Statisk elektricitet - hvad det er, hvordan det genereres, og de problemer, der er forbundet med det

Hvad er statisk elektricitet

Statisk elektricitet opstår, når intraatomisk eller intramolekylær ligevægt er forstyrret på grund af forstærkning eller tab af en elektron. Normalt er et atom i ligevægt på grund af det samme antal positive og negative partikler - protoner og elektroner. Elektroner kan nemt flytte fra et atom til et andet. Samtidig danner de positive (hvor der ikke er nogen elektron) eller negative (en enkelt elektron eller et atom med en ekstra elektron) ioner. Når denne ubalance opstår, genereres statisk elektricitet.

For flere detaljer se her: Om statisk elektricitet i billeder

Elektrisk ladning på en elektron — (-) 1,6 x 10-19 vedhæng. En proton med samme ladning har en positiv polaritet. Den statiske ladning i coulombs er direkte proportional med overskud eller mangel på elektroner, dvs. antallet af ustabile ioner.

Vedhænget er den grundlæggende enhed for statisk ladning, som definerer mængden af ​​elektricitet, der passerer gennem tværsnittet af en ledning på 1 sekund ved 1 ampere.

En positiv ion har ikke en elektron, derfor kan den nemt acceptere en elektron fra en negativt ladet partikel. En negativ ion kan til gengæld enten være en enkelt elektron eller et atom/molekyle med et stort antal elektroner. I begge tilfælde er der en elektron, der kan neutralisere den positive ladning.

Hvordan opstår statisk elektricitet

De vigtigste årsager til statisk elektricitet:

• Kontakt mellem to materialer og deres adskillelse fra hinanden (inklusive gnidning, rulning/afrulning osv.).

• Et hurtigt fald i temperaturen (f.eks. når materialet placeres i ovnen).

• Højenergistråling, ultraviolet stråling, røntgenstråler, stærke elektriske felter (ikke almindeligt i industrielle applikationer).

• Skæreoperationer (f.eks. på skæremaskiner eller papirskæremaskiner).

• Manual (Genereret statisk elektricitet).

Overfladekontakt og adskillelse af materialer er nok de mest almindelige årsager til statisk elektricitet i rullefilm- og plastfolieindustrien. Statisk ladning genereres under afrulning / tilbagespoling af materialer eller bevægelse af forskellige lag af materialer i forhold til hinanden.

Denne proces er ikke helt klar, men den sandeste forklaring på udseendet af statisk elektricitet i dette tilfælde kan opnås analogt med en flad kondensator, hvor mekanisk energi omdannes til elektrisk energi, når pladerne adskilles:

Resulterende spænding = initial spænding x (endelig pladeafstand / initial pladeafstand).

Når den syntetiske film rører føde-/optagningsvalsen, forårsager en let ladning, der strømmer fra materialet til rullen, en ubalance. Da materialet overvinder kontaktområdet med akslen, stiger spændingen på samme måde som ved f.eks. kondensatorpladerne i det øjeblik, de adskilles.

Praksis viser, at amplituden af ​​den resulterende spænding er begrænset på grund af elektrisk nedbrud, der opstår i afstanden mellem tilstødende materialer, overfladekonduktivitet og andre faktorer. Ved udgangen af ​​filmen fra kontaktområdet kan du ofte høre en let knitren eller observere gnister. Dette sker i det øjeblik, hvor den statiske ladning når en værdi, der er tilstrækkelig til at nedbryde den omgivende luft.

Før kontakt med rullen er den syntetiske film elektrisk neutral, men i processen med bevægelse og kontakt med fødeoverfladerne ledes en strøm af elektroner til filmen og oplader den med en negativ ladning. Hvis akslen er af metal og jordet, vil dens positive ladning hurtigt dræne.

Det meste udstyr har mange skafter, så mængden af ​​ladning og dens polaritet kan ændres ofte. Den bedste måde at kontrollere statisk ladning på er at måle den nøjagtigt i området lige foran problemområdet. Hvis ladningen neutraliseres for tidligt, kan den komme sig, før filmen når dette problemområde.

Hvis objektet har evnen til at lagre en betydelig ladning, og hvis der er en høj spænding, vil statisk elektricitet forårsage alvorlige problemer såsom buedannelse, elektrostatisk frastødning/tiltrækning eller elektrisk stød for personalet.

Oplad polariteten

Statisk ladning kan være positiv eller negativ.For jævnstrøm (AC) og passive begrænsere (børster) er ladepolariteten normalt ikke vigtig.

Problemer med statisk elektricitet

Statisk udladning i elektronik

Det er nødvendigt at være opmærksom på dette problem, da det ofte sker, når man arbejder med elektroniske blokke og komponenter, der bruges i moderne kontrol- og måleenheder.

Inden for elektronik kommer den største fare forbundet med statisk elektricitet fra den person, der bærer ladningen, og bør ikke ignoreres. Afladningsstrømmen genererer varme, hvilket fører til ødelagte forbindelser, ødelagte kontakter og ødelagte mikrokredsløbsspor. Højspændingen ødelægger også den tynde oxidfilm på felteffekttransistorerne og andre coatede elementer.

Ofte svigter komponenter ikke fuldstændigt, hvilket kan betragtes som endnu mere farligt, da fejlen ikke vises med det samme, men på et uforudsigeligt tidspunkt under driften af ​​enheden.

Som en generel regel, når du arbejder med statisk følsomme dele og enheder, bør du altid tage skridt til at neutralisere den opbyggede ladning på din krop.

Elektrostatisk tiltrækning/frastødning

Dette er måske det mest almindelige problem i plast-, papir-, tekstil- og relaterede industrier. Det manifesterer sig i det faktum, at materialerne uafhængigt ændrer deres adfærd - de klæber sammen eller omvendt afviser, klæber til udstyret, tiltrækker støv, uregelmæssig vind på modtagerenheden osv.

Tiltrækning/frastødning sker i overensstemmelse med Coulombs lov, som er baseret på princippet om det modsatte af kvadratet. I sin enkleste form er det udtrykt som følger:

Tiltræknings- eller frastødningskraften (i Newton) = Ladning (A) x Ladning (B) / (Afstand mellem objekter 2 (i meter)).

Derfor er intensiteten af ​​denne effekt direkte relateret til amplituden af ​​den statiske ladning og afstanden mellem attraktive eller frastødende objekter. Tiltrækning og frastødning sker i retning af de elektriske feltlinjer.

Hvis to ladninger har samme polaritet, frastøder de; hvis det modsatte, tiltrækker de hinanden. Hvis et af genstandene er ladet, vil det forårsage en tiltrækning, hvilket skaber et spejlbillede af ladningen på neutrale genstande.

Risiko for brand

Brandrisiko er ikke et almindeligt problem for alle brancher. Men sandsynligheden for brand er meget høj i trykkerier og andre virksomheder, der bruger brændbare opløsningsmidler.

I farlige områder er de mest almindelige antændelseskilder ujordet udstyr og bevægelige ledninger. Hvis en operatør i et farligt område bærer sportssko eller sko med ikke-ledende sål, er der risiko for, at hans krop vil generere en ladning, der kan antænde opløsningsmidler. Ujordede ledende dele af maskinen er også farlige. Alt i farezonen skal være korrekt jordet.

De følgende oplysninger giver en kort forklaring på antændelsespotentialet af statisk elektricitet i brandfarlige miljøer. Det er vigtigt, at uerfarne forhandlere er opmærksomme på typerne af udstyr på forhånd for at undgå fejl i valget af enheder til brug under sådanne forhold.

En udlednings evne til at forårsage brand afhænger af mange variabler:

• type bortskaffelse;

• afladning magt;

• udledning kilde;

• udledningsenergi;

• tilstedeværelsen af ​​et brændbart miljø (opløsningsmidler i gasfasen, støv eller brændbare væsker);

• mindste antændelsesenergi (MEW) af et brændbart medium.

Typer af udledning

Der er tre hovedtyper - gnist-, børste- og glidebørster. I dette tilfælde tages der ikke højde for den koronare udledning, da den ikke er særlig energisk og sker ret langsomt. Corona-udledning er generelt harmløs og bør kun overvejes i områder med meget høj brand- og eksplosionsfare.

En oprigtig udledning

Det kommer hovedsageligt fra en moderat ledende, elektrisk isoleret genstand. Det kan være en menneskekrop, en del af en maskine eller et værktøj. Det antages, at al ladningens energi spredes i gnistningsøjeblikket. Hvis energien er højere end MEW for opløsningsmiddeldampen, kan der opstå antændelse.

Gnistenergien beregnes som følger: E (i Joule) = ½ C U2.

Udflåd fra hænderne

Børsteafladning opstår, når skarpe stykker udstyr koncentrerer ladningen på overfladerne af dielektriske materialer, hvis isolerende egenskaber får den til at akkumulere. En børsteudladning har en lavere energi end en gnistudladning og udgør derfor mindre antændelsesfare.

Fordel med en glidende børste

Glidende børstesprøjtning forekommer på plader eller ruller af syntetiske materialer med høj resistivitet med øget ladningstæthed og forskellige ladningspolariteter på hver side af banen. Dette fænomen kan være forårsaget af gnidning eller sprøjtning af pulverbelægningen. Effekten kan sammenlignes med udladningen af ​​en flad kondensator og kan være lige så farlig som en gnistutladning.

Kilde til kraft og energi

Størrelsen og geometrien af ​​ladningsfordelingen er vigtige faktorer. Jo større volumen kroppen er, jo mere energi indeholder den. Skarpe hjørner øger feltstyrken og opretholder udledninger.

Aflad strøm

Hvis en genstand med energi ikke opfører sig godt elektricitetfx en menneskekrop, vil objektets modstand svække udstødningen og reducere faren. For den menneskelige krop er der en grundlæggende regel: antag, at alle opløsningsmidler med en intern minimum antændelsesenergi på mindre end 100 mJ kan antændes, på trods af at energien i kroppen kan være 2 til 3 gange høj.

Minimum tændingsenergi MEW

Opløsningsmidlernes minimale antændelsesenergi og deres koncentration i det farlige område er meget vigtige faktorer. Hvis den mindste antændelsesenergi er lavere end udladningsenergien, er der risiko for brand.

Elektrisk stød

Der er mere og mere opmærksomhed på spørgsmålet om risikoen for statisk chok i en industrivirksomhed. Dette skyldes en markant stigning i kravene til arbejdsmiljø og sikkerhed.

Et elektrisk stød forårsaget af statisk elektricitet er generelt ikke særlig farligt. Det er bare ubehageligt og giver ofte alvorlige reaktioner.

Der er to almindelige årsager til statisk shock:

Induceret ladning

Hvis en person befinder sig i et elektrisk felt og holder en ladet genstand, såsom en filmrulle, er det muligt for deres krop at blive opladet.

Ladningen forbliver i operatørens krop, hvis han har sko med isolerende sål på, indtil han rører det jordforbundne udstyr. Ladningen flyder ned til jorden og rammer personen. Dette sker også, når operatøren rører ved ladede genstande eller materialer - på grund af de isolerende sko ophobes ladningen i kroppen. Når operatøren rører ved udstyrets metaldele, kan ladningen aflades og forårsage elektrisk stød.

Når folk går på syntetiske tæpper, genereres statisk elektricitet ved kontakt mellem tæppet og skoene. De elektriske stød bilister får, når de stiger ud af deres biler, udløses af en ladning, der er opbygget mellem sædet og deres tøj, når de rejser sig. Løsningen på dette problem er at røre ved en metaldel af bilen, såsom en dørkarm, før den løftes fra sædet. Dette gør det muligt for ladningen sikkert at dræne til jorden gennem køretøjets karrosseri og dæk.

Udstyr induceret elektrisk stød

Et sådant elektrisk stød er muligt, selvom det forekommer meget sjældnere end skader fremkaldt af materialet.

Hvis optagespolen har en betydelig ladning, sker det, at operatørens fingre koncentrerer ladningen i en sådan grad, at den når bristepunktet, og der sker en udledning. Også, hvis en ujordet metalgenstand er i et elektrisk felt, kan den blive ladet med en induceret ladning. Da en metalgenstand er ledende, vil den mobile ladning udledes til den person, der rører ved genstanden.