Co je statická elektřina

Ke statické elektřině dochází, když je narušena intraatomická nebo intramolekulární rovnováha v důsledku zisku nebo ztráty elektronu. Typicky je atom v rovnováze díky stejnému počtu kladných a záporných částic - protonů a elektronů. Elektrony se mohou snadno pohybovat z jednoho atomu na druhý. Přitom tvoří kladné (tam, kde není žádný elektron) nebo záporné (jeden elektron nebo atom s elektronem navíc) ionty. Když dojde k této nerovnováze, vzniká statická elektřina.

Elektrický náboj elektronu je (-) 1,6 x 10 -19 coulombů. Proton se stejným nábojem má kladnou polaritu. Statický náboj v coulombech je přímo úměrný přebytku nebo nedostatku elektronů, tzn. počet nestabilních iontů. Coulomb je základní jednotka statického náboje, která určuje množství elektřiny procházející průřezem vodiče za 1 sekundu při proudu 1 ampér.

Kladnému iontu chybí jeden elektron, a proto může snadno přijmout elektron ze záporně nabité částice. Záporný iont může být buď jeden elektron, nebo atom/molekula s velkým počtem elektronů. V obou případech existuje elektron, který dokáže neutralizovat kladný náboj.

Jak vzniká statická elektřina?

Hlavní příčiny statické elektřiny:

1. Kontakt mezi dvěma materiály a jejich vzájemné oddělení (včetně tření, navíjení/odvíjení atd.).
2. Rychlá změna teploty (například při vložení materiálu do trouby).
3. Záření s vysokou energií, ultrafialové záření, rentgenové záření, rentgenové záření, silná elektrická pole (neobvyklé pro průmyslovou výrobu).
4. Řezací operace (například na řezacích strojích nebo strojích na řezání papíru).
5. Elektromagnetická indukce (vznik elektrického pole způsobeného statickým nábojem).

Povrchový kontakt a separace materiálu jsou možná nejběžnějšími příčinami statické elektřiny při zpracování svitkových fólií a fólií. Statický náboj vzniká během procesu odvíjení/navíjení materiálů nebo pohybu různých vrstev materiálů vůči sobě. Tento proces není zcela jasný, ale nejpravdivější vysvětlení pro výskyt statické elektřiny v tomto případě lze získat nakreslením analogie s plochým kondenzátorem, ve kterém se mechanická energie přeměňuje na elektrickou energii, když se desky oddělují:

Výsledné napětí = počáteční napětí x (rozteč konečných desek/rozteč počátečních desek).

Když se syntetický film dotkne podávacího/navíjecího hřídele, nízký náboj proudící z materiálu na hřídel způsobí nerovnováhu. Při průchodu materiálu kontaktní zónou s hřídelí se napětí zvyšuje stejně jako u kondenzátorových desek v okamžiku jejich oddělení. Praxe ukazuje, že amplituda výsledného napětí je omezena v důsledku elektrického průrazu, ke kterému dochází v mezeře mezi sousedními materiály, povrchové vodivosti a dalších faktorů. Když fólie opustí kontaktní zónu, můžete často slyšet slabé praskání nebo pozorovat jiskření. K tomu dochází v okamžiku, kdy statický náboj dosáhne hodnoty dostatečné k rozrušení okolního vzduchu. Před kontaktem s hřídelí je syntetický film elektricky neutrální, ale během procesu pohybu a kontaktu s podávacími plochami je proud elektronů nasměrován k filmu a nabíjí jej záporným nábojem. Pokud je hřídel kovová a uzemněná, její kladný náboj se rychle vybije.

Většina zařízení má mnoho šachet, takže množství náboje a jeho polarita se může často měnit. Nejlepší způsob kontroly statického náboje je jeho přesná detekce v oblasti bezprostředně před problémovou oblastí. Pokud je náboj neutralizován příliš brzy, může se obnovit dříve, než film dosáhne této problematické oblasti.

Teoreticky lze výskyt statického náboje znázornit jednoduchým elektrickým obvodem:

C - funguje jako kondenzátor, který ukládá náboj, jako baterie. Obvykle se jedná o povrch materiálu nebo produktu.
R je odpor, který může oslabit náboj materiálu/mechanismu (obvykle se slabým proudem). Pokud je materiálem vodič, náboj teče k zemi a nezpůsobuje problémy. Pokud je materiálem izolant, náboj nebude moci odtékat a vznikají potíže. K jiskrovému výboji dochází, když napětí nahromaděného náboje dosáhne mezní hodnoty.

Proudové zatížení je náboj generovaný například při pohybu fólie po hřídeli. Nabíjecí proud nabíjí kondenzátor (předmět) a zvyšuje jeho napětí U. Zatímco napětí stoupá, proud protéká odporem R. Rovnováhy bude dosaženo v okamžiku, kdy se nabíjecí proud stane rovným proudu cirkulujícímu uzavřeným obvodem odpor. (Ohmův zákon: U = I x R).

Pokud má předmět schopnost akumulovat značný náboj a je-li přítomno vysoké napětí, statická elektřina způsobí vážné problémy, jako je jiskření, elektrostatické odpuzování/přitahování nebo úraz elektrickým proudem.

Polarita nabíjení

Statický náboj může být kladný nebo záporný. U stejnosměrných (AC) a pasivních (kartáčových) svodičů polarita náboje obvykle není důležitá.

Měření statického náboje

Měření velikosti statického náboje je velmi důležitý postup, který umožňuje detekovat přítomnost náboje, určit jeho amplitudu a zdroj.
Jak bylo uvedeno výše, statická elektřina nastává, když je v atomu nedostatek nebo přebytek elektronů. Vzhledem k tomu, že je nemožné změřit množství náboje na povrchu předmětu v coulombech, měří se odpor nebo intenzita elektrického pole související se statickým nábojem. Tato metoda měření je široce používána v průmyslu.
Vztah mezi odporem pole a intenzitou je takový, že v jakémkoli bodě je odpor součástí gradientu intenzity.
Měřicí přístroje se sestavují převážně podle níže uvedeného schématu a měří napětí na povrchu předmětu.

A - napětí kondenzátoru se mění spolu se změnou množství náboje.

Pomocí měření ze vzdálenosti 100 mm a pomocí vzorce Q (nabití) = C (kapacita) x U (napětí) můžete vypočítat kapacitu.

Měřicí přístroje jsou obvykle snadno použitelné a velmi užitečné pro analýzu problémů, které nastaly, nebo předpovídání jejich výskytu v budoucnu.

Při měření statické elektřiny je důležité řídit se návodem k obsluze přístroje. Elektrické pole působí jedním směrem, takže jeho praktické studium není obtížné. Některé z nejzajímavějších a nejdůležitějších charakteristik elektrického pole pro měření náboje jsou:

Elektrické pole je úsek prostoru, ve kterém působí elektrické síly, jejichž velikost se vyjadřuje v coulombech.
Všechny nabité předměty jsou obklopeny elektrickým polem.
Siločáry probíhají kolmo k povrchu předmětu a udávají směr, kterým síla působí.
Elektrické pole může pokrývat několik objektů, což je důležité vzít v úvahu při provádění měření a provádění opatření k neutralizaci statického náboje.

Jak bylo uvedeno výše, ve vzdušném prostoru probíhají siločáry elektrického pole kolmo k povrchu nabitého předmětu. To umožňuje provádět měření s velmi vysokou přesností.

V případě výroby a zpracování syntetických fólií je třeba poznamenat jeden důležitý detail. Jak se materiál pohybuje podél hřídele, elektrický náboj se přenáší na hřídel a zdá se, že pole mizí. Proto není možné provádět přesné měření v blízkosti hřídele. Elektrické pole se znovu objeví, když materiál překoná kontaktní zónu a statický náboj lze opět přesně změřit.

Problémy se statickou elektřinou

Existují 4 hlavní oblasti:

Statický výboj v elektronice

Tomuto problému je potřeba věnovat pozornost, protože... často se vyskytuje při manipulaci s elektronickými jednotkami a součástmi používanými v moderních řídicích a měřicích zařízeních.
V elektronice hlavní nebezpečí spojené se statickým nábojem pochází od osoby, která náboj nese, a nelze jej ignorovat. Výbojový proud vytváří teplo, které vede ke zničení spojů, přerušení kontaktů a prasknutí stop mikroobvodu. Vysoké napětí také ničí tenký oxidový film na tranzistorech s efektem pole a dalších potažených prvcích.

Často komponenty úplně selžou, což lze považovat za ještě nebezpečnější, protože... Porucha se neprojeví okamžitě, ale v nepředvídatelnou chvíli během provozu zařízení.
Obecně platí, že při práci s díly a zařízeními citlivými na statickou elektřinu by měla být vždy přijata opatření k neutralizaci náboje nahromaděného v lidském těle. Podrobné informace o této problematice jsou obsaženy v dokumentech evropské normy CECC 00015.

Elektrostatická přitažlivost/odpuzování

Toto je možná nejrozšířenější problém, se kterým se setkáváme v závodech zabývajících se výrobou a zpracováním plastů, papíru, textilu a souvisejících průmyslových odvětví. Projevuje se tím, že materiály samostatně mění své chování - lepí se k sobě nebo se naopak odpuzují, lepí se na zařízení, přitahují prach, nesprávně se obtáčí kolem přijímacího zařízení atd.

Přitahování/odpuzování nastává v souladu s Coulombovým zákonem, který je založen na principu čtvercové opozice. V jednoduché formě je vyjádřen takto:

Síla přitažlivosti nebo odpuzování (v Newtonech) = náboj (A) x náboj (B) / (vzdálenost mezi objekty - (v metrech)).

V důsledku toho intenzita tohoto efektu přímo souvisí s amplitudou statického náboje a vzdáleností mezi přitahujícími nebo odpudivými předměty. Přitahování a odpuzování probíhá ve směru siločar elektrického pole.
Pokud mají dva náboje stejnou polaritu, odpuzují se, pokud mají opačnou polaritu, přitahují se. Pokud je jeden z objektů nabitý, vyvolá přitažlivost a vytvoří zrcadlovou kopii náboje na neutrálních objektech.

Riziko požáru

Riziko požáru není běžným problémem pro všechna průmyslová odvětví. Ale pravděpodobnost požáru je velmi vysoká v tiskařských a jiných podnicích, kde se používají hořlavá rozpouštědla.
V nebezpečných oblastech jsou nejčastějšími zdroji požáru neuzemněné zařízení a pohyblivé vodiče. Pokud má obsluha v nebezpečném prostoru atletickou nebo nevodivou obuv, existuje riziko, že jeho tělo vytvoří náboj, který by mohl způsobit vznícení rozpouštědel. Nebezpečí představují také neuzemněné vodivé části stroje. Vše, co se nachází v nebezpečné oblasti, musí být dobře uzemněno.

Následující informace poskytují stručné vysvětlení potenciálu statického výboje způsobit požár v hořlavém prostředí.

Schopnost výboje vyvolat požár závisí na mnoha proměnných faktorech:

• typ výboje;
• vybíjecí výkon;
• zdroj vybíjení;
• vybít energii;
• přítomnost hořlavého prostředí (rozpouštědla v plynné fázi, prach nebo hořlavé kapaliny);
• minimální zápalná energie (MEI) hořlavého prostředí.

Druhy výbojů

Existují tři hlavní typy – jiskrový, kartáčový a posuvný kartáčový výboj. Korónový výboj se v tomto případě nebere v úvahu, protože má nízkou energii a probíhá poměrně pomalu. Korónový výboj je většinou neškodný a měl by být zvažován pouze v oblastech s velmi vysokým nebezpečím požáru a výbuchu.

Výboj jiskry

Obvykle pochází ze středně vodivého, elektricky izolovaného předmětu. Může to být lidské tělo, součást stroje nebo nástroj. Předpokládá se, že veškerá energie náboje se rozptýlí v okamžiku jiskření. Pokud je energie vyšší než MEV páry rozpouštědla, může dojít ke vznícení.
Energie jiskry se vypočítá následovně: E (v joulech) = ½ C U2.

Výtok ze zápěstí

Kartáčový výboj nastává, když ostré části zařízení koncentrují náboj na povrchy dielektrických materiálů, jejichž izolační vlastnosti vedou k jeho akumulaci. Kartáčový výboj má nižší energii ve srovnání s jiskrovým výbojem, a proto představuje menší nebezpečí vznícení.

Vypouštění posuvného kartáče

Kluzný kartáčový výboj nastává na syntetických materiálech s vysokým měrným odporem, které mají zvýšenou hustotu náboje a různou polaritu nábojů na každé straně fólie. Tento jev může být způsoben třením nebo stříkáním práškového laku. Účinek je srovnatelný s vybitím paralelního kondenzátoru a může být stejně nebezpečný jako jiskrový výboj.

Zdroj vybití a energie

Důležitými faktory jsou velikost a geometrie rozložení náboje. Čím větší je objem tělesa, tím více energie obsahuje. Ostré úhly zvyšují intenzitu pole a podporují výboje.

Vybíjecí výkon

Pokud předmět obsahující energii nevede elektřinu příliš dobře, jako například lidské tělo, odpor předmětu zeslabí výboj a sníží nebezpečí. Pro lidské tělo platí pravidlo předpokládat, že jakákoliv rozpouštědla s vnitřní minimální zápalnou energií menší než 100 mJ se mohou vznítit, i když energie obsažená v těle může být 2 až 3krát vyšší.

Minimální energie zapalování MEV

Velmi důležitými faktory jsou minimální zápalná energie rozpouštědel a jejich koncentrace v nebezpečném prostoru. Pokud je minimální energie zapálení nižší než energie výboje, hrozí nebezpečí požáru.

Zabití elektrickým proudem

Problematice rizika statického výboje v průmyslovém prostředí je věnována stále větší pozornost. Důvodem je výrazné zvýšení požadavků na hygienu a bezpečnost práce.
Úraz elektrickým proudem způsobený statickou elektřinou není v zásadě nijak zvlášť nebezpečný. Je to prostě nepříjemné a často vyvolává silnou reakci.
Existují dvě běžné příčiny statického šoku:

Indukovaný náboj

Pokud je člověk v elektrickém poli a drží nabitý předmět, jako je cívka filmu, je možné, že se jeho tělo nabije.

Náboj zůstává v těle operátora, pokud nosí boty s izolační podrážkou, dokud se nedotkne uzemněného zařízení. Náboj stéká k zemi a zasáhne člověka. To se také děje, když se operátor dotkne nabitých předmětů nebo materiálů - kvůli izolační obuvi se náboj hromadí v těle. Když se obsluha dotkne kovových částí zařízení, může dojít k úniku náboje a úrazu elektrickým proudem.

Když lidé chodí po syntetickém koberci, při kontaktu mezi kobercem a botami vzniká statický náboj. Elektrické šoky, které řidiči dostávají při opouštění auta, jsou vyvolány nábojem, který vzniká mezi sedadlem a oblečením při zvedání. Řešením tohoto problému je dotknout se kovové části vozu, například rámu dveří, než vstanete ze sedadla. To umožňuje, aby náboj bezpečně stékal na zem skrz karoserii vozidla a pneumatiky.

Elektrické poškození způsobené zařízením

Takový úraz elektrickým proudem je možný, i když k němu dochází mnohem méně často než k poškození způsobenému materiálem.
Pokud má navíjecí cívka výrazný náboj, stává se, že prsty obsluhy koncentrují náboj natolik, že dojde až k průrazu a dojde k vybití. Navíc, pokud je kovový, neuzemněný předmět umístěn do elektrického pole, může se nabít indukovaným nábojem. Protože je kovový předmět vodivý, pohybující se náboj se vybije do osoby, která se předmětu dotkne.

Tatiana Dementieva
procesní inženýr

Článek byl připraven na základě materiálů od Fraser-antistatic (UK)

1. Indikátor tekutých krystalů

2. Zemnící zvedák

3. Tlačítko NAPÁJENÍ(tlačítko zapnutí/vypnutí)

4. Zkušební deska z nerezové oceli

5. Zemnící vodič se svorkou

6. Zásuvka pro uzemnění zařízení

7. Konektor pro připojení síťového adaptéru

Kontrola statického náboje lidského těla testerem statické elektřiny ATR-9365

Uzemněte přístroj přes zemnící konektor na zadní straně přístroje pomocí zemnícího vodiče. Klepněte na tlačítko NAPÁJENÍ měřit statický náboj produkovaný lidským tělem.

Měření lidského elektrostatického napětí pomocí testeru statické elektřiny ATR-9365

Dotkněte se rukou testovací destičky z nerezové oceli. Hodnota zobrazená na displeji je indikací intenzity elektrostatického pole na lidském těle. Pokud potřebujete vybít elektrostatický náboj, dotkněte se zdířky „Ground“ a elektrostatický náboj se vybije.

Měření rozdílu elektrostatického potenciálu mezi dvěma lidmi pomocí zkoušečky statického napětí ATR-9365

Jedna osoba se dotkne testovací desky a nepustí ji, další osoba se také dotkne testovací desky. Hodnota zobrazená na displeji je rozdíl elektrostatického potenciálu mezi lidmi.

Kontrola provozuschopnosti antistatického náramku pomocí testeru statické elektřiny ATP-9365

Před měřením se otřete nohama o zem a dotkněte se testovací destičky. Pokud je náramek vadný nebo není správně uzemněn, zařízení zobrazí určitou hodnotu elektrostatického náboje.

Správná instalace testeru statické elektřiny ATP-9365

Vyjměte zařízení, vložte baterii a zapněte napájení stisknutím tlačítka NAPÁJENÍ. Zařízení je připraveno k použití.

Poznámka: Pro montáž spotřebiče na stěnu vyberte panel vyrobený z vodivého materiálu a označte přibližná místa pro instalaci montážních šroubů v souladu s velikostí a polohou otvorů na zadním panelu spotřebiče. Upevněte tento panel na stěnu a nainstalujte zařízení přímo na něj.

Zobrazení hodnot statického napětí na displeji zařízení ATP-9365

Rozsah napětí přístroje je od 0 V do 19990 V. Naměřená hodnota napětí odpovídá hodnotě napětí zobrazené na LCD displeji vynásobené 10. Při měření přístroj zobrazuje hodnotu statického napětí a jeho polaritu.

Společnost Yuman nabízí široký sortiment přístrojů pro měření statické elektřiny vyrábí ELTEX (Německo).

Schopnost přesně měřit elektrostatické náboje (včetně vysokého napětí, elektrických polí a vysokých odporů spojených s materiály nesoucími náboj) poskytuje informační základ pro zničení destruktivní nežádoucí elektrostatické energie. Měření vysokého odporu je také důležitým nástrojem v aplikacích monitorování bezpečnosti. Přesné měření svodového odporu přispívá ke kontrole a zajišťování kvality při zachování standardizovaných vlastností materiálů.

Vzhledem k nestabilitě elektrostatických jevů musí měření statické elektřiny brát v úvahu také různé zdroje chyb. To znamená, že samotný proces měření musí splňovat přesné požadavky. Měřicí zařízení Eltex se vyznačuje vysokou přesností a širokým rozsahem možných aplikací.

Nabízíme přístroje pro měření statické elektřiny ELTEX (Německo):

Měřič elektrického pole EMF58

Vysoce citlivé přenosné zařízení. EMF58 může měřit nárůst náboje, úroveň a polaritu a vyhodnotit účinnost všech protiopatření. Dostupný čtyři rozsahy měření od ±0 kV/m do ±2 mV/m.

Měřič elektrického pole EM02

Ruční přístroj pro bezpečné měření statického náboje. Rozsah měření: ±0 až ±2 mV/m.

Měřič elektrického pole EM03

Ruční, pohodlný přístroj pro měření statického náboje, s měřicí vzdáleností volitelnou mezi 2 a 20 cm.Automatický převod a zobrazení intenzity pole ve voltech. Rozsah měření: ±0 až ±200 kV.

Společnost Yuman nabízí široký sortiment přístrojů pro měření statické elektřiny vyrábí ELTEX (Německo).

Schopnost přesně měřit elektrostatické náboje (včetně vysokého napětí, elektrických polí a vysokých odporů spojených s materiály nesoucími náboj) poskytuje informační základ pro zničení destruktivní nežádoucí elektrostatické energie. Měření vysokého odporu je také důležitým nástrojem v aplikacích monitorování bezpečnosti. Přesné měření svodového odporu přispívá ke kontrole a zajišťování kvality při zachování standardizovaných vlastností materiálů.

Vzhledem k nestabilitě elektrostatických jevů musí měření statické elektřiny brát v úvahu také různé zdroje chyb. To znamená, že samotný proces měření musí splňovat přesné požadavky. Měřicí zařízení Eltex se vyznačuje vysokou přesností a širokým rozsahem možných aplikací.

Nabízíme přístroje pro měření statické elektřiny ELTEX (Německo):

Měřič elektrického pole EMF58

Vysoce citlivé přenosné zařízení. EMF58 může měřit nárůst náboje, úroveň a polaritu a vyhodnotit účinnost všech protiopatření. Dostupný čtyři rozsahy měření od ±0 kV/m do ±2 mV/m.

Měřič elektrického pole EM02

Ruční přístroj pro bezpečné měření statického náboje. Rozsah měření: ±0 až ±2 mV/m.

Měřič elektrického pole EM03

Ruční, pohodlný přístroj pro měření statického náboje, s měřicí vzdáleností volitelnou mezi 2 a 20 cm.Automatický převod a zobrazení intenzity pole ve voltech. Rozsah měření: ±0 až ±200 kV.