Προστασία από τον στατικό ηλεκτρισμό στην καθημερινή ζωή και στο χώρο εργασίας

Η καθημερινή δραστηριότητα κάθε ανθρώπου σχετίζεται με την κίνησή του στο χώρο. Επιπλέον, όχι μόνο περπατάει, αλλά ταξιδεύει και με μεταφορικό μέσο.

Κατά τη διάρκεια κάθε κίνησης, εμφανίζεται μια ανακατανομή στατικών φορτίων, αλλάζοντας την ισορροπία της εσωτερικής ισορροπίας μεταξύ των ατόμων και των ηλεκτρονίων κάθε ουσίας. Σχετίζεται με τη διαδικασία της ηλεκτροδότησης, το σχηματισμό στατικού ηλεκτρισμού.

Στα στερεά, η κατανομή των φορτίων οφείλεται στην κίνηση των ηλεκτρονίων και στα υγρά και στα αέρια, τόσο των ηλεκτρονίων όσο και των φορτισμένων ιόντων. Όλα αυτά μαζί κάνουν μια πιθανή διαφορά.

Αιτίες στατικού ηλεκτρισμού

Τα πιο συνηθισμένα παραδείγματα εκδήλωσης στατικών δυνάμεων εξηγούνται στο σχολείο στα πρώτα μαθήματα φυσικής, όταν τρίβουν γυάλινες ράβδους και εβονίτη σε μάλλινο ύφασμα και δείχνουν την έλξη μικρών κομματιών χαρτιού σε αυτά.

Είναι επίσης γνωστή η εμπειρία της εκτροπής ενός λεπτού ρεύματος νερού υπό τη δράση στατικών φορτίων που συγκεντρώνονται σε μια ράβδο εβονίτη.

Στην καθημερινή ζωή, ο στατικός ηλεκτρισμός εκδηλώνεται πιο συχνά:

• όταν φοράτε μάλλινα ή συνθετικά ρούχα.

• περπάτημα με παπούτσια με λαστιχένια σόλα ή μάλλινες κάλτσες σε χαλιά και μπάτουμ.

• χρήση πλαστικών αντικειμένων.

Η κατάσταση επιδεινώνεται από:

• ξηρός αέρας στις εγκαταστάσεις.

• τοίχοι από οπλισμένο σκυρόδεμα, από τους οποίους κατασκευάζονται πολυώροφα κτίρια.

Πώς δημιουργείται στατική

Φυσιολογικά, το φυσικό σώμα περιέχει ίσο αριθμό θετικών και αρνητικών σωματιδίων, γι' αυτό δημιουργείται μια ισορροπία σε αυτό, εξασφαλίζοντας την ουδέτερη κατάστασή του. Όταν διαταράσσεται, το σώμα αποκτά ηλεκτρικό φορτίο συγκεκριμένου ζωδίου.

Στατική σημαίνει κατάσταση ηρεμίας όταν το σώμα δεν κινείται. Η πόλωση μπορεί να συμβεί μέσα στην ουσία του—η μετακίνηση φορτίων από το ένα μέρος στο άλλο ή η μεταφορά τους από ένα κοντινό αντικείμενο.

Η ηλεκτροδότηση ουσιών συμβαίνει λόγω της απόκτησης, αφαίρεσης ή διαχωρισμού φορτίων όταν:

• αλληλεπίδραση υλικών λόγω δυνάμεων τριβής ή περιστροφής.

• απότομη πτώση της θερμοκρασίας.

• ακτινοβολία με διαφορετικούς τρόπους.

• σχίσιμο ή κοπή φυσικών σωμάτων.

Ηλεκτρικά φορτία κατανέμεται στην επιφάνεια του αντικειμένου ή σε απόσταση από αυτό σε πολλές διατομικές αποστάσεις. Για μη γειωμένα σώματα, απλώνονται στην περιοχή του στρώματος επαφής και για εκείνα που συνδέονται με το περίγραμμα του εδάφους, ρέουν προς τα κάτω.

Η απόκτηση στατικών φορτίων από το σώμα και η αποστράγγισή τους συμβαίνουν ταυτόχρονα. Η ηλεκτροδότηση παρέχεται όταν το σώμα λαμβάνει μεγαλύτερο δυναμικό ενέργειας από αυτό που ξοδεύει στο εξωτερικό περιβάλλον.

Από αυτή τη θέση προκύπτει ένα πρακτικό συμπέρασμα: για την προστασία του σώματος από τον στατικό ηλεκτρισμό, είναι απαραίτητο να αποστραγγιστούν τα προκύπτοντα φορτία από αυτό στον βρόχο γείωσης.

Μέθοδοι εκτίμησης στατικού ηλεκτρισμού

Οι φυσικές ουσίες, σύμφωνα με την ικανότητά τους να σχηματίζουν ηλεκτρικά φορτία διαφορετικών σημάτων όταν αλληλεπιδρούν με τριβή με άλλα σώματα, χαρακτηρίζονται στην κλίμακα του τριβοηλεκτρικού φαινομένου. Μερικά από αυτά φαίνονται στη φωτογραφία.

Τα ακόλουθα γεγονότα μπορούν να αναφερθούν ως παράδειγμα της αλληλεπίδρασής τους:

• Το περπάτημα με μάλλινες κάλτσες ή παπούτσια με λαστιχένιες σόλες σε στεγνό χαλί μπορεί να φορτίσει το ανθρώπινο σώμα έως και 5 ÷ -6 kV.

• το αμάξωμα ενός αυτοκινήτου που κινείται σε στεγνό δρόμο αποκτά δυναμικό έως και 10 kV.

• ο ιμάντας κίνησης που γυρίζει την τροχαλία φορτίζεται στα 25kV.

Όπως μπορείτε να δείτε, το δυναμικό του στατικού ηλεκτρισμού φτάνει σε πολύ υψηλές τιμές ακόμη και σε οικιακές συνθήκες. Αυτό όμως δεν μας βλάπτει πολύ, αφού δεν έχει μεγάλη ισχύ, και η εκφόρτισή του περνάει από την υψηλή αντίσταση των μαξιλαριών επαφής και μετριέται σε μιλιαμπέρ ή λίγο παραπάνω.

Επιπλέον, μειώνεται σημαντικά από την υγρασία του αέρα. Η επίδρασή του στην ποσότητα της πίεσης του σώματος σε επαφή με διαφορετικά υλικά φαίνεται στο γράφημα.

Από την ανάλυσή του προκύπτει το συμπέρασμα: σε ένα υγρό περιβάλλον, ο στατικός ηλεκτρισμός εμφανίζεται λιγότερο. Ως εκ τούτου, για την καταπολέμησή του χρησιμοποιούνται διάφορες ενυδατικές κρέμες.

Στη φύση, ο στατικός ηλεκτρισμός μπορεί να είναι τεράστιος.Όταν τα σύννεφα κινούνται σε μεγάλες αποστάσεις, συσσωρεύονται σημαντικά δυναμικά μεταξύ τους, τα οποία εκδηλώνονται με κεραυνό, η ενέργεια των οποίων είναι αρκετή για να χωρίσει ένα αιωνόβιο δέντρο κατά μήκος του κορμού ή να κάψει ένα κτίριο κατοικιών.

Όταν εκφορτίζεται στατικός ηλεκτρισμός στην καθημερινή ζωή, νιώθουμε το «τσίμπημα» των δακτύλων, βλέπουμε σπινθήρες που εκπέμπονται από μάλλινα πράγματα, νιώθουμε μείωση της ενέργειας και της απόδοσης. Το ρεύμα στο οποίο εκτίθεται το σώμα μας στην καθημερινή ζωή έχει αρνητική επίδραση στην υγεία, την κατάσταση του νευρικού συστήματος, αλλά δεν προκαλεί εμφανείς, ορατές βλάβες.

Οι κατασκευαστές βιομηχανικού εξοπλισμού μέτρησης παράγουν συσκευές που σας επιτρέπουν να προσδιορίσετε με ακρίβεια το μέγεθος της τάσης των συσσωρευμένων στατικών φορτίων τόσο στα κιβώτια εξοπλισμού όσο και στο ανθρώπινο σώμα.

Πώς να προστατευτείτε από τον στατικό ηλεκτρισμό στο σπίτι σας

Καθένας από εμάς πρέπει να κατανοήσει τις διαδικασίες που σχηματίζουν στατικές εκκενώσεις που αποτελούν απειλή για το σώμα μας. Πρέπει να είναι γνωστά και περιορισμένα. Για το σκοπό αυτό πραγματοποιούνται διάφορες εκπαιδευτικές δραστηριότητες, συμπεριλαμβανομένων δημοφιλών τηλεοπτικών προγραμμάτων για τον πληθυσμό.

Σε αυτά, με τη βοήθεια διαθέσιμων μέσων, παρουσιάζονται μέθοδοι δημιουργίας στατικής τάσης, αρχές μέτρησης και μέθοδοι λήψης προληπτικών μέτρων.

Για παράδειγμα, λαμβάνοντας υπόψη το τριβοηλεκτρικό αποτέλεσμα, είναι καλύτερο να χρησιμοποιείτε χτένες από φυσικό ξύλο για το χτένισμα των μαλλιών, όχι μέταλλο ή πλαστικό, όπως κάνουν οι περισσότεροι άνθρωποι. Το ξύλο έχει ουδέτερες ιδιότητες και δεν σχηματίζει φορτία όταν τρίβεται στα μαλλιά.

Για την αφαίρεση του στατικού δυναμικού από το αμάξωμα του αυτοκινήτου κατά την οδήγηση σε στεγνό δρόμο, χρησιμοποιούνται ειδικές αντιστατικές λωρίδες προσαρμοσμένες στο κάτω μέρος. Διάφοροι τύποι αυτών είναι ευρέως διαθέσιμοι προς πώληση.

Εάν δεν υπάρχει τέτοια προστασία στο αυτοκίνητο, τότε το δυναμικό τάσης μπορεί να αφαιρεθεί με βραχυπρόθεσμη γείωση της θήκης χρησιμοποιώντας ένα μεταλλικό αντικείμενο, για παράδειγμα ένα κλειδί ανάφλεξης αυτοκινήτου. Είναι ιδιαίτερα σημαντικό να ακολουθήσετε αυτή τη διαδικασία πριν τον ανεφοδιασμό.

Όταν ένα στατικό φορτίο συσσωρεύεται σε ρούχα από συνθετικά υλικά, μπορεί να αφαιρεθεί με επεξεργασία ατμού από ένα ειδικό δοχείο με αντιστατική σύνθεση. Γενικά, είναι προτιμότερο να χρησιμοποιείτε λιγότερα τέτοια υφάσματα και να φοράτε φυσικά υλικά όπως λινό ή βαμβάκι.

Τα παπούτσια με λαστιχένια σόλα βοηθούν επίσης στη δημιουργία φόρτισης. Αρκεί να βάλετε μέσα αντιστατικούς πάτους από φυσικά υλικά, καθώς θα μειωθεί η βλαβερή επίδραση στον οργανισμό.

Η επίδραση του ξηρού αέρα που χαρακτηρίζει τα αστικά διαμερίσματα το χειμώνα έχει ήδη συζητηθεί. Ειδικοί υγραντήρες ή ακόμα και μικρά κομμάτια βρεγμένου υφάσματος που τοποθετούνται σε είδη οικιακής χρήσης βελτιώνουν το περιβάλλον και μειώνουν το σχηματισμό στατικού ηλεκτρισμού. Αλλά ο τακτικός υγρός καθαρισμός σε εσωτερικούς χώρους σας επιτρέπει να αφαιρείτε εγκαίρως τα ηλεκτρισμένα σωματίδια και τη σκόνη. Αυτός είναι ένας από τους καλύτερους τρόπους για να προστατευτείτε.

Οι οικιακές ηλεκτρικές συσκευές συσσωρεύουν επίσης στατικά φορτία στο κουτί κατά τη λειτουργία Το σύστημα ισοδυναμικής συγκόλλησης που συνδέεται με την κοινή γείωση του κυκλώματος του κτιρίου έχει σχεδιαστεί για να μειώνει την επίδρασή τους.Ακόμη και μια απλή ακρυλική μπανιέρα ή μια παλιά κατασκευή από χυτοσίδηρο με το ίδιο ένθετο υπόκειται σε στατική δράση και πρέπει να προστατεύεται με αυτόν τον τρόπο.

Πώς πραγματοποιείται η προστασία από τον στατικό ηλεκτρισμό στην παραγωγή;

Παράγοντες που μειώνουν την απόδοση του ηλεκτρονικού εξοπλισμού

Οι εκκενώσεις που παράγονται κατά την κατασκευή υλικών ημιαγωγών μπορεί να προκαλέσουν μεγάλη βλάβη, να διαταράξουν τα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά των συσκευών ή ακόμη και να τις απενεργοποιήσουν εντελώς.

Στις εγκαταστάσεις παραγωγής, η απόρριψη μπορεί να είναι αυθαίρετη και να εξαρτάται από πολλούς διαφορετικούς παράγοντες:

• τις τιμές της λαμβανόμενης χωρητικότητας·

• ενεργειακό δυναμικό·

• ηλεκτρική αντίσταση των επαφών.

• τύπος μεταβατικών

• άλλα ατυχήματα.

Σε αυτή την περίπτωση, τον αρχικό χρόνο της τάξης των δέκα νανοδευτερόλεπτων, το ρεύμα εκφόρτισης αυξάνεται στο μέγιστο και στη συνέχεια μειώνεται εντός 100–300 ns.

Η φύση της εμφάνισης στατικής εκκένωσης σε μια συσκευή ημιαγωγών μέσω του σώματος του χειριστή φαίνεται στη φωτογραφία.

Το μέγεθος του ρεύματος επηρεάζεται από: τη χωρητικότητα του φορτίου που συσσωρεύει ένα άτομο, την αντίσταση του σώματός του και τα μαξιλαράκια επαφής.

Στην κατασκευή ηλεκτρικού εξοπλισμού, μπορεί να δημιουργηθεί στατική εκκένωση χωρίς παρέμβαση του χειριστή λόγω του σχηματισμού επαφών μέσω γειωμένων επιφανειών.

Σε αυτή την περίπτωση, το ρεύμα εκφόρτισης επηρεάζεται από τη χωρητικότητα φόρτισης που συσσωρεύεται από τη θήκη της συσκευής και την αντίσταση των σχηματισμένων μαξιλαριών επαφής. Σε αυτή την περίπτωση, το επαγόμενο δυναμικό υψηλής τάσης και το ρεύμα εκφόρτισης επηρεάζουν ταυτόχρονα τον ημιαγωγό στην αρχική στιγμή.

Λόγω ενός τόσο περίπλοκου αποτελέσματος, η ζημιά μπορεί να είναι:

1.Συγκεκριμένα, όταν η απόδοση των στοιχείων μειώνεται σε τέτοιο βαθμό που καθίστανται άχρηστα·

2. κρυφό — μειώνοντας τις παραμέτρους εξόδου, μερικές φορές ακόμη και εντός των καθιερωμένων εργοστασιακών χαρακτηριστικών.

Ο δεύτερος τύπος δυσλειτουργιών είναι δύσκολο να εντοπιστεί: επηρεάζουν συχνότερα την απώλεια παραγωγικότητας κατά την εργασία.

Ένα παράδειγμα τέτοιας ζημιάς από τη δράση της υψηλής στατικής τάσης φαίνεται από τα διαγράμματα απόκλισης των χαρακτηριστικών βολτ-αμπέρ που εφαρμόζονται στη δίοδο KD522D και στο ολοκληρωμένο κύκλωμα KR1005VI1 LSI.

Η καφέ γραμμή αριθμός 1 δείχνει τις παραμέτρους των συσκευών ημιαγωγών πριν από τις δοκιμές με αυξημένη τάση και οι καμπύλες αριθμός 2 και 3 δείχνουν τη μείωση τους υπό την επίδραση του αυξημένου επαγόμενου δυναμικού. Στην περίπτωση #3, έχει μεγαλύτερο αντίκτυπο.

Η ζημιά μπορεί να προκληθεί από ενέργειες από:

• υπερεκτιμημένη επαγόμενη τάση που σπάει το διηλεκτρικό στρώμα των συσκευών ημιαγωγών ή σπάει την κρυσταλλική δομή.

• υψηλή πυκνότητα ρεύματος που προκαλεί υψηλή θερμοκρασία που οδηγεί σε τήξη υλικών και καύση του στρώματος οξειδίου.

• δοκιμές, ηλεκτρική θερμική εκπαίδευση.

Η λανθάνουσα βλάβη μπορεί να επηρεάσει την εργασία όχι αμέσως, αλλά μετά από αρκετούς μήνες ή και χρόνια εργασίας.

Μέθοδοι εκτέλεσης προστασίας ESD στην παραγωγή

Ανάλογα με τον τύπο του βιομηχανικού εξοπλισμού, χρησιμοποιείται μία από τις ακόλουθες μεθόδους διατήρησης της λειτουργικότητας ή του συνδυασμού τους:

1. Εξάλειψη του σχηματισμού ηλεκτροστατικών φορτίων.

2. Μπλοκάρισμα της εισόδου τους στο χώρο εργασίας.

3. αύξηση της αντίστασης συσκευών και εξαρτημάτων στη δράση των εκκενώσεων.

Οι μέθοδοι # 1 και # 2 σάς επιτρέπουν να προστατεύσετε μια μεγάλη ομάδα διαφορετικών συσκευών σε ένα συγκρότημα και το # 3 χρησιμοποιείται για μεμονωμένες συσκευές.

Υψηλή απόδοση στη διατήρηση της λειτουργικότητας του εξοπλισμού επιτυγχάνεται με την τοποθέτησή του σε ένα κλουβί Faraday, έναν χώρο που περιβάλλεται από όλες τις πλευρές από ένα λεπτό πλέγμα από μεταλλικό πλέγμα που συνδέεται με τον βρόχο γείωσης. Εξωτερικά ηλεκτρικά πεδία δεν διεισδύουν στο εσωτερικό του και έχει στατικό μαγνήτη.

Τα θωρακισμένα καλώδια λειτουργούν βάσει αυτής της αρχής.

Η προστασία από στατική δράση ταξινομείται σύμφωνα με τις αρχές εφαρμογής:

• φυσική και μηχανική?

• χημική ουσία;

• εποικοδομητικά και τεχνολογικά.

Οι δύο πρώτες μέθοδοι σάς επιτρέπουν να αποτρέψετε ή να μειώσετε το σχηματισμό στατικών φορτίων και να αυξήσετε την ταχύτητα της αποστράγγισής τους. Η τρίτη μέθοδος προστατεύει τις συσκευές από τις επιπτώσεις των φορτίσεων, αλλά δεν επηρεάζει την αποστράγγισή τους.

Μπορείτε να βελτιώσετε την αποστράγγιση των απορριμμάτων με:

• δημιουργώντας ένα στέμμα?

• αύξηση της αγωγιμότητας των υλικών στα οποία συσσωρεύονται φορτία.

Λύστε αυτά τα προβλήματα:

• ιονισμός αέρα?

• αύξηση των επιφανειών εργασίας.

• επιλογή υλικών με την καλύτερη ογκομετρική αγωγιμότητα.

Χάρη στην εφαρμογή τους, δημιουργούνται προετοιμασμένοι αυτοκινητόδρομοι για να οδηγούν στατικά φορτία στο κύκλωμα γείωσης, εξαιρουμένης της επίδρασής τους στα στοιχεία εργασίας των συσκευών. Σε αυτή την περίπτωση, λαμβάνεται υπόψη ότι η συνολική ηλεκτρική αντίσταση της δημιουργημένης διαδρομής δεν πρέπει να υπερβαίνει τα 10 ohms.

Εάν τα υλικά έχουν μεγάλη αντοχή, τότε η προστασία γίνεται με άλλους τρόπους. Διαφορετικά, αρχίζουν να συσσωρεύονται φορτία στην επιφάνεια, τα οποία μπορούν να εκκενωθούν κατά την επαφή με το έδαφος.

Ένα παράδειγμα εφαρμογής σύνθετης ηλεκτροστατικής προστασίας στο χώρο εργασίας για χειριστή που ασχολείται με τη συντήρηση και τη ρύθμιση ηλεκτρονικών συσκευών φαίνεται στη φωτογραφία.

Η επιφάνεια του τραπεζιού συνδέεται με τον βρόχο γείωσης με ένα καλώδιο σύνδεσης και ένα αγώγιμο μαξιλάρι χρησιμοποιώντας ειδικούς ακροδέκτες. Ο χειριστής εργάζεται με ειδικό ρουχισμό, φορά παπούτσια με αγώγιμες σόλες και κάθεται σε μια καρέκλα με ειδικό κάθισμα. Όλα αυτά τα μέτρα καθιστούν δυνατή την αποτελεσματική απόρριψη των συσσωρευμένων τελών στο έδαφος.

Οι ιονιστές αέρα εργασίας ρυθμίζουν την υγρασία, μειώνουν το δυναμικό του στατικού ηλεκτρισμού. Κατά τη χρήση τους, λαμβάνεται υπόψη ότι η αυξημένη περιεκτικότητα σε υδρατμούς στον αέρα επηρεάζει αρνητικά την ανθρώπινη υγεία. Έτσι προσπαθούν να το κρατήσουν γύρω στο 40%.

Επίσης, ένας αποτελεσματικός τρόπος μπορεί να είναι ο τακτικός αερισμός του δωματίου ή η χρήση συστήματος εξαερισμού σε αυτό, όταν ο αέρας διέρχεται από τα φίλτρα, ιονίζεται και αναμιγνύεται, εξασφαλίζοντας έτσι την εξουδετέρωση των φορτίων που προκύπτουν.

Για να μειωθεί το δυναμικό που δημιουργείται από το ανθρώπινο σώμα, μπορούν να χρησιμοποιηθούν βραχιόλια για να συμπληρώσουν το σετ αντιστατικών ρούχων και παπουτσιών. Αποτελούνται από μια αγώγιμη ταινία που συνδέεται στον ώμο με μια πόρπη. Το τελευταίο συνδέεται με το καλώδιο γείωσης.

Με αυτή τη μέθοδο, το ρεύμα που διαρρέει το ανθρώπινο σώμα είναι περιορισμένο. Η τιμή του δεν πρέπει να υπερβαίνει το ένα milliamp. Μεγαλύτερες τιμές μπορεί να προκαλέσουν πόνο και ηλεκτρικό τραυματισμό.

Κατά την εκφόρτιση της φόρτισης στο έδαφος, είναι σημαντικό να διασφαλιστεί ο ρυθμός εκφόρτισής της σε ένα δευτερόλεπτο.Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιούνται επενδύσεις δαπέδου με χαμηλή ηλεκτρική αντίσταση.

Κατά την εργασία με πλακέτες ημιαγωγών και ηλεκτρονικά εξαρτήματα, παρέχεται επίσης προστασία από ζημιές από στατικό ηλεκτρισμό:

• αναγκαστική παράκαμψη των τερματικών ηλεκτρονικών πλακών και μπλοκ κατά τη διάρκεια των επιθεωρήσεων.

• χρησιμοποιώντας εργαλεία και κολλητήρια με γειωμένες κεφαλές εργασίας.

Τα δοχεία εύφλεκτων υγρών που βρίσκονται στα οχήματα είναι γειωμένα με μεταλλική αλυσίδα. Ακόμη και η άτρακτος του αεροπλάνου είναι εξοπλισμένη με μεταλλικά καλώδια που λειτουργούν ως προστασία από τον στατικό ηλεκτρισμό κατά την προσγείωση.