Protecció contra l'electricitat estàtica en la vida quotidiana i en el lloc de treball

L'activitat diària de cada persona està relacionada amb el seu moviment a l'espai. A més, no només camina, sinó que també es desplaça amb transport.

Durant cada moviment, es produeix una redistribució de les càrregues estàtiques, canviant l'equilibri de l'equilibri intern entre els àtoms i els electrons de cada substància. Està relacionat amb el procés d'electrificació, la formació d'electricitat estàtica.

En sòlids, la distribució de càrregues es deu al moviment dels electrons, i en líquids i gasos, tant electrons com ions carregats. Tot plegat fa una diferència potencial.

Causes de l'electricitat estàtica

Els exemples més habituals de la manifestació de forces estàtiques s'expliquen a l'escola en les primeres lliçons de física, quan freguen varetes de vidre i ebonita sobre draps de llana i demostren l'atracció dels petits trossos de paper.

També es coneix l'experiència de desviar un corrent prim d'aigua sota l'acció de càrregues estàtiques concentrades en una vareta d'ebonita.

A la vida quotidiana, l'electricitat estàtica es manifesta amb més freqüència:

• quan porteu roba de llana o sintètica;

• caminar amb sabates de sola de goma o mitjons de llana sobre catifes i batum;

• ús d'articles de plàstic.

La situació s'agreuja per:

• aire sec a les instal·lacions;

• murs de formigó armat, a partir dels quals es fan edificis de diverses plantes.

Com es genera l'estàtica

Normalment, el cos físic conté un nombre igual de partícules positives i negatives, per això s'hi crea un equilibri que garanteix el seu estat neutre. Quan es pertorba, el cos adquireix una càrrega elèctrica d'un signe determinat.

Estàtica significa un estat de repòs quan el cos no es mou. La polarització pot ocórrer dins de la seva substància: el moviment de càrregues d'una part a una altra o la seva transferència des d'un objecte proper.

L'electrificació de substàncies es produeix per l'adquisició, eliminació o separació de càrregues quan:

• interacció de materials a causa de forces de fricció o de rotació;

• caiguda brusca de la temperatura;

• irradiació de diferents maneres;

• dividint o tallant cossos físics.

Càrregues elèctriques distribuïts a la superfície de l'objecte o a una distància d'aquest a diverses distàncies interatòmiques. Per als cossos no connectats a terra, s'estenen per l'àrea de la capa de contacte, i per als connectats al contorn del sòl, flueixen cap a ella.

L'adquisició de càrregues estàtiques del cos i el seu drenatge es produeixen simultàniament. L'electrificació es produeix quan el cos rep un potencial d'energia més gran del que gasta en l'entorn extern.

D'aquesta posició es desprèn una conclusió pràctica: per protegir el cos de l'electricitat estàtica, cal drenar les càrregues resultants al bucle de terra.

Mètodes d'estimació d'electricitat estàtica

Les substàncies físiques, segons la seva capacitat per formar càrregues elèctriques de diferents signes quan interaccionen per fricció amb altres cossos, es caracteritzen a l'escala de l'efecte triboelèctric. Alguns d'ells es mostren a la foto.

Com a exemple de la seva interacció es poden citar els fets següents:

• caminar amb mitjons de llana o sabates amb soles de goma sobre una catifa seca pot carregar el cos humà fins a 5 ÷ -6 kV;

• la carrosseria d'un cotxe que es mou per una carretera seca adquireix un potencial de fins a 10 kV;

• la corretja de transmissió que fa girar la politja està carregada a 25kV.

Com podeu veure, el potencial de l'electricitat estàtica arriba a valors molt elevats fins i tot en condicions domèstiques. Però això no ens fa gaire mal, ja que no té molta potència, i la seva descàrrega passa per l'alta resistència de les pastilles de contacte i es mesura en mil·liampers o una mica més.

A més, es redueix significativament per la humitat de l'aire. El seu efecte sobre la quantitat d'estrès corporal en contacte amb diferents materials es mostra al gràfic.

De la seva anàlisi es desprèn la conclusió: en un ambient humit, l'electricitat estàtica apareix menys. Per tant, s'utilitzen diverses cremes hidratants per combatre-ho.

A la natura, l'electricitat estàtica pot ser enorme.Quan els núvols es mouen a llargues distàncies, s'acumulen potencials importants entre ells, que es manifesten amb un llamp, l'energia dels quals és suficient per dividir un arbre centenari al llarg del tronc o cremar un edifici residencial.

Quan l'electricitat estàtica es descarrega en la vida quotidiana, sentim el "pessigament" dels dits, veiem espurnes emeses per les coses de llana, sentim una disminució d'energia i eficiència. El corrent al qual està exposat el nostre cos en la vida quotidiana té un efecte negatiu sobre la salut, l'estat del sistema nerviós, però no causa danys evidents i visibles.

Els fabricants d'equips de mesura industrial produeixen dispositius que permeten determinar amb precisió la magnitud de la tensió de les càrregues estàtiques acumulades tant a les caixes d'equips com al cos humà.

Com protegir-se de l'electricitat estàtica a casa

Cadascun de nosaltres hauria d'entendre els processos que formen les descàrregues estàtiques que suposen una amenaça per al nostre cos. Han de ser coneguts i limitats. Amb aquesta finalitat es duen a terme diverses activitats educatives, entre elles programes de televisió populars per a la població.

En ells, amb l'ajuda dels mitjans disponibles, es mostren mètodes per crear tensió estàtica, principis de la seva mesura i mètodes per dur a terme mesures preventives.

Per exemple, tenint en compte l'efecte triboelèctric, el millor és utilitzar pintes de fusta natural per pentinar els cabells, no de metall o plàstic, com fa la majoria de la gent. La fusta té propietats neutres i no forma càrregues quan es frega al cabell.

Per eliminar el potencial estàtic de la carrosseria del cotxe quan es condueix per una carretera seca, s'utilitzen tires antiestàtiques especials unides a la part inferior. Diversos tipus d'aquests estan àmpliament disponibles per a la venda.

Si no hi ha aquesta protecció al cotxe, el potencial de tensió es pot eliminar mitjançant la posada a terra a curt termini de la caixa mitjançant un objecte metàl·lic, per exemple, una clau d'encesa del cotxe. És especialment important seguir aquest procediment abans de repostar.

Quan s'acumula una càrrega estàtica a la roba feta de materials sintètics, es pot eliminar tractant el vapor d'un recipient especial amb una composició antiestàtica. En general, és millor utilitzar menys aquests teixits i utilitzar materials naturals com el lli o el cotó.

Les sabates amb sola de goma també ajuden a augmentar la càrrega. N'hi ha prou amb posar-hi plantilles antiestàtiques de materials naturals, ja que es reduirà l'efecte nociu sobre el cos.

Ja s'ha comentat la influència de l'aire sec característic dels apartaments urbans a l'hivern. Els humidificadors especials o fins i tot petits trossos de tela humitejada col·locats als articles de la llar milloren el medi ambient i redueixen la formació d'electricitat estàtica. Però la neteja humida regular a l'interior us permet eliminar les partícules electrificades i la pols de manera oportuna. Aquesta és una de les millors maneres de protegir-se.

Els electrodomèstics també acumulen càrregues estàtiques a la caixa durant el funcionament El sistema de connexió equipotencial connectat a la presa de terra comuna del circuit de l'edifici està dissenyat per reduir-ne l'impacte.Fins i tot una simple banyera d'acrílic o una antiga estructura de ferro colat amb el mateix insert està subjecta a una acció estàtica i s'ha de protegir d'aquesta manera.

Com es fa la protecció contra l'electricitat estàtica en la producció?

Factors que redueixen el rendiment dels equips electrònics

Les descàrregues generades en la fabricació de materials semiconductors poden causar grans danys, alterar les característiques elèctriques dels dispositius o fins i tot desactivar-los completament.

En entorns de producció, l'eliminació pot ser arbitrària i dependre de diversos factors:

• els valors de la capacitat rebuda;

• potencial energètic;

• resistència elèctrica dels contactes;

• tipus de transitoris;

• altres accidents.

En aquest cas, en el moment inicial de l'ordre de deu nanosegons, el corrent de descàrrega augmenta fins a un màxim i després disminueix entre 100 i 300 ns.

A la foto es mostra la naturalesa de l'aparició de descàrregues estàtiques en un dispositiu semiconductor a través del cos de l'operador.

La magnitud del corrent es veu afectada per: la capacitat de la càrrega acumulada per una persona, la resistència del seu cos i els coixinets de contacte.

En la fabricació d'equips elèctrics, es poden crear descàrregues estàtiques sense intervenció de l'operador a causa de la formació de contactes a través de superfícies posades a terra.

En aquest cas, el corrent de descàrrega es veu afectat per la capacitat de càrrega acumulada per la carcassa del dispositiu i la resistència dels coixinets de contacte formats. En aquest cas, el potencial d'alta tensió induït i el corrent de descàrrega afecten simultàniament el semiconductor en l'instant inicial.

A causa d'un efecte tan complex, el dany pot ser:

1.concretament, quan el rendiment dels elements es redueixi fins a tal punt que esdevinguin inutilitzables;

2. ocult: reduint els paràmetres de sortida, de vegades fins i tot entrant dins de les característiques de fàbrica establertes.

El segon tipus de mal funcionament és difícil de detectar: ​​sovint afecten la pèrdua de productivitat durant el treball.

Un exemple d'aquest dany per l'acció d'una tensió estàtica alta es mostra en els diagrames de desviació de les característiques volt-ampere aplicades al díode KD522D i al circuit integrat KR1005VI1 LSI.

La línia marró número 1 mostra els paràmetres dels dispositius semiconductors abans de les proves amb tensió augmentada, i les corbes número 2 i 3 mostren la seva reducció sota la influència del potencial induït augmentat. En el cas número 3, té un impacte més gran.

Els danys poden ser causats per accions de:

• tensió induïda sobreestimada que trenca la capa dielèctrica dels dispositius semiconductors o trenca l'estructura cristal·lina;

• alta densitat de corrent que provoca alta temperatura que condueix a la fusió dels materials i la crema de la capa d'òxid;

• proves, formació tèrmica elèctrica.

Els danys latents poden afectar el treball no immediatament, sinó després de diversos mesos o fins i tot anys de treball.

Mètodes de realització de la protecció ESD en producció

Segons el tipus d'equip industrial, s'utilitza un dels mètodes següents per mantenir l'operabilitat o la seva combinació:

1. eliminant la formació de càrregues electrostàtiques;

2. bloquejar la seva entrada al lloc de treball;

3. augmentar la resistència dels aparells i accessoris a l'acció de les descàrregues.

Els mètodes #1 i #2 us permeten protegir un gran grup de dispositius diferents en un complex, i el #3 s'utilitza per a dispositius individuals.

L'alta eficiència en el manteniment de l'operativitat de l'equip s'aconsegueix col·locant-lo en una gàbia de Faraday, un espai envoltat per tots els costats per una fina malla de malla metàl·lica connectada al bucle de terra. Els camps elèctrics externs no penetren al seu interior i té un imant estàtic.

Els cables blindats funcionen amb aquest principi.

La protecció contra l'acció estàtica es classifica segons els principis d'implementació de:

• físic i mecànic;

• química;

• constructivament i tecnològicament.

Els dos primers mètodes permeten prevenir o reduir la formació de càrregues estàtiques i augmentar la velocitat del seu drenatge. El tercer mètode protegeix els dispositius dels efectes de les càrregues, però no afecta el seu drenatge.

Podeu millorar el drenatge de residus mitjançant:

• crear una corona;

• augmentant la conductivitat dels materials sobre els quals s'acumulen càrregues.

Resoldre aquests problemes:

• ionització de l'aire;

• augment de les superfícies de treball;

• selecció de materials amb la millor conductivitat volumètrica.

Gràcies a la seva implantació, es creen carreteres preparades prèviament per conduir càrregues estàtiques al circuit de terra, excloent el seu impacte en els elements de treball dels dispositius. En aquest cas, es té en compte que la resistència elèctrica total del camí creat no ha de superar els 10 ohms.

Si els materials tenen una gran resistència, la protecció es fa d'altres maneres. En cas contrari, les càrregues comencen a acumular-se a la superfície, que es poden descarregar en contacte amb el terra.

A la foto es mostra un exemple de la implementació d'una protecció electrostàtica complexa al lloc de treball per a un operador que es dedica al manteniment i ajust de dispositius electrònics.

La superfície de la taula està connectada al bucle de terra mitjançant un cable de connexió i un coixinet conductor mitjançant terminals especials. L'operador treballa amb roba especial, fa servir sabates amb soles conductores i s'asseu en una cadira amb un seient especial. Totes aquestes mesures permeten disposar eficaçment de les càrregues acumulades sobre el terreny.

Els ionitzadors d'aire de treball regulen la humitat, redueixen el potencial d'electricitat estàtica. En utilitzar-los, es té en compte que l'augment del contingut de vapor d'aigua a l'aire afecta negativament la salut humana. Així que intenten mantenir-lo al voltant del 40%.

A més, una forma eficaç pot ser la ventilació regular de l'habitació o l'ús d'un sistema de ventilació en ella, quan l'aire passa pels filtres, s'ionitza i es barreja, assegurant així la neutralització de les càrregues resultants.

Per reduir el potencial acumulat pel cos humà, les polseres es poden utilitzar per complementar el conjunt de roba i sabates antiestàtiques. Consten d'una banda conductora que s'enganxa a l'espatlla amb una sivella. Aquest últim està connectat al cable de terra.

Amb aquest mètode, el corrent que flueix pel cos humà es limita. El seu valor no ha de superar un mil·liamp. Valors més grans poden causar dolor i lesions elèctriques.

Durant la descàrrega de la càrrega a terra, és important assegurar la velocitat de la seva descàrrega en un segon.Amb aquesta finalitat s'utilitzen revestiments de sòls amb baixa resistència elèctrica.

Quan es treballa amb plaques de semiconductors i components electrònics, també es proporciona protecció contra danys per electricitat estàtica:

• anul·lació forçada dels terminals de plaques i blocs electrònics durant les inspeccions;

• utilitzant eines i soldadors amb capçals de treball posats a terra.

Els contenidors de líquids inflamables situats als vehicles estan connectats a terra amb una cadena metàl·lica. Fins i tot el fuselatge de l'avió està equipat amb cables metàl·lics que funcionen com a protecció contra l'electricitat estàtica durant l'aterratge.