Apsauga nuo statinės elektros energijos kasdieniame gyvenime ir darbo vietoje

Kiekvieno žmogaus kasdienė veikla yra susijusi su jo judėjimu erdvėje. Be to, jis ne tik vaikšto pėsčiomis, bet ir keliauja transportu.

Kiekvieno judesio metu vyksta statinių krūvių persiskirstymas, keičiantis vidinės pusiausvyros tarp kiekvienos medžiagos atomų ir elektronų pusiausvyrą. Tai susiję su elektrifikacijos procesu, statinės elektros susidarymu.

Kietose medžiagose krūviai pasiskirsto dėl elektronų judėjimo, o skysčiuose ir dujose – ir elektronų, ir įkrautų jonų. Visa tai kartu daro potencialų skirtumą.

Statinės elektros priežastys

Dažniausi statinių jėgų pasireiškimo pavyzdžiai aiškinami mokykloje pirmose fizikos pamokose, kai ant vilnonio audinio trina stiklo ir ebonito strypus ir demonstruoja mažų popieriukų trauką prie jų.

Taip pat žinoma patirtis, kaip nukreipti ploną vandens srovę, veikiant statiniams krūviams, sutelktiems ant ebonito strypo.

Kasdieniame gyvenime statinė elektra pasireiškia dažniausiai:

• dėvint vilnonius arba sintetinius drabužius;

• vaikščiojimas su guminiais batais arba vilnonėmis kojinėmis ant kilimų ir batų;

• plastikinių daiktų naudojimas.

Padėtį apsunkina:

• sausas oras patalpose;

• gelžbetoninės sienos, iš kurių gaminami daugiaaukščiai.

Kaip generuojama statika

Paprastai fiziniame kūne yra vienodas skaičius teigiamų ir neigiamų dalelių, todėl jame sukuriama pusiausvyra, užtikrinanti jo neutralią būseną. Sutrikus organizmas įgauna tam tikro ženklo elektros krūvį.

Statinė – ramybės būsena, kai kūnas nejuda. Poliarizacija gali įvykti jo medžiagos viduje - krūvių judėjimas iš vienos dalies į kitą arba jų perkėlimas iš šalia esančio objekto.

Medžiagų elektrifikacija įvyksta dėl įkrovų gavimo, pašalinimo ar atskyrimo, kai:

• medžiagų sąveika dėl trinties ar sukimosi jėgų;

• staigus temperatūros kritimas;

• švitinimas įvairiais būdais;

• fizinių kūnų skaidymas ar pjaustymas.

Elektros krūviai pasiskirstę objekto paviršiuje arba atstumu nuo jo keliais tarpatominiais atstumais. Neįžemintiems kūnams jie pasklinda per kontaktinio sluoksnio plotą, o tiems, kurie yra prijungti prie žemės kontūro, teka žemyn iki jo.

Statinių krūvių paėmimas iš kūno ir jų nutekėjimas vyksta vienu metu. Elektrifikacija vyksta tada, kai organizmas gauna didesnį energijos potencialą nei išeikvoja išorinėje aplinkoje.

Iš šios pozicijos išplaukia praktinė išvada: norint apsaugoti kūną nuo statinės elektros, būtina iš jo nuleisti susidariusius krūvius į įžeminimo kilpą.

Statinės elektros įvertinimo metodai

Fizikinės medžiagos, pagal jų gebėjimą formuoti skirtingų ženklų elektros krūvius sąveikaudamos trinties būdu su kitais kūnais, apibūdinamos triboelektrinio efekto skale. Kai kurie iš jų parodyti nuotraukoje.

Kaip jų sąveikos pavyzdį galima paminėti šiuos faktus:

• vaikščiojimas su vilnonėmis kojinėmis ar batais guminiais padais ant sauso kilimo gali įkrauti žmogaus kūną iki 5 ÷ -6 kV;

• sausu keliu judančio automobilio kėbulas įgyja iki 10 kV potencialą;

• skriemulį sukantis pavaros diržas įkraunamas iki 25kV.

Kaip matote, statinės elektros potencialas pasiekia labai aukštas vertes net buitinėmis sąlygomis. Bet tai mums nedaro didelės žalos, nes neturi daug galios, o jo iškrova praeina per didelį kontaktinių trinkelių atsparumą ir matuojama miliamperais ar šiek tiek daugiau.

Be to, jį gerokai sumažina oro drėgmė. Jo įtaka kūno įtempimo dydžiui, kai jis liečiasi su įvairiomis medžiagomis, parodytas diagramoje.

Iš jo analizės daroma išvada: drėgnoje aplinkoje statinė elektra atrodo mažiau. Todėl kovojant su ja naudojami įvairūs drėkinamieji kremai.

Gamtoje statinė elektra gali būti didžiulė.Kai debesys slenka dideliais atstumais, tarp jų susikaupia nemenki potencialai, pasireiškiantys žaibais, kurių energijos pakanka šimtamečiui medžiui suskaldyti palei kamieną ar sudeginti gyvenamąjį namą.

Kasdienybėje išsikraunant statinei elektrai, jaučiame pirštų „gnybimą“, matome vilnonių daiktų skleidžiamas kibirkštis, jaučiame energijos ir efektyvumo mažėjimą. Srovė, kuria mūsų organizmas yra veikiamas kasdieniame gyvenime, neigiamai veikia sveikatą, nervų sistemos būklę, tačiau nesukelia akivaizdžių, matomų pažeidimų.

Pramoninės matavimo įrangos gamintojai gamina prietaisus, kurie leidžia tiksliai nustatyti susikaupusių statinių krūvių įtampos dydį tiek ant įrangos dėžių, tiek ant žmogaus kūno.

Kaip apsisaugoti nuo statinės elektros savo namuose

Kiekvienas iš mūsų turėtų suprasti procesus, kurie formuoja statines iškrovas, kurios kelia grėsmę mūsų organizmui. Jie turi būti žinomi ir riboti. Tuo tikslu vykdoma įvairi švietėjiška veikla, tarp jų – populiarios televizijos laidos gyventojams.

Ant jų, turimomis priemonėmis, parodyti statinės įtampos kūrimo būdai, jos matavimo principai ir prevencinių priemonių vykdymo metodai.

Pavyzdžiui, turint omenyje triboelektrinį efektą, plaukams šukuoti geriausia naudoti natūralaus medžio šukes, o ne metalines ar plastikines, kaip tai daro dauguma žmonių. Mediena pasižymi neutraliomis savybėmis ir įtrynus į plaukus nesudaro krūvių.

Norint pašalinti statinį potencialą iš automobilio kėbulo važiuojant sausu keliu, naudojamos specialios ant dugno pritvirtintos antistatinės juostelės. Įvairių rūšių jie yra plačiai parduodami.

Jei automobilyje tokios apsaugos nėra, įtampos potencialą galima pašalinti trumpalaikiu korpuso įžeminimu naudojant metalinį daiktą, pavyzdžiui, automobilio uždegimo raktelį. Šios procedūros ypač svarbu laikytis prieš pilant degalus.

Kai ant drabužių iš sintetinių medžiagų susikaupia statinis krūvis, jį galima pašalinti apdorojant garus iš specialaus antistatinės sudėties indo. Apskritai, geriau naudoti mažiau tokių audinių ir dėvėti natūralias medžiagas, tokias kaip linas ar medvilnė.

Batai su guminiu padu taip pat padeda kaupti įkrovą. Pakanka įdėti į jį antistatinius vidpadžius iš natūralių medžiagų, nes sumažės žalingas poveikis organizmui.

Jau buvo aptarta miesto butams būdingo sauso oro įtaka žiemą. Specialūs drėkintuvai ar net nedideli sudrėkinto audinio gabalėliai, uždedami ant namų apyvokos daiktų, gerina aplinką ir mažina statinės elektros susidarymą. Tačiau reguliarus drėgnas patalpų valymas leidžia laiku pašalinti elektrifikuotas daleles ir dulkes. Tai vienas geriausių būdų apsisaugoti.

Buitiniai elektros prietaisai eksploatacijos metu taip pat kaupia statinius krūvius ant dėžutės.Potencialų išlyginimo sistema, prijungta prie bendrojo pastato grandinės įžeminimo, skirta sumažinti jų poveikį.Netgi paprasta akrilo vonia ar sena ketaus konstrukcija su tuo pačiu įdėklu yra veikiama statinio poveikio ir turi būti taip apsaugota.

Kaip gamyboje vykdoma apsauga nuo statinės elektros?

Veiksniai, mažinantys elektroninės įrangos našumą

Puslaidininkinių medžiagų gamyboje susidarančios iškrovos gali padaryti didelę žalą, sutrikdyti prietaisų elektrines charakteristikas ar net visiškai juos išjungti.

Gamybos nustatymuose šalinimas gali būti savavališkas ir priklausyti nuo kelių skirtingų veiksnių:

• gautos talpos vertės;

• energijos potencialas;

• kontaktų elektrinė varža;

• pereinamųjų procesų tipas;

• kitų nelaimingų atsitikimų.

Tokiu atveju pradiniu dešimties nanosekundžių eilės metu iškrovos srovė padidėja iki maksimumo, o po to sumažėja per 100–300 ns.

Puslaidininkinio įtaiso statinės iškrovos atsiradimo per operatoriaus kūną pobūdis parodytas nuotraukoje.

Srovės dydžiui įtakos turi: žmogaus sukaupto krūvio talpa, jo kūno ir kontaktinių trinkelių varža.

Gaminant elektros įrangą, statinė iškrova gali būti sukurta be operatoriaus įsikišimo dėl kontaktų susidarymo per įžemintus paviršius.

Šiuo atveju iškrovos srovei įtakos turi įrenginio korpuso sukaupta įkrovimo talpa ir susidariusių kontaktinių trinkelių varža. Šiuo atveju indukuotas aukštos įtampos potencialas ir iškrovos srovė vienu metu veikia puslaidininkį pradiniu momentu.

Dėl tokio sudėtingo poveikio žala gali būti:

1.konkrečiai, kai elementų našumas sumažėja tiek, kad jie tampa netinkami naudoti;

2. paslėptas — sumažinant išėjimo parametrus, kartais net patenkant į nustatytas gamyklines charakteristikas.

Antrojo tipo gedimus sunku aptikti: dažniausiai jie turi įtakos darbo našumo praradimui.

Tokios žalos, atsirandančios veikiant aukštai statinei įtampai, pavyzdys rodomas diodui KD522D ir integriniam grandynui KR1005VI1 LSI taikomų voltų-amperų charakteristikų nuokrypių diagramos.

Ruda linija numeris 1 rodo puslaidininkinių įtaisų parametrus prieš bandymus su padidinta įtampa, o kreivės numeriu 2 ir 3 rodo jų sumažėjimą padidinto indukuoto potencialo įtakoje. 3 atveju tai turi didesnį poveikį.

Žala gali atsirasti dėl šių veiksmų:

• pervertinta indukuota įtampa, kuri suardo puslaidininkinių įtaisų dielektrinį sluoksnį arba pažeidžia kristalinę struktūrą;

• didelis srovės tankis, sukeliantis aukštą temperatūrą, dėl kurios tirpsta medžiagos ir sudega oksido sluoksnis;

• bandymai, elektrinis terminis mokymas.

Paslėpta žala gali turėti įtakos darbui ne iš karto, o po kelių mėnesių ar net metų darbo.

ESD apsaugos gamyboje atlikimo metodai

Priklausomai nuo pramoninės įrangos tipo, naudojamas vienas iš šių darbingumo palaikymo būdų arba jų derinys:

1. elektrostatinių krūvių susidarymo pašalinimas;

2. blokuoti jų patekimą į darbo vietą;

3. prietaisų ir priedų atsparumo iškrovų poveikiui didinimas.

1 ir 2 metodai leidžia apsaugoti didelę grupę skirtingų įrenginių komplekse, o # 3 naudojamas atskiriems įrenginiams.

Didelis efektyvumas palaikant įrangos veikimą pasiekiamas patalpinus ją į Faradėjaus narvą – erdvę, iš visų pusių apsuptą smulkiu metalinio tinklelio tinkleliu, sujungtu su įžeminimo kilpa. Išoriniai elektriniai laukai į jo vidų neprasiskverbia ir turi statinį magnetą.

Šiuo principu veikia ekranuoti kabeliai.

Apsauga nuo statinio poveikio klasifikuojama pagal įgyvendinimo principus:

• fizinis ir mechaninis;

• cheminė medžiaga;

• konstruktyviai ir technologiškai.

Pirmieji du būdai leidžia išvengti arba sumažinti statinių krūvių susidarymą ir padidinti jų nutekėjimo greitį. Trečiasis metodas apsaugo įrenginius nuo įkrovų poveikio, bet neturi įtakos jų nutekėjimui.

Galite pagerinti atliekų nutekėjimą:

• karūnos kūrimas;

• didinant medžiagų, ant kurių kaupiasi krūviai, laidumą.

Išspręskite šias problemas:

• oro jonizacija;

• darbinių paviršių padidėjimas;

• geriausio tūrinio laidumo medžiagų pasirinkimas.

Dėl jų įgyvendinimo sukuriami iš anksto paruošti greitkeliai, kurie nukreipia statinius krūvius į žemės grandinę, neįtraukiant jų poveikio prietaisų darbiniams elementams. Šiuo atveju atsižvelgiama į tai, kad bendra sukurto kelio elektrinė varža neturėtų viršyti 10 omų.

Jei medžiagos turi didelį atsparumą, tada apsauga atliekama kitais būdais. Priešingu atveju ant paviršiaus pradeda kauptis krūviai, kurie gali išsikrauti susilietus su žeme.

Kompleksinės elektrostatinės apsaugos diegimo darbo vietoje pavyzdys operatoriui, užsiimančiam elektroninių prietaisų priežiūra ir reguliavimu, parodytas nuotraukoje.

Stalo paviršius su įžeminimo kilpa sujungiamas jungiamuoju laidu ir laidžia trinkelėmis naudojant specialius gnybtus. Operatorius dirba su specialia apranga, dėvi batus laidžiais padais ir sėdi kėdėje su specialia sėdyne. Visos šios priemonės leidžia efektyviai atsikratyti ant žemės susikaupusių krūvių.

Veikiantys oro jonizatoriai reguliuoja drėgmę, mažina statinės elektros potencialą. Juos naudojant atsižvelgiama į tai, kad padidėjęs vandens garų kiekis ore neigiamai veikia žmonių sveikatą. Taigi jie stengiasi išlaikyti maždaug 40 proc.

Taip pat efektyvus būdas gali būti reguliarus patalpos vėdinimas arba vėdinimo sistemos naudojimas joje, kai oras praeina per filtrus, jonizuojasi ir maišosi, taip užtikrinant susidarančių krūvių neutralizavimą.

Siekiant sumažinti žmogaus kūno sukauptą potencialą, apyrankės gali būti naudojamos kaip antistatinių drabužių ir batų komplektas. Jie susideda iš laidžios juostos, pritvirtintos prie peties sagtimi. Pastarasis yra prijungtas prie įžeminimo laido.

Taikant šį metodą, srovė, tekanti per žmogaus kūną, yra ribota. Jo vertė neturėtų viršyti vieno miliampero. Didesnės vertės gali sukelti skausmą ir elektros traumą.

Krovinio iškrovimo į žemę metu svarbu užtikrinti jo iškrovimo greitį per vieną sekundę.Tam naudojamos mažos elektrinės varžos grindų dangos.

Dirbant su puslaidininkinėmis plokštėmis ir elektroniniais komponentais, taip pat užtikrinama apsauga nuo statinės elektros žalos:

• priverstinis elektroninių plokščių ir blokų gnybtų apėjimas patikrinimų metu;

• naudojant įrankius ir lituoklius su įžemintomis darbinėmis galvutėmis.

Transporto priemonėse esantys degiųjų skysčių konteineriai įžeminami metaline grandine. Netgi lėktuvo fiuzeliažas yra aprūpintas metaliniais trosais, kurie veikia kaip apsauga nuo statinės elektros nusileidimo metu.