Заземление от статического электричества. Защита от статического электричества: методы заземления и соединения

Как образуется статическое электричество и почему оно опасно. Каковы основные способы защиты от статических разрядов. Почему важно правильное заземление и соединение оборудования. Какие факторы влияют на накопление статических зарядов.

Природа статического электричества и его опасность

Статическое электричество возникает в результате разделения и накопления электрических зарядов при контакте и трении различных материалов. При определенных условиях может произойти быстрый разряд накопленного статического электричества в виде искры.

Основные опасности, связанные со статическим электричеством:

• Воспламенение горючих паров, газов или пыли от искры статического разряда
• Повреждение чувствительного электронного оборудования
• Нарушение технологических процессов
• Неприятные ощущения для человека при разряде

Особенно опасно статическое электричество в местах хранения и перекачки легковоспламеняющихся жидкостей, а также на производствах с горючей пылью. Даже небольшая искра может привести к серьезному пожару или взрыву.

Основные методы защиты от статического электричества

Существует два основных метода защиты от опасностей, связанных со статическим электричеством:

1. Заземление оборудования и конструкций
2. Электрическое соединение (уравнивание потенциалов) между различными частями оборудования

Эти методы направлены на предотвращение накопления статических зарядов и обеспечение их безопасного стекания в землю. Рассмотрим их подробнее.

Заземление как способ защиты от статического электричества

Заземление оборудования обеспечивает путь для стекания статических зарядов в землю. При правильном заземлении:

• Предотвращается накопление опасных потенциалов на оборудовании
• Обеспечивается постоянный отвод зарядов в землю
• Снижается вероятность возникновения искровых разрядов

Для эффективного заземления важно обеспечить надежный электрический контакт оборудования с заземляющим устройством. Сопротивление заземления не должно превышать 1 МОм.

Электрическое соединение (бондинг) оборудования

Электрическое соединение или уравнивание потенциалов между различными частями оборудования позволяет:

• Устранить разность потенциалов между отдельными элементами
• Предотвратить образование искр при перетекании зарядов
• Обеспечить равномерное распределение зарядов

Соединение выполняется с помощью проводников достаточного сечения. Важно обеспечить надежный электрический контакт в местах присоединения.

Факторы, влияющие на накопление статических зарядов

На интенсивность образования и накопления статического электричества влияют следующие факторы:

• Скорость движения жидкостей и сыпучих материалов
• Площадь соприкосновения разнородных поверхностей
• Электрические свойства материалов (диэлектрическая проницаемость, удельное сопротивление)
• Влажность и температура окружающей среды
• Наличие ионизирующего излучения

Учет этих факторов позволяет разработать эффективные меры по снижению опасности статического электричества.

Особенности защиты от статического электричества в различных отраслях

Требования к защите от статического электричества могут существенно различаться в зависимости от специфики производства:

• В нефтегазовой отрасли основное внимание уделяется предотвращению воспламенения горючих паров
• На предприятиях электронной промышленности важно защитить чувствительные компоненты от повреждения
• В пищевой и фармацевтической промышленности статическое электричество может нарушать технологические процессы

Поэтому меры защиты должны разрабатываться с учетом особенностей конкретного производства.

Нормативные требования по защите от статического электричества

Основные требования по защите от статического электричества содержатся в следующих нормативных документах:

• ГОСТ 12.1.018 «Система стандартов безопасности труда. Пожаровзрывобезопасность статического электричества. Общие требования»
• ГОСТ 12.4.124 «Система стандартов безопасности труда. Средства защиты от статического электричества. Общие технические требования»
• Правила защиты от статического электричества в производствах химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности

Эти документы устанавливают общие принципы обеспечения электростатической безопасности и конкретные технические решения.

Заключение

Защита от статического электричества — важный элемент обеспечения безопасности на многих производствах. Правильное применение методов заземления и электрического соединения позволяет эффективно снизить риски, связанные с накоплением статических зарядов. При разработке мер защиты необходимо учитывать особенности конкретных технологических процессов и оборудования.

Нормы охраны труда по защите от статического электричества

Нормы охраны труда по защите от статического электричества

1. Главная
2. Статьи
3. Нормы охраны труда по защите от статического электричества

Порочкин Д. Б. соучредитель и генеральный директор Центра охраны труда «НСС Консалт», общественный уполномоченный по вопросам охраны труда при уполномоченном по защите прав предпринимателей в Москве Т.В. Минеевой

Ключевые слова: статическое электричество, ГОСТ 121045 «Электростатические поля», коллективные средства защиты, индивидуальные средства защиты

В статье изложены основные подходы к охране труда работников при организации защиты от статического электричества.

Статическое электричество — свободные электрические заряды, появляющиеся на различных поверхностях. Оно может образовываться и накапливаться при контакте различных поверхностей. Со статическим электричеством можно встретиться и в быту, но в данной статье мы говорим о статическом электричестве на производстве, где заряд может быть настолько высоким, что может привести к серьезным взрывам и пожарам.

Основными причинами возникновения статического электричества являются:

• Контакт между поверхностями разных материалов;

• Ультрафиолетовое и радиационное излучение;

• Резкий перепад температур.

Статическое электричество особо часто встречается в таких сферах деятельности, как:

• Химическая промышленность;

• Газо- и нефтехимическая, нефтеперерабатывающая промышленность;

• Целлюлозно-бумажная промышленность;

• Текстильная промышленность и мн. др.

Статическое электричество имеет негативное влияние на здоровье человека и является вредным фактором на производстве и причиной профессиональных заболеваний, но, помимо этого, оно еще вредит технологическим процессам, оборудованию и качеству выпускаемой продукции.

Допустимые уровни напряженности электростатических полей регламентируются ГОСТ 12.1.045 «Электростатические поля», рассчитываются по формулам и зависят от времени воздействия на персонал.

В соответствии с ГОСТ 12.4.124 «Средства защиты от статического электричества» средства защиты делятся на коллективные и индивидуальные и направлены на уменьшение интенсивности образования электрических зарядов или устранение уже образовавшихся зарядов.

Средства коллективной защиты от статического электричества подразделяются на несколько видов.

• Заземляющие устройства

Заземление является основным и наиболее надежным способом защиты от статического электричества. Величина сопротивления заземляющего устройства должна быть не выше 100 Ом. Заземление необходимо использовать на всем технологическом оборудовании независимо от применения других способов защиты. Особое внимание необходимо уделять вращающимся элементам оборудования, которые не имеют постоянного контакта с землей.

Для Цитирования:

Порочкин Д. Б., Нормы охраны труда по защите от статического электричества. Электроцех. 2022;2.

Полная версия статьи доступна подписчикам журнала

Для Цитирования:

Порочкин Д. Б., Нормы охраны труда по защите от статического электричества. Электроцех. 2022;2.

ФИО

Ваш e-mail

Ваш телефон

Нажимая кнопку «Получить доступ» вы даёте своё согласие обработку своих персональных данных

Ваше имя

Ваша фамилия

Ваш e-mail

Ваш телефон

Придумайте пароль

Пароль еще раз

Запомнить меня

Информируйте меня обо всех новостях и спецпредложениях по почте

На указанный Вами номер телефона был отправлен код подтверждения.
Повторно запросить код можно будет через секунд.

Код подтверждения

На указанный Вами номер телефона был отправлен код подтверждения.
Повторно запросить код можно будет через секунд.

Код подтверждения

На указанный Вами номер телефона был отправлен код подтверждения.
Повторно запросить код можно будет через секунд.

Код подтверждения

Логин

Пароль

Ваше имя:

Ваш e-mail:

Ваш телефон:

Сообщение:

На сайте используется защита от спама reCAPTCHA и применяются Условия использования и Конфиденциальность Google

Использовать это устройство?

Одновременно использовать один аккаунт разрешено только с одного устройства.

На указанный Вами номер телефона был отправлен код подтверждения.
Повторно запросить код можно будет через секунд.

Код подтверждения

×

Мы перевели вас на Русскую версию сайта

You have been redirected to the Russian version

Мы используем куки

Статическое электричество и защита от него

В повседневной жизни мы постоянно сталкиваемся с проявлениями статического электричества. Это могут быть и вполне безобидные кратковременные разряды, которые похожи на легкое покалывание, и вполне ощутимые, болезненные удары, настигающие нас, когда мы примеряем одежду, просто садимся в машину или беремся за дверную ручку.

При этом явление статического электричества бывает чрезвычайно опасным, так как может вызывать возгорания легковоспламеняемых веществ и сред, вроде бензина или пыли, кроме того выводит из строя чувствительные электронные компоненты, вызывает помехи в работе приборов, да и просто является причиной серьезного дискомфорта для человека.

Чтобы знать, как защитить себя и окружающие предметы от воздействия статического электричества, необходимо понимать суть его происхождения и причины появления.

В этой статье я постараюсь максимально доступно и наглядно, простым языком, без лишних сложных физических терминов, объяснить, что такое статическое электричество, как оно образуется и что является лучшей защитой от него.

Что такое статическое электричество, как оно образуется

Как я уже сказал, статическое электричество может воздействовать на нас в различных местах, в любой момент, даже тогда, когда вы просто пытаетесь открыть дверь, касаясь дверной ручки.

Чтобы понять причину появления статического электричества для начала нужно вспомнить о природе материи.

Как вы знаете вся материя состоит из атомов, которые, в свою очередь, состоят из трех разных видов более мелких частиц:

— отрицательно заряженных электронов

— положительно заряженных протонов

— не имеющих зарядов нейтронов

В большинстве тел, чаще всего, электроны и протоны полностью компенсируют друг друга, их количество в атомах равное, соответственно, эти предметы электронейтральны.

Но так как электроны очень маленькие частицы и их масса незначительна, то даже обычное трение даёт слабо связанным электронам достаточно энергии, чтобы они покинули свои атомы и перешли в атомы на другой поверхности.

Когда это происходит у одного объекта протонов остаётся больше, чем электронов, и он становится положительно заряженным, а объект у которого больше электронов, наоборот, накапливает отрицательный заряд. Такая ситуация называется дисбалансом зарядов или еще разделением зарядов.

Но как вы знаете, природа постоянно стремится к восстановлению равновесия поэтому, когда одно из заряженных тел вступает в контакт с другим, свободные электроны немедленно используют эту возможность попасть туда где они нужнее, где их не хватает – покинув отрицательно заряженный объект, чтобы восстановить баланс.

Вот это перескакивание электронов от отрицательно заряженного тела и есть знакомое всем явление — статическое электричество, называемое еще статическим разрядом.

К счастью это происходит далеко не с каждым объектом, иначе нас бы било током постоянно.

Чаще всего слабо связанными электронами обладают материалы – электрические проводники, самым ярким представителем которых являются металлы. А вот у диэлектриков, изоляторов, материалов, плохо проводящих электрический ток, электроны прочносвязанные, они свободно не переходят к атомам других материалов.

С большей вероятностью накапливание электрического разряда происходит именно при взаимодействии проводника с диэлектриком, при трении одного материала о другой.

Так, например, когда вы просто идёте по ковру, электроны вашего тела, из-за трения ног об ковер, перемещаются на него, так как человеческое тело проводник электрического тока. В то же время материал ковра – шерсть, сопротивляется отделению своих прочносвязанных электронов, являясь диэлектриком.

И хотя в момент, когда вы находитесь на ковре, ваше тело и ковер вместе остаются электрически нейтральными у них уже есть разделение разрядов.

И теперь, когда вы просто дотрагиваетесь до металлической дверной ручки – немедленно ощущаете статический разряд. Всё дело в том, что свободные электроны с металлической ручки перескакивают на вашу руку замещая потерянные вашим телом электроны, которые перескочили на ковер.

Теперь, я думаю, вам понятно, что такое статическое электричество и почему оно образуется. Кстати, его самым ярким проявлением в природе являются молнии.

При определенных условиях в облаках происходит разделение зарядов, после чего этот дисбаланс нейтрализуется, электроны высвобождаются и поглощаются другими телами – домами, землей или даже другим облаком, с образованием гигантской вспышки – молнии.

Защита от статического электричества

И так, зная природу статического электричества, вы сможете эффективно применять и защиту от него, не только дома в быту, но и на производстве.

Есть несколько основных видов мер защиты от статического электричества:

— создание условий для рассеивания свободных электронов

— предупреждение возникновения и накапливания статического электричества

ЗАЗЕМЛЕНИЕ

Основным и самым главным средств защиты от статического электричества является организация заземления токопроводящих, не находящихся под напряжением элементов, будь то корпус стиральной машины, автомобиля или токарного станка. Делается это, чтобы образующиеся свободные электроны, идя по пути наименьшего сопротивления, отводились в землю.

У большей части домашней бытовой техники – холодильников, стиральных машин и т.д. для этого используется третий желто-зеленый заземляющий проводник питающего кабеля, которым он подключается к сети. В остальных же случаях на корпус подводится отдельный провод, также подключаемый к системе заземления.

В случае же с автомобилем, используется токопроводящая полоса или цепь, которая крепиться одним концом к кузову машины, а второй касается земли.

увеличение электропроводимости диэлектрических материалов

Еще одним из распространенных способов защиты от статического электричества является увеличение электропроводимости диэлектрических материалов, за счет чего они получают возможность отводить свободные электроны.

Достигается это путем нанесения на диэлектрические предметы токопроводящих покрытий или материалов, например, поверхностной плёнки из токопроводящего материала, тонкой фольги и т. д.

В частности, в быту, можно пользоваться специальными средствами, так называемыми, антистатиками, думаю многие женщины понимают, о чем идёт речь.

Такой спрей-антистатик обычно состоит из токопроводящего полимера, растворённого в смеси деионизированной воды и спирта. После обработки поверхности раствор испаряется, а полимер остается в виде тончайшей токопроводящей плёнки, которая не даёт заряду накапливаться на поверхности предмета.

Подобный эффект также достигается увеличения влажности воздуха до 60-70%, при котором на поверхности диэлектриков появляется тонкая пленка влаги, за счет которой, обеспечивается достаточная поверхностная электропроводность материалов.

ИОНИЗАЦИЯ ВОЗДУХА

Эффективным и доступным средством защиты от статического электричества также является ионизация воздуха.

Для этого используется специальный прибор – ионизатор, который генерирует поток положительно и отрицательно заряженных ионов, распространяемых вентилятором. Они, притягиваются к молекулам противоположной полярности окружающих предметов и нейтрализуют статический заряд на них.

Если же не получается бороться со статическим электричеством вышеперечисленными способами, можно действовать более кардинально. Например, начать пользоваться повседневными предметами их других материалов слабоэлектризующимися или неэлектризующимися вовсе. Заменить чехлы в автомобиле, купить другие тапочки для дома и т.д.

Если же вы знаете другие действенные способы защиты от статического электричества – обязательно пишите о них в комментариях к статье, это будет полезно и интересно многим. Кроме того, как всегда приветствуется здоровая критика, вопросы, предложения, буду рад общению.

Соединение и заземление — контроль статического электричества

Несколько лет назад я расследовал инцидент, связанный с пожаром, возникшим в результате переноса горючей жидкой смеси. Водитель поставщика химикатов доставлял покупателю партию продукции. Продукт состоял из раствора растворителя, содержащего толуол и другие легковоспламеняющиеся ингредиенты. Когда водитель заполнял металлический контейнер объемом 350 галлонов из верхнего сопла, внезапно вспыхнул пожар, в результате чего водитель получил ожоги. Он получил ожоги второй и третьей степени примерно на 20 процентах тела.

Расследование этого инцидента показало, что искра, возникшая в результате статического разряда, воспламенила пары растворителя. Существует два основных метода защиты от опасности статического электричества: заземление и соединение. Эти методы должны строго соблюдаться в местах, где хранятся, распределяются или используются легковоспламеняющиеся и горючие жидкости. В этой статье описывается, как возникает статический разряд и как соединение и заземление помогают предотвратить потенциальные возгорания из-за электростатических разрядов.

Статическое электричество
Статическое электричество возникает в результате взаимодействия разнородных материалов. Это может произойти, когда материалы трутся друг о друга, например, в классическом примере ходьбы по ковру в сухой зимний день в шерстяных носках. Однако статические разряды могут также возникать, когда жидкость проходит по трубе, через отверстие в баке и/или при смешивании или взбалтывании смеси. Жидкость перемещает разные электроны от одного к другому, и трение электронов создает статическое электричество. Электростатический разряд (также называемый статической искрой) представляет собой разряд электричества через зазор между двумя точками, не соприкасающимися, в результате разницы в электрический потенциал. Искра, возникающая, когда электрический заряд перескакивает через зазор, обычно содержит достаточно энергии для воспламенения легковоспламеняющихся паров, если их концентрации поддерживают горение. Генерация статического электричества не может быть полностью устранена, потому что обычно оно присутствует на каждом интерфейсе. Однако есть способы уменьшить вероятность накопления статического заряда при перекачке легковоспламеняющихся жидкостей. Двумя наиболее важными способами предотвращения статического электричества являются ~ соединение и заземление.

Соединение
Соединение выполняется для устранения разницы электрических потенциалов между двумя или более объектами. Адекватная связь между двумя или более проводящими объектами позволяет зарядам свободно течь между объектами, что приводит к отсутствию разницы в электрическом потенциале. Склеивание не устранит статический заряд, но уравняет потенциал между соединенными объектами, так что между ними не возникнет искры. Тогда вероятность искры между объектами практически исключается.

Соединение может быть достигнуто путем прикрепления проводящего провода между объектами. Для безопасного соединения важны следующие факторы:

Размер соединительного провода: Размер соединительного провода зависит от механической прочности, а не от допустимой нагрузки по току. Используйте толстый многожильный провод 12-го калибра, который может выдержать длительное использование. Соединительные провода поставляются промышленными поставщиками на катушках или индивидуальной длины.

Точка крепления на обоих объектах: Точка крепления на обоих объектах должна быть прочной и надежной и должна находиться на оголенной металлической поверхности. Использование прижимного устройства (винтового или подпружиненного) является хорошим способом обеспечения надежного соединения. Соединение должно быть выполнено до начала перемещения материала между контейнерами. Если соединение выполнено после переноса, накопление статического заряда может привести к искре, поскольку соединительный провод подсоединен к одному из контейнеров.

 

Заземление
Заземление объекта служит другой цели, чем соединение. Склеивание устраняет разницу электрических потенциалов между соединенными вместе контейнерами, но не устраняет разницу потенциалов между объектом и землей. Чтобы гарантировать, что статический заряд не создаст искру в результате этой разницы, необходимо предусмотреть проводящий путь к земле. Надлежащее заземление обеспечит средство для непрерывного разряда заряженного проводящего тела на землю.

Заземление может быть обеспечено путем присоединения проволочного проводника между контейнером и водопроводной трубой или 8-футового стального стержня, плакированного медью, на всю длину, вкопанного в землю. Общее сопротивление относительно земли должно быть ниже одного мегаома. При использовании заглубленного стержня на сопротивление влияет влажность почвы. Важно, чтобы система заземления была проверена, чтобы убедиться в непрерывности и надлежащем сопротивлении.

 

Скорость статического разряда
Электрические заряды могут накапливаться в легковоспламеняющихся жидкостях, когда жидкости протекают по трубопроводным системам или когда они перемешиваются в контейнерах для хранения в результате механического движения или разбрызгивания. Надлежащего соединения и заземления системы часто бывает достаточно для контроля накопления статического электричества. Однако, если для перекачки жидкости в резервуар или контейнер для хранения используются высокие скорости потока, на поверхности жидкости в резервуаре могут возникать высокие электрические потенциалы.

Скорость накопления статического заряда может быть намного больше, чем способность жидкости передавать его в заземленный металлический резервуар для хранения. Если накопленный заряд в контейнере накопится достаточно, может возникнуть статическая искра, когда уровень жидкости приблизится к телу с другим потенциалом. Такого рода статические ситуации можно контролировать, уменьшая скорость потока, избегая сильного разбрызгивания в резервуаре и выдерживая время, пока статические заряды не рассеются. Чтобы избежать разбрызгивания, используйте наливную трубу, разработанную в соответствии со стандартом NFPA 77.

 

В обзоре
В обзоре инцидента, описанного ранее, водитель не смог подключить соединительный кабель к металлическому контейнеру. Водитель также создал высокий уровень статического разряда из-за разбрызгивания продукта при розливе. Эти ошибки могут быть связаны с отсутствием обучения, отсутствием процедур компании и/или отсутствием контроля и контроля со стороны руководства. Контейнер также не имел надлежащего заземления. Однако контейнер принадлежал заказчику и находился на территории заказчика. При перемещении легковоспламеняющихся материалов на рабочем месте с несколькими работодателями может потребоваться некоторое планирование и координация, чтобы обеспечить соблюдение безопасных методов соединения и заземления.

Дополнительные указания по контролю статического электричества можно найти в NFPA 77, Рекомендуемая практика для статического электричества.

 

Версия для печати

 

Поделитесь этой статьей!

0 акции

Оценка воздействия промышленной гигиены:
Наихудший случай в сравнении со случайной выборкой

Важность планирования подъема — безопасность мобильного крана

Статическая защита

за счет соединения и заземления — журнал IAEI

Сегодня во многих электроустановках некоторые потребности в защите выходят за рамки требований Кодекса. Статическое электричество и накопление статических зарядов являются серьезной проблемой во многих установках, таких как центры обработки данных, предприятия по производству полупроводников и во многих опасных (классифицированных) местах. В мире информационных технологий (ИТ) минимизация статического электричества и блуждающих токов является проблемой для защиты чувствительного электронного оборудования и событий, ведущих к потере данных. С другой стороны, в опасных (классифицированных) местах электропроводка, включая цепи заземления и соединения, чрезвычайно важна для безопасности людей и имущества. Поскольку источники воспламенения являются основной проблемой во взрывоопасных средах, часто необходимо предусмотреть более совершенную систему защиты от статического электричества в опасных зонах. Поэтому многие технические решения в этих типах электроустановок предусматривают систему защиты от статического электричества. В этой статье рассматриваются некоторые из этих проблем, некоторые основы статического электричества и некоторые методы защиты, которые можно использовать для обеспечения дополнительной защиты от статического электричества.

Фото 1. Статическое заземление и заземление оборудования во время перекачки топлива

 

Влажность и ее воздействие

Заземление оборудования не обязательно является решением статических проблем. Каждая проблема требует своего изучения и решения, хотя влажность играет важную роль в степени беспокойства. Чем выше влажность, тем меньше вероятность возникновения статического разряда. Было обнаружено, что в некоторых отраслях промышленности повышение влажности в области статического разряда эффективно рассеивает заряд. Одним из примеров является полиграфическая промышленность.

Несмотря на то, что увлажнение увеличивает поверхностную проводимость материала, заряд рассеивается только при наличии проводящего пути к земле. Поверхностное удельное сопротивление многих материалов можно регулировать влажностью окружающей среды. При влажности 65 процентов и выше,

Фото 2. Подключение оборудования статического заземления к автоцистерне в процессе погрузки

поверхность большинства материалов будет поглощать достаточно влаги, чтобы обеспечить достаточную поверхностную проводимость для предотвращения накопления статического электричества. Когда влажность падает ниже 30 процентов, эти же материалы могут стать хорошими изоляторами, и в этом случае накопление заряда увеличится. Следует еще раз подчеркнуть, что увлажнение не является решением всех возникающих проблем со статическим электричеством, поскольку некоторые изоляционные материалы не поглощают влагу из воздуха, а высокая влажность не приведет к заметному снижению их поверхностного сопротивления. Примерами таких изоляционных материалов являются незагрязненные поверхности некоторых полимерных материалов, таких как пластиковые трубы, контейнеры и поверхность большинства нефтяных жидкостей [NFPA 77 6.4.2.3].

Источник воспламенения от статического электричества

Следует четко понимать, что основной целью обеспечения статической защиты является устранение источника воспламенения треугольника огня. Необходимая степень дополнительной защиты зависит от каждого возникающего состояния. Для обеспечения такой защиты нет обязательных требований к электрическим нормам; однако опасности существуют, и их следует учитывать в целях безопасности. Как правило, тип установки, тип взрывоопасной или горючей атмосферы (пыль или газы) и окружающая среда являются факторами, влияющими на степень статического электричества как источника воспламенения. Чтобы разряд статического электричества стал источником воспламенения, должны одновременно выполняться следующие четыре условия:

1. Должны присутствовать эффективные средства разделения заряда.

2. Должны быть доступны средства накопления разделенных зарядов и поддержания разности электрических потенциалов.

3. Должен произойти разряд статического электричества соответствующей энергии.

4. Разряд должен происходить в горючей смеси [NFPA 77 – 4.3.1].

Искры от незаземленных заряженных проводников, включая тело человека, являются причиной большинства пожаров и взрывов, вызванных статическим электричеством. Искры обычно представляют собой интенсивные емкостные разряды, возникающие в промежутке между двумя заряженными проводящими телами, обычно металлическими. Способность разрядной искры вызвать воспламенение или взрыв напрямую связана с ее энергией, которая будет составлять некоторую долю общей энергии, запасенной в проводящем объекте.

За рамками NEC

NEC ссылается мелким шрифтом на Рекомендуемую практику по статическому электричеству, NFPA 77-2000. Важно подчеркнуть, что эти методы защиты от статического электричества и источников воспламенения должны накладываться на требования Кодекса и никогда не предназначены для замены этих требований.

Определения

Статический электрический разряд . Высвобождение статического электричества в виде искры, коронного разряда, кистевого разряда или распространяющегося кистевого разряда, которое при соответствующих обстоятельствах может вызвать воспламенение [NFPA 77 3.1.16].

Статическое электричество . Электрический заряд, существенный только для воздействия его составляющей электрического поля и не проявляющий существенной составляющей магнитного поля [NFPA 77 3. 1.17].

Основы статического электричества

Рисунок 1. Две металлические пластины (проводники), каждая из которых имеет одинаковые заряды

Вся материя, жидкая или твердая, состоит из различного расположения атомов. Атомы состоят из положительно заряженных протонов и нейтронов без заряда, которые вместе образуют ядро ​​или ядро ​​атома; отрицательно заряженные электроны окружают ядро. Атомы считаются электрически нейтральными в своем нормальном состоянии; в основном это означает, что присутствует равное количество положительного и отрицательного заряда. Атомы могут стать так называемыми «заряженными», когда существует избыток или недостаток электронов по сравнению с нейтральным состоянием (см. рисунки 1 и 2).

Рисунок 2. Две металлические пластины (проводники) с разноименными зарядами

В электропроводных материалах, таких как металлы черного и цветного типов, электроны движутся свободно. В материалах, состоящих из изоляционных материалов, таких как пластик, стекло, моторное масло и т. д., электроны более прочно связаны с ядром атома и не могут свободно двигаться. Некоторыми примерами электропроводящих материалов являются провода, металлические корпуса, шины и т. д., а к изоляционным материалам относятся такие предметы, как стекло, нефтепродукты, бумага, резина и т. д.

В изоляционных материалах в виде жидкостей электрон может отделяться от одного атома и свободно двигаться или присоединяться к другому атому, образуя отрицательный ион. Атом, потерявший электрон, становится положительным ионом. Ионы – это заряженные атомы и молекулы.

Рисунок 3. Человек, удерживающий статический заряд

Устранение или разделение заряда, как правило, не может быть полностью предотвращено, поскольку источник заряда находится на границе раздела материалов. Когда материалы соприкасаются, некоторые электроны перемещаются из одного материала в другой, пока не будет достигнут баланс (равновесное состояние) энергии. Это разделение зарядов наиболее заметно в жидкостях, находящихся в контакте с твердыми поверхностями, и в твердых телах, контактирующих с другими твердыми телами. Поток чистого газа над твердой поверхностью производит незначительный заряд [NFPA 77-4.1.8]. Это основная причина появления предупреждений об опасности раздачи бензина на ТРК. Важно соблюдать и соблюдать все предупреждения и указания, касающиеся перекачки бензина в автомобиль или переносную тару. Всегда ставьте переносные канистры с бензином на землю при их заполнении, в противном случае зарядные токи будут способствовать накоплению статических зарядов без возможности рассеивания. Вероятность воспламенения или взрыва паров бензина во время таких операций возрастает, если не соблюдаются все соответствующие меры безопасности. Устранение разностей потенциалов (напряжений) между объектами снижает эти опасности.

Статический разряд и разделение

Рис. 4. Заряженный человек разряжается на объект с другим потенциалом. В данном случае это заземленный объект.

Конденсатор в основном описывается как два проводника, разделенных изоляционным материалом. В статических электрических явлениях заряд обычно отделяется резистивным барьером, таким как воздушный зазор или форма изоляции между проводниками, или изолирующими свойствами материалов, с которыми обращаются или обрабатываются. Во многих приложениях, особенно в тех, где обрабатываемые материалы являются непроводящими (заряженные изоляторы), измерение разности потенциалов, по меньшей мере, затруднительно.

Наверное, лучше всего знаком с обычным статическим зарядом, возникающим при ходьбе или царапании ногами по волокнам ковра. Люди являются проводниками электричества и поэтому способны удерживать статический заряд. Высвобождение таких статических зарядов также знакомо большинству людей. Дети часто забавляются и развлекаются, когда впервые осознают это явление. Электрический статический заряд возникает в результате трения материалов друг о друга и известен как трибоэлектрический заряд. Это результат воздействия на поверхностные электроны широкого спектра энергий в соседнем материале, так что, вероятно, произойдет разделение заряда (разряд). Распад жидкости из-за разбрызгивания и тумана, а в некоторых случаях даже потока, приводит к аналогичному высвобождению заряда. Достаточно передать только один электрон на каждые 500 000 атомов, чтобы создать условия, которые могут привести к статическому электрическому разряду. Поверхностные загрязнители в очень низких концентрациях могут играть важную роль в разделении зарядов на границе раздела материалов.

Электропроводящие материалы могут заряжаться, если они находятся вблизи другой сильно заряженной поверхности. Электроны в проводящем материале либо притягиваются, либо отталкиваются от области наибольшего приближения к заряженной поверхности, в зависимости от характера заряда на этой поверхности. Одноименные заряды будут отталкиваться, а разноименные притягиваться. Если заряженный электропроводный материал соединен с землей или с другим объектом, дополнительные электроны могут проходить к земле или объекту или от них. Если затем контакт прерывается и проводящий материал и заряженная поверхность разделяются, заряд на изолированном проводящем объекте изменяется. Суммарный переносимый заряд называется индуцированным зарядом.

Основная цель при решении проблем и опасностей, связанных со статическим электричеством и блуждающими напряжениями, состоит в том, чтобы попытаться устранить или, по крайней мере, свести к минимуму любые различия потенциалов между электропроводящими объектами, другими объектами и землей. Разность потенциалов, то есть напряжение между любыми двумя точками, представляет собой работу на единицу заряда, которую необходимо совершить, чтобы переместить заряды из одной точки в другую. Чтобы разделить заряды, необходимо выполнить работу, и заряды имеют тенденцию возвращаться в нейтральное (незаряженное) состояние. Разделение электрического заряда само по себе не может быть потенциальной опасностью пожара или взрыва. Должен произойти разряд или внезапная рекомбинация разделенных зарядов, чтобы создать искрение, создающее опасность воспламенения. Одним из лучших способов обеспечения защиты от статического электрического разряда является создание электропроводящей или полупроводниковой дорожки, которая позволит осуществлять контролируемую рекомбинацию зарядов и рассеяние зарядов (обычно на землю). При обеспечении защиты от статического электричества и молнии чаще всего используются два термина: заземление или одно из его производных и соединение или одно из его производных.

Фото 3. Оборудование для статической защиты (ручного типа), используемое для создания соединения между резервуаром для хранения топливной присадки и передвижными сосудами или переносными контейнерами в процессе транспортировки Заземлен. Подключен к земле или к какому-либо проводящему телу, которое служит вместо земли [NFPA 70 Статья 100].

Склеивание (склеивание). Неразъемное соединение металлических частей для формирования электропроводящего пути, который обеспечивает непрерывность электрического тока и способность безопасно проводить любой ток, который может быть введен [NFPA 70 Статья 100].

Из NFPA 77
Заземление. Процесс соединения одного или нескольких токопроводящих объектов с землей таким образом, чтобы все объекты имели нулевой (0) электрический потенциал; также называется «заземлением» [NFPA 77 – 3.1.10]. Имейте в виду, что термин заземление в настоящее время не является определенным термином.

Склеивание. Процесс соединения двух или более токопроводящих объектов вместе с помощью проводника так, чтобы они имели одинаковый электрический потенциал, но не обязательно такой же, как у земли [NFPA 77 – 3.1.2].

Применение терминов

Таким образом, для всех практических целей, когда используется термин «заземление», его следует рассматривать как включающее соединение или путь к земле для приведения электропроводящих материалов к тому же потенциалу, что и земля. Когда используется термин «соединение», его следует рассматривать как соединение электропроводящих материалов вместе, чтобы устранить разницу потенциалов между ними и сформировать одну проводящую массу. Обратите внимание, что связывание обычно включает в себя путь к земле, но земля не упоминается в определении. См. рисунки 5, 6 и 7, на которых графически показаны различия между двумя концепциями, а также показано, как они работают вместе для обеспечения желаемой защиты. Можно сделать вывод, что соединение токопроводящих частей вместе сводит к минимуму разность потенциалов между ними, даже если полученная система не заземлена. Заземление (заземление), напротив, выравнивает разность потенциалов между объектами и землей. Связь между соединением и заземлением показана на рисунках 5, 6 и 7.

Рисунок 5. Автомобиль, соединенный с землей (заземленный)

 

Рисунок 6. Два автомобиля, соединенные вместе (связанные)

Рисунок 7. Два автомобиля, соединенные вместе (связанные), и один автомобиль также соединен на землю (заземленную)

 

Контроль опасности воспламенения от статического электричества

Опасность воспламенения от статического электричества можно контролировать следующими методами:

способный разряд

2. Уменьшение генерации заряда, накопления заряда или того и другого посредством модификации процесса или продукта

3. Нейтрализация зарядов

Заземление изолированных проводников и ионизация воздуха являются основными методами нейтрализации зарядов.

Сопротивление на пути к земле

Рис. 8. Контейнеры-бочки с продуктами на масляной основе в помещении для хранения с системой статического заземления и соединения, используемой в этом месте

Для предотвращения накопления статического электричества в токопроводящем оборудовании общее сопротивление пути к земле (заземляющий путь) должно быть минимальным, чтобы рассеять заряды, которые в противном случае могут присутствовать. Основная цель здесь состоит в том, чтобы создать путь рассеяния, который не будет подвержен негативным эффектам нагромождения электронов под давлением. Сопротивление 1 МОм (106 Ом) или менее обычно считается достаточным. Если система соединения/заземления полностью металлическая, сопротивление в непрерывных цепях заземления обычно не превышает 10 Ом. Такие системы обычно включают многокомпонентные системы. Большее сопротивление обычно указывает на то, что путь прохождения металла не является непрерывным, как правило, из-за ослабленных соединений или воздействия коррозии. Система заземления, которая подходит для силовых цепей или молниезащиты, более чем подходит для системы заземления от статического электричества.

NEC устанавливает правила выбора размеров заземляющих и соединительных проводников. Для этой цели предусмотрены таблицы 250.66 и 250.122. Размеры заземляющих и соединительных проводников для статической защиты различаются, поскольку их основное назначение различно. Если для статической защиты используются электрические проводники проволочного типа, минимальный размер соединительного или заземляющего провода определяется механической прочностью, а не его допустимой нагрузкой по току. Многожильные или плетеные провода следует использовать для соединения проводов, которые будут часто подсоединяться и отсоединяться [NFPA 77

Рисунок 9. Типичная перекачка нефтепродуктов из хранилища

6.4.1.3]. Заземляющие проводники могут быть изолированными (например, кабель с оболочкой или пластиковым покрытием) или неизолированными (т. е. оголенные проводники). Рекомендуются неизолированные электрические жилы (провода), так как в них легче обнаружить дефекты.

Жидкости, протекающие по трубам

Разделение заряда происходит, когда жидкости протекают по трубам, шлангам и фильтрам; при разбрызгивании во время операций передачи; или когда жидкости перемешиваются или взбалтываются. Чем больше площадь поверхности раздела между жидкостью и поверхностями и чем выше скорость потока, тем больше скорость зарядки. Заряды смешиваются с жидкостью и переносятся в приемные сосуды, где могут накапливаться. Заряд часто характеризуется объемной плотностью заряда и его потоком в виде потока к сосуду. Примерами такой ситуации являются случаи, когда топливо перекачивается с более крупного передвижного или стационарного сосуда на сосуд меньшего размера или когда бензин выдается из заправочной колонки в пассажирское транспортное средство.

В хранилищах насыпного топлива, где количество перемещаемого продукта велико, особенно важны надлежащие уровни защиты от статического электричества. Системы и оборудование статического соединения и заземления изготавливаются специально для обеспечения этого типа защиты. Эти системы часто блокируются насосными операциями, чтобы не допустить протекания топлива или масла в системы трубопроводов до тех пор, пока они не будут подключены. Другие виды защиты предусматривают только механическое соединение резервуара для хранения наливных грузов и меньшего сосуда без системы электрической блокировки (см. фото 1 и 2). Эти типы операций также часто наблюдаются в аэропортах, где самолеты заправляются мобильными транспортными средствами.

Заземление резервуаров для хранения непроводящих жидкостей

Резервуары для хранения непроводящих жидкостей должны быть надлежащим образом заземлены. Резервуары для хранения на фундаментах, построенных на земле, считаются изначально заземленными, независимо от типа фундамента (например, бетонный, песчаный или асфальтовый). Для резервуаров на приподнятых фундаментах или опорах сопротивление относительно земли может достигать 100 Ом и все же считаться надлежащим образом заземленным в целях рассеяния статических электрических зарядов, но в этих случаях сопротивление должно быть проверено, чтобы гарантировать, что адекватный путь к земля достигнута. Добавление заземляющих стержней и аналогичных систем заземления не уменьшит опасность, связанную со статическими электрическими зарядами, присутствующими в жидкости [NFPA 77 7.5.2.2].

Основные статические проблемы с горючей пылью

Горючая пыль определяется как любой мелкодисперсный твердый материал диаметром 420 мкм или меньше (т. е. материал, который проходит через стандартное сито США № 40), который может представлять опасность возгорания или дефлаграции. . Для воспламенения горючей пыли от статического электрического разряда необходимо выполнение четырех условий, перечисленных в четвертом параграфе.

Необходимо наличие достаточного количества пыли, взвешенной в воздухе, для того, чтобы воспламенение обеспечивало устойчивое горение. Это минимальное количество называется минимальной экспозиционной концентрацией (MEC). Это наименьшая концентрация, выраженная в массе на единицу объема, для данного размера частиц, которая поддерживает дефлаграцию при однородном взвешивании в воздухе.

По историческим причинам способность твердого тела передавать электрические заряды характеризуется его объемным удельным сопротивлением. Для жидкостей эта способность характеризуется их электропроводностью.

Порошки делятся на следующие три группы:

(a) Порошки с низким удельным сопротивлением, имеющие объемное удельное сопротивление в массе до 108 Ом·м. Примеры включают металлы, угольную пыль и сажу.

(b) Порошки со средним удельным сопротивлением, имеющие объемное сопротивление от 108 до 1010 Ом·м. Примеры включают многие органические порошки и сельскохозяйственные продукты.

(c) Высокоомные порошки с объемным сопротивлением выше 1010 Ом·м. Примеры включают органические порошки, синтетические полимеры и кварц [NFPA 77 8.4.2.1].

Порошки с более низким удельным сопротивлением склонны к воздействию статических зарядов и могут заряжаться во время течения. Заряд быстро рассеивается, когда порошок переносится в устройство для хранения или контейнер, который заземлен. Однако при транспортировке в непроводящий контейнер накопленный заряд может привести к искре, поскольку заряд в пыли и мощности пытается уравнять разность потенциалов во время этого процесса.

Сведение к минимуму эффекта заряда и разности потенциалов имеет решающее значение для обеспечения безопасности от пожаров и взрывов, связанных с этими типами операций. В Кодексе рассматривается склеивание систем металлических воздуховодов только посредством ссылки в примечании, напечатанном мелким шрифтом [см. Раздел 250.104(B) FPN]. Хотя ясно, что этот тип соединения не является требованием NEC в соответствии с 90.5(C), он вполне может быть требованием, содержащимся в других стандартах NFPA, применимых к конкретным установкам или особым помещениям. Даже если этот тип защиты является лишь рекомендуемой практикой, опыт показывает, что это наилучшая и наиболее распространенная практика, которая обычно реализуется.

Резюме

Эта статья не предназначалась для того, чтобы полностью охватить все вопросы и методы защиты от статического электричества, а только для того, чтобы повысить уровень осведомленности об опасностях и о том, где можно получить информацию, чтобы помочь во внедрении соответствующих систем защиты. NEC предоставляет ссылку в примечании мелким шрифтом (FPN) на Рекомендуемую практику по статическому электричеству, NFPA 77-2000.