Ochrana proti statické elektřině v každodenním životě a na pracovišti

Každodenní činnost každého člověka souvisí s jeho pohybem v prostoru. Navíc nejen chodí pěšky, ale cestuje i dopravou.

Při každém pohybu dochází k redistribuci statických nábojů, které mění rovnováhu vnitřní rovnováhy mezi atomy a elektrony každé látky. Souvisí to s procesem elektrifikace, vzniku statické elektřiny.

V pevných látkách je rozložení nábojů způsobeno pohybem elektronů a v kapalinách a plynech jak elektrony, tak nabité ionty. To vše dohromady představuje potenciální rozdíl.

Příčiny statické elektřiny

Nejčastější příklady projevu statických sil vysvětlují ve škole na prvních hodinách fyziky, kdy tírají skleněné a ebonitové tyče o vlněné látky a demonstrují, jak k nim přitahují malé kousky papíru.

Známá je i zkušenost s vychylováním tenkého proudu vody působením statických nábojů soustředěných na ebonitové tyči.

V každodenním životě se statická elektřina projevuje nejčastěji:

• při nošení vlněného nebo syntetického oblečení;

• chůze v botách s gumovou podrážkou nebo vlněných ponožkách po kobercích a batumu;

• používání plastových předmětů.

Situaci zhoršuje:

• suchý vzduch v prostorách;

• železobetonové stěny, ze kterých jsou postaveny vícepodlažní budovy.

Jak se generuje statika

Fyzické tělo normálně obsahuje stejný počet pozitivních a negativních částic, proto se v něm vytváří rovnováha zajišťující jeho neutrální stav. Při narušení získává tělo elektrický náboj určitého znamení.

Statický znamená klidový stav, kdy se tělo nepohybuje. Uvnitř jeho substance může dojít k polarizaci — pohyb nábojů z jedné části do druhé nebo jejich přenos z blízkého objektu.

K elektrifikaci látek dochází v důsledku získávání, odstraňování nebo separace nábojů, když:

• interakce materiálů v důsledku třecích nebo rotačních sil;

• prudký pokles teploty;

• ozařování různými způsoby;

• dělení nebo řezání fyzických těl.

Elektrické náboje distribuované na povrchu objektu nebo ve vzdálenosti od něj v několika meziatomových vzdálenostech. U neuzemněných těles se šíří po ploše kontaktní vrstvy a u těles spojených s obrysem země k ní stékají.

Získávání statických nábojů z těla a jejich odvodnění probíhá současně. Elektrifikace je zajištěna, když tělo přijímá větší potenciál energie, než vydává ve vnějším prostředí.

Z této pozice vyplývá praktický závěr: pro ochranu těla před statickou elektřinou je nutné z něj odvést vzniklé náboje do zemní smyčky.

Metody odhadu statické elektřiny

Fyzikální látky se podle své schopnosti tvořit elektrické náboje různých znaků při interakci třením s jinými tělesy charakterizují na stupnici triboelektrického jevu. Některé z nich jsou zobrazeny na fotografii.

Jako příklad jejich vzájemného působení lze uvést následující skutečnosti:

• chůze ve vlněných ponožkách nebo botách s gumovou podrážkou po suchém koberci může nabíjet lidské tělo až 5 ÷ -6 kV;

• karoserie automobilu pohybujícího se po suché vozovce získává potenciál až 10 kV;

• hnací řemen, který otáčí řemenicí, je nabit na 25 kV.

Jak je vidět, potenciál statické elektřiny dosahuje velmi vysokých hodnot i v domácích podmínkách. To nám ale moc neškodí, protože nemá velký výkon a jeho vybíjení prochází vysokým odporem kontaktních podložek a měří se v miliampérech nebo o něco více.

Navíc ji výrazně snižuje vzdušná vlhkost. Jeho vliv na velikost tělesného napětí v kontaktu s různými materiály je znázorněn v grafu.

Z jeho analýzy vyplývá závěr: ve vlhkém prostředí se statická elektřina objevuje méně. Proto se k boji s ní používají různé zvlhčovače.

V přírodě může být statická elektřina obrovská.Při pohybu mraků na velké vzdálenosti se mezi nimi hromadí významné potenciály, které se projevují blesky, jejichž energie stačí na rozštípnutí stoletého stromu podél kmene nebo spálení obytné budovy.

Když se v každodenním životě vybije statická elektřina, cítíme „skřípnutí“ prstů, vidíme jiskry vydávané vlněnými věcmi, cítíme pokles energie a účinnosti. Proud, kterému je naše tělo v každodenním životě vystaveno, má negativní vliv na zdraví, stav nervové soustavy, ale nezpůsobuje zjevné, viditelné škody.

Výrobci průmyslových měřicích zařízení vyrábějí zařízení, která umožňují přesně určit velikost napětí nahromaděných statických nábojů jak na krabicích zařízení, tak na lidském těle.

Jak se chránit před statickou elektřinou ve vaší domácnosti

Každý z nás by měl rozumět procesům, které tvoří statické výboje, které představují hrozbu pro naše tělo. Musí být známé a omezené. Za tímto účelem jsou realizovány různé osvětové aktivity, včetně oblíbených televizních pořadů pro obyvatelstvo.

Na nich jsou pomocí dostupných prostředků ukázány způsoby vytváření statického napětí, zásady jeho měření a způsoby provádění preventivních opatření.

Například s ohledem na triboelektrický efekt je nejlepší používat k rozčesávání vlasů hřebeny z přírodního dřeva, ne kovové nebo plastové, jak to dělá většina lidí. Dřevo má neutrální vlastnosti a při vtírání do vlasů nevytváří náboje.

Pro odstranění statického potenciálu z karoserie vozu při jízdě na suché vozovce se používají speciální antistatické lišty připevněné na spodku. Různé typy těchto jsou široce dostupné na prodej.

Pokud na autě taková ochrana není, lze napěťový potenciál odstranit krátkodobým uzemněním skříně pomocí kovového předmětu, například klíče zapalování auta. Zvláště důležité je dodržet tento postup před tankováním.

Když se na oděvech vyrobených ze syntetických materiálů nahromadí statický náboj, lze jej odstranit úpravou páry ze speciální nádoby s antistatickým složením. Obecně je lepší používat méně takových látek a nosit přírodní materiály, jako je len nebo bavlna.

Boty s gumovou podrážkou také pomáhají budovat náboj. Stačí do ní vložit antistatické vložky z přírodních materiálů, protože se sníží škodlivý účinek na tělo.

O vlivu suchého vzduchu charakteristickém pro městské byty v zimě již byla řeč. Speciální zvlhčovače vzduchu nebo i malé kousky navlhčeného hadříku umístěné na domácích předmětech zlepšují životní prostředí a snižují tvorbu statické elektřiny. Ale pravidelné mokré čištění v interiéru vám umožňuje včas odstranit elektrifikované částice a prach. To je jeden z nejlepších způsobů, jak se chránit.

Elektrospotřebiče pro domácnost akumulují při provozu na krabici také statické náboje.Systém vyrovnání potenciálů napojený na společnou zem obvodu budovy je navržen tak, aby se snížil jejich vliv.I jednoduchá akrylátová vana nebo stará litinová konstrukce se stejnou vložkou podléhá statickému působení a musí být takto chráněna.

Jak probíhá ochrana před statickou elektřinou ve výrobě?

Faktory, které snižují výkon elektronických zařízení

Výboje vznikající při výrobě polovodičových materiálů mohou způsobit velké škody, narušit elektrické vlastnosti zařízení nebo je dokonce úplně vyřadit.

Ve výrobním nastavení může být likvidace libovolná a závisí na řadě různých faktorů:

• hodnoty přijaté kapacity;

• energetický potenciál;

• elektrický odpor kontaktů;

• typ přechodných jevů;

• jiné nehody.

V tomto případě se v počátečním čase v řádu deseti nanosekund vybíjecí proud zvýší na maximum a poté se během 100–300 ns sníží.

Charakter výskytu statického výboje na polovodičovém zařízení přes tělo operátora je znázorněn na fotografii.

Velikost proudu je ovlivněna: kapacitou náboje nahromaděného člověkem, odporem jeho těla a kontaktními ploškami.

Při výrobě elektrických zařízení může vzniknout statický výboj bez zásahu obsluhy v důsledku vytváření kontaktů přes uzemněné plochy.

V tomto případě je vybíjecí proud ovlivněn nabíjecí kapacitou akumulovanou pouzdrem zařízení a odporem vytvořených kontaktních podložek. V tomto případě indukovaný potenciál vysokého napětí a vybíjecí proud současně ovlivňují polovodič v počátečním okamžiku.

Kvůli tak složitému účinku může být poškození:

1.konkrétně, když se výkon prvků sníží do takové míry, že se stanou nepoužitelnými;

2. skryté — snížením výstupních parametrů, někdy dokonce spadajících do zavedených továrních charakteristik.

Druhý typ poruch je obtížné odhalit: nejčastěji ovlivňují ztrátu produktivity během práce.

Příklad takového poškození působením vysokého statického napětí ukazují grafy odchylek voltampérových charakteristik aplikovaných na diodu KD522D a integrovaný obvod KR1005VI1 LSI.

Hnědá čára číslo 1 znázorňuje parametry polovodičových součástek před zkouškami se zvýšeným napětím a křivky číslo 2 a 3 jejich snížení vlivem zvýšeného indukovaného potenciálu. V případě č. 3 to má větší dopad.

Poškození může být způsobeno akcemi:

• nadhodnocené indukované napětí, které porušuje dielektrickou vrstvu polovodičových součástek nebo porušuje krystalovou strukturu;

• vysoká proudová hustota způsobující vysokou teplotu vedoucí k roztavení materiálů a spálení oxidové vrstvy;

• zkoušky, elektrotepelný výcvik.

Latentní poškození může ovlivnit práci ne okamžitě, ale po několika měsících nebo dokonce letech práce.

Způsoby provádění ESD ochrany ve výrobě

V závislosti na typu průmyslového zařízení se používá jeden z následujících způsobů zachování provozuschopnosti nebo jejich kombinace:

1. vyloučení tvorby elektrostatických nábojů;

2. blokování jejich vstupu na pracoviště;

3. zvýšení odolnosti zařízení a příslušenství proti působení výbojů.

Metody # 1 a # 2 umožňují chránit velkou skupinu různých zařízení v komplexu a # 3 se používá pro jednotlivá zařízení.

Vysoké účinnosti při zachování provozuschopnosti zařízení je dosaženo umístěním do Faradayovy klece, prostoru obklopeného ze všech stran jemnou kovovou sítí spojenou se zemní smyčkou. Vnější elektrická pole do něj nepronikají a má statický magnet.

Na tomto principu fungují stíněné kabely.

Ochrana proti statickému působení je klasifikována podle prováděcích zásad:

• fyzikální a mechanické;

• chemikálie;

• konstruktivně a technologicky.

První dva způsoby umožňují zabránit nebo omezit tvorbu statického náboje a zvýšit rychlost jejich odvodu. Třetí metoda chrání zařízení před účinky nábojů, ale neovlivňuje jejich vypouštění.

Odvod odpadu můžete zlepšit:

• vytvoření koruny;

• zvýšení vodivosti materiálů, na kterých se hromadí náboje.

Vyřešte tyto problémy:

• ionizace vzduchu;

• zvýšení pracovních ploch;

• výběr materiálů s nejlepší objemovou vodivostí.

Díky jejich realizaci jsou vytvořeny předem připravené dálnice pro vedení statických nábojů do zemního okruhu s vyloučením jejich dopadu na pracovní prvky zařízení. V tomto případě se bere v úvahu, že celkový elektrický odpor vytvořené cesty by neměl přesáhnout 10 ohmů.

Pokud mají materiály velkou odolnost, pak se ochrana provádí jinými způsoby. Jinak se na povrchu začnou hromadit náboje, které se mohou při kontaktu se zemí vybít.

Ukázka realizace komplexní elektrostatické ochrany na pracovišti pro operátora zabývajícího se údržbou a seřizováním elektronických zařízení je na fotografii.

Povrch stolu je spojen se zemní smyčkou propojovacím vodičem a vodivou podložkou pomocí speciálních svorek. Operátor pracuje ve speciálním oděvu, nosí boty s vodivou podrážkou a sedí na židli se speciálním sedákem. Všechna tato opatření umožňují efektivní likvidaci nahromaděných nábojů na zemi.

Pracovní ionizátory vzduchu regulují vlhkost, snižují potenciál statické elektřiny. Při jejich používání se počítá s tím, že zvýšený obsah vodních par ve vzduchu nepříznivě ovlivňuje lidské zdraví. Snaží se ji tedy udržet kolem 40 %.

Efektivním způsobem může být také pravidelné větrání místnosti nebo použití ventilačního systému v ní, kdy vzduch prochází přes filtry, ionizuje se a míchá, čímž je zajištěna neutralizace vzniklých nábojů.

Pro snížení potenciálu vytvořeného lidským tělem lze sadu antistatických oděvů a bot doplnit náramky. Skládají se z vodivého pásku, který je připevněn k rameni pomocí přezky. Ten je připojen k zemnicímu vodiči.

Touto metodou je proud procházející lidským tělem omezen. Jeho hodnota by neměla přesáhnout jeden miliampér. Vyšší hodnoty mohou způsobit bolest a úraz elektrickým proudem.

Při vybíjení nálože na zem je důležité zajistit rychlost jejího vybití za jednu sekundu.K tomuto účelu se používají podlahové krytiny s nízkým elektrickým odporem.

Při práci s polovodičovými deskami a elektronickými součástkami je zajištěna také ochrana proti poškození statickou elektřinou:

• nucené přemostění svorek elektronických desek a bloků při kontrolách;

• pomocí nástrojů a páječek s uzemněnými pracovními hlavami.

Nádoby s hořlavými kapalinami umístěné na vozidlech jsou uzemněny kovovým řetězem. Dokonce i trup letadla je vybaven kovovými kabely, které fungují jako ochrana proti statické elektřině při přistání.