В чем заключается опасность статического электричества на производстве

60. Статическое электричество и меры защиты. Причины возникновения и опасность статического электричества. Меры защиты.

Статическое электричество − это совокупность явлений, связанных с возникновением, сохранением и релаксацией свободного электрического заряда на поверхности, или в объеме диэлектриков, или на изолированных проводниках.

Образование и накопление зарядов на перерабатываемом материале связано с двумя следующими условиями:

♦ наличие контакта поверхностей, в результате чего создается двойной электрический слой, возникновение которого связано с переходом электронов в элементарных донорско–акцепторных актах на поверхности контакта. Знак заряда определяет неодинаковое сродство материала поверхностей к электрону;

♦ хотя бы одна из контактирующих поверхностей должна быть из диэлектрического материала.

Известны следующие пути заряжения объектов: непосредственное контактирование с наэлектризованными, индуктивное и смешанное заряжение.

Основной опасностью при электризации различных материалов является:

возможность возникновения искрового разряда как с диэлектрической наэлектризованной поверхности, так и с изолированного проводящего объекта.

воспламенение горючих смесей искровыми разрядами статического электричества может произойти в том случае, если выделяющаяся в разряде энергия будет выше минимальной энергии зажигания горючей смеси.

опасность и для работающих.

влияние также на ход технологических процессов получения и переработки материалов и качество продукции Электризация затрудняет такие процессы, как просеивание, сушку, пневмотранспорт, печатание, транспортировку полимеров, диэлектрических жидкостей, формование синтетических волокон, пленок и подобного, автоматическое дозирование мелкодисперсных материалов, поскольку они прилипают к стенкам технологического оборудования и слипаются между собой.

В соответствии с ГОСТ это достигается использованием средств коллективной и индивидуальной защиты.

Средства коллективной защиты от статического электричества по принципу действия:

Заземление, которое относится к основным методам защиты от статического электричества и

представляет собой преднамеренное электрическое соединение с землей или ее

эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под

Величина сопротивления заземляющего устройства, предназначенного исключительно для защиты от статического электричества, должна быть не выше 100 Ом.

Нейтрализация зарядов статического электричества производится в тех случаях, когда не представляется возможным снизить интенсивность его образования технологическими и иными способами.

Для этой цели используют нейтрализаторы различных типов:

♦ комбинированные, объединяющие в одной конструкции коронные и

♦ создающие поток ионизированного воздуха.

Для снижения удельного объемного электрического сопротивления в диэлектрические жидкости и растворы полимеров вводят различные растворимые в них антиэлектростатические присадки, в частности соли металлов переменной валентности высших карбоновых, нафтеновые и синтетические жирные кислоты.

К индивидуальным средствам защиты от статического электричества относятся специальные электростатические обувь и одежда. Для изготовления такой одежды должны применяться материалы с удельным поверхностным электрическим сопротивлением не более 10 7 Ом*м, а электрическое сопротивление между токопроводящим элементом антиэлектростатической одежды и землей должно быть от 10 6 до 10 8 Ом. Электрическое сопротивление между подпятником и ходовой стороной подошвы обуви должно быть от 10 6 до 10 7 Ом.

3.1.6.1.2. Опасность разрядов статического электричества в производственных условиях.

Разряд статического электричества происходит тогда, когда напряжённость электростатического поля над поверхностью диэлектрика или проводника достигает критической (пробивной) величины, которая для воздуха составляет около 30 кВ/см.

Безопасной считается такая степень электризации поверхности веществ, при которой максимальные значения поверхностной плотности заряда не превосходят предельно допустимой величины для данной среды. За предельно допустимую величину поверхностной плотности заряда принято такое её значение, при котором максимально возможная энергия разряда (W, Дж) не превышает 0,25 минимальной энергии воспламенения (зажигания) горючих смесей различных веществ с воздухом.

Энергия разряда при этом определяется по формуле:

W = 0,5CU 2 = 0,5QU (23)

где W – энергия разряда (искры), Дж;

C – электрическая ёмкость разрядной цепи, Ф;

U – разность потенциалов между электродами, В;

Q – величина заряда, Кл.

Минимальная энергия зажигания некоторых веществ в смеси с воздухом составляет (W, мДж): водород – 0,019; ацетилен – 0,19; метан – 0,28; монооксид углерода – 8,0; уголь (пыль) – 40; алюминий (порошок) – 50.

Разность потенциалов (U, В) относительно земли при электризации диэлектриков может достигать: при выпуске из баллона ацетилена, увлажнённого ацетоном – 900; при выпуске из баллона – 8000 (по резиновому шлангу – 10000); при завихрении угольной пыли – 10000; при движении резиновой ленты транспортёра – 45000; при движении кожаного приводного ремня – 80000.

Заряды статического электричества могут накапливаться и на людях. Электризация тела человека происходит при ношении одежды из синтетических тканей, работе с наэлектризованными предметами и в др. случаях. Накопление зарядов на теле человека возможно и тогда, когда он изолирован от земли и заземлённых предметов диэлектрическими обувью, полами, перчатками.

Количество накопившихся на людях зарядов статического электричества может быть достаточным для искрового разряда при контакте с заземлённым предметом, например, с железобетонной колонной здания. При этом энергия разряда (W_ч, мДж) определяется формулой:

где Н – рост человека, см;

k – коэффициент, характеризующий материал покрытия пола.

В производственных условиях W_ч составляет около ~ 50 мДж, что достаточно для зажигания газовоздушных смесей, а также некоторых аэрозолей.

3.1.6.1.3. Основные способы и средства защиты от разрядов статического электричества.

Главными направлениями в предупреждении проявления опасных и вредных факторов статического электричества являются предупреждение возникновения и накопления зарядов, а также создание условий их рассеивания.

К основным инженерным мерам защиты от СЭ относятся:

• заземление оборудования и коммуникаций, выполненных из электропроводных материалов;
• уменьшение электрического сопротивления перерабатываемых веществ;
• снижение интенсивности возникновения зарядов СЭ;
• нейтрализация зарядов СЭ;
• отвод зарядов СЭ, накапливающихся на людях.

Заземление оборудования и коммуникаций:

Заземление – наиболее простая и часто применяемая на практике мера защиты от статического электричества. Каждую систему аппаратов и трубопроводов, где возможно появление зарядов СЭ, следует заземлять не менее, чем в двух местах. Особое внимание при этом уделяется дробилкам, смесителям, компрессорам, насосам, фильтрам, пневмосушилкам, транспортёрам, сливо-наливным устройствам и др. оборудованию, в котором быстро возникают опасные потенциалы статического электричества.

Резиновые шланги с металлическими наконечниками, предназначенные для налива (слива), например, нефтепродуктов, заземляются медной проволокой (диаметром около 3 мм), обвитой по шлангу снаружи (шаг 100 мм) с припайкой одного её конца к металлическому трубопроводу, а другого – к наконечнику шланга.

Предельно допустимое сопротивление заземляющего устройства при этом составляет 100 Ом.

Неметаллическое оборудование считается электрически заземлённым, если сопротивление любой его точки относительно заземляющего устройства не превышает 100 МОм.

Уменьшение электрического сопротивления перерабатываемых веществ:

Если заземлением оборудования не удаётся предотвратить накопление зарядов статического электричеств, то принимаются меры по уменьшению поверхностных и объёмных электрических сопротивлений обрабатываемых материалов. Это достигается повышением относительной влажности, химической обработкой поверхности, применением антистатических веществ, нанесением электропроводных плёнок. Эффективный отвод зарядов СЭ обеспечивается при относительной влажности воздуха 65…70 %, т.к. при этом на поверхности материала и оборудования образуется электропроводная плёнка воды.

Для уменьшения электрического сопротивления твёрдых диэлектриков и диэлектрических жидкостей в них вводятся антистатические присадки, увеличивающие объёмную проводимость этих материалов (графит, сажа, мелкодисперсный металл).

Если оборудование выполнено из диэлектрического материала, то оно покрывается проводящими электрический ток веществами и заземляется (например, металлизация пластмасс, окраска электропроводными эмалями и др.).

Снижение интенсивности возникновения зарядов СЭ:

Достигается этот результат подбором скорости движения веществ, исключением разбрызгивания жидкостей и дробления твёрдых материалов, отводом зарядов СЭ, очисткой газов и жидкостей от взвешенных примесей и др.

Безопасные скорости транспортировки жидких и пылевидных веществ зависят от их удельного объёмного электрического сопротивления (ρ_v, МОм·м). Так, например, для жидкостей с ρ_v < 0,1 МОм·м допустимая скорость транспортировки ≤ 10 м/с, а при с ρ_v < 1000 МОм·м – ≤ 5 м/с.

При наполнении жидкостями ёмкостей необходимо исключать их разбрызгивание, распыление и бурное перемешивание, подавая струю под слой жидкости вдоль наиболее длинной стенки со скоростью 0,5…0,7 м/с. Во время наполнения или опорожнения ёмкостей отбор горючих жидкостей из них производить нельзя, т.к. возможный искровой разряд СЭ может воспламенить пробу.

Нейтрализация зарядов СЭ:

Если вышеуказанными способами цель не достигается, то для защиты от СЭ применяется нейтрализация зарядов ионизацией воздуха в местах их возникновения и накопления. Ионизаторы воздуха в зависимости от принципа действия делятся на индукционные, радиоизотопные и комбинированные.

Индукционные ионизаторы работают по принципу создания коронного (тихого) разряда в воздухе за счёт создания электрического поля высокой напряжённости вблизи заряженного статическим электричеством тела. Образующиеся при этом ионы нейтрализуют накопленные заряды. Индукционные ионизаторы просты и дёшевы и поэтому наиболее распространены на практике.

Радиоизотопные нейтрализаторы представляют собой радиоактивные вещества – источники ионизирующих излучений (α, β, γ), причём, целесообразно использовать α и β лучи, обладающие наибольшей ионизирующей способностью. На практике применяются такие радиоактивные вещества, как: 239 Pu (Плутоний); 147 Pm (Прометий); 3 Н (Тритий). Радиоизотопные нейтрализаторы сами по себе опасны для человека из-за наличия ионизирующего излучения, поэтому находят ограниченное применение.

При сильной электризации оборудования применяются комбинированные ионизаторы – сочетание радиоизотопных и индукционных ионизаторов.

Отвод зарядов СЭ, накапливающихся на людях:

Основными способами отвода зарядов СЭ являются:

• устройство электропроводящих полов или заземлённых зон, помостов и рабочих площадок;
• заземление ручек дверей, поручней лестниц, рукояток приборов, машин и аппаратов;
• обеспечение персонала токопроводящей обувью и антистатической спецодеждой. Кроме того, на предприятиях, где возможно появление СЭ, целесообразно не носить одежду из синтетических материалов (найлона, перлона, и др.) и шёлка, а также колец и браслетов, на которых аккумулируются заряды СЭ.

Покрытие пола и обувь считаются электропроводящими, если удельное сопротивление между электродом, установленным на полу (внутри обуви) и землёй не превышает 100 кОм·м (бетон, кирпич, метлахская плитка и др. материалы).

К непроводящим покрытиям относятся: асфальт; настил из обычной резины; линолеум.

Статическое электричество – реальная опасность

Причиной возникновения пожара на опасном производстве может послужить разряд статического электричества. Обязательным требованием по обеспечению безопасности работ на опасных производствах, является надежная защита оборудования от накопления электрического заряда.

Статическое электричество − это совокупность явлений, связанных с возникновением, сохранением и релаксацией свободного электрического заряда на поверхности, или в объеме диэлектриков, или на изолированных проводниках. Другими словами, это дисбаланс электрических зарядов внутри материала или на его поверхности. Заряд сохраняется до тех пор, пока он не сможет рассеяться под действием электрического тока или электрического разряда. В быту статическое электричество может накапливаться по поверхностях бытовых приборов, а на производстве на поверхностях машин, механизмов и стационарного оборудования. В обычной жизни каждый испытывал на себе легкий удар электрического тока от накопившегося статического электричества при прикосновении к металлическим предметам. Кроме неприятных ощущений такие разряды не наносят вреда организму человека, что нельзя сказать о микросхемах и чувствительных электронных приборах. Для такого оборудования статическое электричество может быть настоящей проблемой и способно вывести приборы из строя. На опасных предприятиях электрическая искра от статического электричества может быть причиной пожара и серьезных разрушений от возгорания аэрозолей, пыли мелкодисперсных материалов и паров легко воспламеняющихся жидкостей.

Фотография взята из открытых источников / Пожар грузовика, вызванный разрядом статического электричества

Статический разряд, происходящий при высоком напряжении и низком токе, в условиях низкой влажности, способен воспламенить большинство газов, паровоздушных взрывоопасных смесей и большую часть пылей. Для газов достаточна искра при разряде потенциалов 3 кВ, а для пылей – 5 кВ. Причинами, вызывающими накопление статического электричества с последующей разрядкой в виде искры, могут быть: непосредственное взаимодействие (трение) двух различных материалов с их последующем отдалением друг от друга; резкие перепады температур; влажность воздуха менее 80%. Это означает, что условий для накапливания статического электричества достаточное количество и поэтому возникает опасность воспламенения некоторых материалов и веществ от его разряда.

На опасных производствах принимается ряд мероприятий и проводится определенный объем работ по снижению вероятности искрообразования от статического электричества. Основными способами устранения опасности возникновения статического электричества являются: заземление оборудования; повышение влажности воздуха; ионизация воздуха или среды. Так же к способам снижения опасности возникновения возгорания или взрыва относят снижение концентрации паров, пылей и газов, а также снижение скорости движения горючих жидкостей и газов.

Фотография взята из открытых источников / З аземление оборудования

Стоит отметить, что вопрос борьбы со статическим электричеством на опасных предприятиях стоит достаточно остро, так как не все способы снижения накопления статического электричества возможны из-за особенностей оборудования и технологии производства. Поэтому работы в области защиты проводятся постоянно и имеют очень важную роль. С появлением нового оборудования, изменения технологического процесса, введения в производство новых материалов и новых методов их обработки вносятся корректировки или полностью пересматриваются действия и работы по защите от статического электричества. Ошибки, нарушения и сбои в работе защитных устройств могут привести к возникновению чрезвычайных ситуаций.

Опасные и вредные факторы статического электричества

В настоящее время во всех отраслях промышленности широко используются диэлектрические материалы и органические вещества. В первую очередь, это полимеры и бумага, а также углеводороды и продукты нефтепереработки в разной форме. На их поверхности образуется электростатический заряд. Его накопление приводит к затруднению технологических процессов.

Оглавление

• Что такое статическое электричество
• Почему возникает статическое электричество
• Опасные и вредные факторы статического электричества
• Защита от электростатики
• Защита рабочего места

Что такое статическое электричество

Точное определение этому явлению дает ГОСТ 12.1.018, в котором статическое электричество рассматривается как совокупность явлений, связанных с появлением на поверхности (или в объеме) определенных материалом свободного электрического заряда. Накопление статического электричества на поверхности, возможно при двух условиях:

• Имеет место контакт поверхностей, в том числе путем трения, в результате возникает двойной электрический слой, формирование которого обусловлено переходом электронов в результате донорско-акцепторных актов.
• Одна из контактирующих поверхностей является диэлектриком.

Чаще всего электростатический заряд образуется либо при трении двух диэлектриков, либо при контакте диэлектрика с металлолом. Накапливающийся на трущихся поверхностях заряд может легко и без последствий стекать на землю, но только в том случае, если само тело является проводником электричества, и было заземлено.

Заряд может оставаться на поверхности в течение длительного времени после того, как контакт прекратится. Для сохранения нужно, чтобы время разрушения контакта было меньше, чем время, за которое происходит уменьшение напряжения и возвращение материалов в состояние равновесия.

Почему возникает статическое электричество

Основные причины образования статического электричества (статики) сводятся к следующему:

• наличие контакта между поверхностями, изготовленными из разных материалов;
• ультрафиолетовое излучение и радиация;
• разделение физических тел;
• быстрый перепад температуры.

Чаще всего причиной возникновения статики является именно контакт между двумя поверхностями. Хотя это явление еще недостаточно изучено, ясно, что оно связано со сложными процессами перераспределения ионов и электронов. Причем это касается не только твердых предметов. Статическое электричество может возникать и при контакте диэлектриков в жидких и газообразных формах. Главное условие – эти вещества должны иметь разную диэлектрическую проницаемость. Поэтому в чистом виде газ и не электризуется, а вот при утечке из баллона это вполне возможно. Кроме того, газ или жидкость могут содержать примеси. Например, в баллоне или резервуаре, в трубопроводе или другом коммуникационном устройстве внутри может оказаться ржавчина, и это спровоцирует образование и сохранение электростатического заряда. Вот почему очистке газов и жидкостей следует уделить максимум внимания.

На производстве статика чаще всего образуется при распылении, дроблении, смешивании вещества, а также при их транспортировке.

Опасные и вредные факторы статического электричества

Статика опасна по многим причинам. Прежде всего, на производстве она мешает нормальному технологическому процессу:

• в электронной промышленности притягивается пыль к чувствительным узлам и деталям;
• в полиграфии – из-за притягивания пыли может загрязниться запечатываемая поверхность;
• прилипание материалов замедляет подготовку;
• статика может вывести из строя детали оборудования;
• разряд может привести к искре и возгоранию, что особенно опасно для предприятий, использующих в качестве сырья легковоспламеняющиеся материалы.

Опасность статического электричества – это еще и негативное влияние на здоровье человека. Это не так опасно, как разряд тока, но при длительном воздействии может привести к неприятностям с нервной и сердечно-сосудистой системой.

Защита от электростатики

Правила защиты от статики прописаны в некоторых нормативных документах. Главным образом это ГОСТ 12.4.124, полностью посвященный стандартам безопасности труда, в том числе и соответствующим защитным мерам. Также есть «Правила защиты от статики», разработанные для предприятий химической и нефтеперерабатывающей промышленности.

Защита от статики предполагает решение следующих задач:

• Предотвращение накопления статики на узлах оборудования, проводящих ток – это достигается путем заземления соответствующих устройств (не только самого оборудования и станков, но и коммуникаций – например, трубопроводов).
• Снижение электрического сопротивления материалов, подлежащих обработке.
• Уменьшение интенсивности заряда статики. Для этого необходимо подобрать такую скорость движения веществ, при которой исключается их разбрызгивание и дробление, а также распыление.
• Очистка жидкостей и газов от примесей – это также делается для снижения интенсивности заряда.
• Отвод заряда статики, который скапливается, на людей.

На предприятии должны быть устроены специальные заземленные зоны и рабочие площадки. Обязательно нужно позаботиться о заземлении дверных ручек и лестничных поручней, рукояток различного оборудования. Все операторы, работающие с такой техникой, должны быть снабжены спецодеждой.

Защита рабочего места

Человеческое тело само по себе является проводником тока. Поэтому защита от статики требуется работникам предприятия, нужно обезопасить каждое рабочее место. Оборудование должно быть заземлено, на полу должен быть постелен токопроводящий коврик. Также на каждом рабочем месте должен быть излучатель ионизированного воздуха, который нейтрализует заряд. Существуют разные виды защитного оборудования – это антистатические планки, ионизирующий пистолет и т.д. Выбирать нужный вариант следует, исходя из особенностей производства.

Человек должен носить защитную одежду. Обязательно следует снабдить операторов специальной обувью на токопроводящей подошве, чтобы заряд как будто стекал и отводился в землю.