Проблема статического электричества

(на примере одного из наших объектов)

Статическое электричество. Краткие сведенья. Природа возникновения.

Статическое электричество — совокупность явлений, связанных с возникновением, сохранением и релаксацией свободного электрического заряда на поверхности или в объёме диэлектриков или на изолированных проводниках.

Электризация диэлектриков трением может возникнуть при соприкосновении двух разнородных веществ из-за различия атомных и молекулярных сил (из-за различия работы выхода электрона из материалов). При этом происходит перераспределение электронов (в жидкостях и газах ещё и ионов) с образованием на соприкасающихся поверхностях электрических слоёв с равными знаками электрических зарядов. Фактически атомы и молекулы одного вещества, обладающие более сильным притяжением, отрывают электроны от другого вещества, создавая вихревое движение ионов среды, в которой они заключены.

Полученная разность потенциалов соприкасающихся поверхностей зависит от ряда факторов — диэлектрических свойств материалов, значения их взаимного давления при соприкосновении, влажности и температуры поверхностей этих тел, климатических условий. При последующем разделении этих тел каждое из них сохраняет свой электрический заряд, а с увеличением расстояния между ними за счёт совершаемой работы по разделению зарядов, разность потенциалов возрастает и может достигнуть десятков и сотен киловольт.

Электрические разряды могут образовываться вследствие некоторой электропроводности влажного воздуха. При влажности воздуха более 85 % статическое электричество практически не возникает.

1.Общие сведенья

Здание 30 на 25 метров, с высотой потолков 8 метров, имеет верхний ярус. Конструкция несущей основы сварная металлическая. Обшивка метал, дерево, камень. Внутренняя отделка окрашенный декоративный камень, ламинированное дерево, окрашенная гипсовая штукатурка.

Нижний ярус имеет 2 сан. узла, кухонное помещение, 2 подсобных помещения, не отличающихся материалом от основного здания. Оборудовано 4 кондиционерами, 1 электрочайник, 1 бытовой бойлер, газовый котел, бытовая кофеварка, бытовой холодильник, персональный компьютер, бытовая микроволновая печь. Также на нижнем ярусе расположены автомобили в количестве от 10 до 20 единиц. Покрытие пола-керамическая плитка. Также иметься 2 парадные двери 2000 * 1000мм, и открывающейся въезд с заднего двора 3000 * 3000мм.

Верхний ярус - 4 выделенных с помощью стеклопакетов с алюминиевым профилем. Оборудовано мебелью с покрытием из эко-кожи, ламинированным деревом, стеклом, 6 персональными компьютерами, кулером, бытовым чайником, 2 конвекционными обогревателями, бытовой кофеваркой. Покрытие пола - ламинированное ДСП. Фальшь потолок  типа «грильято» представляет собой сложенный, алюминиевый, окрашенный профиль, квадратом, с размером ячейки  200 на 200мм. Потолок типа «Армстронг» .

Электрическая разводка выполнена по потолкам открыто, по стенам - уштроблена, РЩ находится на первом ярусе. Освещение точечное. Открытые металлические детали заземлены (контур заземления 2Ом). Потребители бытовые 220 и 12 вольт.

С нижнего на верхний ярус ведут 2 лестницы. Материал лестниц - сварной металл, приваренный к несущей конструкции (неотделим от общего контура заземления), окрашен краской толщиной около 1мм.

2.Неудобства, связанные со статикой (жалобы)

Клиентов и сотрудников предприятия поражает заряд статического электричества при прикосновении к металлическим деталям (заземленным). Проблема возникла после проведения ремонтных работ, в частности: установка фальшь потолка, укладки ламината на 2 ярусе, возведение стеклянных перегородок с алюминиевым профилем, окрашивание стен и лестничных пролетов. Заметно усиление статического эффекта с понижением температуры на улице.

3.Причины возникновения статического заряда

  1. Трение материалов с различным электрическим потенциалом (обувь о ламинат 2 яруса), естественные колебания металлической конструкции здания, трамвайная линия создающая вибрационный фон.
  2. Высокая напряженность электрического поля в следствии большего количества металла с различным электрическим потенциалом в здании.
  3. Синтетическая одежда работников и посетителей.

4.Механизм возникновения заряда (частный случай)

Человек в результате соприкосновения с диэлектрическими элементами здания, интерьера, воздействием электромагнитного поля, а также внутреннего трения собственной синтетической одежды, заряжается определенным потенциалом, отличным от постоянного потенциала заземления (заземленных предметов, алюминиевого профиля, металлических деталей лестницы…). При достижении разницы потенциалов достаточной для образования электрической искры силы пробития изоляции (в случае перил лестницы и алюминиевых профилей, краски), происходит уравнивание потенциала, человек оказывается разряженным относительно заземления, после окончания разрядки, как только контакт оборван, происходит повторный заряд человека. И процесс повторяется снова.

5.Рекомендации по устранению причин возникновения

5.1 Отделочные материалы

  1. Демонтаж фальшь потолка
  2. Демонтаж алюминиевых конструкций перегородок
  3. Замена ламината на втором ярусе на материал с нейтральным зарядом (дерево, керамика)

5.2 Одежда

  1. Использовать одежду из натурального хлопка
  2. Исключить из гардероба шерсть, заменитель кожи

Выполнение рекомендаций не дает 100% гарантии на полное исчезновение эффекта статического электричества, а лишь уменьшает эго силу.

6.Рекомендации борьбы со следствием (Искра статики)

6.1 Влажность

При высокой влажности в помещении разность потенциалов, не успевая достигнуть критической отметки (силы искры), уходит через влажный воздух, который является лучшим проводником чем его сухой «брат». То есть, человек, находящийся в среде влажного воздуха, помимо постоянного заряда еще и постоянно разряжается. Повышая влажность, мы увеличиваем скорость уравнивания потенциалов; чем выше постоянная которой, тем ниже сила искры, вплоть до полного исчезновения (ощущаемого).

График 6.1

В автосалоне относительная влажность колеблется в пределах от 20 до 35% в зимнее время.

Как мы видим из графика 6.1 при такой влажности сила статического заряда находится на уровне близкому к максимуму. При поднятии этой характеристики до нормального, оптимального для здоровья человека уровня, сила искры уменьшится в 2,5 раза, а остаточной ее силы может оказаться недостаточно для образования ощутимого разряда.

При попытке поднять влажность для эмпирического определения эффективности данного метода я столкнулся с проблемой постоянного уменьшения влажности за счёт невозможности изолирования помещения от воздушного массообмена.

 

 

 

 

График 6.2

2В цифрах: 

Влажность 25%

Температура 22 С

Объем 4500 м3

Как мы видим из графика 6.2, при такой температуре 100% влажность — это массовое соотношение 20грамм воды на 1м3 воздуха, 10% - это 2грамма на М3.

Следовательно, для поднятия влажности до нужных 70% нам требуется перевести в газообразное агрегатное состояние:

45*0,2*4500=40 500 грамм

или, если перевести в литры - 40,5 литров воды.

Но запустив прямой процесс увлажнения, следует учесть, что происходит и обратный процесс за счет постоянного открывания задних ворот для заезда автомобилей.

 

В цифрах:

  1. Проем 3000 на 3000мм
  2. Влажность 75% (ср.)
  3. Температура 0 С (ср.)
  4. Скорость воздушного потока 2 м/с (ср)

Используя график 6.2, высчитываем:

5*0,75=3,75 грамм/м3

Этот воздух, попадая в помещение, нагревается до 20 С; массовое соотношение, соответственно не меняется, а относительная влажность (график 6.2):

3,75/0,2=18.75% влажности

То есть за одну секунду открытых ворот мы теряем:

20*(0,75-0,1875)*9=101.25 грамм воды

Если принять, что ворота открыты 5 минут каждый час, то потеря влажности составит:

101.25*30=3037.5 грамм

или 3 листра/час если перевести к более понятному.

Теперь от математики к экономике:

Производительность бытового увлажнителя - 0,3л/час

Средняя стоимость - 1400грн/шт.

То есть, только для поддержания влажности на уровне 70% нам требуется:

3/0,3=10 увлажнителей

Или:

10*1400=14000 грн

И даже подняв влажность, как видно из графика 6.1, мы не можем гарантировать полное исчезновение статики, а лишь, при поднятии до 70%, уменьшение в 2,5 раза.  

6.2 Изоляция точек соприкосновения человека и заземления

Возвращаясь к теме возникновения статического разряда (искры), скажу, что она происходит тогда, когда она достигает силы преодоления воздуха или изоляции, находящуюся между разно заряженными телами, в нашем случае человека и заземления. 1000 вольт (разница потенциалов измеряется в вольтах) способна пробить 1мм сухого воздуха или 0,05мм ПВХ изоляции. Соответственно, уменьшить вероятность возникновения искры можно как уменьшением ее силы, так и усложнением ее пути (изоляцией). Изолировать стоит лестничные перила, ручки металлических предметов, и другие места где человек соприкасается с металлом.

Метод также не даст 100% гарантии. Наиболее эффективен с пунктом 6.1

6.3 Демонтаж контура заземления

Кроме опасности поражения электрическим током сети 220 вольт, и других опасностей,

Этот метод технически очень сложно будет применить, так как есть металлические детали (лестница) приваренные к контуру заземления.

6.4 Методы, применяющиеся на предприятиях

6.4.1 Заземляющие коврики

Это - коврик из токопроводящего материала, подсоединённый к контуру заземления. Стоя на нем, человек постепенно разряжается. В нашем случае это покажет малую эффективность, так как  требует носки специальной обуви.

6.4.2 Антистатическая краска

Это - краска препятствующая скоплению статического заряда на поверхности окрашенного ею предмета. Неприменим так как в нашем случае заряд копится на человеке, ламинате, профиле… Все не покрасишь, особенно проблематично человека красить, но это лично мое мнение.

6.4.3 Антистатический спрей

То же самое что и краска, только его надо постоянно наносить, и он собирает пыль. Эффективность весьма сомнительна.

6.4.4 Заземляющий браслет

Металлический браслет, одетый на руку человека, и с помощью цепи или проволоки подсоединённый к заземлению. В нашем случае не применим по понятным причинам.

6.4.5 Витаминосодержащие покрытие

Удерживать статический заряд способны так же и радикалы (Атомы или группы атомов с нейтральным зарядом, но со свободным электроном на внешнем уровне электронных орбиталей). Витамины нейтрализуют радикал, а убрав носителя, убирается и заряд  сохраняемый им. Но этот эффект еще до конца не изучен, в промышленности применяется лишь при изготовлении многослойных электронных плат, и то не везде.

В нашем случае неприменим. Но тому, кого больше бьет, следует задуматься, может витаминов в организме не хватает.

7.Заключение

Из реально что требуется и в принципе возможно, предпринять - это поднять влажность и добавить слой изол

яции на те места, где человек контактирует с металлом (Места, где бьет током). Или заменить на деревянные ручки дверей, перила лестницы и т.д.

 

 

Автор :


Печать