其防范原则主要是抑制静电的产生,加速静电泄漏,进行静电中和等。
静电防护
为防止静电积累对人身和相关设备设施造成损害而采取的防范措施。
- 英文名称
- electrostatic protection
- 所属学科
- 电气工程
人穿非导电(指电导率小于1×10-6西/米的物体)鞋时,由于行走等活动会产生、积蓄电荷,并可达到千伏级的电位(这类动作属危险动作)。此时人触及其他物体会产生火花放电并受到电击。中国所作试验得出如图1的-
(电位-时间)曲线,图中
、×、▽等表示不同个体。在毛毯上行走、脱衣等所产生最高电位达2450伏。而在水磨石地板上重复这些活动,测得最高电位达3500~6000伏。由此可知,人体电位与地面材质有关。此外,还与空气相对湿度,内、外衣和鞋袜材质等有关。实验表明,在易燃、易爆场所,不仅工作服(外衣)不得使用化纤材料,内衣裤也不得使用。人体活动中的防静电措施主要有:穿导电性鞋,穿混有导电性纤维或用防静电剂处理的防静电工作服,带人体接地腕带,或在某些操作前,先用手接触接地铜线;必要时,工作地面需做导电化处理,如采用电导率为10-6西/米的导电性水磨石或导电性橡胶(黏面)。
人体放电和发生电击的界限:①电荷量达到(2~3)×10-7库以上即产生静电电击的放电。如表1所示,电位达3千伏左右即产生静电电击。这是人体静电电容等于或小于标准值100皮法的时候,即一般取值为90~100皮法的时候。当坐在椅子上或穿薄底鞋或旧皮鞋时,电容大于100皮法,甚至有时可达数百皮法,此时产生静电电击的界限电位比表1中的值为小。②若带电物体是导体,当带电电位达到表2中的数值及以上时,在人体上有(2~3)×10-7库以上的放电电荷量的放电,人体即受到电击。③大于100皮法的情况,对于人体附近有静电场时,以及当附近有能量较大的带电体时,人体受到源源不断的感应,可能足以使远大于100皮法的人体带有较高的异号电位,致使易燃、易爆场所产生更大的危险性,因此,应补充人体电容的可能上限值。④若带电体是非导体,发生静电电击的界限一般不能像对导体那样以带电电位来表示。但多数情况下,当带电电位为30千伏以上且由此向人体产生放电时发生静电电击。因此,这时发生静电电击的界限是以带电电位约为10千伏和带电电荷密度约为10-5库/米2作为大致的标准。但对带电状态特别不均匀时,在非导体中局部有电导率高的部分,以及带电物体里面或其附近有接地体时,不能做上述判断。
人体带电电位/kV | 静电电击的程度 | 备注 |
1.0 | 没有一点感觉 | |
2.0 | 在手指的外侧有感觉但不痛 | 产生微弱的放电声音(察觉电压) |
2.5 | 放电的部分有针触的感觉,有点哆哆嗦嗦的感觉,但不痛 | |
3.0 | 有像刺扎那样的痛感,有针扎的感觉 | |
4.0 | 在手指上有微痛感,有针深扎的痛感 | 见到放电的发光 |
5.0 | 手掌至前腕有电击的痛感 | 由指尖延伸出放电的发光 |
6.0 | 在手指上有强烈的痛感,电击后手腕觉得有些沉重 | |
7.0 | 在手指和手掌上有强烈的痛感,有麻木感 | |
8.0 | 手掌至前腕有麻木感 | |
9.0 | 在手腕上有强烈的痛感,手有严重的麻木感 | |
10.0 | 全手有痛感,有电流流过的感觉 | |
11.0 | 手指上有严重的麻木感,全手有强烈的触电感 | |
12.0 | 在较强的触电下全手有被狠打的感觉 |
静电电容量/pF | 10 | 20 | 40 | 70 | 100 | 200 | 300 | 400 | 700 | 1000 | 2000 | 2800 |
电位/kV | 25 | 14 | 7.0 | 4.05 | 2.9 | 1.4 | 0.90 | 0.70 | 0.42 | 0.29 | 0.15 | 0.10 |
两个不同的物体相互接触时,在其界面上产生电荷移动,正、负电荷相对排列形成双电层。这时,若将物体进行分离,会在两个物体上各自产生极性不同的等量电荷。一般是当相互接触的两物体在“带电序列”中所居位置离得越远则产生静电的量越大。电荷的极性则根据带电序列中的相对位置而定。
相互接触和分离过程中,物体积蓄正(+)或负(-)的过剩电荷会由于放电和传导而中和,或向空间和大地泄漏而趋向减少,这一过程称为电荷缓和。一般情况下,在产生静电的同时就开始缓和。由于凡是接触和分离的任何物体都会产生或强或弱的静电,而对于静电极为敏感的现代电子器件、新型火药、闪点很低的易燃、易爆气体(如在常温、常压下即能挥发的液氢等低闪点特种火箭燃料)等,只要有微弱的静电即可能造成事故或火灾、爆炸,所以防止产生静电或消除静电的危害是较难的技术问题。由静电导致的放电作用引起生产过程中胶片感光、电子元件损坏、力学作用引起的纤维缠结和印刷纸张不齐等,也是复杂的问题。
防止产生静电的措施:①排除产生静电的主要因素。如物体的特性、表面状态、带电历史,接触面积及其压力,分离速度。②参照表3所示的带电序列,使相互接触的物体在带电序列中所处的位置尽量接近。③使物体间的接触面积和压力缩小,温度降低,接触次数减少,分离速度放慢,接触状态不急剧变化。
(+) | (+) | (+) | (+) |
石棉 | |||
人毛*、毛皮 | |||
玻璃 | |||
云母 | |||
羊毛 | |||
尼龙 | |||
人造纤维 | |||
铅 | |||
绢 | |||
木棉 | 棉 | ||
麻 | |||
木材 | |||
人的皮肤 | |||
玻璃纤维 | |||
锌 | 醋酸酯 | ||
铝 | |||
纸 | |||
铬 | 硬橡胶 | ||
铁 | |||
铜 | |||
镍 | 橡胶 | 聚苯乙烯 | |
金 | 维尼纶 | ||
白金 | 聚丙烯 | ||
聚酯 | |||
丙烯 | |||
聚乙烯 | |||
聚偏二氯乙烯 | 硝酸纤维、赛璐 | ||
玻璃纸 | |||
氯乙烯 | |||
聚四氟乙烯 | |||
*“人毛”应包括头发、汗毛、眉毛、胡须等 |
粉体在空气输送、皮带输送或过筛过程中,会因粉体间或粉体与管壁间的摩擦而产生静电。其抑制措施有:①管道内输送速度不超过某一限值,管道直径不小于某一最小值,管内不设网、格等妨碍输送并产生静电的物体,粉体的大小和形状应进行优选。②减少管路的弯曲和收缩,避免风速和输送量的急剧变化。③采用适当的空气振动等措施,对管壁内表面进行定期清扫和检修,防止粉体的堆集。④输送管道尽量使用导电性材料制作,并将其接地。⑤优选螺旋叶片的形状和螺旋的转数上限,避免传送带发生振动或由于输送量失当而产生异常振动,且不应使粉体悬浮和飞散。⑥在斗式输送中,料斗和漏斗的壁面斜度接近于垂直,以减少摩擦面积;斗壁不使粉体落下过程受到扰乱;定期进行清扫;在料斗上尽量不安装金属制滑动固定器。⑦优选粉体的大小和形状,以及料斗的材质,使静电尽量减少。⑧料斗和漏斗等尽量使用导电性材料,并将其接地。
液体在管路输送过程中,或流过软管时,由于液体间的摩擦,或由于液体与泵发生摩擦而产生静电。在其他条件相同时,静电与流速的1.8~2次方成比例。其抑制措施:①烃类油料的流速不超过表4中所列数值。②在输送能力相同的条件下,将配管和软管的直径加大,将流速减小。③减少配管弯曲和收缩的部分,配管内壁应光滑,管内不要装设金属网、突出物等,过滤器应尽量设置于流源侧。④在任何局部和任何时间内都不应有湍流或流速急剧变化,输送初期和终了时应控制在小的流速,中期流速不得超过规定值。⑤液体中不得混入空气、水、灰尘和氧化物(锈等)等杂物。⑥在配管和软管的终端部装设直径大的、减小流速用的缓和管段与缓和罐等。⑦用油轮、罐车、油罐汽车、罐和其他容器输送液体时,应防止由于罐的振动,液体与器壁摩擦而产生静电;输送时移动速度不应急剧变化,尽量匀速移动;在罐内设隔板加以隔开,不使液体起波浪或飞溅;液体中不得混入杂物;罐的内部应定期清扫。
输送管直径/mm | 10 | 25 | 50 | 100 | 200 | 400 | 600 |
流速/(m·s-1) | 8.0 | 4.9 | 3.5 | 2.5 | 1.8 | 1.3 | 1.0 |
*二硫化碳和乙醚等特别危险的液体不适用;二者的管径分别小于24和12毫米时,流速不宜超过l米/秒 **对导电率为10-10西/米以上的液体,流速应在9~10米/秒以下 |
气体在流动和喷出过程中,会因高压空气中含有压缩机油和因压缩产生的凝结水雾,以及管锈、灰尘等的粒子流动于管内,或由开口部喷出时,粒子与壁面和附近的物体发生冲撞和摩擦而产生静电。其抑制措施位:①用空气过滤器将雾和粒子等滤除后再进行流动和喷出。②喷出流量应少,喷出压力应低,特别注意氢气类喷出引起爆炸。③管路和软管等在使用前应清扫,清除锈和灰尘。④凝缩二氧化碳喷出时,应避免开口部出现干冰,因为它与液相成分互相冲撞和摩擦,或与壁面冲撞、摩擦和飞溅而产生静电。⑤液化石油气瓶、管的开口部及法兰应清扫,并保持清洁。⑥氢、乙炔、丙烷、城市煤气和氮气的储气瓶、管路、软管等在使用前应进行清扫,清除锈和水分等。尽量不用胶皮管,而使用金属管,并将其接地。⑦水蒸气管道开口部易产生静电,应尽量使用干燥的水蒸气,喷出量应少,喷出压力应尽量限制在98牛/厘米2以下,且应使用静电少的喷嘴,喷嘴与物体间应有足够的距离。⑧烟雾剂和油漆喷雾时,不要对着近距离的物体进行大量和激烈的喷出。
航天器在飞行中与空气摩擦而产生静电(图2),是火箭高度(千米)与电位(千伏)的关系。利用装于适当位置的防静电针,可将静电泄放到大气中,以防止电位的过度升高。中国发射同步卫星的捆绑式火箭即装有防静电针。其抑制措施:除降低速度、压力、减少摩擦及接触频率,选用适当材料及形状,增大电导率等外,还可采取下列措施:①接地。即将金属导体与大地(接地装置)进行电气上的连接,以便将电荷泄漏到大地。此法适合于消除导体和电阻率在108欧厘米以下物体上的静电,而不宜用来消除绝缘体上的静电,因为绝缘体的接地容易发生火花放电,引起易燃易爆液体、气体的点燃或造成对电子设施的干扰。应使绝缘体与大地间保持106~109欧的电阻。仅供消除导体上静电用的接地,电阻值一般不宜超过100~1000欧。非金属导体接地处应包上接触可靠的金属物或使用导电涂料,接触面积不小于10平方厘米。移动设备不能保持经常接地,接地操作应选在没有危险的场合和时间。②搭接(或跨接)。即将两个以上独立的金属导体进行电气上的连接,使其相互间大体上处于相同的电位(图3)。③屏蔽。即用接地的金属线或金属网等将带电的物体表面进行包覆,从而将静电危害限制到不致发生的程度。屏蔽措施还可防止电子设施受到静电的干扰。④对几乎不能泄漏静电的绝缘体,采用抗静电剂以增大电导率,使静电易于泄漏。⑤采用喷雾、洒水等方法。使环境相对湿度提高到60%~70%,以抑制静电的产生,解决纺织厂等生产中静电的问题。⑥静电消除器。利用它产生的极性相反的离子去中和物体上的静电。常见的有高压静电消除器,离子流静电消除器,自放电式消电器,以及利用同位素辐射出的射线和
射线使空气电离的散射性消电器。