СТАТИЧЕСКОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСТВО, УНИКАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ЗАЩИТЫ

Введение

Электрические свойства тел основываются на том, как они могут проводить ток. Их подразделяют на  изоляторы и проводники. В том случае, когда объёмное электросопротивление материала превосходит 105 Ом, то данное вещество называют диэлектриком, не проводящий электрический ток.

В электростатике границы между непроводником и проводником оценивается показателем удельного сопротивления лишь 10 кОм*м. При переходе её вещество может преобразоваться в источник статического электричества (СЭ). Материал может быть в твёрдом или жидком состоянии. При его трении, дроблении, перемешивании, деформации, перекачивании электроны начинают перераспределяться на поверхности контакта, образовывая двойные слои электрического типа. В этот момент возникают заряды на поверхности диэлектрика, то есть статического электричества. Струя легковоспламеняющейся жидкости легко электризуется при свободном течении.

Накопление заряда данного процесса, который появляется, при работе с нефтепродуктами приводит к разряду, который представляет большую пожароопасность и взрывоопасность. Электрические заряды в промышленности накапливаются на ремнях приводов, в пылевоздушных смесях в пневмосистемых, на конвейерных лентах или в смесях аэрозольного транспорта. На предприятиях по пищевому производству статическое электричество образуется при процессе дробления, измельчения или просеивания сухих компонентов или при переработке зёрен [1].

Статическое электричество появляется при соприкосновении тел с различным температурным режимом, концентрацией зарядов, шероховатостью, электрическим положением атомов. В этом случае происходит упорядоченное перераспределение зарядов в месте, где случился контакт. Когда тела разделяются, возникает частичная нейтрализация имеющихся зарядов, однако их доля остаётся на поверхности и создаёт электростатическое поле.

При критическом показателе величины его напряжённости над поверхностями тел возникает электрический разряд. Для среды воздушного типа она имеет показатель 30 кВ/см.

Степень электризации тела зависит от величины его потенциала по отношению к земле. Она возрастает в разных физических либо технологических процессах. Таких, как трение тел, перекачка и налив свободной струёй жидкости неэлектропроводного типа, обработка и перемещение сухих веществ. Заряды на диэлектриках могут возникать при их процессе трения об металл. В таком случае металлический предмет заземляют, чтобы заряд стекал в землю.

Определение энергии разряда.

Электрическая искробезопасность – процесс предотвращения возможностей по образованию искры от статического электричества. Безопасную энергию, при наличии которой не будет образовываться пробой, можно вычислить по следующей формуле:

Э_и = к∙Э_min,

где к = 0,4-0,5 – показатель коэффициента безопасности; Э_min – минимальный показатель энергии, при которой происходит воспламенение горючего материала (для воспламенения смесей газов и паров с воздухом Э_min имеет показатель доли миллиДжоуля и определяется согласно таблице). При накоплении статического электричества показатель заряда на  установках промышленного типа может достичь максимальной величины (45 кВ при транспортировках сыпучих сред на резиновой ленте конвейера, 80 кВ на кожаной ленте привода). Потенциал на теле человека может достигать 20 кВ, но разряд не представляет опасности из-за малых показателей тока. Однако человек будет чувствовать уколы или судороги, что является не приятными ощущениями. Кроме того,  при таком процессе могут быть задеты мышцы, что приведёт к некоординированным движениям и созданию аварийно опасной ситуации [2].

Электрическая ёмкость у разрядов данного типа электричества для человеческого тела имеет показатель от 100 до 350 пФ. В том случае, когда через него проходит разряд на 10 кВ, появляется энергия 5-17,5 мДж. Данная величина превышает Э_min по воспламенению этилового спирта или бензола (0,2; 0,95 мДж) и называется пожароопасной. Статическое электричество нарушает технологический режим, создаёт различные помехи в системе связи и в работе автоматических систем, выводит из строя приборы.

Средства защиты от СЭ.

Перейдём с непосредственному рассмотрению средств защиты от статического электричества, которые отличаются своим многообразием. Специалисты разделяют такие средства на три группы [3]:

-предупреждение возникновения электростатического заряда; В данном случае проводится заземление оборудования. Системы трубопроводов или аппаратов обычно заземляют минимум в 2 точках. Если используемое заземляющее устройство имеет только защиту от статического электричества, то показатель его сопротивления не должен превышать 100 Ом. Для того, чтобы между металлоконструкциями и трубопроводами, которые находятся на расстоянии меньше 10 см, не возникало СЭ, используют замкнутые контуры, при этом устанавливают интервал до 20 м и специальные перемычки из металла с заземлением. Автоцистерны необходимо заземлять стальной цепью, чтобы в процессе движения она касалась дороги на участке не менее 20 см. Контактирующие тела применяют из материалов, удельное сопротивление которых близки по значению. Безопасные скорости по перемещению сыпучих и жидких материалов. В том случае, если пропускать жидкий диэлектрик сквозь релаксационную ёмкость, участок трубы с максимальным диаметром, то электростатические заряды снимаются до 98 %, стекая через его стенки с заземлением В том случае, когда возникают брызги при наливе, капли электризуются достаточно интенсивно. Поэтому заполнение ёмкостей происходит с малыми расходами жидкостей.

Тонкая очистка жидкостей для уменьшения электризации.

Статическое электричество в чистых диэлектриках не накапливается. Происходит понижение значений потенциала заряда до уровня безопасности; Повышение влажности диэлектрика и окружающего воздуха также применяется для отвода зарядов. Кроме того, статическое электричество можно уменьшить химической обработкой поверхности, например, при напылении электропроводных плёнок и антистатических аэрозолей данные процесс сводится к нулю. Электропроводные рабочие площадки, полы, трапы и заземлённые зоны. Пол на основе бетона считается электропроводным, если его толщина не превышает 3 см. Антиэлектростатическая одежда и обувь с подошвой из кожи или электропроводной резины. Особую популярность имеет метод введения проводящих веществ в состав изготавливаемого материала: сажа, графит, порошок меди и серебра, и др. Добавление растворимых солей меди, кобальта, хрома и других в диэлектрические растворы полимеров и жидкостей (снижение объёмного электрического сопротивления). Применение токопроводящих браслетов, легко снимаемых и не мешающих работе.

Нейтрализация зарядов СЭ.

Для ионной нейтрализации зарядов применяется ионизация воздуха. Ионизаторы могут быть разных типов: радиоизотопные, индукционные, облучение воздуха ультрафиолетовыми и инфракрасными лучами, созданием коронного разряда. При генерации ионов в воздухе они притягиваются электростатическим полем в зоне накопления зарядов, где происходит нейтрализация последних. На рисунке нижетизображена схема, где отрицательные ионы нейтрализуют положительные заряды СЭ. Эффективность нагнетания ионизированного воздуха в зону нейтрализации небольшая, поскольку ионы рекомбинируют в воздушном потоке. Причём рекомбинация становится интенсивней с увеличением плотности ионов. Подбираются поверхности трения из материалов, компенсирующих возникающие электрические заряды [6].

Мероприятия по устранению электризации должны проводиться с изучением специфики производства. Наиболее эффективными оказываются комбинированные методы, когда используется одновременно несколько приёмов. Например, известно применение индукционного и радиоизотопного нейтрализаторов. Первый хорошо снижает большие заряды, а с малыми хорошо справляется второй.

Заключение

В  заключении, можно сделать вывод о том, что статическое электричество, как физическое явление носит отрицательный характер. Заряды, которые возникают от статического электричества, могут вызывать чрезвычайные ситуации, например, пожары и взрывы в технологическом процессе, где используются легковоспламеняющиеся вещества. Разряды от статического электричества могут вызвать у человека неприятные ощущения и приводят к ошибочным действиям или травмам. Существуют различные методы борьбы со СЭ, наиболее действенными из которых являются комбинированные.

Список литературы:

1. Металлы и электричество: А. Е. Гершберг — Москва, Левша, 2004 г.- 88 с.
2. Общая физика. Электричество и магнетизм. Сборник задач: П. Г. Кужир, Н. П. Юркевич, Г. К. Савчук — Москва, Издательство Гревцова, 2013 г.- 272 с.
3. ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ: Краткий курс. (Готовимся к экзаменам, зачетам, коллоквиумам. Чт: — Москва, 2014 г.- 396 с.
4. Электричество (альбом): Джесси Рассел — Москва, Книга по Требованию, 2013 г.- 102 с.
5. Электричество и водоснабжение на дачном участке: Михаил Шевченко — Санкт-Петербург, Эксмо, 2012 г.- 256 с.
6. Электричество и магнетизм: А. Н. Матвеев — Санкт-Петербург, Лань, 2010 г.- 464 с.
7. Электричество и материя: Я.Н. Френкель — Москва, Книга по Требованию, 2012 г.- 177 с.
8. Электричество, магнетизм и электротехника в их историческом развитии: В.И. Лебедев — Санкт-Петербург, Книга по Требованию, 2012 г.- 178 с.
9. Электричество: А.А. Эйхенвальд — Санкт-Петербург, Книга по Требованию, 2012 г.- 762 с.
10. Электричество: Джесси Рассел — Москва, Книга по Требованию, 2012 г.- 54 с.
11. Электричество: С. Г. Калашников — Санкт-Петербург, ФИЗМАТЛИТ, 2004 г.- 624 с.
12. Элементарный учебник физики: Г.С. Ландсберг — Москва, Книга по Требованию, 2012 г.- 486 с.