Statična elektrika – kaj je, kako nastane in z njo povezane težave

Kaj je statična elektrika

Statična elektrika se pojavi, ko je znotrajatomsko ali znotrajmolekulsko ravnovesje porušeno zaradi pridobitve ali izgube elektrona. Običajno je atom v ravnovesju zaradi enakega števila pozitivnih in negativnih delcev – protonov in elektronov. Elektroni se zlahka premikajo iz enega atoma v drugega. Hkrati tvorijo pozitivne (kjer ni elektrona) ali negativne (en sam elektron ali atom z dodatnim elektronom) ione. Ko pride do tega neravnovesja, nastane statična elektrika.

Za več podrobnosti glejte tukaj: O statični elektriki v slikah

Električni naboj na elektronu — ( -) 1,6 x 10-19 obesek. Proton z enakim nabojem ima pozitivno polarnost. Statični naboj v kulonih je premo sorazmeren s presežkom ali pomanjkanjem elektronov, tj. število nestabilnih ionov.

Obesek je osnovna enota statičnega naboja, ki določa količino elektrike, ki pri 1 amperu preteče skozi prečni prerez žice v 1 sekundi.

Pozitivni ion nima enega elektrona, zato zlahka sprejme elektron od negativno nabitega delca. Negativni ion pa je lahko en sam elektron ali atom/molekula z velikim številom elektronov. V obeh primerih obstaja elektron, ki lahko nevtralizira pozitivni naboj.

Kako nastane statična elektrika

Glavni vzroki statične elektrike:

• Stik med dvema materialoma in njuno ločevanje drug od drugega (vključno z drgnjenjem, valjanjem/odvijanjem itd.).

• Hiter padec temperature (na primer, ko je material postavljen v pečico).

• Visoko energijsko sevanje, ultravijolično sevanje, rentgenski žarki, močna električna polja (ni običajno v industrijskih aplikacijah).

• Rezanje (npr. na rezalnih strojih ali strojih za rezanje papirja).

• Priročnik (ustvarjena statična elektrika).

Površinski stik in ločevanje materialov sta verjetno najpogostejša vzroka statične elektrike v industriji filmov v zvitkih in plastičnih plošč. Statični naboj nastane med odvijanjem / previjanjem materialov ali premikanjem različnih plasti materialov relativno drug proti drugemu.

Ta proces ni popolnoma jasen, vendar najbolj resnično razlago za pojav statične elektrike v tem primeru lahko dobimo po analogiji s ploščatim kondenzatorjem, v katerem se mehanska energija pretvori v električno energijo, ko sta plošči ločeni:

Posledična napetost = začetna napetost x (končni razmik med ploščami / začetni razmik med ploščami).

Ko se sintetični film dotakne podajalnega/prevzemnega valja, rahel naboj, ki teče od materiala do valja, povzroči neravnovesje.Ko material premaga kontaktno območje z gredjo, napetost naraste na enak način kot v primeru plošče kondenzatorja v trenutku njihove ločitve.

Praksa kaže, da je amplituda nastale napetosti omejena zaradi električnega preboja, ki nastane v reži med sosednjimi materiali, površinske prevodnosti in drugih dejavnikov. Na izhodu filma iz kontaktnega območja lahko pogosto slišite rahlo prasketanje ali opazite iskre. To se zgodi v trenutku, ko statični naboj doseže vrednost, ki zadostuje za razgradnjo okoliškega zraka.

Pred stikom z zvitkom je sintetični film električno nevtralen, vendar se v procesu gibanja in stika z napajalnimi površinami tok elektronov usmeri na film in ga napolni z negativnim nabojem. Če je gred kovinska in ozemljena, bo njen pozitivni naboj hitro izzvenel.

Večina opreme ima veliko gredi, zato se lahko količina napolnjenosti in njegova polarnost pogosto spreminjata. Najboljši način za nadzor statičnega naboja je, da ga natančno izmerite na območju tik pred problematičnim območjem. Če se naboj nevtralizira prezgodaj, se lahko obnovi, preden film doseže to problematično območje.

Če lahko predmet shrani velik naboj in če je prisotna visoka napetost, bo statična elektrika povzročila resne težave, kot so iskrenje, elektrostatično odbijanje/privlačnost ali električni udar osebja.

Napolnite polarnost

Statični naboj je lahko pozitiven ali negativen.Za enosmerni tok (AC) in pasivne omejevalnike (ščetke) polarnost naboja običajno ni pomembna.

Težave s statično elektriko

Statična razelektritev v elektroniki

Na to težavo je treba biti pozoren, saj se to pogosto zgodi pri delu z elektronskimi bloki in komponentami, ki se uporabljajo v sodobnih kontrolnih in merilnih napravah.

V elektroniki glavna nevarnost, povezana s statično elektriko, prihaja od osebe, ki nosi naboj, in je ne smete prezreti. Razelektritveni tok ustvarja toploto, kar povzroči prekinjene povezave, pretrgane kontakte in pretrgane sledi mikrovezja. Visoka napetost uniči tudi tanek oksidni film na tranzistorjih z učinkom polja in drugih prevlečenih elementih.

Komponente pogosto ne odpovejo popolnoma, kar je lahko še bolj nevarno, saj se okvara ne pojavi takoj, temveč v nepredvidljivem trenutku med delovanjem naprave.

Splošno pravilo je, da morate pri delu z deli in napravami, ki so občutljivi na statično elektriko, vedno ukrepati za nevtralizacijo nabranega naboja na telesu.

Elektrostatična privlačnost/odboj

To je morda najpogostejša težava v industriji plastike, papirju, tekstilu in sorodnih industrijah. Kaže se v tem, da materiali neodvisno spremenijo svoje obnašanje - se zlepijo ali nasprotno odbijajo, lepijo na opremo, privlačijo prah, neenakomeren veter na sprejemni napravi itd.

Privlačnost / odboj se pojavi v skladu s Coulombovim zakonom, ki temelji na načelu nasprotja od kvadrata. V najpreprostejši obliki se izrazi na naslednji način:

Privlačna ali odbojna sila (v newtonih) = naboj (A) x naboj (B) / (razdalja med predmeti 2 (v metrih)).

Zato je intenzivnost tega učinka neposredno povezana z amplitudo statičnega naboja in razdaljo med privlačnimi ali odbojnimi predmeti. Privlačnost in odboj se pojavita v smeri silnic električnega polja.

Če imata dva naboja enako polarnost, se odbijata; če je nasprotno, se privlačita. Če je eden od predmetov naelektren, bo to povzročilo privlačnost in ustvarilo zrcalno sliko naboja na nevtralnih predmetih.

Nevarnost požara

Nevarnost požara ni skupna težava za vse industrije. Vendar je verjetnost požara zelo velika v tiskarstvu in drugih podjetjih, ki uporabljajo vnetljiva topila.

V nevarnih območjih so najpogostejši viri vžiga neozemljena oprema in premikajoče se žice. Če operater v nevarnem območju nosi športne copate ali čevlje z neprevodnimi podplati, obstaja nevarnost, da bo njegovo telo ustvarilo naboj, ki lahko vname topila. Nevarni so tudi neozemljeni prevodni deli stroja. Vse v nevarnem območju mora biti pravilno ozemljeno.

Naslednje informacije nudijo kratko razlago potenciala vžiga statične elektrike v vnetljivih okoljih. Pomembno je, da se neizkušeni trgovci vnaprej seznanijo z vrstami opreme, da se izognejo napakam pri izbiri naprav za uporabo v takšnih razmerah.

Sposobnost izpusta, da povzroči požar, je odvisna od številnih spremenljivk:

• vrsta odlaganja;

• moč praznjenja;

• vir izpusta;

• energija praznjenja;

• prisotnost vnetljivega okolja (topila v plinski fazi, prah ali vnetljive tekočine);

• najmanjša energija vžiga (MEW) vnetljivega medija.

Vrste izpustov

Obstajajo trije glavni tipi - krtače z iskro, krtače in drsne krtače. V tem primeru se koronarna razelektritev ne upošteva, saj ni zelo energična in poteka precej počasi. Koronska razelektritev je na splošno neškodljiva in jo je treba upoštevati samo na območjih z zelo visoko nevarnostjo požara in eksplozije.

Iskrena razrešnica

Prihaja predvsem iz zmerno prevodnega, električno izoliranega predmeta. Lahko je človeško telo, del stroja ali orodja. Predpostavlja se, da se vsa energija naboja razprši v trenutku iskrenja. Če je energija višja od MEW hlapov topila, lahko pride do vžiga.

Energija iskre se izračuna na naslednji način: E (v joulih) = ½ C U2.

Izcedek iz rok

Razelektritev zaradi ščetk se pojavi, ko ostri deli opreme koncentrirajo naboj na površine dielektričnih materialov, katerih izolacijske lastnosti povzročajo kopičenje. Razelektritev zaradi krtačk ima nižjo energijo kot razelektritev isker in zato predstavlja manjšo nevarnost vžiga.

Razmažite z drsnim čopičem

Razprševanje z drsečo krtačo poteka na listih ali zvitkih sintetičnih materialov z visoko upornostjo s povečano gostoto naboja in različnimi polaritetami naboja na vsaki strani traku. Ta pojav lahko povzroči drgnjenje ali pršenje praškastega premaza. Učinek je primerljiv s praznjenjem ploščatega kondenzatorja in je lahko enako nevaren kot iskričasta razelektritev.

Vir moči in energije

Velikost in geometrija porazdelitve naboja sta pomembna dejavnika. Večja kot je prostornina telesa, več energije vsebuje. Ostri vogali povečajo jakost polja in vzdržujejo razelektritve.

Moč praznjenja

Če se objekt z energijo ne obnaša dobro elektrikanpr. človeško telo, bo upor predmeta oslabil izmet in zmanjšal nevarnost. Za človeško telo velja osnovno pravilo: predpostavimo, da se vsa topila z minimalno notranjo energijo vžiga manjšo od 100 mJ lahko vnamejo, kljub dejstvu, da je energija v telesu lahko 2- do 3-krat večja.

Najmanjša energija vžiga MEW

Najmanjša energija vžiga topil in njihova koncentracija v nevarnem območju sta zelo pomembna dejavnika. Če je minimalna energija vžiga nižja od energije praznjenja, obstaja nevarnost požara.

Električni šok

Vse več pozornosti se posveča vprašanju tveganja statičnega šoka v industrijskem podjetju. To je posledica znatnega povečanja zahtev glede zdravja in varnosti pri delu.

Električni udar, ki ga povzroči statična elektrika, na splošno ni posebej nevaren. Je preprosto neprijeten in pogosto povzroči hude reakcije.

Obstajata dva pogosta vzroka za statični šok:

Inducirani naboj

Če je oseba v električnem polju in drži naelektren predmet, kot je kolut filma, je možno, da se njeno telo naelektri.

Naboj ostane v telesu operaterja, če nosi čevlje z izolacijskimi podplati, dokler se ne dotakne ozemljene opreme. Naboj teče na tla in zadene človeka. To se zgodi tudi, ko se operater dotakne naelektrenih predmetov ali materialov — zaradi izolacijskih čevljev se naboj kopiči v telesu. Ko se operater dotakne kovinskih delov opreme, se lahko naboj izprazni in povzroči električni udar.

Ko ljudje hodijo po sintetičnih preprogah, nastane statična elektrika zaradi stika med preprogo in čevlji. Električni šok, ki ga vozniki doživijo, ko izstopijo iz avtomobila, sproži naboj, ki se nabere med sedežem in njihovimi oblačili, ko vstanejo. Rešitev te težave je, da se dotaknete kovinskega dela avtomobila, kot je okvir vrat, preden ga dvignete s sedeža. To omogoča, da naboj varno odteče na tla skozi karoserijo vozila in pnevmatike.

Električni udar, ki ga povzroči oprema

Tak električni udar je možen, vendar se zgodi veliko manj pogosto kot poškodbe, ki jih povzroči material.

Če ima navijalni kolut velik naboj, se zgodi, da operaterjevi prsti skoncentrirajo naboj do te mere, da pride do preloma in pride do razelektritve. Tudi če je neozemljen kovinski predmet v električnem polju, se lahko naelektri z induciranim nabojem. Ker je kovinski predmet prevoden, se bo mobilni naboj izpraznil v osebo, ki se predmeta dotakne.