для уборки помещений от пыли, в покраске и смешивании мелкодисперсных веществ.

Такая метелка-султанчик отлично собирает пыль за счет возникающего статического электричества

Применение нейтрализаторов зарядов статического электричества

1) Индукционные (пассивные) нейтрализаторы

Индукционные (пассивные) нейтрализаторы (рис. 1) представляют собой заземленный электрод в виде одной или ряда игл, размещенный над заряженной поверхностью изделия. Электрическое поле создается между заряженным изделием и заземленным коронирующим электродом. Ионы коронного разряда под действием электрического поля движутся к заряженной поверхности изделия и разряжают ее.

Рис. 1. Схема пассивного нейтрализатора

Недостатком является невозможность полного снятия заряда с изделия. Это связано с необходимостью некоторого «избыточного» заряда на изделии позволяющего получить напряженность превышающую напряженность, при которой возникает коронный разряд.

2) Высоковольтные (активные) нейтрализаторы

В нейтрализаторах данного типа на коронирующий высоковольтный электрод подают потенциал от источника высокого напряжения (рис. 2.).

Рис. 2. Схема активного нейтрализатора

В этой связи нейтрализаторы получили название — активные. Наличие высоковольтного источника обеспечивает устойчивую генерацию ионов независимо от наличия зарядов на изделии. Коронный разряд может создаваться между игольчатым электродом и некоронирующим заземленным электродом, выполненным в виде кольца, в отверстии которого размещается коронирующий электрод. Если необходимо снимать заряды определенного знака, то применяют источники постоянного напряжения. Для снятия любых знаков заряда на изделии используют источники переменного напряжения. Поступление ионов к поверхности изделия обеспечивается за счет поля зарядов статического электричества.

3) Радиоактивные нейтрализаторы

Ионизация молекул воздуха с образованием «+» и «-» ионов происходит за счет энергии радиоактивного α или ρ излучения (рис. 3.). В зависимости от знака заряда на изделии под действием электрического поля, создаваемого этим зарядом, к поверхности изделия движутся ионы противоположного знака.

Рис. 3. Схема радиоактивного нейтрализатора

В частности применяют: комбинированные нейтрализаторы — представляют собой комбинацию радиоактивных и пассивных нейтрализаторов.

4) Аэродинамические нейтрализаторы

Ионы, образуемые в поле коронного разряда, создаваемого в камере, выносятся в область изделия потоком воздуха (рис. 4). Данный тип нейтрализаторов находит применение в тех случаях, когда недопустимо воздействие на изделие световым излучением коронного разряда или потоком радиоактивного излучения, например, нейтрализация зарядов при производстве фотопленок и фотобумаг.

Рис. 4. Схема аэродинамического нейтрализатора

где σ_н и σ_ост — начальная и остаточная плотность зарядов статического электричества.

Нейтрализатор, полностью устраняющий электризацию (σ = 0), обладает эффективностью η = 100 %. Если происходит частичная нейтрализация заряда (σ_ост/σ_нач>0) или перезарядка (σ_ост/σ_начн, то эквивалентная плотность тока на единицу длины, созданная зарядами статического электричества при их перемещении со скоростью V равна J_нач=σ_нV, Тогда эффективность работы нейтрализатора определяется по выражению η = J_нейтр/J_нач, где J_нейтр — плотность тока нейтрализатора на единицу длины, определенная из вольт-амперной характеристики.

Вольт-амперные характеристики нейтрализаторов различных типов приведены на рис. 5. Из характеристик следует, что наиболее эффективными являются нейтрализаторы постоянного тока, затем индукционный и переменного тока, и наконец, радиоактивные.

Рис. 5. Вольт-амперные характеристики нейтрализаторов статического электричества

Как убрать статическое электричество?

Очень неприятно, когда взаимодействие с этим явлением оставляет не лучшие воспоминания. Если прикасаясь к любому предмету человека, поражаем небольшим разрядом тока – значит, действие статического электричества усилилось, и его нужно снимать.

Как убрать статическое электричество в квартире?

Статическое элекстричество может быть не только на одежде, но и, так скажем, во всей квартире. На любых предметах, начиная иголкой, булавкой или заколкой, заканчивая телевизором, холодильником и прочим. Поэтому, чтобы уменьшить «общение» с этим явлением, не опасаться находиться рядом и дотрагиваться до мебели и других вещей, стоит знать, как снимать статическое электричество. Вот несколько советов, которые нужно использовать при борьбе с током, если рядом нет антистатика.

Пыль на экране телевизора или компьютера очень часто подвергается такому заряду. Это все потому, что пыль сама по себе накапливает небольшой ток, а если она находиться на экранах, связанных с электричеством, тогда их количество значительно быстрее увеличивается. Для того, чтобы это исправить – нужно чаще проводить влажную уборку, тщательно протирая мониторы. Таким образом, накопление тока на поверхностях предметов и в воздухе уменьшится.
Насчет влажности и воздуха в помещении тоже есть небольшой секрет. Влажность в воздухе, приравнивается к монетам в кармане – очень хорошо притягивает заряды тока. Для того чтобы снизить появление статических зарядов в воздухе, можно набрать бутылки с водой и расставить по квартире. Это увлажняет воздух и соответственно собирает к себе все заряды. Подождав несколько часов можно воду из бутылок вылить, а квартиру проверить, таким образом, выветрив все возможные заряды из дома.
Бывает, что даже после таких хитростей частота зарядов не перестает уменьшаться, и это начинает серьезно беспокоить всю семью. Тогда стоит провести в квартире тщательную ревизию. Необходимо свести к минимуму количество синтетики в доме. Лучше заменить их на те, которые точно не смогут доставить проблем с электростатикой. Это шелк, шерсть, хлопок и другие материалы.

Как убрать статический ток с одежды?

Довольно противные или даже болезненные ощущения, когда, надевая свой любимый свитер, волосы электризуются, прическа портится, а сама вещь — бьет током. И так происходит не только со свитером, но и со всеми вещами из гардероба. Стоит задуматься, не пора ли начать бороться с этим током? Можно приобрести специальные средства в магазинах, но это очень дорого и химикаты не очень благоприятно воздействуют на кожу человека. Поэтому можно следовать советам, приведенным ниже, которые помогают снять заряд на одежде с помощью домашних средств.

Первое, что придет на помощь — пищевая сода. Когда придет момент стирки, необходимо прямо в самой стиральной машинке, на вещи насыпать одну четвертую часть стакана. Стоит учитывать, что количество используемой соды меняется, если одежды в барабане машинки меньше или больше среднего количества. Однако, в любом случае, больше половины стакана насыпать за один раз нельзя. Сода образовывает некий защитный слой на одежде, который мешает образованию тока, и при этом на одежде его не видно, если придерживаться нормы. В противном случае, если насыпать больше половины стакана, то весь защитный слой будет очень виден для окружающих.
Еще одним неплохим вариантом решения проблемы может стать обычный уксус. После окончания стирки, не вынимайте сразу одежду, а влейте в барабан приблизительно 50 мл белого дистиллированного уксуса. Его можно заменить, использовать яблочный уксус, что сильно не изменит результат. Далее, необходимо включить машинку и поставить белье полоскать и отжимать. Уксус действует так же, как и сода – создает защитный слой. Но если использовать больше уксуса, то последствием будет не цвет одежды, а резкий запах.
Еще одним вариантом считается использование натуральных тканей. Статическое электричество на них очень плохо скапливается. Поэтому при стирке можно просто положить в барабан ткань изо льна, кусок шерсти или еще что-то. Таким образом, весь заряд, скопившийся на одежде, перейдет на этот кусочек и его можно будет легко утилизировать.
Есть также маленькая хитрость. К одежде, которая подвержена току, можно приколоть с внутренней стороны металлическую булавку, заколку, брошку или просто положить немного мелочи в карман. Статическое электричество быстро уйдет на проводящий металл, и не будет скапливаться на одежде.

Watch this video on YouTube

Минусы и плюсы проявления статики

К опасным проявлениям электростатики в первую очередь относят постоянное трение некачественной одежды о тело человека и накапливание на коже электрических зарядов. В технической области этот эффект особо остро проявляется при работе монтажников-специалистов по пайке микросхем. В данном случае он угрожает выходом из строя дорогостоящих чипов или даже целых устройств, собираемых на их основе.

При сборке ценных и редких микрочипов требованиями безопасности предусмотрены специальные меры защиты от этих неприятных проявлений.

В технологиях, связанных с пайкой некоторых микросхем, электростатическая защита предполагает одевание на руку заземленного браслета, при наличии которого опасность устраняется за счет стекания зарядов на землю. Такие предупредительные меры касаются в основном устаревших К-МОП структур, все чаще вытесняемых современными микрочипами, имеющими встроенную защиту от статического электричества.

Опасность для человека

Грозовые разряды относятся к опасным проявлениям статического электричества

К опасным для человека проявлениям статики как таковой относят:

грозовые разряды, сопровождающиеся молнией – их причиной является длительное трение воздушных потоков; по возможным последствиям, включая пожарную опасность, они намного превосходят все остальные проявления;
воздействие зарядов на биологический покров (кожу) и появление сильных раздражений на ней;
опасные и неприятные разряды электричества через тело человека при прикосновении к металлическим частям незаземленного оборудования.

Последнее явление не имеет никакого отношения к критическим ударам тока, вызванным аварийными ситуациями, когда опасное напряжение попадает на корпус бытового прибора.

Все эти вопросы касаются лишь внешней стороны проявлений статического электричества, избавиться от которых удается с помощью технических средств защиты. При более внимательном изучении этого процесса выясняется, что воздействие статики на соматику и организм человека способны привести к более серьезным последствиям:

систематические нарушения сна;
изменения тонуса сердечно-сосудистой системы;
сильная утомляемость;
возникновение проблем с нервной системой;
небольшие отклонения в работе мышечных тканей.

Хотя эти нарушения поначалу не очень заметны, со временем в организме накапливаются изменения, способные привести к серьезным отклонениям. Следствием плохого сна становятся проблемы с психикой, а та в свою очередь приводит к другим заболеваниям. Вред от этого эффекта в данном случае не вызывает сомнений.

Польза статистического электричества

Отыскать способы управления статическим зарядом с пользой для человека в свое время пытались многие ученые и изобретатели. Ими разрабатывались громоздкие и очень затратные агрегаты, отдача от которых оставалась, как правило, очень низкой. Единственный прорыв в этой области – открытие учеными так называемого «коронного разряда».

Уникальные возможности этого явления используются не только на производстве, но и в обычных бытовых условиях. За счет освоения современных приемов управления электростатическими явлениями они широко применяются в следующих технологических процессах:

окраска каркасных оснований, а также поверхностей металлоконструкций и других сборных изделий;
очистка газов от примесей в добывающей промышленности;
использование во многих сферах, связанных с обработкой материалов (современные нанотехнологии).

Широкое применение нашел коронарный разряд и в медицине, где он используется для ограниченного воздействия электростатическими разрядами на больные органы человека. Кроме того, на основе этого эффекта разработано множество приборов, способных ионизировать воздух не только в производственных помещениях и заводских цехах, но и в типовой городской квартире. Одно из таких полезных изобретений – электростатический фильтр, предназначенный для удаления из окружающего воздуха аэрозольных и механических частиц. Благодаря его применению удается избавиться от копоти, сажи и дыма, а также от мелких частиц пыли, в избытке скапливающихся в любом современном доме.

Открытие

Греческое Фалес из Милета сказал Фалес , в V — й век до нашей эры. А.Д. , обнаружив электростатический эффект, натер желтый янтарь и заметил, что он привлекает мелкие предметы.

Основной закон электростатики установлен Шарлем-Огюстеном Кулоном .

Жан Антуан Нолле разработал первый электрометр в 1747 году. Электрометры разряжены ионизирующим излучением.

В 1746 году Питер ван Мушенбрук конденсирует электричество в стакане с водой.

11 октября 1745 года Эвальд Георг фон Клейст создал «Кляйстианскую бутылку» (нем. Erschütterungsflasche ), первое электрическое накопительное устройство, предок конденсатора. В 1746 Мушенбрук , в Лейдене , попытался конденсационной электроэнергии в стакане воды. Вращающийся стеклянный шар — это электростатическая машина. Статическое электричество, генерируемое трением рук, передается через цепь подвешенным металлическим стержнем и от него через провод, подвешенный в стакане с водой. Стекло действует как конденсатор, и в воде накапливается большой заряд, в то время как равный заряд противоположной полярности накапливается при удерживании стакана. Когда Куней, ученик Питера ван Мушенбрука, протянул руку, чтобы вытащить провод из воды, он получил сильный удар, гораздо более сильный, чем тот, который мог бы исходить от электростатической машины, поскольку количество накопленного заряда было намного больше. чем то, что может хранить терминал электростатической машины. Куней выздоровел за два дня. Мушенбрук был также впечатлен мощным ударом, который он получил от устройства.

Discovery Palace в Париже демонстрация электростатических разрядов на теле человека. (В 2006 году)

Средства защиты от статического электричества