Понятие о статическом электричестве знакомо всем из школьного курса физики. Статическое электричество возникает в процессе появления зарядов на проводниках, поверхностях различных предметов. Появляются они в результате трения, возникающего при соприкосновении предметов.

Что это такое -- статическое электричество

Все вещества состоят из атомов. В атоме находится ядро, вокруг которого расположены в одинаковом количестве электроны и протоны. Они способны перемещаться из одного атома в другой. При движении формируются отрицательные и положительные ионы. Их дисбаланс приводит к тому, что возникает статика. Статический заряд протонов и электронов в атоме одинаков, но имеет разную полярность.

Статика появляется в быту. Статический разряд может происходить при низких токах, но высоких напряжениях. Опасности для людей в этом случае нет, но разряд опасен для электроприборов. Во время разряда страдают микропроцессоры, транзисторы и другие элементы схемы.

Причины возникновения статистического электричества

Возникает статика при следующих состояниях:

• контакте или удалении друг от друга двух разных материалов;
• резких перепадах температуры;
• радиации, УФ-излучении, рентгеновских лучах;
• работе бумагорезательной машины и раскроечных станков.

Статика часто возникает во время грозы или перед ней. Грозовые облака при движении по воздуху, насыщенному влагой, образуют статическое электричество. Разряд происходит между облаком и землей, между отдельными облаками. Устройство молниеотводов помогает провести заряд в землю. Грозовые облака создают электрический потенциал на металлических предметах, вызывающих легкие удары при прикосновении к ним. Для человека удар не опасен, но мощная искра способна вызвать возгорание некоторых предметов.

Каждый житель неоднократно слышал треск, который раздается при снятии одежды, удар от прикосновения к автомобилю. Это является следствием появления статики. Электроразряд чувствуется при нарезании бумаги, расчесывании волос, при переливании бензина. Свободные заряды сопровождают человека везде. Использование различных электрических устройств увеличивает их появление. Они возникают при пересыпании и измельчении твердых продуктов, перекачивании или переливании горючих жидкостей, при перевозке их в цистернах, при сматывании бумаги, тканей и пленки.

Заряд появляется в результате электрической индукции. На металлических корпусах автомобилей в сухое время года создаются большие электрические заряды. Экран телевизора или монитор компьютера способен заряжаться от воздействия луча, создаваемого в электронно-лучевой трубке.

Вред и польза от статистического электричества

Статический заряд пытались использовать многие ученые и изобретатели. Создавались громоздкие агрегаты, польза от которых была низкой. Полезным оказалось открытие учеными коронного разряда. Он широко используется в промышленности. С помощью электростатического заряда красят сложные поверхности, очищают газы от примесей. Все это хорошо, но существуют и многочисленные проблемы. Электроудары бывают большой мощности. Они способны иногда поражать человека. Это случается и дома, и на рабочем месте.

Вред статического электричества проявляется в ударах разной мощности при снятии синтетического свитера, при выходе из автомобиля, включении и выключении кухонного комбайна и пылесоса, ноутбука и микроволновой печи. Эти удары могут оказаться вредными.

Возникает статическое электричество, которое сказывается на работе сердечно-сосудистой и нервной систем. От него следует защищаться. Сам человек тоже часто является переносчиком зарядов. При соприкосновении с поверхностями электроприборов происходит их электризация. Если это контрольно-измерительный прибор, дело может окончиться его поломкой.

Ток разряда, принесенного человеком, своим теплом разрушает соединения, разрывает дорожки микросхем, уничтожает пленку полевых транзисторов. В результате схема приходит в негодность. Чаще всего это происходит не сразу, а на любом этапе в процессе работы инструмента.

На предприятиях, обрабатывающих бумагу, пластмассу, текстиль, материалы часто ведут себя неправильно. Они склеиваются друг с другом, прилипают к различным видам оборудования, отталкиваются, собирают много пыли на себя, наматываются неправильно на катушки или бобины. Виной этого является возникновение статического электричества. Два одинаковых по полярности заряда отталкиваются друг от друга. Иные, один из которых заряжен положительно, а другой -- отрицательно, притягиваются. Так же ведут себя и заряженные материалы.

На полиграфических предприятиях и в других местах, где используются в работе легковоспламеняющиеся растворители, возможно возникновение пожара. Это происходит в тех случаях, когда на операторе надета обувь с токонепроводящей подошвой, а оборудование не имеет правильного заземления. Способность возгорания зависит от следующих факторов:

• типа разряда;
• мощности разряда;
• источника статического разряда;
• энергии;
• наличия поблизости растворителей или других горючих жидкостей.

Разряды бывают искровыми, кистевыми, скользящими кистевыми. От человека исходит искровой разряд. Кистевой возникает на заостренных частях оборудования. Энергия его настолько мала, что он практически не вызывает угрозы пожара. Кистевой разряд скользящий возникает на листовых синтетических, а также на рулонных материалах с разными зарядами на каждой стороне полотна. Опасность он представляет такую же, как искровой разряд.

Поражающая способность -- главный вопрос для специалистов по технике безопасности. Если человек держится за бобину и сам находится в зоне напряжения, его тело тоже зарядится. Для снятия заряда нужно обязательно прикоснуться к заземлению или к заземленному оборудованию. Только тогда заряд уйдет в землю. Но человек при этом получит сильный или слабый электрический удар. В результате происходят рефлекторные движения, которые иногда приводят к травме.

Длительное пребывание в заряженной зоне приводит к раздражительности человека, к снижению аппетита, ухудшению сна.

Пыль из производственного помещения удаляется с помощью вентиляции. Она скапливается в трубах и может воспламениться от статистического искрового разряда.

Как снять статическое электричество с человека

Самое простейшее средство защиты от него -- заземление оборудования. В условиях производства используются для этой цели экраны и иные приспособления. В жидких веществах применяются специальные растворители и присадки. Активно используются антистатические растворы. Это вещества с низкой молекулярной массой. Молекулы в антистатике легко перемещаются и вступают в реакцию с влагой, содержащейся в воздухе. За счет этой характеристики с человека снимается статика.

Если обувь оператора на токонепроводящей подошве, он должен обязательно прикоснуться к заземлению. Тогда уход статического тока в землю нельзя будет остановить, но человек получит сильный или слабый удар. Действие статического тока мы чувствуем после ходьбы по коврам и паласам. Удары током получают водители, выходящие из машины. От этой проблемы избавиться легко: достаточно прикоснуться к двери рукой, сидя на месте. Заряд стечет в землю.

Хорошо помогает проведение ионизации. Делается это с помощью антистатической планки. Она имеет много иголок из специальных сплавов. Под действием тока в 4-7кВ воздух вокруг разлагается на ионы. Используются и воздушные ножи. Они представляют собой антистатическую планку, через которую вдувается воздух и очищает поверхность. Заряды статики активно образуются при разбрызгивании жидкостей, обладающих диэлектрическими свойствами. Поэтому для снижения действия электронов нельзя допускать падающей струи.

Желательно использовать антистатический линолеум на полу и чаще проводить уборку с помощью средств бытовой химии. На предприятиях, связанных с обработкой тканей или бумаги, проблему избавления от статики решают смачиванием материалов. Повышение влажности не дает накапливаться вредному электричеству.

Чтобы снять статику, необходимо:

• увлажнять воздух в помещении;
• обрабатывать ковры и паласы антистатиками;
• протирать сиденья в машине и в комнатах антистатическими салфетками;
• чаще увлажнять кожу на себе;
• отказаться от синтетической одежды;
• носить обувь на кожаной подошве;
• предотвращать появление статики на белье после стирки.

Хорошо увлажняют атмосферу комнатные цветы, кипящий чайник, специальные приспособления. Антистатические составы продаются в магазинах бытовой химии. Они распыляются над ковровой поверхностью. Можно изготовить антистатик самостоятельно. Для этого берут смягчитель ткани (1 колпачок), выливают в бутылку. Затем емкость наполняется чистой водой, которую разбрызгивают над поверхностью ковра. Салфетки, смоченные антистатиком, нейтрализуют заряды на обивке сидений.

Увлажнение кожи производится лосьоном после душа. Руки протираются несколько раз в день. Следует поменять одежду на натуральную. Если она заряжается, обработать антистатиками. Рекомендуется носить обувь с кожаной подошвой или ходить по дому босиком. Перед стиркой желательно насыпать на одежду ¼ стакана соды (пищевой). Она снимает разряды электричества и смягчает ткань. При полоскании белья можно добавить в машину уксус (¼ стакана). Сушить белье лучше на свежем воздухе.

Все перечисленные меры помогают нейтрализовать статические проблемы.

Каждый человек на земле сталкивался с природным явлением, когда при выходе из автомобиля он получает удар током. Или когда гладит кошку слышно потрескивание и ощущается покалывание кончиков пальцев. А в темноте видны светящиеся дорожки за руками. Такое явление получило название статическое электричество.

Оно возникает при накапливании заряда на поверхности предмета. Это происходит при нарушении внутриатомного или молекулярного равновесия.

В результате чего происходит потеря или приобретение электрона. Нарушается электронное равновесие и ионы приобретают положительный или отрицательный заряд.

Опыты со статическим электричеством известны каждому школьнику, когда показывали эксперимент с эбонитовой палочкой и кусочками бумаги.

Причины возникновения

Условия возникновения потенциала на предметах является сухость воздуха. При влажности воздуха 80% это природное явление не возникает.

• При соприкосновении одного предмета с другим. Потенциал возникает после их разъединения. Трение, намотка/размотка искусственных материалов, трение корпуса автомобилей о воздух и т. п.;
• В результате быстрого температурного перепада. Так, статическое электричество возникает на предметах при помещении их в нагретую печь;
• Радиационное и ультрафиолетовое излучение, рентгеновские Х- лучи, сильное электромагнитное и электрическое поле;
• Наведения — происходит возникновение электрического поля, вызванного зарядом. Потенциал возникает при обработке листовых или рулонных материалов. Явление возникает в момент разделения материала и поверхности. Такой эффект может произойти при перемещении одного слоя относительно другого. Этот процесс еще до конца не изучен. Его можно сравнить с разъединением обкладок конденсатора. В этом случае механическая энергия переходит в электрическую.

Способность предметов накапливать заряды оказывают отрицательное влияние на технику. Если не предпринимать никаких мер, то возможно повреждение и выход ее из строя.

Опасность явления

Особенно подвержены риску выхода из строя средства электроники и все механизмы, которые используют электронные блоки управления. На пожаро- и взрывоопасных производствах в результате разряда возникают искры.

Они могут привести к пожару или взрыву. Защита от статического электричества способна полностью исключить или существенно снизить риск возникновения аварийной ситуации. Основная опасность — возникновение электрического разряда.

Накапливанию заряда способствует сухость воздуха и железобетонные стены зданий и сооружений. Полярность заряда может быть как положительной, так и отрицательной.

При работающих устройствах, имеющих вращающийся шкив с приводными ремнями, заряд может достигать 25 000 вольт. При сухой погоде на корпусе автомобиля может скапливаться электростатическое электричество в 10 000 вольт.

А человек, который ходит по ковру в шерстяных ноках, способен накопить до 6 000 вольт. Даже в бытовых условиях напряжение статического электричества может достигать значительных значений.

Однако, существенного вреда человеку он причинить не способен, из-за недостаточной мощности. Ток, протекающий через человека, составляет всего долю миллиампера.

В природе такое явление может накапливать огромные значения и проявляется в разрядах молний. С выделением больших мощностей, которые способны произвести значительные разрушения.

Средства защиты в бытовых условиях

Для уменьшения воздействия на человека применяют систему защиты от вредного влияния статического напряжения.

В бытовых условиях самым эффективным средством является увеличение влажности воздуха с помощью увлажнителя воздуха. Что не только исключает возникновения напряжения на предметах.

Но и сокращает пылеобразование в помещении. Уменьшение статического напряжения и сокращение пыли в помещении полено для детей, страдающих аллергией.

Методы защиты на производственных предприятиях

Для обеспечения защиты от статического электричества на производстве применяют следующие методы:

• Разработка специальных методик технологического процесса, исключающих накапливания заряда на рабочем месте;
• В производственных помещениях создают микроклимат;
• При обработке спецодежды и полов в помещении применяют вещества с определенными физико-химическими свойствами, способными снимать напряжение с материалов.
• Это делается для обеспечения мероприятий по безопасности. Вред статического электричества на технологическое оборудование уменьшают с помощью «клетки Фарадея».

Она представляет собой кожух, выполненный из мелкоячеистой сетки, которую подсоединяют к заземлению. Таким же образом экранируют кабели, защищая их от вредного воздействия.

Виды разрядов

Различают несколько видов разряда:

• Искровой разряд. Возникновение искры между двумя объектами. Например, корпус оборудования и человек. Если мощность разряда будет высокой, то высока вероятность возгорания при наличии паров растворителя или бензина в воздухе;
• Кистевой разряд. Происходит при концентрации зарядов на острых углах оборудования с диэлектрическими свойствами. Он имеет меньшую энергию и не представляет такую опасность, как искровой разряд;
• Скользящий разряд. Возникает на листовых или рулонных материалах с высоким удельным сопротивлением. Это явление происходит в момент трения или распыления порошкового покрытия. Его можно сравнить с разрядом обыкновенного конденсатора. И сравним с искровым разрядом с одинаковыми последствиями.

Дополнительные меры предосторожности

Учитывая негативные последствия, на предприятиях применяют специальные меры, исключающие источники статического электричества. Производят обработку спецовки работников, позволяющую снимать статическое электричество, которая исключает возникновение искры от одежды.

Кроме создания условий, при которых уменьшается накопление зарядов, для защиты от статического электричества применяют мощные ионизаторы воздуха.

Такие приборы имеют неоспоримые преимущества. Улучшение аэроионного состава воздушной среды помещения. Что способствует уменьшению накопления зарядов на одежде обслуживающего персонала, синтетических ковровых покрытиях и оборудовании.

Применение в промышленности

Использование статического электричества в промышленности не нашло широкого применения. Чаще всего дальше лабораторных установок дело не шло. Поэтому все приборы использовались исключительно для демонстрации примеров статического электричества в природе.

В промышленных установках нашли применение коронные разряды. С их помощью происходит очищение воздушных смесей от примесей. Также созданы покрасочные установки, которые используют статическое напряжение. Что позволяет производить окраску сложных поверхностей с наименьшими потерями краски.

Воздействие на человека

С этим природным явлением мы встречаемся не только на предприятиях. Чаще всего наблюдается статическое электричество в быту.

При снятии одежды слышен треск и видны искры от разряда, а волосы на голове невозможно расчесать. Эти заряды отрицательно сказываются на состоянии людей. Влияние таких полей на здоровье человека и его иммунную систему полностью не выяснено.

Однако, можно сказать, что нахождение в квартире, где имеется статическое электричество, отрицательно воздействует на человека. Можно отметить основные нарушения:

• Возникают нарушения в центральной нервной системе, которые сопровождаются спазмами сосудов и повышенным артериальным давлением;
• Постоянные головные боли;
• Раздражительность и эмоциональная возбудимость;
• Появляются нарушения сна, и пропадает аппетит;
• Появляется фобия — боязнь получения разряда, который сопровождается болезненными ощущениями.

Поэтому очень важно знать методы защиты от статического электричества в быту. Для этого используются такие приемы, как заземление всех электроприборов.

Применение бытовых увлажнителей воздуха. Регулярно производить влажную уборку квартиры, желательно утром и вечером.

Для того чтобы обеспечить снятие статического электричества с синтетических тканей их обрабатывают антистатическими жидкостями. Каждый человек должен знать опасность долгого нахождения в поле и использовать средства защиты от статического электричества.

Существование человека в конкретной среде связывается с воздействием на него (и на окружающие условия) электромагнитных полей. Какой можно сделать вывод в случае наличия неподвижных зарядов? Значит, речь идет об электростатических полях.

Главная опасность

В данном случае нервная система людей испытывает большую нагрузку. Это обусловлено тем, что электрические поля от избыточного количества зарядов воздействуют на тело, одежду и предметы. Сердечно-сосудистая система организма также реагирует на данные явления.

Основная информация

Что представляет собой статическое электричество? Оно возникает тогда, когда происходит нарушение внутримолекулярного или атомного равновесия. Это обусловлено потерей или приобретением электрона. В норме для атома характерно равновесное состояние. Это объясняется одинаковым числом отрицательных и положительных частиц. Речь идет об электронах и протонах. Первые легко перемещаются от одних атомов к другим. При этом происходит формирование отрицательных и положительных ионов. Таким образом, статическое электричество возникает тогда, когда происходит подобный дисбаланс.

Главные причины появления

Статическое электричество может возникнуть под воздействием ряда факторов, среди которых можно выделить следующие:

Подробнее об опасностях

Электризация различных материалов может представлять угрозу для людей. В связи с этим правила защиты от статического электричества требуется знать каждому. Главная опасность заключается в возможности возникновения искрового разряда. Это относится как к изолированному проводящему объекту, так и к наэлектризованной поверхности.

Возможность возникновения разряда

Это происходит тогда, когда напряженность соответствующего поля над поверхностью проводника или диэлектрика (что обусловлено накоплением зарядов на них) достигло критической величины. Последнюю иногда называют пробивной. Данная величина для воздуха составляет приблизительно 30 кВ/м.

Другие опасности

Из-за искровых разрядов может произойти возгорание горючих смесей. Это случится тогда, когда выделяющаяся энергия будет больше той, которая поспособствовала началу пожара. Также существует общее значение. Эта энергия должна быть выше минимального аналогичного параметра зажигания горючей смеси.

Возможные последствия

Зачем нужно знать основные правила защиты от статического электричества? В некоторых случаях от его воздействия могут возникнуть нежелательные нервные и болевые ощущения. Иногда это приводит к непроизвольному резкому движению человека. В результате он может получить какую-либо механическую травму. В данном случае большую роль играет собственное статическое электричество человека.

Особенности контроля

Существует соответствующий ГОСТ. Статическое электричество действительно может быть крайне опасным. Для снижения рисков установлены допускаемые уровни напряженности соответствующих полей. Все это должно жестко контролироваться на рабочих местах. Также необходимо соблюдать санитарно-гигиенические нормы. Данные требования распространяются на поля, которые возникают из-за электризации определенных материалов, а также во время использования установок. В последнем случае подразумевается высокое напряжение постоянного тока. Их соблюдение - основная защита от статического электричества. ГОСТ определяет допускаемые уровни напряженности на рабочих местах. Также там прописаны общие требования к защитным средствам и осуществлению контроля. Что касается допустимых уровней напряженности электрических полей, то они устанавливаются с учетом времени пребывания сотрудников на рабочих местах.

Выбор подходящих средств

Защита от статического электричества может быть организована различными способами. Прежде всего нужно принимать во внимание следующее:

1. Особенности технологических процессов.
2. Микроклимат помещений.
3. Физико-химические свойства обрабатываемых материалов.

Таким образом, разрабатывается подход к организации мероприятий по безопасности. Снятие статического электричества может быть реализовано несколькими путями:

1. Устранением образовавшихся зарядов.
2. Уменьшением их интенсивности.

Что касается последнего случая, то ответ на вопрос о том, как снять статическое электричество, заключается в следующем: это достигается благодаря снижению силы и скорости трения, повышению проводимости материалов и различиям в их соответствующих свойствах. Далее следуют практические рекомендации:

Самые действенные методы

Заряды могут образоваться в процессе разбрызгивания, распыления и расплескивания определенных жидкостей. Идеально, когда такие явления будут устранены совсем. Если такой возможности нет, то нужно хотя бы максимально их ограничить. К примеру, при наполнении резервуаров диэлектрическими жидкостями использовать свободно падающую струю нельзя. В этом случае сливной шланг направляется вдоль стенки для того, чтобы избежать брызг. Идеально, если есть возможность опустить его под уровень жидкости. Чем меньше электропроводимость материалов, тем выше интенсивность образования зарядов. Таким образом, желательно повышать ранее указанный параметр имеющихся элементов. Это можно сделать с помощью введения антистатических присосок. Соответственно, для покрытия полов должен использоваться специальный линолеум. Проведение периодической антистатической обработки ковров очень желательно. Это также относится и к синтетическим тканям. Желательно, чтобы соприкасающиеся вещества и предметы были изготовлены из аналогичных материалов. В этом случае контактная электризация также исключена. К примеру, полиэтиленовый порошок должен храниться в бочках из аналогичных материалов. Транспортировать и пересыпать его лучше только с использованием соответствующего трубопровода и шланга. В некоторых случаях осуществить это невозможно. Тогда допустимо применение материалов, которые близки по диэлектрическим свойствам. Итак, можно сделать небольшой вывод о том, что для защиты от статического электричества необходимо применение слабо- или неэлектризующихся материалов. Также нужно стремиться к устранению следующих явлений в работе с диэлетрическими жидкостями:

1. Плескания.
2. Разбрызгивания.
3. Распыления.
4. Трения.

Если возможности полного устранения нет, то нужно хотя бы максимально ограничить их.

Дополнительные способы

Влажный воздух обладает достаточной проводимостью для того, чтобы образующиеся заряды могли стекать через него. Таким образом, в соответствующей среде они практически не возникают. Исходя из этого увлажнение воздуха - самый распространенный и наиболее простой способ борьбы со статическим электричеством. Также существуют и другие методы обеспечения безопасности. Речь идет об ионизации воздуха. Она также является распространенным методом борьбы с электрическими зарядами. Дело в том, что ионы способствуют их нейтрализации. Они вырабатываются специальным прибором. Бытовой ионизатор имеет массу преимуществ. Прежде всего, он способствует улучшению аэроионного состава воздушной среды помещения. При этом устраняются электрические заряды, которые возникают на одежде, синтетических покрытиях и коврах. Что касается производства, то там используются мощнейшие ионизаторы. Встречаются различные конструкции. Однако электрические ионизаторы наиболее распространены.

Согласно действующим правилам защиты от разрядов статического электричества должна осуществляться во взрывоопасных и пожароопасных производствах при наличие зон классов В-I, B-Ia, B-II, B-IIa, П-I и П-II, в которых применяются и вырабатываются вещества с удельным объёмным электрическим сопротивлением Ом∙м.

В остальных случаях защита осуществляется лишь тогда, когда статическое электричество предоставляет опасность для обслуживающего персонала, отрицательно влияет на технологический процесс или качество продукции.

Основными способами устранения опасности от статического электричества является (слайд):

1) заземление оборудования, коммуникаций, аппаратов и сосудов, а так же обеспечение постоянного электрического контакта с заземлением тела человека;

2) уменьшение удельного объемного и поверхностного электрического сопротивления путем повышения влажности воздуха или применения антистатических примесей;

3) ионизацией воздуха или среды, в частности, в нутрии аппарата, сосуда и т.д.

Кроме этих способов используют: предотвращение образования взрывоопасных концентрации, ограничение скорости движения жидкости, замену ЛВЖ на негорючие растворители и т.д. Практический способ устранения опасности от статического электричества выбирается с учётом эффективности и экономической целесообразности.

Остановимся более подробно на указанных выше способах устранения опасности от статического электричества.

Заземление (18 мин) – наиболее часто применяемая мера защиты от статического электричества. Его целью является устранение опасности возникновения электрических разрядов с проводящих частей оборудования. Поэтому все проводящие части оборудования, и электропроводные неметаллические предметы подлежат обязательному заземлению, независимо от того, применяются ли другие способы защиты от статического электричества. Заземлять следует не только те части оборудования, которые участвуют в генерировании статического электричества, но и все другие указанного выше свойства, так как они могут зарядиться по закону электростатической индукции.

В случаях, когда оборудование выполнено из электропроводящих материалов, заземление является основным и почти всегда достаточным способом защиты.

Если же на внешней поверхности или внутренних стенках металлических аппаратов, резервуаров и трубопроводов образуются отложения непроводящих веществ (смолы, пленки, осадки), заземление становится неэффективным. Заземление не устраняет опасности и при использовании аппаратов с эмалированными и другими неэлектропроводящими покрытиями.

Неметаллическое оборудование считается электростатически заземленным, если сопротивление растеканию тока на землю с любых точек его внешней и внутренней поверхности Ом при относительной влажности. Такое сопротивление обеспечивает необходимое значение постоянной времени релаксации в пределах десятой доли секунды в невзрывоопасной и тысячные доли секунды во взрывоопасной среде. Постоянная времени релаксациисвязана с сопротивлениемR заземления аппарата или оборудования и его емкостью C соотношением τ = R ∙ C .

Трубопроводы наружных установок (на эстакадах или в каналах), оборудование и трубопроводы, расположенные в цехах, должны представлять на всем протяжении электрическую цепь и присоединяться к заземляющим устройствам. Считается, что электрическая проводимость фланцевых соединений трубопроводов и аппаратов, соединений крышек с корпусами аппаратов и т.п. достаточно высока, поэтому не требуется устанавливать специальных параллельных перемычек.

Каждая система аппаратов и трубопроводов в пределах цеха должна быть заземлена не менее, чем в двух местах. Все резервуары и емкости вместимостью более 50 м 3 и диаметром более 2,5 м заземляют не менее чем в двух противоположенных точках. На поверхности горючих жидкостей в резервуарах не должно быть плавающих предметов.

Наливные стояки эстакад для заполнения железнодорожных цистерн и рельсы железнодорожных путей в пределах сливоналивного фронта должны быть электрически соединены между собой и надежно заземлены. Автоцистерны, наливные суда, самолеты, находящиеся под наливом (сливом) горючих жидкостей и сжиженных газов, должны также заземляться. Контактные устройства (без средств взрывозащиты) для присоединения заземляющих проводников должны быть установлены за пределами взрывоопасной зоны (не менее 5м от места налива или слива, ПУЭ). При этом проводники вначале присоединяются к корпусу объекта заземления, а затем к заземляющему устройству.

Следует отметить, что применяемые до сих пор для заземления автоцистерн заземляющие проводники не обеспечивают требуемого уровня пожаровзрывобезопасности технологии налива или слива топлива и других ЛВЖ. Поэтому в настоящее время разработаны и серийно выпускаются специальные устройства заземления автоцистерн (УЗА) типов УЗА-2МИ, УЗА-2МК и УЗА-2МК-03, которые соответствуют требованиям ГОСТов и могут устанавливаться во взрывоопасных зонах класса В-Iг.

Если для защиты от статической электризации проводящего неметаллического оборудования с проводящей футеровкой применяется заземление, то к нему применяются те же требования, что и к заземлению металлического оборудования. Например, заземление трубопровода из диэлектрического материала, но с проводящим покрытием (краска, лак), может выполняться присоединением его к заземляющему контуру с помощью металлических хомутов и проводников через 20÷30 м.

Но заземление не решает задачу защиты от статического электричества резервуара, заполняемого наэлектризованной жидкостью, лишь исключает накопление заряда (натекающего из объема жидкости) на его стенках, но не ускоряет процесс рассеяния заряда в жидкости. Это объясняется тем, что скорость релаксации зарядов статического электричества в объеме диэлектрической жидкости нефтепродуктов определяется постоянной времени релаксации . Следовательно, в заполняемом наэлектризованными продуктами резервуаре в течении всего времени закачки жидкости и в течении времени, приблизительно равном, после ее окончания существует электрическое поле зарядов независимо от того, заполняется этот резервуар или нет. Именно в этот промежуток времени может существовать опасность воспламенения паровоздушной смеси нефтепродуктов в резервуаре разрядами статического электричества.

С учетом сказанного выше, значительную опасность представляет забор проб из резервуара сразу после его заполнения. Но через промежуток времени, примерно равный , после окончания заполнения заземленного резервуара заряды статического электричества в нем практически исчезают и проведение забора проб жидкости становится безопасным.

Для светлых нефтепродуктов, имеющих малую электропроводность (при Ом∙м), необходимое время выдержки после заполнения резервуара, обеспечивающее безопасность дальнейших операций, должно быть не менее 10 минут.

Заземление резервуара и выдержка необходимого времени после заполнения не дадут нужного эффекта безопасности, если в резервуаре имеются плавающие на поверхности жидкости изолированные предметы, которые могут приобрести заряд статического электричества при заполнении резервуара и сохранить его в течении времени, значительно превышающем . В этом случае при контакте плавающего предмета с заземленным проводящим телом может произойти опасное искрообразование.

Уменьшение объемного и поверхностного удельных электрических сопротивлений (8 мин).

При этом увеличивается электропроводность и обеспечивается способность диэлектрика отводить заряды статического электричества. Устранение опасности статической электризации диэлектриков этим способом является весьма эффективным и может быть достигнуто повышением влажности воздуха, химической обработкой поверхности, применением электропроводных покрытий и антистатических веществ (присадок).

А. Повышение относительной влажности воздуха.

Большинство пожаров от искр статического электричества происходит обычно зимой, когда относительная влажность воздуха велика. При относительной влажности 65÷70%, как показывают исследования и практика, число вспышек и загораний становится незначительным.

Ускорение стекания электростатических зарядов с диэлектриков при высокой влажности объясняют тем, что на поверхности гидрофильных диэлектриков адсорбируется тонкая пленка влаги, содержащая обычно большое количество ионов из загрязнений и растворенного вещества, за счет которых обеспечивается достаточная поверхностная электропроводность электролитического характера.

Однако, если материал находится при более высокой температуре, чем та, при которой пленка может удерживаться на поверхности, указанная поверхность не может стать проводящей даже при очень высокой влажности воздуха. Эффект также не будет достигнут, если заряженная поверхность диэлектрика гидрофобна (несмачиваемая: сера, парафин, масла и другие углеводороды) или скорость ее перемещения больше, чем скорость образования поверхностной пленки.

Увеличение влажности достигается распылением водяного пара или воды, циркуляцией влажного воздуха, а иногда свободным испарением с поверхности воды или охлаждением электризующей поверхности на 10 о С ниже температуры окружающей среды.

Б.Химическая обработка поверхности, электропроводные покрытия.

Уменьшение удельного поверхностного сопротивления полимерных материалов может быть достигнуто химической обработкой их поверхности кислотами (например серной или хлорсульфоновой). В результате этого поверхности полимера (полистирол, полиэтилен и полиэфирные пленки) окисляются или сульфируются и удельное сопротивление уменьшается до 10 6 Ом при относительной влажности воздуха 75%.

Положительный эффект достигается и при обработке изделий из полистирола и полиолефинов погружением образцов в петролейный эфир при одновременном воздействии ультразвуком. Методы химической обработки эффективны, но требуют точного соблюдения технологических условий.

Иногда нужный эффект достигается нанесением на диэлектрик поверхостной проводящей пленки, например, тонкой металлической, получаемый распылением, разбрызгиванием, испарением в вакууме или наклеиванием металлической фольги. Пленки на углеродной основе получают распылением углерода в жидкой среде или порошка с частицами меньше 1 мкм.

В. Применение антистатических веществ.

Большинство горючих и легковоспламеняющихся жидкостей характеризуются высоким удельным электрическим сопротивлением. Поэтому при некоторых операциях, например с нефтепродуктами, происходит накопление зарядов статического электричества, которое препятствует интенсификации технологических операций, а также служит источником взрывов и пожаров на нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятиях.

Движение жидких углеводородов относительно твердой, жидкой или газообразной среды может привести к разделению электрических зарядов на поверхности соприкосновения. При движение жидкости по трубе слой зарядов находящихся на поверхности жидкости, уносится её потоком, а заряды противоположного знака остаются на контактирующей с жидкостью поверхностью трубы и если, металлическая труба заземлена, стекают в землю. Если же металлический трубопровод изолирован или изготовлен из диэлектрических материалов, то он приобретает положительный заряд, а жидкость - отрицательный.

Степень электризации нефтепродуктов зависит от состава и концентрации содержащихся в них активных примесей, физико-химического состава нефтепродуктов, состояние внутренней поверхности трубопровода или технологического аппарата (наличия коррозии, шероховатости и т.д.), диэлектрических свойств, вязкости и плотности жидкости, а также скорости движения жидкости, диаметра и длины трубопровода. Например, присутствие 0,001% механических примесей превращает инертное углеводородное топливо в электризуемое до опасных пределов.

Один из наиболее эффективных способов устранения электризации нефтепродуктов,- введение специальных антистатических веществ. Добавление их в тысячных или десятитысячных долях процента позволяет уменьшить удельное сопротивление нефтепродуктов на несколько порядков и обезопасить операции с ними. К таким антистатическим веществам относятся: олеаты и нафтенаты хрома и кобальта, соли хрома на основе синтетических жирных кислот, присадка «Сигбаль» и другие. Так, присадка на основе олеиновой кислоты олеат хрома уменьшает ρ v бензина Б-70 в 1,2 ∙ 10 4 раза. Широкое применение в операциях по промывке деталей нашли присадки «Анкор -1» и АСП-1.

Для получения «безопасной» электропроводности нефтепродуктов в любых условиях надо вводить 0,001÷0,005% присадок. На физико-химические свойства нефтепродуктов они обычно не влияют.

Для получения проводящих растворов полимеров (клеев) также применяют антистатические присадки, растворимые в них, например соли металлов переменной валентности высших карбоновых и синтетических кислот.

Положительные результаты достигаются при использовании антистатических веществ на предприятиях по переработке синтетических волокон, поскольку они обладают способностью увеличивать их ионную проводимость и тем самым снижать электрическое сопротивление волокон и получаемых из них материалов.

Для приготовления антистатических веществ, которые влияют на электрические свойства волокон применяют: углеводороды парафинового ряда, жиры, масла, гигроскопические вещества, поверхностно-активные вещества

Антистатические вещества используются в промышленности полимеров, например, при обработке полистирола и полиметилметакрилата. Обработка полимеров антистатическими добавками производится как поверхностным нанесением, так и введением в расплавленную массу. В качестве таких добавок применяют например ПАВ. При поверхностном нанесении ПАВ ρ s полимеров снижается на 5÷8 порядков, но срок эффективного действия мал

(до одного месяца). Введение ПАВ внутрь более перспективно т.к. антистатические свойства полимеров сохраняются несколько лет, полимеры становятся менее подверженными действию растворителей, истиранию и т.д. Для каждого диэлектрика оптимальные концентрации ПАВ различны и варьируются от 0,05 до 3,0%.

В настоящее время широко используются трубы, выполненные из полупроводящих полимерных композиций с наполнителями: ацетиленовой сажей, алюминиевой пудрой. графитом, цинковой пылью. Лучший наполнитель – ацетиленовая сажа, снижающая сопротивление на 10÷11 порядков даже при 20% от массы полимера. Её оптимальная массовая концентрация для создания электропроводящего полимера составляет 25%.

Для получения электропроводной или антистатической резины в неё вводят наполнители: порошковый графит, различные сажи, мелкодисперсные металлы. Удельное сопротивление ρ v такой резины достигает 5 ∙10 2 Ом∙м, а обычной до 10 6 Ом∙м.

Антистатическими резинами марки КР-388, КР-245 пользуются во взрывоопасных производствах, покрывают полы, рабочие столы, детали оборудования и колеса внутрицехового транспорта. Такое покрытие быстрее отводит возникающие заряды, снижает электризацию людей до безопасного уровня.

В последнее время разработана маслобензостойкая электропроводящая резина с использованием бутадиеннитральных и полихлоропреновых каучуков, которая широко используется для изготовления напорных рукавов и шлангов для перекачки ЛВЖ. Такие рукава значительно снижают опасность воспламенения при сливе и наливе ЛВЖ в авто- и железнодорожные цистерны и другие емкости, исключают применение специальных устройств для заземления заправочных воронок и наконечников.

Эффективное снижение потенциала ременных передач и ленточных транспортеров, изготовленных из материалов с ρ s =10 5 Ом∙м, достигается увеличением поверхностной проводимости ремня и обязательным заземлением установки. Для увеличения поверхностной проводимости ремня его внутренняя поверхность покрывается антистатической смазкой, возобновляемой не реже одного раза в неделю.

Ионизация воздуха (9 мин).

Сущность этого способа состоит в нейтрализации или компенсации поверхностных электрических зарядов ионами разного знака, которые создаются специальными приборами - нейтрализаторами. Ионы, имеющие полярность, противоположную полярности зарядов наэлектризованных материалов, под действием электрического поля, создаваемое зарядами таких материалов, оседают на их поверхностях и нейтрализуют заряды.

Ионизация воздуха электрическим полем высокой напряженности осуществляется с помощью нейтрализаторов двух типов: индукционных и высоковольтных.

Индукционные нейтрализаторы бывают с остриями (рис.2,а) и проволочными (рис. 2,б) У нейтрализатора с остриями в деревянном или металлическом стержне укреплены заземленные острия, тонкие проволочки или фольга. У проволочного нейтрализатора применена тонкая стальная проволочка, натянутая поперек движущегося заряженного материала. Работают они следующим образом. Под действием сильного электрического поля наэлектризованного тела вблизи острия или проволоки происходит ударная ионизация, в результате которой образуются ионы обоих знаков. Для повышения эффективности действия нейтрализаторов стремятся к сокращению расстояния между кончиками игл или проволокой и нейтрализуемой поверхностью до 5÷20 мм. Такие нейтрализаторы обладают высокой ионизационной способностью, особенно нейтрализаторы с остриями.

Рис. 2. Схема индукционного нейтрализатора (слайд):

а- с остриями; б- проволочного; 1- острия; 1"- проволока; 2- заряженная поверхность.

Недостатками их являются то, что они действуют, если потенциал наэлектризованного тела достигает несколько кВ.

Их достоинства: простота конструкции, низкая стоимость, малые эксплуатационные затраты, не требуют источника питания.

Высоковольтные нейтрализаторы (рис.3) работают на переменном, постоянном и токе высокой частоты. Они состоят из трансформатора с высоким выходным напряжением и игольчатого разрядника. В нейтрализатор на постоянном токе входит и высоковольтный выпрямитель. Принцип действия их основан на ионизации воздуха высоким напряжением. Максимальное расстояние между разрядным электродом и нейтрализуемым материалом, при нейтрализатор ещё эффективен, у таких нейтрализаторов может достигать 600 мм, но обычно рабочее расстояние принимается равным 200÷300 мм. Достоинство высоковольтных нейтрализаторов- достаточное ионизирующее действие и при низком потенциале наэлектризованного диэлектрического материала. Недостатком их является большая энергия возникающих искр, способных воспламенять любые взрывоопасные смеси, поэтому для взрывоопасных зон они могут применяться только во взрывозащищенном исполнении.

Рис.3 Схема высоковольтного нейтрализатора (слайд).

Для защиты обслуживающего персонала от высокого напряжения в высоковольтную цепь их включаются защитные сопротивления, которые ограничивают ток до величины в 50÷100 раз меньше тока, опасного для жизни.

Радиоизотопные нейтрализаторы очень просты по устройству, не требуют источника питания. достаточно эффективны и безопасны при использовании во взрывоопасных средах. Они широко применяются в различных отраслях промышленности. При использовании таких нейтрализаторов необходимо предусматривать надежную защиту людей, оборудования и выпускаемой продукции от вредного воздействия радиоактивного излучения.

Радиоизотопные нейтрализаторы чаще всего имеют вид длинных пластинок или маленьких дисков. Одна сторона содержит радиоактивное вещество, создающее радиоактивное излучение, ионизирующее воздух. Чтобы не загрязнять воздух, продукцию и оборудование, радиоактивное вещество покрывают тонким защитным слоем и специальной эмали и ли фольги. Для защиты от механических повреждений ионизатор помещают в металлический кожух, который одновременно создает нужное направление ионизированного воздуха. В таблице 3 приведены данные по применяемым в радиоизотопных нейтрализаторах радиоактивным веществам.

Данные по радиоактивным веществам радиоизотопных нейтрализаторов (слайд).

Таблица 3

Наиболее эффективны и безопасны радиоактивные вещества с α-частицами. Проникающая способность α-частиц в воздухе до 10см, а в более плотных средах значительно меньше. Например, лист обычной чистой бумаги ее полностью поглощает.

Нейтрализаторы с таким излучением пригодны для локальной ионизации воздуха и нейтрализации зарядов в месте их образования. Для нейтрализации электрических зарядов в аппаратах с большим объемом используют β-излучатели.

Радиоактивное вещество с γ-изучением из-за высокой проникающей способности и опасности для людей в нейтрализаторах не применяются.

Основным недостатком радиоизотопных нейтрализаторов является малый ионизационный ток по сравнению с другими нейтрализаторами.

Для нейтрализации электрических зарядов могут использоваться комбинированные нейтрализаторы, например, радиоактивно-индукционный. Подобные нейтрализаторы выпускаются промышленностью и имеют улучшенные рабочие характеристики. Рабочие характеристики выражают зависимость разряжающего ионизационного тока от величины потенциала заряженного тела.

Дополнительные способы уменьшения опасности от статической электризации (3 мин, слайд № 13).

Опасность статической электризации ЛВЖ и горючих жидкостей может быть значительно снижена или даже устранена уменьшением скорости потока v . Поэтому рекомендуется следующая скорость v диэлектрических жидкостей:

При ρ ≤ 10 5 Ом∙м принимают v ≤ 10 м/с;

При ρ > 10 5 Ом∙м принимают v ≤ 5 м/с.

Для жидкостей с ρ > 10 9 Ом∙м скорость транспортировки и истечения устанавливается отдельно для каждой жидкости. Безопасной для таких жидкостей обычно является скорость движения или истечения 1,2 м/с.

Для транспортировки жидкостей с ρ > 10 11 -10 12 Ом∙м со скоростью v ≥ 1,5 м/с рекомендуется применять релаксаторы (например, горизонтальные участки трубы увеличенного диаметра) непосредственно у входа в приёмный резервуар. Необходимый диаметр Д р ,м этого участка определяется по формуле

Д р =1.4 Д т ∙ . (7)

Длина релаксатора L p определяется по формуле

L p ≥ 2.2 ∙ 10 -11 ξρ, (8)

где ξ – относительная диэлектрическая проницаемость жидкости;

ρ – удельное объемное сопротивление жидкости Ом∙м.

При заполнении резервуара жидкостью с ρ >10 5 Ом∙м до момента затопления загрузочной трубы рекомендуется подавать жидкости со скоростью v ≤ 1 м/с, а затем с указанной скоростью v ≤ 5 м/с.

Иногда требуется увеличивать скорость жидкостей в трубопроводе до 4÷5 м/с.

Диаметр релаксатора, рассчитанный по формуле (7), оказывается в этом случае непомерно большим. Поэтому для увеличения эффективности релаксатора рекомендуется применять их со струнами или иглами. В первом случае внутри релаксатора и вдоль его оси натягиваются заземленные струны что более чем на 50% уменьшает ток электризации а во втором в поток жидкости вводят заземлённые иглы, чтобы отводить заряды от потока жидкости.

Максимально допустимые и безопасные (в отношении возможности воспламенения паров жидкости в промышленном резервуаре) режимы транспортировки нефтепродуктов по длинным трубам диаметром 100÷250 мм могут быть оценены по соотношению

v т 2 Д т ≤ 0.64 , (9)

где v т – линейная скорость жидкости в трубе м/с, Д т – диаметр трубы, м.

При операциях с сыпучими и мелко дисперсными материалами снижение опасности от статической электризации можно достичь следующими мерами: при их пневмотранспортировке использовать трубы из полиэтилена или из того же материала (или близкому по составу к транспортируемому веществу); относительная влажность воздуха на выходе из пневмотранспорта должна быть не менее 65% (если это неприемлемо, то рекомендуется ионизировать воздух или применять инертный газ).

Следует избегать возникновения пылевоздушных горючих смесей, не допускать падение пыли, её всклубления или завихрения. Необходимо очищать оборудование и конструкции здания от осевшей пыли.

При операциях с горючими газами необходимо следить за их чистотой, отсутствием на путях их движения незаземлённых частей оборудования или приборов.

Хороший эффект по условиям пожаро - и взрывобезопасности от искр статического электричества и всех других источников зажигания достигается заменой органических растворителей и ЛВЖ на негорючие если такая замена не нарушает хода технологического процесса и экономически целесообразна.

Электростатические заряды возникают на поверхностях некоторых трущихся материалов - как жидких, так и твердых, в результате сложного процесса контактной электризации. Электризация возникает при трении двух диэлектрических или диэлектрического и проводящего материала, если последний изолирован.

Интенсивность образования электрических зарядов определяется различием в электрических свойствах материалов, а также силой и скоростью трения. Чем больше сила и скорость трения и больше различие в электрических свойствах, тем интенсивнее происходит образование электрических зарядов. Например, электростатические заряды образуются на кузове двигающегося в сухую погоду автомобиля, если резина колес обладает хорошими изолирующими свойствами. В результате между кузовом и землей возникает электрическое напряжение, которое может достигнуть 10 кВ и привести к возникновению искры при выходе человека из автомобиля - разряд через человека на землю.

На производстве в различных технологических процессах также образуются большие электрические заряды, потенциалы которых могут достигать десятков киловольт, например при измельчении, пересыпании и пневмотранспортировке твердых материалов, при переливании, перекачивании по трубопроводам, перевозке в цистернах диэлектрических жидкостей (бензина, керосина и др.). При пробуксовывании резиновой ленты транспортера относительно роликов или ремня ременной передачи относительно шкива могут возникнуть электрические заряды с потенциалом до 45 кВ.

Кроме трения, причиной образования статических зарядов является электрическая индукция, в результате которой изолированные от земли тела во внешнем электрическом поле приобретают электрический заряд. Особенно велика индукционная электроли-зация электропроводящих объектов. Например, на металлических предметах (автомобилях и т. п.), изолированных от земли, в сухую погоду под действием электрического ПОЛЯ высоковольтных линий электропередач или грозовых облаков могут образовываться значительные электрические заряды.

При прикосновении человека к предмету, несущему электрический заряд, происходит разряд последнего через тело человека. Величины возникающих при разрядке токов не велики, и они очень кратковременны. Поэтому электротравм не возникает. Однако разряд, как правило, вызывает рефлекторное движение человека, что в ряде случаев может привести к резкому движению руки, падению с высоты или его попаданию в опасную производственную зону.

Наибольшая опасность электростатических зарядов заключается в том, что искровой разряд может обладать энергией, достаточной для воспламенения горючей или взрывоопасной смеси. Искра, возникающая при разрядке электростатических зарядов, является частой причиной пожаров и взрывов. При напряжении 3 кВ искровой разряд может вызвать воспламенение почти всех паро- и газовоздушных смесей; при 5 кВ - воспламенение большей части горючих пылей.

Наибольшую опасность статическое электричество представляет на производстве и на транспорте, особенно при наличии пожаровзрывоопасных смесей, пыли и паров легковоспламеняющихся жидкостей.

В бытовых условиях (например, при хождении по ковру) накапливаются небольшие заряды, и энергии возникших искровых разрядов недостаточно для инициирования пожара в обычных условиях быта.

Для защиты от статического электричества используют:

• метод, исключающий или уменьшающий интенсивность образования зарядов статического электричества;
• метод, устраняющий образующие заряды.

Первый метод наиболее эффективен и осуществляется за счет подбора пар материалов элементов машин, которые взаимодействуют между собой с трением. Другим способом нейтрализации зарядов статического электричества является смешение материалов, которые при взаимодействии с элементами оборудования заряжаются разноименно. Например, при трении материала, состоящего из 40 % нейлона и 60 % дакрона, о хромированную поверхность электролизации не наблюдается.

Уменьшению интенсивности образования электростатических зарядов способствуют снижение силы и скорости трения, шероховатости взаимодействующих поверхностей. С этой целью при транспортировании по трубопроводам огнеопасных жидкостей с большим удельным электрическим сопротивлением (например, бензина, керосина и т. п.) регламентируют предельные скорости перекачки. Налив таких жидкостей в резервуары свободно падающей на поверхность жидкости струей не допускается: сливной шланг заглубляют под поверхность сливаемой жидкости.

Основным приемом реализации второго метода является заземление электропроводных частей технологического оборудования для отвода в землю образующихся зарядов статическою электричества. Для этой цели можно использовать обычное защитное заземление, предназначенное для защиты от поражения электрическим током. При невозможности заземлении элементов машин и оборудования на их поверхность наносят электропроводные покрытия (антистатики), а тканевые материалы (например, фильтров) подвергают специальной пропитке, увеличивающей их электропроводность. Исключительно важным является заземление газоходов вентиляционных систем, по которым транспортируется запыленный воздух.

Для увеличения интенсивности стекания статических зарядов с элементов машин воздух в помещении, где они установлены, увлажняют.