В чем заключается опасность статического электричества
Чем вредно и опасно статическое электричество для человека
Каждый человек знаком со статическим электричеством, но в основном на бытовом уровне. Это явление называется электризацией – когда одежда как будто прилипает к телу, волосы при расчесывании слабо потрескивают и тянутся за пластиковой щеткой. В отличие от удара током, однократное воздействие электростатики не принесет особого вреда здоровью. Но длительное действие на протяжении нескольких месяцев или лет – вполне возможно. Поэтому нужно разобраться в том, чем вредно статическое электричество для человека и как его можно снять.
Оглавление
Что такое статическое электричество: особенности и причины возникновения
С точки зрения физики, статическое электричество – это явление, которое возникает в результате процесса переноса заряженных электронов с одной поверхности на другую. Это верно не для всех материалов, а только для диэлектриков. К таковым относятся, например, бумага, ПВХ и другие виды пластика, синтетические ткани и т.д.
В норме в диэлектриках количество положительно и отрицательно заряженных частиц совпадает, но при определенных условиях, при взаимодействии с другими предметами, происходит перенос электронов, баланс нарушается и начинает накапливаться электрический заряд.
Определение статического электричества с точки зрения физики есть. Осталось разобраться в причинах его возникновения.
После выяснения причин стоит остановиться подробнее на воздействии статики на человеческий организм, причем в краткосрочной и долгосрочной перспективе.
Опасность статики для здоровья
Рассмотрим, чем опасно статическое электричество для человека в условиях производства. В отличие от тока высокого напряжения, оно не имеет таких серьезных последствий при первом же воздействии. Человек ощущает только легкие уколы при работе с незаземленным оборудованием или различными диэлектриками. Но через какое-то время это начинает сказываться на состоянии нервной системы. Человек становится раздражительным, испытывает приступы тревожности.
При работе на взрывоопасном производстве воздействие статики чревато высоким риском появления искрового разряда. И тогда нужно будет уже бояться не только за здоровье, но и за жизнь сотрудников, потому что от искры начнется возгорание.
Некоторые люди обладают повышенной чувствительностью, для них контакты со статикой чреваты:
Регулярное прохождение статического электричества через тело могут привести к развитию неблагоприятных изменений, которые со временем могут привести к развитию профессиональных заболеваний. Систематическое воздействие электрического тока, пусть даже такое незначительное, могут вызвать большие изменения в состоянии сердечно-сосудистой системы.
Какие средства защиты используются
В этой сфере действуют достаточно жесткие правила. Методы снятия статики регламентируются различными документами, в том числе различными ГОСТами. Средства защиты от статики перечислены в ГОСТ 12.4.124 83. Там, в частности, отмечено, что все защитные средства могут быть групповыми и индивидуальными. Руководство предприятия должно обеспечить своих сотрудников всеми средствами защиты, предусмотренными в нормативных документах.
Групповые средства защиты – это:
Заземление выполняется для всех видов оборудования, также на предприятии организуют зоны заземления и рабочие площадки соответствующего типа. Заземление должно быть и у других предметов, включая ручки дверей или лестничные поручни. Экранизирующие устройства также должны быть заземлены.
Нейтрализаторы бывают разного типа – индукционного, высоковольтного, лучевого и т.д. Набольшей популярностью пользуются ионизирующие устройства типа воздушных пистолетов и блоков питания. Их характеристики подбираются для каждого конкретного случая. Увлажняющие устройства препятствуют пересушиванию воздуха, то есть в этом случае просто не создается условий для возникновения заряда.
Антиэлектростатические вещества обычно выпускают в виде жидкостей для обработки поверхности материалов. Тем же ГОСТом установлены требования к предельной концентрации таких веществ на производстве.
К индивидуальным средствам защиты относятся спецодежда и обувь с токопроводящей подошвой, которые будут рассмотрены ниже.
Методы защиты от воздействия электростатического заряда
Для защиты сотрудников используются методы, перечисленные в соответствующих ГОСТах. Особенно важно обеспечить надежную защиту на производствах, где используются взрывоопасные материалы. Ведь статическое электричество может стать причиной возникновения искрового разряда, и вскоре после этого погасить огонь уже будет сложно.
Поэтому особое внимание уделяется нейтрализации электростатических зарядов на теле человека. Используемые при этом одежда и материалы служат защитой, и при этом их подбирают так, чтобы они соответствовали ГОСТу, в котором, в частности сказано, что рабочие халаты из синтетической ткани могут быстро заряжаться до потенциала в 15 кВ, а через тело человека, одетого в такой халат, будет проходить 3 мкА. Поэтому чаще для одежды используются натуральные или смесовые ткани. На некоторых производствах используются дополнительные средства защиты – это специальные заземленные кольца и браслеты, другие устройства для защиты рук. Их сопротивление указано в документации – оно должно соответствовать нормативному.
Опасные и вредные факторы статического электричества
В настоящее время во всех отраслях промышленности широко используются диэлектрические материалы и органические вещества. В первую очередь, это полимеры и бумага, а также углеводороды и продукты нефтепереработки в разной форме. На их поверхности образуется электростатический заряд. Его накопление приводит к затруднению технологических процессов.
Оглавление
Что такое статическое электричество
Точное определение этому явлению дает ГОСТ 12.1.018, в котором статическое электричество рассматривается как совокупность явлений, связанных с появлением на поверхности (или в объеме) определенных материалом свободного электрического заряда. Накопление статического электричества на поверхности, возможно при двух условиях:
Чаще всего электростатический заряд образуется либо при трении двух диэлектриков, либо при контакте диэлектрика с металлолом. Накапливающийся на трущихся поверхностях заряд может легко и без последствий стекать на землю, но только в том случае, если само тело является проводником электричества, и было заземлено.
Заряд может оставаться на поверхности в течение длительного времени после того, как контакт прекратится. Для сохранения нужно, чтобы время разрушения контакта было меньше, чем время, за которое происходит уменьшение напряжения и возвращение материалов в состояние равновесия.
Почему возникает статическое электричество
Основные причины образования статического электричества (статики) сводятся к следующему:
Чаще всего причиной возникновения статики является именно контакт между двумя поверхностями. Хотя это явление еще недостаточно изучено, ясно, что оно связано со сложными процессами перераспределения ионов и электронов. Причем это касается не только твердых предметов. Статическое электричество может возникать и при контакте диэлектриков в жидких и газообразных формах. Главное условие – эти вещества должны иметь разную диэлектрическую проницаемость. Поэтому в чистом виде газ и не электризуется, а вот при утечке из баллона это вполне возможно. Кроме того, газ или жидкость могут содержать примеси. Например, в баллоне или резервуаре, в трубопроводе или другом коммуникационном устройстве внутри может оказаться ржавчина, и это спровоцирует образование и сохранение электростатического заряда. Вот почему очистке газов и жидкостей следует уделить максимум внимания.
На производстве статика чаще всего образуется при распылении, дроблении, смешивании вещества, а также при их транспортировке.
Опасные и вредные факторы статического электричества
Статика опасна по многим причинам. Прежде всего, на производстве она мешает нормальному технологическому процессу:
Опасность статического электричества – это еще и негативное влияние на здоровье человека. Это не так опасно, как разряд тока, но при длительном воздействии может привести к неприятностям с нервной и сердечно-сосудистой системой.
Защита от электростатики
Правила защиты от статики прописаны в некоторых нормативных документах. Главным образом это ГОСТ 12.4.124, полностью посвященный стандартам безопасности труда, в том числе и соответствующим защитным мерам. Также есть «Правила защиты от статики», разработанные для предприятий химической и нефтеперерабатывающей промышленности.
Защита от статики предполагает решение следующих задач:
На предприятии должны быть устроены специальные заземленные зоны и рабочие площадки. Обязательно нужно позаботиться о заземлении дверных ручек и лестничных поручней, рукояток различного оборудования. Все операторы, работающие с такой техникой, должны быть снабжены спецодеждой.
Защита рабочего места
Человек должен носить защитную одежду. Обязательно следует снабдить операторов специальной обувью на токопроводящей подошве, чтобы заряд как будто стекал и отводился в землю.
Статическое электричество и защита от него
Если электрические заряды свободно перемещаются по проводнику, это называется электрическим током. Если они останавливаются без движения, начинают накапливаться на чем-либо, следует говорить о статическом электричестве. В соответствии с ГОСТом, статикой называют совокупность возникновения, сохранения и свободного накопления электрического заряда на внешней поверхности диэлектризованных материалов или на изоляторах.
Возникновение статического электричества
Когда физическое тело находится в обычном нейтральном состоянии, баланс отрицательно и положительно заряженных частиц в нем соблюдается. Если же он нарушается, в теле образуется электрозаряд с тем или иным знаком, возникает поляризация – заряды приходят в движение.
Дополнительная информация. Каждый физический объект способен производить заряды либо положительного, либо отрицательного направления, чем и характеризуются по трибоэлектрической шкале.
Например:
Статическая электризация предметов может происходить вследствие различных причин. Главными из них являются следующие:
На молекулярном уровне возникновение статического электричества происходит вследствие сложных процессов, когда электроны и ионы со сталкивающихся неоднородных поверхностей с разными атомарными связями поверхностного притягивания начинают перераспределяться. Чем быстрее материалы или жидкости перемещаются друг относительно друга, ниже их удельное сопротивление, больше площади, вступающие в контакт и усилия взаимодействия, тем выше будут степень электризации и электрический потенциал.
Источниками возникновения электростатики, как в бытовых, так и в промышленных условиях, являются компьютерная и офисная техника, телевизоры и прочие агрегаты и приборы, питающиеся от электрического тока. Например, у самого простого компьютера имеется пара вентиляторов для охлаждения системного блока. При разгоне воздуха частички пыли, содержащиеся в нем, электризуются и, сохраняя заряд, оседают на окружающих предметах, коже и волосах людей и даже проникают в легкие.
Также статика в большом количестве накапливается на экранах мониторов. В домах и производственных помещениях электростатические заряды образуются на полах, покрытых линолеумом или ПВХ-плиткой, на людях (в волосах и на синтетической одежде).
В природе очень мощным бывает статическое электричество, возникающее при перемещении облачных масс: между ними возникают огромные потенциалы электроэнергии, что проявляется в грозовых разрядах.
В промышленности часто встречается образование статических зарядов в случаях:
Опасность статического электричества
Наибольшую опасность накопившееся статическое электричество представляет на промышленном производстве. Может произойти неожиданное воспламенение горючего материала искрами от прикосновения оператора с оборудованием на заземлении и последующим взрывом. Энергия электростатических разрядом иногда составляет около 1,4 джоулей – это более чем достаточно для приведения смесей пыли, пара, газа и воздуха, присутствующих в любых горючих веществах, в состояние горения. По ГОСТу наибольшая энергия накопленных зарядов на поверхности промышленного объекта не должна быть более 40 процентов от наименьшей энергии для загорания материала.
При протекании некоторых технологических операций, например:
Обратите внимание! Для того чтобы взорвались бензиновые пары, достаточно 300 вольт, горючие газы – 3 киловольта, а горючие пыли – около 5 киловольт.
Статика также негативно отражается на работе всех точных и сверхточных приборов, радиосвязном оборудовании, создает большие проблемы в функционировании средств автоматики и телевизионной механики. Многие детали сложных электронных приборов просто не рассчитаны на такие высокие значения напряжения, образуемые статическим разрядом. Он выводит эти детали из строя, в результате чего у приборов теряется точность работы.
На людях также могут скапливаться заряженные частицы, если они носят обувь с подошвами, не проводящими ток, шерстяную, шелковую или синтетическую одежду. Электризация происходит при движении (если половое покрытие не проводит электроток) и взаимодействии с диэлектрическими предметами.
Воздействие статики на человеческое тело осуществляется в виде продолжительно протекающего электротока слабого напряжения или же моментного разряда, что вызывает легкие и не всегда приятные покалывания на коже (иногда они оцениваются как умеренные или даже сильные уколы). В целом, такое воздействие потенциалом не выше 7 джоулей считается неопасным для здоровья, однако, даже слабый разряд тока может привести к рефлекторному сокращению мышц, что чревато различными производственными травмами (попадание в рабочие зоны механизмов, захват частей тела или одежды неогороженными двигающимися элементами машин, падение с высоты).
Если рассматривать действие статического электричества на человеческий организм на клеточном уровне, то в результате срабатывания нейрорефлекторного механизма происходит раздражение кожных нейронов и мельчайших капилляров. Это приводит к изменениям в ионном составе тканей нашего тела, что проявляется в повышенной утомляемости в течение дня, постоянному раздраженному психическому состоянию, нарушению ритма сна и другим проблемам в функционировании центральной нервной системы. Общая работоспособность снижается. Провоцируемые постоянным воздействием статического электричества спазмы кровеносных сосудов могут стать причиной брадикардии – уменьшения частоты сокращений сердечной мышцы и повышенного кровяного давления.
Способы защиты от статики на производстве
Против вредного и опасного проявления накопленного статического электротока в производственных условиях разрабатывается и применяется комплекс защитных мероприятий. В их основе лежат следующие методы:
Все способы, применяемые для предотвращения статических электрических разрядов, разделяют на конструкционные, технологические, химические, физические и механические. Три последних направлены главным образом на снижение активности генерирования электрозарядов и быстрейшему их уходу в почву. В то же время первые из перечисленных методов с заземлением не связаны.
В качестве высоконадежного средства защиты от статического электричества выступает так называемая клетка Фарадея. Она выполняется в виде мелкоячеистой сетки, ограждающей машины по всей площади, у нее имеется подключение к контуру заземления.
Благодаря такой конструкции, поля электричества не проникают внутрь клетки Фарадея, а на магнитное поле она никак не влияет. Электрические кабели, покрытые предварительно экраном из металлического листа, защищаются по таким же принципам.
Электростатический заряд можно оптимально уменьшить посредством возрастания токопроводимости промышленных материалов и проведением коронирования (т.е. создания на поверхности материалов воздушной плазмы коронным разрядом комнатной температуры). Достигается это с помощью специального подбора материалов, имеющих повышенную объемную проводимость, наращиванием рабочих площадей и повышением ионизации воздуха вокруг защищаемых механизмов. Специальные агрегаты – ионизаторы, генерируют положительно и отрицательно заряженные ионы, которые притягиваются к противоположно заряженным диэлектрикам и нейтрализуют их заряды.
Важно! Для веществ с высоким электросопротивлением такие способы защиты от статики не подходят.
Обязательным в перечне мероприятий по защите от статического электричества является заземление. В состав заземляющего устройства входит заземлитель (проводящий элемент) и проводник заземления между заземляющей точкой на почве и заземлителем. Достаточным заземление против электростатики считается при сопротивлении в любой точке оборудования не выше 1 мегаОм. Для оборудования часто используются проводящие пленки, покрывающие рабочую поверхность.
В рабочих помещениях настилаются антистатические полы, операторы должны работать в антистатической одежде и обуви (при этом сопротивление материала подошв не выше 100 ом).
Защита от статического электричества в быту
В бытовых условиях существует комплекс мер и мероприятий, помогающих предотвратить образование электростатических разрядов:
Не стоит забывать о защите личных автомобилей от образования статики на кузове машины, особенно перед заправкой его бензином. Делается это с помощью простой антистатической полоски под днищем кузова.
Статическое электричество – это свободные электрические заряды, собираемые на различных диэлектриках. И в промышленности, и в быту происходит накопление совсем неполезного статического электричества, и необходима защита от него, поскольку такие заряды способны нанести вред как машинам, механизмам, так и промышленным объектам и здоровью человека. Только надежные методы способны свести на нет или же совсем не допустить этого отрицательного явления.
Видео
Что такое статическое электричество и как с ним бороться?
Понятие о статическом электричестве знакомо всем из школьного курса физики. Статическое электричество возникает в процессе появления зарядов на проводниках, поверхностях различных предметов. Появляются они в результате трения, возникающего при соприкосновении предметов.
Что это такое — статическое электричество
Все вещества состоят из атомов. В атоме находится ядро, вокруг которого расположены в одинаковом количестве электроны и протоны. Они способны перемещаться из одного атома в другой. При движении формируются отрицательные и положительные ионы. Их дисбаланс приводит к тому, что возникает статика. Статический заряд протонов и электронов в атоме одинаков, но имеет разную полярность.
Статика появляется в быту. Статический разряд может происходить при низких токах, но высоких напряжениях. Опасности для людей в этом случае нет, но разряд опасен для электроприборов. Во время разряда страдают микропроцессоры, транзисторы и другие элементы схемы.
Причины возникновения статистического электричества
Возникает статика при следующих состояниях:
Заряд появляется в результате электрической индукции. На металлических корпусах автомобилей в сухое время года создаются большие электрические заряды. Экран телевизора или монитор компьютера способен заряжаться от воздействия луча, создаваемого в электронно-лучевой трубке.
Вред и польза от статистического электричества
Статический заряд пытались использовать многие ученые и изобретатели. Создавались громоздкие агрегаты, польза от которых была низкой. Полезным оказалось открытие учеными коронного разряда. Он широко используется в промышленности. С помощью электростатического заряда красят сложные поверхности, очищают газы от примесей. Все это хорошо, но существуют и многочисленные проблемы. Электроудары бывают большой мощности. Они способны иногда поражать человека. Это случается и дома, и на рабочем месте.
Вред статического электричества проявляется в ударах разной мощности при снятии синтетического свитера, при выходе из автомобиля, включении и выключении кухонного комбайна и пылесоса, ноутбука и микроволновой печи. Эти удары могут оказаться вредными.
Возникает статическое электричество, которое сказывается на работе сердечно-сосудистой и нервной систем. От него следует защищаться. Сам человек тоже часто является переносчиком зарядов. При соприкосновении с поверхностями электроприборов происходит их электризация. Если это контрольно-измерительный прибор, дело может окончиться его поломкой.
Ток разряда, принесенного человеком, своим теплом разрушает соединения, разрывает дорожки микросхем, уничтожает пленку полевых транзисторов. В результате схема приходит в негодность. Чаще всего это происходит не сразу, а на любом этапе в процессе работы инструмента.
На предприятиях, обрабатывающих бумагу, пластмассу, текстиль, материалы часто ведут себя неправильно. Они склеиваются друг с другом, прилипают к различным видам оборудования, отталкиваются, собирают много пыли на себя, наматываются неправильно на катушки или бобины. Виной этого является возникновение статического электричества. Два одинаковых по полярности заряда отталкиваются друг от друга. Иные, один из которых заряжен положительно, а другой — отрицательно, притягиваются. Так же ведут себя и заряженные материалы.
На полиграфических предприятиях и в других местах, где используются в работе легковоспламеняющиеся растворители, возможно возникновение пожара. Это происходит в тех случаях, когда на операторе надета обувь с токонепроводящей подошвой, а оборудование не имеет правильного заземления. Способность возгорания зависит от следующих факторов:
Разряды бывают искровыми, кистевыми, скользящими кистевыми. От человека исходит искровой разряд. Кистевой возникает на заостренных частях оборудования. Энергия его настолько мала, что он практически не вызывает угрозы пожара. Кистевой разряд скользящий возникает на листовых синтетических, а также на рулонных материалах с разными зарядами на каждой стороне полотна. Опасность он представляет такую же, как искровой разряд.
Длительное пребывание в заряженной зоне приводит к раздражительности человека, к снижению аппетита, ухудшению сна.
Пыль из производственного помещения удаляется с помощью вентиляции. Она скапливается в трубах и может воспламениться от статистического искрового разряда.
Как снять статическое электричество с человека
Самое простейшее средство защиты от него — заземление оборудования. В условиях производства используются для этой цели экраны и иные приспособления. В жидких веществах применяются специальные растворители и присадки. Активно используются антистатические растворы. Это вещества с низкой молекулярной массой. Молекулы в антистатике легко перемещаются и вступают в реакцию с влагой, содержащейся в воздухе. За счет этой характеристики с человека снимается статика.
Хорошо помогает проведение ионизации. Делается это с помощью антистатической планки. Она имеет много иголок из специальных сплавов. Под действием тока в 4-7кВ воздух вокруг разлагается на ионы. Используются и воздушные ножи. Они представляют собой антистатическую планку, через которую вдувается воздух и очищает поверхность. Заряды статики активно образуются при разбрызгивании жидкостей, обладающих диэлектрическими свойствами. Поэтому для снижения действия электронов нельзя допускать падающей струи.
Желательно использовать антистатический линолеум на полу и чаще проводить уборку с помощью средств бытовой химии. На предприятиях, связанных с обработкой тканей или бумаги, проблему избавления от статики решают смачиванием материалов. Повышение влажности не дает накапливаться вредному электричеству.
Чтобы снять статику, необходимо:
Хорошо увлажняют атмосферу комнатные цветы, кипящий чайник, специальные приспособления. Антистатические составы продаются в магазинах бытовой химии. Они распыляются над ковровой поверхностью. Можно изготовить антистатик самостоятельно. Для этого берут смягчитель ткани (1 колпачок), выливают в бутылку. Затем емкость наполняется чистой водой, которую разбрызгивают над поверхностью ковра. Салфетки, смоченные антистатиком, нейтрализуют заряды на обивке сидений.
Увлажнение кожи производится лосьоном после душа. Руки протираются несколько раз в день. Следует поменять одежду на натуральную. Если она заряжается, обработать антистатиками. Рекомендуется носить обувь с кожаной подошвой или ходить по дому босиком. Перед стиркой желательно насыпать на одежду ¼ стакана соды (пищевой). Она снимает разряды электричества и смягчает ткань. При полоскании белья можно добавить в машину уксус (¼ стакана). Сушить белье лучше на свежем воздухе.
Все перечисленные меры помогают нейтрализовать статические проблемы.
Как самостоятельно избавиться от статического электричества
История открытия электричества
Что такое шаговое напряжение и как покинуть опасную зону
Что такое короткое замыкание по-простому?
Что такое электрофорная машина и как она работает?
В чём и как измеряется емкость аккумулятора?