Обеспечение безопасности при эксплуатации электроустановок и защита от неблагоприятного действия электричества Статическое электричество и меры защиты

Статическое электричество — это совокупность явлений, связанных с возникновением, сохранением и релаксацией свободного электрического заряда на поверхности и в объеме диэлектрических и полупроводниковых веществ, материалов изделий или на изолированных проводниках. Заряды накапливаются на оборудовании и материалах, а сопровождающие электрические разряды могут явиться причиной пожаров и взрывов, нарушения технологических процессов, точности показаний электрических приборов и средств автоматизации. Особую опасность в связи с накоплением статического электричества представляют предприятия пищевых производств, на которых технологические процессы связаны с дроблением, измельчением и просеиванием продукта (хлебопекарные, кондитерские, крахмальные, сахарные и др.), с очисткой и переработкой зерна, транспортированием твердых и жидких продуктов с помощью конвейеров и по трубам (склады бестарного хранения муки, пивоваренные, спиртовые заводы и Др.). При соприкосновении тел, различающихся по температуре, концентрации заряженных частиц, энергетическому состоянию атомов, шероховатости поверхности и другим параметрам, между ними происходит перераспределение электрических зарядов. При этом у поверхности раздела тел на одной из них концентрируются положительные заряды, а на другой отрицательные. Образуется двойной электрический слой. В процессе разделения контактирующих поверхностей часть зарядов нейтрализуется, а часть сохраняется на телах. В производственных условиях электризация различных веществ зависит от многих факторов, и прежде всего от физико-химических свойств перерабатываемых веществ, вида и характера технологического процесса. Величина электростатического заряда зависит от электропроводности материалов, их относительной диэлектрической проницаемости, скорости движения, характера контакта между соприкасающимися материалами, электрических свойств окружающей среды, относительной влажности и температуры воздуха. Особенно резко возрастает электризация диэлектрических материалов при удельном электрическом сопротивлении 109 Ом-м, а также при относительной влажности воздуха менее 50 %. При удельном сопротивлении 108 Ом-м и менее электризация практически не обнаруживается. Степень электризации жидкостей в основном зависит от ее диэлектрических свойств и кинематической вязкости, скорости потока, диаметра и длины трубопровода, материала трубопровода, состояния его внутренних стенок, температуры жидкости. Интенсивность образования зарядов наблюдается при фильтрации за счет большой площади контакта жидкости с элементами фильтра. Разбрызгивание жидкостей при заполнении резервуаров свободно падающей струей горючей жидкости, например на спиртовых заводах, сопровождается электризацией капель, вследствие чего появляется опасность электрического заряда и воспламенение паров этих жидкостей. Поэтому налив жидкости в резервуары свободно падающей струей не допускается. Расстояние от конца загрузочной трубы до дна сосуда не должно превышать 200 мм, а если это невозможно, струю направляют вдоль стены. Гели напряженность электростатического поля над поверхностью диэлектрика достигает критической (пробоиной) величины, возникает электрический разряд. Для воздуха пробивное напряжение примерно равно 30 кВ/см. Электростатическая искро6езопасность —это такое состояние, при котором исключается возможность взрыва или пожара от статического электричества. Безопасная энергия искры (в Дж) определяется по формуле:

где kб — коэффициент безопасности, применяемый равным 0,4—0,5; Wmin—минимальная энергия, которая может вызвать воспламенение рассматриваемой горючей смеси. За предельно допустимое значение заряда принимается такое его значение, при котором максимально возможная энергия разряда Wи с поверхности данного вещества не превосходит 0,4—0,5 минимальной энергии воспламенения окружающей среды Wmin. Энергию разряда (искры) диэлектрика (в Дж) можно определить по формуле:

где С — электрическая емкость, разряжаемая искрой, Ф; V — разность потенциалов относительно земли, В. Минимальную энергию воспламенения газо- и паровоздушных смесей составляют доли миллиджоуля. Разность потенциалов на оборудовании может достигать нескольких тысяч вольт, и, как следует из формулы, при этом даже при незначительной электрической емкости, несущей электростатический заряд, энергия разряда искры может превышать минимальную энергию воспламенения взрывоопасной среды. Например, при транспортировании сыпучих материалов на конвейере с резиновой лентой потенциал относительно земли может достигать 45 000 В, а кожаного приводного ремня со скоростью 15 м/с — до 80 000 В. Электростатические заряды, достаточные для воспламенения практически всех взрывоопасных смесей воздуха с газами, парами и некоторыми пылями, могут накапливаться на человеке (одежда из синтетических тканей, передвижение по диэлектрикам, использование электронепроводящей обуви и т. п.), а также переходить на него с наэлектризованного оборудования и материалов. Потенциал электростатического заряда на человеке может достигать 15 000—20 000 В. Разряды такого потенциала не представляют опасности для человека, так как сила тока ничтожно мала и ощущается как укол, толчем: или судорога. Однако под их воздействием возможны рефлекторные движения, что может привести к падению с высоты, попаданию в опасную зону машины и др. Энергия разряда при потенциале 10 000 В и емкости человека, изменяющейся от 100 до 350 пФ, составляет 5—17,5 мДж. т. е. превышает значения минимальной энергии воспламенения этилового спирта, бензола и сероуглерода (0,95; 0,2; 0,0009 мДж соответственно). Меры защиты от статического электричества разделяются на три основные группы:

Основным способом предупреждения возникновения электростатического заряда является постоянный отвод статического электричества от технологического оборудования с помощью заземления. Каждую систему аппаратов и трубопроводов заземляют не менее чем в двух места. Резиновые шланги обвиваются заземленной медной проволокой с шагом 10 см. Следует иметь в виду, что в отличие от электротехники, где хорошими проводниками считаются материалы с удельным сопротивлением, оцениваемым долями Ома, в электростатике границей проводника и непроводника считается величина удельного сопротивления 10 кОм*м. Поэтому предельно допустимое сопротивление заземляющего устройства, используемого только для отвода электростатического заряда, не должно превышать 100 Ом. Для предупреждения образования статического электричества на элементах металлических конструкций, трубопроводах разного назначения, расположенных на расстоянии менее 10 см параллельно друг друга, применяются замкнутые контуры, создаваемые с помощью устанавливаемых между ними металлических заземленных перемычек через каждые 20 м и менее. Для снижения величины потенциала электростатического заряда, образующегося на оборудовании и перерабатываемых материалах, до безопасного уровня применяются технологические способы (безопасные скорости движения транспортируемых жидких и пылевидных веществ, подбор поверхностей трения, материалов взаимно компенсирующих возникающих зарядов и Т. п.), а также способы отвода путем повышения относительной влажности воздуха и материала, химической обработки поверхности, нанесения антистатических веществ и электропроводных пленок. Общее или местное увлажнение воздуха более 70 % обеспечивает постоянный отвод электростатических зарядов. Поверхностная проводимость материалов увеличивается обработкой поверхностно-активными веществами, использованием покрытий из электропроводящих эмалей, смазок. Заряды статического электричества нейтрализуются с помощью ионизации воздуха, при которой образующееся в единице его объема число пар ионов соответствует скорости возникновения нейтрализуемых электростатических зарядов. Для этого используются индукционные, радиоизотопные и комбинированные ионизаторы. Для непрерывного снятия электростатических зарядов с человека используются электропроводящие полы, заземленные зоны или рабочие площадки, оборудование, трапы, а также средства индивидуальной зашиты в виде антиэлектростатических халатов и обуви, с кожаной подошвой или подошвой из электропроводной резины.