Statische elektriciteit - wat het is, hoe het wordt opgewekt en de problemen die ermee samenhangen

Wat is statische elektriciteit

Statische elektriciteit treedt op wanneer het intraatomaire of intramoleculaire evenwicht wordt verstoord door de winst of het verlies van een elektron. Normaal gesproken is een atoom in evenwicht vanwege hetzelfde aantal positieve en negatieve deeltjes - protonen en elektronen. Elektronen kunnen gemakkelijk van het ene atoom naar het andere gaan. Tegelijkertijd vormen ze positieve (waar geen elektron is) of negatieve (een enkel elektron of een atoom met een extra elektron) ionen. Wanneer deze onbalans optreedt, wordt statische elektriciteit opgewekt.

Zie hier voor meer informatie: Over statische elektriciteit in foto's

Elektrische lading op een elektron — (-) 1,6 x 10-19 hanger. Een proton met dezelfde lading heeft een positieve polariteit. De statische lading in coulombs is recht evenredig met de overmaat of het tekort aan elektronen, d.w.z. het aantal instabiele ionen.

De hanger is de basiseenheid van statische lading, die de hoeveelheid elektriciteit definieert die in 1 seconde bij 1 ampère door de doorsnede van een draad gaat.

Een positief ion heeft niet één elektron, daarom kan het gemakkelijk een elektron accepteren van een negatief geladen deeltje. Een negatief ion kan op zijn beurt een enkel elektron zijn of een atoom/molecuul met een groot aantal elektronen. In beide gevallen is er een elektron dat de positieve lading kan neutraliseren.

Hoe statische elektriciteit wordt opgewekt

De belangrijkste oorzaken van statische elektriciteit:

• Contact tussen twee materialen en hun scheiding van elkaar (inclusief wrijven, rollen / afwikkelen, enz.).

• Een snelle temperatuurdaling (bijvoorbeeld wanneer het materiaal in de oven wordt geplaatst).

• Hoogenergetische straling, ultraviolette straling, röntgenstralen, sterke elektrische velden (niet gebruikelijk in industriële toepassingen).

• Snijbewerkingen (bijv. op snijmachines of papiersnijmachines).

• Handleiding (opgewekte statische elektriciteit).

Oppervlaktecontact en scheiding van materialen zijn waarschijnlijk de meest voorkomende oorzaken van statische elektriciteit in de rolfilm- en kunststoffolie-industrie. Statische lading wordt gegenereerd tijdens het afwikkelen / terugspoelen van materialen of beweging van verschillende materiaallagen ten opzichte van elkaar.

Dit proces is niet helemaal duidelijk, maar de meest ware verklaring voor het optreden van statische elektriciteit kan in dit geval worden verkregen door analogie met een platte condensator, waarin mechanische energie wordt omgezet in elektrische energie wanneer de platen worden gescheiden:

Resulterende spanning = initiële spanning x (uiteindelijke plaatafstand / initiële plaatafstand).

Wanneer de kunststoffolie de invoer-/opneemrol raakt, veroorzaakt een lichte lading die van het materiaal naar de rol stroomt een onbalans. Naarmate het materiaal het contactgebied met de as overwint, stijgt de spanning op dezelfde manier als bij de condensatorplaten op het moment van hun scheiding.

De praktijk leert dat de amplitude van de resulterende spanning beperkt is als gevolg van elektrische doorslag die optreedt in de opening tussen aangrenzende materialen, oppervlaktegeleiding en andere factoren. Bij het verlaten van de film uit het contactgebied kunt u vaak een licht gekraak horen of vonken waarnemen. Dit gebeurt op het moment dat de statische lading een waarde bereikt die voldoende is om de omringende lucht af te breken.

Vóór contact met de rol is de synthetische film elektrisch neutraal, maar tijdens het bewegingsproces en contact met de voedingsoppervlakken wordt een stroom elektronen naar de film geleid en deze wordt opgeladen met een negatieve lading. Als de as van metaal is en geaard, zal de positieve lading snel leeglopen.

De meeste apparatuur heeft veel schachten, dus de hoeveelheid lading en de polariteit kunnen regelmatig veranderen. De beste manier om statische lading te beheersen, is door deze nauwkeurig te meten in het gebied vlak voor het probleemgebied. Als de lading te vroeg wordt geneutraliseerd, kan deze zich herstellen voordat de film dit probleemgebied bereikt.

Als het object een aanzienlijke lading kan opslaan en als er een hoge spanning is, zal statische elektriciteit ernstige problemen veroorzaken, zoals vonken, elektrostatische afstoting/aantrekking of elektrische schokken voor het personeel.

Laad de polariteit op

Statische lading kan positief of negatief zijn.Voor gelijkstroom (AC) en passieve begrenzers (borstels) is de ladingspolariteit meestal niet belangrijk.

Problemen met statische elektriciteit

Statische ontlading in elektronica

Het is noodzakelijk om aandacht te besteden aan dit probleem, zoals vaak gebeurt bij het werken met elektronische blokken en componenten die worden gebruikt in moderne besturings- en meetapparatuur.

In elektronica komt het grootste gevaar van statische elektriciteit van de persoon die de lading draagt ​​en mag niet worden genegeerd. De ontlaadstroom genereert warmte, wat leidt tot verbroken verbindingen, verbroken contacten en gebroken sporen van microcircuits. De hoge spanning vernietigt ook de dunne oxidefilm op de veldeffecttransistors en andere gecoate elementen.

Vaak vallen componenten niet volledig uit, wat als nog gevaarlijker kan worden beschouwd, aangezien de storing niet onmiddellijk optreedt, maar op een onvoorspelbaar moment tijdens de werking van het apparaat.

Als algemene regel geldt dat wanneer u werkt met onderdelen en apparaten die gevoelig zijn voor statische elektriciteit, u altijd stappen moet ondernemen om de opgebouwde lading op uw lichaam te neutraliseren.

Elektrostatische aantrekking/afstoting

Dit is misschien wel het meest voorkomende probleem in de kunststof-, papier-, textiel- en aanverwante industrieën. Het komt tot uiting in het feit dat de materialen onafhankelijk van elkaar hun gedrag veranderen - ze plakken aan elkaar of, omgekeerd, stoten af, kleven aan de apparatuur, trekken stof aan, onregelmatige wind op het ontvangende apparaat, enz.

Aantrekking / afstoting vindt plaats volgens de wet van Coulomb, die is gebaseerd op het principe van het tegenovergestelde van het vierkant. In zijn eenvoudigste vorm wordt het als volgt uitgedrukt:

De kracht van aantrekking of afstoting (in Newton) = Lading (A) x Lading (B) / (Afstand tussen objecten 2 (in meters)).

Daarom is de intensiteit van dit effect direct gerelateerd aan de amplitude van de statische lading en de afstand tussen aantrekkelijke of afstotende objecten. Aantrekking en afstoting vinden plaats in de richting van de elektrische veldlijnen.

Als twee ladingen dezelfde polariteit hebben, stoten ze elkaar af; als het tegenovergestelde is, trekken ze elkaar aan. Als een van de objecten is opgeladen, zal dit een aantrekking veroorzaken, waardoor een spiegelbeeld van de lading op neutrale objecten ontstaat.

Risico op brand

Brandrisico is niet een algemeen probleem voor alle industrieën. Maar de kans op brand is zeer groot in drukkerijen en andere bedrijven die ontvlambare oplosmiddelen gebruiken.

In gevaarlijke gebieden zijn de meest voorkomende ontstekingsbronnen niet-geaarde apparatuur en bewegende draden. Als een operator in een gevaarlijke zone sportschoenen of schoenen met niet-geleidende zolen draagt, bestaat het risico dat zijn lichaam een ​​lading genereert die oplosmiddelen kan doen ontbranden. Niet-geaarde geleidende onderdelen van de machine zijn ook gevaarlijk. Alles in de gevarenzone moet goed geaard zijn.

De volgende informatie geeft een korte uitleg van het ontstekingspotentieel van statische elektriciteit in ontvlambare omgevingen. Het is belangrijk dat onervaren handelaren van tevoren op de hoogte zijn van de soorten apparatuur om fouten te voorkomen bij de selectie van apparaten voor gebruik in dergelijke omstandigheden.

Het vermogen van een ontlading om brand te veroorzaken hangt af van vele variabelen:

• type verwijdering;

• ontladingsvermogen;

• ontladingsbron;

• ontladen energie;

• de aanwezigheid van een ontvlambare omgeving (oplosmiddelen in de gasfase, stof of ontvlambare vloeistoffen);

• minimale ontstekingsenergie (MEW) van een brandbaar medium.

Soorten ontlading

Er zijn drie hoofdtypen: vonk-, borstel- en schuifborstels. In dit geval wordt er geen rekening gehouden met de coronaire ontlading, omdat deze niet erg energiek is en vrij langzaam gebeurt. Corona-ontlading is over het algemeen onschadelijk en mag alleen worden overwogen in gebieden met zeer hoog brand- en explosiegevaar.

Een oprechte ontlading

Het komt voornamelijk van een matig geleidend, elektrisch geïsoleerd object. Het kan een menselijk lichaam zijn, een onderdeel van een machine of een gereedschap. Aangenomen wordt dat alle energie van de lading wordt gedissipeerd op het moment van vonken. Als de energie hoger is dan de MEW van de oplosmiddeldamp, kan er ontbranding optreden.

De vonkenergie wordt als volgt berekend: E (in Joule) = ½ C U2.

Afscheiding uit de handen

Borstelontlading treedt op wanneer scherpe apparaten de lading concentreren op de oppervlakken van diëlektrische materialen waarvan de isolerende eigenschappen ervoor zorgen dat deze zich ophoopt. Een borstelontlading heeft een lagere energie dan een vonkontlading en vormt daarom minder ontstekingsgevaar.

Verspreid met een glijdende borstel

Het spuiten met een glijdende borstel vindt plaats op vellen of rollen synthetische materialen met hoge soortelijke weerstand met verhoogde ladingsdichtheid en verschillende ladingspolariteiten aan elke kant van het web. Dit verschijnsel kan ontstaan ​​door het wrijven of spuiten van de poedercoating. Het effect is vergelijkbaar met de ontlading van een platte condensator en kan net zo gevaarlijk zijn als een vonkontlading.

Bron van kracht en energie

De grootte en geometrie van de ladingsverdeling zijn belangrijke factoren. Hoe groter het volume van het lichaam, hoe meer energie het bevat. Scherpe hoeken verhogen de veldsterkte en ondersteunen ontladingen.

Ontladingsvermogen

Als een object met energie zich niet goed gedraagt elektriciteitbijvoorbeeld een menselijk lichaam, zal de weerstand van het object de uitwerping verzwakken en het gevaar verminderen. Voor het menselijk lichaam geldt een basisregel: ga ervan uit dat alle oplosmiddelen met een interne minimale ontstekingsenergie van minder dan 100 mJ kunnen ontbranden, ondanks het feit dat de energie in het lichaam 2 tot 3 keer zo hoog kan zijn.

Minimale ontstekingsenergie MEW

De minimale ontstekingsenergie van de oplosmiddelen en hun concentratie in het gevaarlijke gebied zijn zeer belangrijke factoren. Als de minimale ontstekingsenergie lager is dan de ontladingsenergie, bestaat er brandgevaar.

Elektrische schok

Er wordt steeds meer aandacht besteed aan de kwestie van het risico van statische schokken in een industriële onderneming. Dit komt door een aanzienlijke toename van de eisen op het gebied van gezondheid en veiligheid op het werk.

Een elektrische schok veroorzaakt door statische elektriciteit is over het algemeen niet bijzonder gevaarlijk. Het is gewoon onaangenaam en veroorzaakt vaak ernstige reacties.

Er zijn twee veelvoorkomende oorzaken van statische schokken:

Geïnduceerde lading

Als een persoon zich in een elektrisch veld bevindt en een geladen voorwerp vasthoudt, zoals een filmrol, is het mogelijk dat zijn lichaam wordt opgeladen.

De lading blijft in het lichaam van de bediener als hij schoenen met isolerende zolen draagt ​​totdat hij de geaarde apparatuur aanraakt. De lading stroomt naar de grond en raakt de persoon. Dit gebeurt ook wanneer de operator geladen voorwerpen of materialen aanraakt - dankzij de isolerende schoenen hoopt de lading zich op in het lichaam. Wanneer de operator de metalen onderdelen van de apparatuur aanraakt, kan de lading worden ontladen en een elektrische schok veroorzaken.

Wanneer mensen op synthetische tapijten lopen, wordt er statische elektriciteit opgewekt door contact tussen het tapijt en de schoenen. De elektrische schokken die bestuurders krijgen als ze uit hun auto stappen, worden veroorzaakt door een lading die zich ophoopt tussen de stoel en hun kleding als ze opstaan. De oplossing voor dit probleem is om een ​​metalen onderdeel van de auto aan te raken, zoals een deurkozijn, voordat u de auto uit de stoel tilt. Hierdoor kan de lading veilig via de carrosserie en de banden naar de grond worden afgevoerd.

Door apparatuur veroorzaakte elektrische schok

Zo'n elektrische schok is mogelijk, hoewel het veel minder vaak voorkomt dan schade veroorzaakt door het materiaal.

Als de opwikkelspoel een aanzienlijke lading heeft, gebeurt het dat de vingers van de operator de lading zodanig concentreren dat deze het breekpunt bereikt en er een ontlading plaatsvindt. Als een niet-geaard metalen voorwerp zich in een elektrisch veld bevindt, kan het ook worden opgeladen met een geïnduceerde lading. Aangezien een metalen voorwerp geleidend is, zal de mobiele lading ontladen in de persoon die het voorwerp aanraakt.