Istnieją cztery główne obszary problemowe, z których każdy omówiono bardziej szczegółowo poniżej:
- Elektrostatyczne przyciąganie i odpychanie
- Ryzyko pożaru – strefy EX
- Wstrząsy dla operatorów
- Wyładowania elektrostatyczne (ESD) w elektronice
Elektrostatyczne przyciąganie i odpychanie
Jest to prawdopodobnie najbardziej rozpowszechniony problem w branży tworzyw sztucznych, opakowań, papieru, tekstyliów i podobnych. Przejawia się jako niewłaściwe zachowanie produktu, sklejanie się, odpychanie, przyklejanie do maszyn, przyciąganie kurzu do wyprasek, złe nawijanie i wiele innych objawów.
Prawo Coulomba rządzi przyciąganiem i odpychaniem. Zasadniczo jest to prawo odwrotnych kwadratów. W uproszczonej formie:
Siła przyciągania lub odpychania (w niutonach) Ładunek (A) x Ładunek (B) w kulombach
= ————————————————
(Odległość między obiektami w m) 2
Zatem powaga problemu jest bezpośrednio związana z wielkością ładunku statycznego i odległością między przyciąganymi lub odpychanymi obiektami.
Przyciąganie lub odpychanie następuje po liniach pola pola elektrycznego (często nazywanych liniami strumienia, gdy reprezentują siłę lub przemieszczenie). Jeśli oba ładunki mają tę samą biegunowość, będą się odpychać. Jeśli mają różne polaryzacje, będą się przyciągać. Jeśli tylko jeden z produktów jest naładowany, spowoduje to przyciąganie, tworząc ładunek lustrzanego odbicia w nienaładowanych produktach:
Ryzyko pożaru (obszary EX)
Ryzyko pożaru jest bardzo ważne w powlekaniu, wklęsłodruku i innych gałęziach przemysłu, w których używane są palne rozpuszczalniki. Ładunek statyczny na folii powoduje wyładowanie iskry, które zapala rozpuszczalnik i powoduje pożar.
Poniżej znajduje się krótkie teoretyczne wprowadzenie do zdolności wyładowania statycznego do wywołania zapłonu w środowisku palnym.
Zdolność wyładowania do wywołania zapłonu zależy od wielu zmiennych:
- Rodzaj wyładowania
- Źródło wyładowania
- Energia rozładowania
- Szybkość rozładowania
- Obecność łatwopalnego środowiska – często rozpuszczalnika, ale może to być pył lub ciecz
- Minimalna energia zapłonu (MIE) środowiska palnego
Rodzaje wyładowań
Istnieją trzy odpowiednie rodzaje wyładowań:
- Iskra – zwykle pochodzi z dobrze przewodzącego ciała, które jest izolowane elektrycznie. Może to być ludzkie ciało, część maszyny lub narzędzie. Zakłada się, że cała energia jest rozpraszana w iskry. Jeśli energia jest większa niż minimalna energia zapłonu (MIE) par rozpuszczalnika, może dojść do zapłonu. Oblicza się energię iskry: Energia w dżulach = ½CV2.
- Rozładowanie szczotek – zwykle ma miejsce, gdy narożnik części maszyny koncentruje ładunek w większym arkuszu lub wstędze materiału nieprzewodzącego. Generalnie mniej energii niż iskra, a więc mniej zapalająca.
- Wyładowanie szczotki propagującej – występuje na wysoce rezystancyjnych arkuszach i wstęgach z tworzywa sztucznego, w których występuje duża gęstość ładunku o przeciwnej biegunowości po każdej stronie materiału. Może to być spowodowane tarciem lub bombardowaniem farbą proszkową. Efekt jest podobny do rozładowania kondensatora płytowego i może być bardziej zapalający niż iskra.
Źródło i energia wyładowania
Rozmiar i geometria są ważnymi czynnikami. Im większe ciało, tym więcej energii może zawierać. Ostre punkty zwiększają siłę pola i zachęcają do wyładowania
Szybkość wyładowania
Jeśli ciało trzymające energię nie jest bardzo przewodzące, np. ludzkie ciało, opór spowolni wyładowanie i zmniejszy jego niebezpieczeństwo. W przypadku ludzkiego ciała obowiązuje ogólna zasada, że należy je traktować jako zdolne do zapłonu wszystkich rozpuszczalników o minimalnej energii zapłonu (MIE) mniejszej niż 100 mJ, nawet jeśli 2 lub 3 razy więcej energii jest magazynowane w energii ciała.
Nie uwzględniono tu wyładowania koronowego. Jest to wolniejsze, niskoenergetyczne wyładowanie z punktu. Uważa się, że jest problematyczne tylko w najbardziej wrażliwych obszarach.
Minimalna energia zapłonu (MIE)
Ważna jest minimalna energia zapłonu rozpuszczalnika i jego stężenie w obszarze niebezpiecznym. Jeśli MIE jest mniejsza niż energia wyładowania, może dojść do pożaru.
Innymi źródłami zapłonu w obszarach niebezpiecznych są nieuziemieni operatorzy i pływające przewody. Operator idący przez niebezpieczny obszar w butach treningowych lub podobnym nieprzewodzącym obuwiu ryzykuje wyładowanie z ciała, które może spowodować zapłon wrażliwych rozpuszczalników. Nieuziemiona i przewodząca część maszyny jest podobnie niebezpieczna. Dobre uziemienie jest niezbędne we wszystkim w obszarze niebezpiecznym.
Wstrząsy dla operatorów
Szoki dla operatorów stają się coraz ważniejsze, ponieważ kwestie związane ze zdrowiem i bezpieczeństwem zyskują na znaczeniu i zakresie.
Wstrząsy statyczne są nieprzyjemne, ale zwykle nie są niebezpieczne, chyba że powodują reakcję odrzutu, która wrzuca operatora do maszyny lub na tor nadjeżdżającego pojazdu. Istnieją 2 typowe przyczyny:
- Ładowanie indukcyjne
- Wstrząsy produktu
Ładowanie indukcyjne
Jeśli osoba znajduje się w polu elektrycznym naładowanego przedmiotu, takiego jak zwijająca się rolka filmu, jej ciało może zostać naładowane przez indukcję.
Operator zostaje naładowany, ładunek ten pozostaje w ciele operatora (jeśli ma on buty izolacyjne) do momentu dotknięcia uziemionej części maszyny. Następnie ładunek spadnie na uziemienie, wywołując szok dla operatora.
Dzieje się tak również wtedy, gdy operator manipuluje naładowanymi przedmiotami i materiałami – ładunek gromadzi się w organizmie z powodu izolujących butów.
Gdy operator dotknie metalowej części maszyny, ładunek może uciec i spowodować wstrząs. Wstrząsy wywołane chodzeniem po nylonowych dywanach są spowodowane ładunkiem elektrostatycznym między wykładziną a butami. Wstrząsy, które odczuwają kierowcy samochodów, gdy wysiadają z samochodu, są spowodowane ładunkiem generowanym między siedzeniem a ubraniem kierowcy, gdy są one oddzielone. Rozwiązaniem tego ostatniego jest dotknięcie metalowej części samochodu, np. Ramy drzwi, gdy kierowca opuszcza siedzenie. Dzięki temu ładunek przechodzi na ziemię przez samochód i opony bez powodowania wstrząsu.
Wstrząsy spowodowane produktem
Jest możliwe, ale rzadsze, aby operator doznał wstrząsu spowodowanego materiałem.
Jeśli w zwijarce jest bardzo duży ładunek, palce operatora mogą skoncentrować ładunek, aż osiągnie punkt załamania i utworzy wyładowanie.
Alternatywnie, jeśli w polu elektrycznym znajduje się metalowy przedmiot, który nie jest połączony z ziemią, może zostać naładowany przez indukcję. Ponieważ metalowy przedmiot przewodzi prąd, ładunek jest ruchomy i zostanie rozładowany osobie, która go dotknie.
Wyładowania elektrostatyczne w elektronice
Kontrolowanie elektryczności statycznej jest ważne podczas obsługi zespołów i komponentów elektronicznych w nowoczesnych systemach sterowania, w tym tagach i etykietach RFID. W elektronice problematyczne poziomy elektryczności statycznej mogą być bardzo małe – zaledwie kilka woltów w porównaniu z tysiącami woltów, które są typowe w innych zastosowaniach przemysłowych. Ten wymóg zrównoważonej jonizacji sprawia, że wiele normalnych przemysłowych eliminatorów ładunków elektrostatycznych jest nieodpowiednich.
Często niebezpieczeństwo wiąże się z ładunkiem statycznym w ludzkim ciele – który może być znaczny. Dlatego osoby zajmujące się montażem elektroniki noszą opaski na nadgarstki – opaski na nadgarstki odprowadzają ładunki elektrostatyczne z ciała. Sprzęt jonizacyjny służy do neutralizacji ładunku w innych produktach i materiałach, w których uziemienie nie ma zastosowania – w tym w materiałach nieprzewodzących.
Prąd w wyładowaniu z ludzkiego ciała lub innego obiektu wytwarza ciepło, które odparowuje złącza, połączenia i szczelinę między ścieżkami w elementach elektronicznych. Wysokie napięcie powoduje również rozbicie cienkich powłok tlenkowych na MOS i innych powlekanych urządzeniach. Powoduje to awarię produktu.
Czasami element nie jest całkowicie zniszczony, co może być jeszcze bardziej problematyczne, ponieważ awaria wystąpi później, gdy produkt będzie używany.
Ogólna zasada: upewnij się, że korpus lub inne produkty nie zawierają ładunku elektrostatycznego podczas obsługi lub znajdowania się w pobliżu wrażliwych elementów.
Wymaga to połączenia uziemienia i jonizacji. Istnieje europejska i międzynarodowa norma dotycząca postępowania z wrażliwymi elementami elektronicznymi: EN / IEC 61340-5-1: 2016.