Защита от вредных проявлений статического электричества.

Для предотвращения нежелательного или опасного воздействия статического электричества применяют средства защиты от статического электричества (СЗСЭ), которые согласно ГОСТ 12.4.124—83 подразделяются на коллективные и индивидуальные.

Средства коллективной защиты по принципу действия классифицируются на следующие:

  • ? заземляющие устройства;
  • ? нейтрализаторы;
  • ? увлажняющие устройства;
  • ? антиэлектростатические вещества;
  • ? экранирующие устройства.

Средства индивидуальной защиты в зависимости от назначения подразделяются следующим образом:

  • ? специальная одежда антиэлектростатическая;
  • ? специальная обувь антиэлектростатическая;
  • ? предохранительные приспособления антиэлектростатические (кольца и браслеты).

СЗСЭ должны обеспечивать на рабочих местах уровень ЭСП, соответствующий требованиям норм, они не должны оказывать отрицательного воздействия на технологический процесс, должны исключать появление искровых разрядов СЭ с энергией, превышающей 40% минимальной энергии зажигания окружающей среды. Антистатическая специальная одежда, обувь и предохранительные приспособления должны обеспечивать защиту при работе с электроустановками напряжением до 1000 В.

Заземление должно применяться на всех электропроводных элементах технологического оборудования и других объектах, на которых возможно возникновение или накопление электростатических зарядов независимо от применения других средств защиты от СЭ.

Неметаллическое оборудование считается электростатически заземленным, если сопротивление растеканию тока на землю с любых точек его внутренней и внешней поверхностей не превышает 107 Ом при относительной влажности воздуха не более 60%.

Заземляющие устройства для защиты от СЭ должны, как правило, объединяться с защитными заземляющими устройствами. Принято, что сопротивление заземляющего устройства, предназначенного исключительно для защиты от СЭ, не должно превышать 100 Ом.

Металлическое и электропроводное неметаллическое оборудование (трубопроводы, вентиляционные короба и кожухи термоизоляции трубопроводов и аппаратов, расположенные в цехе, а также на наружных установках, эстакадах и каналах) должны представлять собой на всем протяжении непрерывную электрическую цепь, которая в пределах цеха (отделения, установки) должна быть присоединена к контуру заземления не менее, чем в двух точках.

Присоединению к контуру заземления с помощью отдельного ответвления независимо от заземления соединенных с ними коммуникаций и конструкций подлежат: аппараты, емкости и агрегаты, в которых происходит дробление, распыление или разбрызгивание продуктов; футерованные и эмалированные аппараты (емкости); отдельно стоящие машины, агрегаты, аппараты, не соединенные трубопроводами с общей системой аппаратов и емкостей.

Автоцистерны, а также танки наливных судов, находящиеся под наливом и сливом сжиженных горючих газов и пожароопасных жидкостей, в течение всего времени заполнения и опорожнения должны быть присоединены к заземляющему устройству. Контактные устройства для подсоединения заземляющих проводников от автоцистерн и наливных судов должны быть установлены вне взрывоопасной зоны. Гибкие заземляющие проводники сечением не менее 6 мм2 должны быть постоянно присоединены к металлическим корпусам автоцистерн и танков наливных судов и иметь на конце струбцину или наконечник под болт М10 для присоединения к заземляющему устройству. При отсутствии постоянно присоединенных проводников заземление автоцистерны и наливных судов должно производиться инвентарными проводниками в следующем порядке: заземляющий проводник вначале присоединяется к корпусу цистерны (или танка), а затем к заземляющему устройству.

Открывание люков автоцистерн и танков наливных судов и погружение в них шлангов должно производиться только после присоединения заземляющих проводников к заземляющему устройству.

Резиновые (либо другие из неэлектропроводных материалов) шланги с металлическими наконечниками, используемые для налива жидкостей в железнодорожные цистерны, автоцистерны, наливные суда и другие передвижные сосуды и аппараты, должны быть обвиты медной проволокой диаметром не менее 2 мм (или медным тросиком сечением не менее 4 мм2) с шагом витка не более 100 мм. Один конец проволоки (или тросика) соединяется пайкой (или под болт) с металлическими заземленными частями продуктопровода, а другой — с наконечником шланга.

При использовании армированных шлангов или электропроводных рукавов их обвивка не требуется при условии обязательного соединения арматуры или электропроводного резинового слоя с заземленным продуктопроводом и металлическим наконечником шланга.

Наконечники шлангов должны быть изготовлены из меди или других неискрящих металлов.

Принцип работы нейтрализаторов зарядов на поверхности наэлектризованного диэлектрика сводится к тому, что вблизи поверхности наэлектризованного диэлектрика создаются положительные и отрицательные ионы (рис. 6.3). Ионы, имеющие полярность, противоположную полярности зарядов наэлектризованного материала, под действием электрического поля оседают на поверхности диэлектрика, нейтрализуя его заряд.

Схема нейтрализации зарядов индукционным нейтрализатором

Рис. 6.3. Схема нейтрализации зарядов индукционным нейтрализатором:

1 — разрядный электрод; 2 — зона ударной ионизации; 3 — наэлектризованный диэлектрик; 4 — направление движения диэлектрика

По принципу действия нейтрализаторы подразделяются на индукционные, высоковольтные, лучевые (радиоизотопные), аэродинамические и комбинированные.

Нежелательным побочным эффектом работы нейтрализаторов является интенсивное образование вблизи них озона и окислов азота. Концентрация этих веществ при эксплуатации нейтрализаторов не должна превышать допустимого уровня.

Индукционные нейтрализаторы статического электричества (ИНСЭ) конструктивно наиболее просты. Они состоят (рис. 6.4) из несущих металлических, деревянных или диэлектрических стержней, на которых укреплены заземленные острия, тонкие проволочки и др. Электрическое поле у электродов ИНСЭ создается зарядами СЭ наэлектризованного материала.

Индукционные нейтрализаторы СЭ

Рис. 6.4. Индукционные нейтрализаторы СЭ: а — игольчатые без экрана; 6 — игольчатые с экраном; в — щеточные; г — проволочные; д — стержневые для жидкости; е — пилообразные; ж — с сигнализацией о работе с помощью микроамперметра; з — с сигнализацией о работе с помощью неоновой лампы:

1 — игла-электрод; 2—стержень; 3—экран; 4 - щетка-электрод; 5 - проволока-электрод; 6—движущееся наэлектризованное полотно; 7— микроамперметр; 8— неоновая лампа

Нейтрализаторы снабжают обычно кожухами для защиты обслуживающего персонала от случайного прикосновения к электродам. Индукционные нейтрализаторы применяют в помещениях, не являющихся взрывоопасными, для нейтрализации зарядов статического электричества на плоских поверхностях (пленках, лентах, тканях, листах). Основной целью использования нейтрализаторов этого вида является устранение технологических помех, вызванных влиянием статического электричества.

Индукционные нейтрализаторы не «снимают» полностью заряд с перерабатываемого материала, причем остаточная поверхностная плотность заряда на материале за индукционным нейтрализатором составляет (0,2...6) 10_6 Кл/м2.

Эффективность ИНСЭ становится низкой, если в зоне его расположения под нейтрализуемой поверхностью диэлектрика находятся проводящие заземленные элементы оборудования, которые ограничивают действие ИНСЭ.

Общим недостатком индукционных нейтрализаторов является и то, что они начинают работать только после достижения некоторой плотности заряда на диэлектрике, обеспечивающем условия самостоятельности разряда у острия. Для некоторых технологических процессов эта минимальная плотность зарядов оказывается недопустимо большой, поэтому ИНЭС в этих случаях не допускаются к применению.

Если эффективность установленных индукционных нейтрализаторов недостаточна, то в помещениях, не являющихся взрывоопасными, применяют высоковольтные нейтрализаторы.

Высоковольтные нейтрализаторы статического электричества (ВНСЭ) отличаются от индукционных тем, что коронирование разрядных электродов происходит под действием высокого напряжения, подаваемого на них от постороннего источника (рис. 6.5 и 6.6).

В зависимости от формы и частоты питающего напряжения ВНСЭ подразделяются на нейтрализаторы постоянного и переменного напряжения промышленной частоты; переменного напряжения высокой частоты. Форма питающего напряжения определяет конструкцию разрядных электродов.

Источники питания высоковольтных нейтрализаторов различных конструкций имеют выходное напряжение 4... 15 кВ. В цепи высокого напряжения устанавливаются высокоомные сопротивления и конденсаторы, ограничивающие ток замыкания через тело человека до безопасной величины (десятки микроампер) при случайном прикосновении к разрядным электродам.

Схема нейтрализации зарядов СЭ высоковольтным нейтрализатором

Рис. 6.5. Схема нейтрализации зарядов СЭ высоковольтным нейтрализатором: 1 — разрядный электрод; 2 — заземленный электрод (кожух);

  • 3 — источник высокого напряжения; 4 - высоковольтный соединительный провод; 5 - наэлектризованная поверхность;
  • 6 воздушный промежуток, в котором развивается коронный разряд;
  • 7 — силовые линии ЭС поля наэлектризованного материала
Конструкции разрядников высоковольтных нейтрализаторов

Рис. 6.6. Конструкции разрядников высоковольтных нейтрализаторов: а, б — трубчатые разрядники переменного напряжения:

1 — игла; 2 — защитный кожух; 3 — металлическая прокладка; в — плоский разрядник переменного на пряжен ия: 1 — игла, 2— защитный кожух; г —трубчатый разрядник переменного напряжения: 1 — игла, 2 — металлическая прокладка; д — трубчатый разрядник постоянного напряжения: ) -иглы;2 — высоковольтные электроды; 3 — перегородка из диэлектрика; 4 — защитный кожух

Лучевые (радиоизотопные) нейтрализаторы статического электричества (РНСЭ) просты в конструктивном отношении, не требуют источников питания (рис. 6.7). Они применяются во взрывоопасных помещениях всех классов, выполняются чаше всего в виде плоских длинных пластинок или маленьких дисков, одна сторона которых покрыта радиоактивным материалом, вызывающим ионизацию воздуха.

Радиоактивные и радиоактивно-индукционные нейтрализаторы

Рис. 6.7. Радиоактивные и радиоактивно-индукционные нейтрализаторы: а, б — радиоактивные с а-излучающими источниками; в — с [1-излучающими источниками; г, д — радиоактивно-индукционные:

1 — активный препарат; 2 — металлический контейнер; 3 — металлическая сетка; 4 — рукоятка; 5 — экран; 6 — игла; 7— наэлектризованный материал; 8— направление движения материала

Применяются радиоактивные нейтрализаторы с а- и (1-излучением. Основным недостатком радиоактивных нейтрализаторов является малый ионизационный ток по сравнению с другими типами нейтрализаторов, а также то, что запыление рабочей поверхности таких нейтрализаторов резко снижает их эффективность.

Радиоизотопные нейтрализаторы должны быть снабжены блокирующим устройством, закрывающим источник радиоактивного излучения в нерабочем состоянии. На корпусах должны быть нанесены знаки радиационной безопасности.

Комбинированные нейтрализаторы. Одним из путей повышения эффективности действия РНСЭ является совмещение их с другими нейтрализаторами, например индукционными (рис. 6.7, г, д).

Действие аэродинамического нейтрализатора (АНСЭ) (рис. 6.8) основано на том, что ионы, полученные в ионизационной камере, подаются в зону нейтрализации зарядов потоком воздуха. Нейтрализующая способность АНСЭ по сравнению с ранее рассмотренными нейтрализаторами меньше зависит от расстояния до наэлектризованного материала, плотности заряда СЭ, степени запыленности среды в месте расположения нейтрализатора.

Аэродинамический нейтрализатор зарядов СЭ

Рис. 6.8. Аэродинамический нейтрализатор зарядов СЭ:

1 — реле давления; 2 — расширитель; 3 - патрубок; 4 - игла; 5 - высоковольтный источник питания; 6 — высоковольтный провод; 7 - изолятор

Увлажняющие устройства. Повышение относительной влажности воздуха до 70%, если это допустимо по условиям технологического процесса, в ряде случаев существенно увеличивает поверхностную электропроводность диэлектрических гидрофильных материалов, обладаюицих способностью адсорбировать на своей поверхности очень тонкую пленку влаги.

По характеру действия увлажняющие устройства подразделяются на испарительные и распылительные.

Испарительные обеспечивают увеличение влажности за счет свободного испарения с больших поверхностей воды, а распылительные — распылением водяного пара или воды, циркуляцией влажного воздуха. Если электризующийся материал не является гидрофильным, электризующиеся поверхности должны иметь температуру ниже температуры окружающей среды примерно на 10 °С, при которой пленка влаги может сформироваться и удержаться на поверхности.

Антиэлектростатические вещества по способу применения подразделяются на вводимые в объем (наполнители и присадки) и наносимые на поверхность.

Вводимые антиэлектростатические вещества — электропроводящие наполнители (ацетиленовая сажа, алюминиевая пудра, графит, цинковая пыль), которые вводятся в массу твердого диэлектрика для повышения объемной электропроводности. Например, 20%-ное содержание ацетиленовой сажи в полимере снижает его удельное сопротивление на 14 порядков, при этом механические характеристики изделий (трубы из полиэтилена низкого давления) практически не меняются. Особое место занимают антистатические присадки, добавляемые в горючие диэлектрические жидкости в целях снижения объемного удельного сопротивления. В качестве таких присадок могут использоваться соли металлов переменной валентности, высшие карбоновые, нафтеновые и синтетические жирные кислоты.

К наносимым на поверхность диэлектриков антистатическим веществам, относятся, например, так называемые гигроскопические и поверхностно-активные вещества (ПАВ). Антистатические препараты поглощают влагу и удерживают ее, создавая на поверхности диэлектрика пленку влаги. К числу гигроскопических веществ относятся многоатомные спирты (гликоль, глицерин, сорбит) и неорганические соли. Большое распространение получили ПАВ — вещества, способные адсорбироваться на поверхности раздела фаз. Нанесение ПАВ на поверхность нашло применение в текстильной промышленности. Их недостатком является непостоянство антистатических свойств материала с течением времени. Способность к восстановлению антистатических свойств после обработки поверхности сильно зависит от структуры диэлектрика. Для различных диэлектриков оптимальные концентрации ПАВ различны.

Введение ПАВ и других антистатических добавок и присадок допустимо только в тех случаях, когда их применение не приводит к нарушению требований, предъявляемых к выпускаемой продукции.

Увеличение поверхностной электропроводности полимерных материалов может быть достигнуто также химической обработкой поверхности кислотами (например, серной или хлорсульфоновой кислотой). Увеличение электропроводности изделий из полистирола и полиолефинов достигается также погружением образцов в петролейный эфир при одновременном воздействии ультразвуком. Методы химической обработки эффективны, но требуют точного соблюдения технологических условий.

В ряде случаев необходимый эффект по увеличению электропроводности достигается нанесением на диэлектрик поверхностных хорошо проводящих пленок. Исходными материалами для них могут быть углерод, металлы или их окислы. Металлические тонкие пленки получают распылением, разбрызгиванием или испарением в вакууме.

Оксидные пленки (пленки из оксида олова) применяются в производстве стекла с проводящей поверхностью. Они создаются распылением хлористого олова на нагретую поверхность.

Экранирующие устройства выполняются из различных электропроводных материалов, по конструктивному исполнению подразделяются на козырьки и перегородки. Они располагаются на постоянных рабочих местах между источником электростатического поля и рабочим местом. Для получения необходимого экранирующего эффекта в обязательном порядке заземляются.

Некоторые другие способы защиты от СЭ. Подбор контактных пар.

В ряде случаев подбор соответствующих материалов контактирующих поверхностей уменьшает интенсивность генерации СЭ. При этом используются способы изготовления взаимодействующих поверхностей из одного материала и смешивания волокон из различных материалов, электризующихся зарядами противоположного знака.

Снижение скорости технологического процесса. Снизить величину заряда СЭ путем уменьшения скорости переработки можно лишь в том случае, если удельное электрическое сопротивление меньше 108 Ом м. В некоторых случаях однозначная зависимость между зарядом и скоростью переработки нарушается, а иногда наблюдается увеличение заряда с уменьшением скорости переработки.

Корректировка технологических операций. В ряде случаев источником электризации диэлектриков являются технологические операции, сопутствующие основному процессу. Наиболее характерные из них — это операции внутри резервуаров, в которые поступает продукт. Внутри резервуаров может быть:

  • ? разбрызгивание поступающей диэлектрической жидкости;
  • ? разбрызгивание воды, находящейся на дне резервуара, потоком поступающей жидкости;
  • ? прохождение пузырей воздуха или газа через слой жидкости или сыпучего материала;
  • ? всклубливание пыли в бункерах;
  • ? перемешивание жидкости и сыпучего материала внутри контейнера.

Внесение корректировки в эти операции ослабляет опасные проявления СЭ.

Проведение технологических процессов в средах, в которых разряд СЭ не представляет опасности. Этот способ защиты от СЭ обеспечивается заменой горючих сред негорючими, поддержанием концентрации горючих сред вне диапазона взрываемости, а также проведением технологических операций в атмосфере газа, не поддерживающего горения, например азота.

Средства индивидуальной защиты. Эффективное отведение заряда с тела человека обеспечивает антистатическая обувь, подошва которой выполнена из кожи либо электропроводной резины. Электрическое сопротивление между подпятником и ходовой стороной подошвы обуви должно быть в пределах 106...108 Ом. При этом пол также должен обладать достаточной электропроводностью. Для изготовления анти- электростатической специальной одежды (например, халатов) должны применяться материалы с удельным поверхностным сопротивлением не более 107 Ом. Электрическое сопротивление между токопроводящим элементом специальной антистатической одежды и землей должно быть в пределах 106...108.

Антистатический браслет (рис. 6.9) предназначен для отвода зарядов статического электричества. Браслет состоит из корпуса 1, выполненного из изоляционного материала, металлического основания 2 и верхнего металлического электрода 7. Между основанием и электродом расположено нелинейное сопротивление 3. С помощью разъемного штыря 5 и гибкого провода 6 браслет заземляется. Он надевается на запястье руки с помощью ремня 4.

Конструкция нелинейного сопротивления подбирается таким образом, что при напряжении на теле защищаемого человека до 1 кВ сопротивление имело значение порядка 3...4 МОм. Электрические заряды в этом случае не уходят по созданной браслетом цепи на землю.

Антистатический браслет

Рис. 6.9. Антистатический браслет:

  • 1 — корпус; 2 — металлическое основание; 3 — нелинейное сопротивление;
  • 4 — приспособление для крепления браслета на запястье руки;
  • 5 — разъемный штырь; 6 — заземляющий провод; 7 — электрод

При увеличении потенциала до 2 кВ его сопротивление резко уменьшается и электрические заряды полностью стекают в землю. При этом величина тока, проходящего через человека, не превышает предельно допустимых значений.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >