הגנה מפני חשמל סטטי בחיי היומיום ובמקום העבודה

הפעילות היומיומית של כל אדם קשורה לתנועתו במרחב. בנוסף, הוא לא רק הולך ברגל, אלא גם נוסע בתחבורה.

במהלך כל תנועה מתרחשת חלוקה מחדש של מטענים סטטיים, המשנה את האיזון של שיווי המשקל הפנימי בין האטומים והאלקטרונים של כל חומר. זה קשור לתהליך של חשמול, היווצרות חשמל סטטי.

במוצקים, חלוקת המטענים נובעת מתנועת אלקטרונים, ובנוזלים וגזים, גם אלקטרונים וגם יונים טעונים. כל אלה ביחד עושים הבדל פוטנציאלי.

גורמים לחשמל סטטי

הדוגמאות הנפוצות ביותר לביטוי של כוחות סטטיים מוסברים בבית הספר בשיעורים הראשונים של הפיזיקה, כאשר הם משפשפים מוטות זכוכית ואבוניט על בד צמר ומדגימים את המשיכה של פיסות נייר קטנות אליהם.

ידועה גם החוויה של הסטת זרם דק של מים בפעולת מטענים סטטיים המרוכזים על מוט אבוניט.

בחיי היומיום, חשמל סטטי מתבטא לרוב:

• כאשר לובשים בגדי צמר או סינתטיים;

• הליכה בנעליים עם סוליות גומי או גרבי צמר על שטיחים ובאטום;

• שימוש בפריטי פלסטיק.

המצב מחמיר על ידי:

• אוויר יבש בחצרים;

• קירות בטון מזוין, מהם עשויים מבנים רב קומות.

איך נוצר סטטי

בדרך כלל, הגוף הפיזי מכיל מספר שווה של חלקיקים חיוביים ושליליים, ולכן נוצר בו איזון המבטיח את מצבו הנייטרלי. כאשר מופרעים, הגוף רוכש מטען חשמלי של סימן מסוים.

סטטי פירושו מצב של מנוחה כאשר הגוף אינו זז. קיטוב יכול להתרחש בתוך החומר שלו - תנועת מטענים מחלק אחד למשנהו או העברתם מעצם סמוך.

חשמול של חומרים מתרחש עקב רכישה, הסרה או הפרדה של מטענים כאשר:

• אינטראקציה של חומרים עקב כוחות חיכוך או סיבוב;

• ירידה חדה בטמפרטורה;

• הקרנה בדרכים שונות;

• פיצול או חיתוך של גופים פיזיים.

מטענים חשמליים מופץ על פני העצם או במרחק ממנו במספר מרחקים בין-אטומיים. עבור גופים לא מקורקעים, הם מתפשטים על פני שטח שכבת המגע, ועבור אלה המחוברים לקו המתאר של הקרקע, הם זורמים אליה.

רכישת מטענים סטטיים מהגוף וניקוזם מתרחשים בו זמנית. חשמול מסופק כאשר הגוף מקבל פוטנציאל אנרגיה גדול יותר ממה שהוא מוציא בסביבה החיצונית.

מסקנה מעשית נובעת מעמדה זו: כדי להגן על הגוף מפני חשמל סטטי, יש צורך לנקז את המטענים הנובעים ממנו אל לולאת האדמה.

שיטות הערכת חשמל סטטי

חומרים פיזיקליים, על פי יכולתם ליצור מטענים חשמליים של סימנים שונים בעת אינטראקציה על ידי חיכוך עם גופים אחרים, מאופיינים בקנה מידה של האפקט הטריבו-אלקטרי. כמה מהם מוצגים בתמונה.

ניתן להביא את העובדות הבאות כדוגמה לאינטראקציה ביניהן:

• הליכה בגרבי צמר או נעליים עם סוליות גומי על שטיח יבש יכולה לטעון את גוף האדם עד 5 ÷ -6 קילוואט;

• גוף המכונית הנעה על כביש יבש מקבל פוטנציאל של עד 10 קילו וולט;

• רצועת ההינע המסובבת את הגלגלת טעונה ל-25kV.

כפי שאתה יכול לראות, הפוטנציאל של חשמל סטטי מגיע לערכים גבוהים מאוד אפילו בתנאים ביתיים. אבל זה לא גורם לנו נזק רב, שכן אין לו כוח רב, ופריקתו עוברת דרך ההתנגדות הגבוהה של רפידות המגע ונמדדת במיליאמפר או קצת יותר.

בנוסף, הוא מופחת באופן משמעותי על ידי לחות האוויר. השפעתו על כמות מתח הגוף במגע עם חומרים שונים מוצגת בגרף.

מהניתוח שלו עולה המסקנה: בסביבה לחה, חשמל סטטי מופיע פחות. לכן, משתמשים בקרם לחות שונים כדי להילחם בו.

בטבע, חשמל סטטי יכול להיות עצום.כאשר עננים נעים על פני מרחקים ארוכים, מצטברים ביניהם פוטנציאלים משמעותיים, המתבטאים בברק, שהאנרגיה שלו מספיקה כדי לבקע עץ בן מאה לאורך הגזע או לשרוף בניין מגורים.

כאשר חשמל סטטי מתפרק בחיי היומיום, אנו מרגישים את "צביטה" של האצבעות, רואים ניצוצות שנפלטים מחפצי צמר, מרגישים ירידה באנרגיה וביעילות. לזרם אליו נחשף גופנו בחיי היומיום יש השפעה שלילית על הבריאות, על מצב מערכת העצבים, אך אינו גורם לנזק ברור ונראה לעין.

יצרני ציוד מדידה תעשייתי מייצרים מכשירים המאפשרים לקבוע במדויק את גודל המתח של מטענים סטטיים מצטברים הן על קופסאות הציוד והן על גוף האדם.

כיצד להגן על עצמך מפני חשמל סטטי בבית

כל אחד מאיתנו צריך להבין את התהליכים היוצרים הפרשות סטטיות המהוות איום על הגוף שלנו. הם חייבים להיות ידועים ומוגבלים. לצורך כך מתבצעות פעילויות חינוכיות שונות, לרבות תוכניות טלוויזיה פופולריות לאוכלוסייה.

עליהם, בעזרת אמצעים זמינים, מוצגות שיטות ליצירת מתח סטטי, עקרונות מדידתו ושיטות ביצוע אמצעי מניעה.

לדוגמה, בהתחשב באפקט הטריבו-אלקטרי, עדיף להשתמש במסרקי עץ טבעי לסירוק שיער, לא מתכת או פלסטיק, כפי שרוב האנשים עושים. לעץ תכונות ניטרליות ואינו יוצר מטענים כאשר משפשפים אותו בשיער.

כדי להסיר את הפוטנציאל הסטטי ממרכב המכונית בעת נסיעה בכביש יבש, משתמשים ברצועות אנטי-סטטיות מיוחדות המחוברות לתחתית. סוגים שונים של אלה זמינים למכירה נרחבת.

אם אין הגנה כזו על המכונית, אזי ניתן להסיר את פוטנציאל המתח על ידי הארקה קצרת טווח של המארז באמצעות חפץ מתכתי, למשל מפתח הצתה לרכב. חשוב במיוחד לעקוב אחר הליך זה לפני התדלוק.

כאשר מטען סטטי מצטבר על בגדים מחומרים סינתטיים, ניתן להסירו על ידי טיפול באדים ממיכל מיוחד בעל הרכב אנטי סטטי. באופן כללי, עדיף להשתמש פחות בבדים כאלה וללבוש חומרים טבעיים כמו פשתן או כותנה.

נעליים עם סוליית גומי גם עוזרות לבנות מטען. מספיק לשים בו מדרסים אנטי-סטטיים מחומרים טבעיים, שכן ההשפעה המזיקה על הגוף תפחת.

השפעת האוויר היבש האופייני לדירות עירוניות בחורף כבר נדונה. מכשירי אדים מיוחדים או אפילו חתיכות קטנות של בד לח המונחות על חפצי בית משפרים את הסביבה ומפחיתים היווצרות חשמל סטטי. אבל ניקוי רטוב רגיל בתוך הבית מאפשר לך להסיר חלקיקים מחושמלים ואבק בזמן. זו אחת הדרכים הטובות ביותר להגן על עצמך.

מכשירי חשמל ביתיים גם צוברים מטענים סטטיים על הקופסה במהלך הפעולה.מערכת שווי הפוטנציאל המחוברת להארקה המשותפת של מעגל הבניין נועדה להפחית את השפעתם.גם אמבט אקרילי פשוט או מבנה ברזל יצוק ישן עם אותו תוספת נתונים לפעולה סטטית ויש להגן בצורה זו.

כיצד מתבצעת הגנה מפני חשמל סטטי בייצור?

גורמים המפחיתים את הביצועים של ציוד אלקטרוני

פריקות הנוצרות בייצור חומרים מוליכים למחצה עלולות לגרום לנזק רב, לשבש את המאפיינים החשמליים של מכשירים או אפילו להשבית אותם לחלוטין.

בהגדרות ייצור, סילוק יכול להיות שרירותי ותלוי במספר גורמים שונים:

• ערכי הקיבולת שהתקבלה;

• פוטנציאל אנרגיה;

• התנגדות חשמלית של המגעים;

• סוג של חולפים;

• תאונות אחרות.

במקרה זה, בזמן הראשוני בסדר גודל של עשר ננו-שניות, זרם הפריקה גדל למקסימום ולאחר מכן יורד תוך 100-300 ns.

אופי המופע של פריקה סטטית על התקן מוליכים למחצה דרך גוף המפעיל מוצג בתמונה.

גודל הזרם מושפע מ: יכולת המטען שנצבר על ידי אדם, התנגדות גופו ורפידות המגע.

בייצור ציוד חשמלי, ניתן ליצור פריקה סטטית ללא התערבות מפעיל עקב היווצרות מגעים דרך משטחים מוארקים.

במקרה זה, זרם הפריקה מושפע מכושר הטעינה שנצבר על ידי מארז המכשיר ומההתנגדות של רפידות המגע שנוצרו. במקרה זה, פוטנציאל המתח הגבוה המושרה וזרם הפריקה משפיעים בו זמנית על המוליך למחצה ברגע הראשוני.

בשל השפעה כה מורכבת, הנזק יכול להיות:

1.במיוחד, כאשר הביצועים של האלמנטים מופחתים עד כדי כך שהם הופכים לבלתי שמישים;

2. מוסתר - על ידי הפחתת פרמטרי התפוקה, לפעמים אפילו נופלים בתוך מאפייני המפעל שנקבעו.

קשה לזהות את הסוג השני של תקלות: לרוב הן משפיעות על אובדן התפוקה במהלך העבודה.

דוגמה לנזק כזה כתוצאה מפעולת מתח סטטי גבוה מוצגת על ידי מגרשי הסטייה של מאפייני וולט-אמפר המופעלים על הדיודה KD522D ועל המעגל המשולב KR1005VI1 LSI.

הקו החום מספר 1 מציג את הפרמטרים של מכשירי המוליכים למחצה לפני הבדיקות עם מתח מוגבר, והעקומות מספר 2 ו-3 מציגות את הפחתתם בהשפעת הפוטנציאל המושרה המוגבר. במקרה מס' 3, יש לזה השפעה גדולה יותר.

נזק יכול להיגרם על ידי פעולות על ידי:

• מתח מושרה מוערך יתר על המידה ששובר את השכבה הדיאלקטרית של התקני מוליכים למחצה או שובר את מבנה הגביש;

• צפיפות זרם גבוהה הגורמת לטמפרטורה גבוהה המובילה להתכה של חומרים ושריפת שכבת התחמוצת;

• בדיקות, אימון תרמי חשמלי.

נזק סמוי יכול להשפיע על העבודה לא מיד, אלא לאחר מספר חודשים ואף שנים של עבודה.

שיטות לביצוע הגנת ESD בייצור

בהתאם לסוג הציוד התעשייתי, נעשה שימוש באחת מהשיטות הבאות לשמירה על תפעול או שילובן:

1. ביטול היווצרות מטענים אלקטרוסטטיים;

2. חסימת כניסתם למקום העבודה;

3. הגברת ההתנגדות של מכשירים ואביזרים לפעולת פריקות.

שיטות # 1 ו- # 2 מאפשרות לך להגן על קבוצה גדולה של מכשירים שונים במתחם, ו- # 3 משמש עבור מכשירים בודדים.

יעילות גבוהה בשמירה על תפעול הציוד מושגת על ידי הנחתו בכלוב פאראדיי, חלל מוקף מכל צדדיו ברשת עדינה של רשת מתכת המחוברת ללולאת האדמה. שדות חשמליים חיצוניים אינם חודרים לתוכו ויש לו מגנט סטטי.

כבלים מסוככים עובדים על עיקרון זה.

הגנה מפני פעולה סטטית מסווגת על פי עקרונות היישום של:

• פיזי ומכני;

• כִּימִי;

• מבחינה קונסטרוקטיבית וטכנולוגית.

שתי השיטות הראשונות מאפשרות למנוע או להפחית היווצרות של מטענים סטטיים ולהגביר את מהירות הניקוז שלהם. השיטה השלישית מגנה על מכשירים מפני השפעות של מטענים, אך אינה משפיעה על ניקוזם.

אתה יכול לשפר את ניקוז הפסולת על ידי:

• יצירת כתר;

• הגדלת מוליכות החומרים עליהם מצטברים מטענים.

פתור את הבעיות האלה:

• יינון אוויר;

• עלייה במשטחי העבודה;

• מבחר חומרים עם מוליכות נפח הטובה ביותר.

הודות ליישומם, נוצרות כבישים מהירים שהוכנו מראש כדי להוביל מטענים סטטיים למעגל הארקה, למעט השפעתם על רכיבי העבודה של המכשירים. במקרה זה, נלקח בחשבון שההתנגדות החשמלית הכוללת של הנתיב שנוצר לא תעלה על 10 אוהם.

אם לחומרים יש עמידות רבה, אז ההגנה נעשית בדרכים אחרות. אחרת, מטענים מתחילים להצטבר על פני השטח, אשר ניתן לפרוק במגע עם הקרקע.

דוגמה ליישום הגנה אלקטרוסטטית מורכבת במקום העבודה עבור מפעיל העוסק בתחזוקה והתאמת מכשירים אלקטרוניים מוצגת בתמונה.

פני השולחן מחוברים ללולאת האדמה על ידי חוט חיבור וכרית מוליכה באמצעות מסופים מיוחדים. המפעיל עובד בלבוש מיוחד, נועל נעליים עם סוליות מוליכות ויושב על כיסא עם מושב מיוחד. כל האמצעים הללו מאפשרים להיפטר ביעילות מהמטלות שהצטברו בשטח.

מיינני אוויר עובדים מווסתים לחות, מפחיתים את הפוטנציאל של חשמל סטטי. בעת השימוש בהם, נלקח בחשבון שהתוכן המוגבר של אדי מים באוויר משפיע לרעה על בריאות האדם. אז הם מנסים לשמור את זה בסביבות 40%.

כמו כן, דרך יעילה יכולה להיות אוורור סדיר של החדר או שימוש במערכת אוורור בו, כאשר האוויר עובר דרך המסננים, מיינן ומתערבב, ובכך מבטיח נטרול המטענים הנוצרים.

כדי להפחית את הפוטנציאל שבנה גוף האדם, ניתן להשתמש בצמידים כדי להשלים את סט הבגדים והנעליים האנטי-סטטיים. הם מורכבים מרצועה מוליכה המחוברת לכתף באמצעות אבזם. האחרון מחובר לחוט ההארקה.

בשיטה זו, הזרם הזורם בגוף האדם מוגבל. הערך שלו לא יעלה על מיליאמפר אחד. ערכים גדולים יותר עלולים לגרום לכאב ולפגיעה חשמלית.

במהלך פריקת המטען לקרקע חשוב לוודא את קצב פריקתו בשנייה אחת.לשם כך משתמשים בחיפויי רצפה בעלי התנגדות חשמלית נמוכה.

בעבודה עם לוחות מוליכים למחצה ורכיבים אלקטרוניים, ניתנת גם הגנה מפני נזק מחשמל סטטי:

• עקיפת מאולץ של המסופים של לוחות ובלוקים אלקטרוניים במהלך בדיקות;

• באמצעות כלים ומלחמים עם ראשי עבודה מוארקים.

מיכלים של נוזלים דליקים הממוקמים על כלי רכב מקורקים בשרשרת מתכת. אפילו גוף המטוס מצויד בכבלי מתכת הפועלים כהגנה מפני חשמל סטטי בזמן נחיתה.