Совокупность явлений, результатом которых является образование, сбережение и разрядка свободных электрозарядов на поверхности диэлектриков или изолированных проводниках, называют статическим электричеством. Образующийся заряд может сохраняться и накапливать достаточно продолжительное время. Процесс получения любой поверхностью или телом определенного заряда (положительного или отрицательного) называется электризацией. Статические электрозаряды чаще всего образуются из-за трения друг о друга или о металл твердых материалов, не проводящих ток. Относительно земли напряжение во время статической электризации часто может достигать 100 тыс. вольт.
Разряды статического электричества могут стать причиной возникновения сильных пожаров и взрывов, а также иметь негативное влияние на здоровье человека, как при непосредственном контакте, так и из-за опасного электрического поля образующегося вокруг заряженного тела. Выделяющейся энергии достаточно много для мгновенного для воспламенения пыле и газовоздушных смесей.
Специалисты рекомендуют применять заземления, нейтрализаторы (индукционные, радиоактивные и высоковольтные), увлажнители воздуха, специальные экраны и антиэлектростатические вещества для эффективной защиты от статических зарядов. Сотрудникам, в качестве профилактики, выдают антистатическую спецодежду и токопроводящую обувь имеющую сопротивление подошвы до 108 Ом.
Атмосферное электричество: молниезащита
Наиболее часто атмосферное электричество концентрируется в кучевых (грозовых) облаках и разряжается через молнии, которые имеют мощное поражающее действие. Прямое их попадание в дом может полностью разрушить здание, убить людей, находящихся внутри или привести к сильному пожару или техногенным авариям.
После того как Франклин объяснил всему миру природу молний человечество постоянно работает над усовершенствованием методов по молниезащите. В настоящее время на смену простым стальным или медным громоотводам с токоотводом и заземлением пришли инновационные активные молниеприемники. Они за счет ионизации воздуха вокруг себя самостоятельно притягивают к себе разряды молний. Современная система молниезащиты объекта включает защиту от прямых ударов молнии и вторичных ее проявлений.
Защита от статического электричества и молниезащита
Для предотвращения неприятных последствий от образования статических зарядов и молний необходимо при проектировании и эксплуатации объектов осуществлять комплекс мер, направленных на их защиту от статического электричества и молниезащиту .
Основные здания и сооружения не принимаются в эксплуатацию без защиты от статического электричества и молниезащиты . Промышленные здания и помещения, оборудование и приборы, различные коммуникации в соответствии с их классификацией по ПУЭ должны иметь молниезащиту І, ІІ или ІІІ категории, а также защиту от статических разрядов для взрыво- и пожароопасных помещений, зон открытых установок, имеющие класс B-I, B-I6, В-II и B-IIa.
Защита от статического электричества обеспечивается благодаря таким мероприятиям, как:
- проверка исправности и безотказности работы и непосредственного наличия заземлений, систем отвода зарядов и нейтрализации;
- очистка газвоздушных смесей от взвешенных примесей;
- четкое выполнение технологических инструкций (недопущение разбрызгивания, дробления или распыления материалов, увеличения их скорости движения и т.п.)
- металлическое и неметаллическое оборудование в одном помещении должны быть в одной электроцепи, которая соединяется с контуром заземления минимум в 2 точках;
- подача трапа к самолету, открытие автоцистерн и т.п. мероприятия проводится только после присоединения к ним заземления;
- используемые резиновые шланги для налива жидких веществ оснащаются проволокой и наконечниками из меди.
Элементы молниезащиты должны регулярно проверяться и по необходимости ремонтироваться. Специалисты рекомендуют проводить проверку:
- надежности связи между токоведущими частями молниезащиты,
- наличия механических, коррозионных повреждений частей системы защиты;
- сопротивления всех заземлителей.
Возникновение заряда статического электричества
В производственных условиях широко используются и получаются вещества, обладающие диэлектрическими свойствами, что способствует возникновению зарядов статического электричества (СЭ). Электрические разряды в таких системах часто являются причиной взрывов и пожаров. Кроме того, статическое электричество является причиной снижения точности показаний электрических приборов и надёжности работы средств автоматики. Определённое негативное воздействие статическое электричество оказывает на человека, приводя, например, к рефлекторным телодвижениям при кратковременном (доли секунды) протекании электрического тока во время электрических разрядов. Это обстоятельство может вызвать травмирование персонала, например, при падении с высоты или попадании в опасную зону машин и механизмов.
По современным представлениям статическое электричество возникает в результате сложных процессов, связанных с перераспределением электронов и ионов при соприкосновении двух поверхностей неоднородных жидких или твёрдых веществ. При этом на поверхности соприкосновения образуется двойной электрический слой, состоящий из расположенных определённым образом электрических зарядов противоположных знаков.
Двойной электрический слой образуется в месте контакта поверхностей. При разделении материалов происходит механический разрыв зарядов двойного слоя, создаётся разность потенциалов (U, В) и заряды начинают перемещаться в точку начала разделения поверхностей веществ А (рис. 8). При достаточно большой величине U в зазоре разрыва поверхностей возникает газовый разряд. При перемещении зарядов по разделяемым поверхностям и газовому промежутку возникает соответственно ток омического сопротивления (I о, А) и ток газового разряда (ионизации) (I и, А). Если время разделения поверхностей будет меньше времени перемещения зарядов в точку А, то поверхности после разделения будут иметь остаточные электрические заряды, что и создаёт разность потенциалов, а вместе с нею и электростатическое поле. Такое явление называется электризацией. Электризация твёрдых тел на производстве возможна, например, при движении ремённых передач, транспортёрных лент, запылённых газов в трубопроводах, пневмотранспорте сыпучих материалов, дроблении, перемешивании и в др. ситуациях. Электризации подвержены также жидкости с низкой электропроводностью, например, нефтепродукты, движущиеся по трубопроводам или перемешивающиеся в ёмкостях, аппаратах.
Рис. 8.
I о - ток, обусловленный омической проводимостью разделяемых поверхностей; I и - ток ионизации в зазоре между разделяемыми поверхностями; А - точка начала разделения поверхностей
Явление возникновения электрических зарядов при взаимном трении двух диэлектриков, полупроводников или металлов с различными физико-химическими свойствами называется трибоэлектризацией (от греч. tribos - трение).
В производственных условиях электризация зависит от многих факторов и, прежде всего, от физико-химических свойств перерабатываемых (перемещаемых) материалов и характера технологического процесса.
Так, например, степень электризации зависит от величины удельного электрического сопротивления материала (с, Ом·м). При с 1·10 6 Ом·м электризация практически не происходит. Вещества, имеющие с 1·10 8 Ом·м электризуются хорошо (полистирол, стекло, жидкие углеводороды, синтетические волокна, прорезиненные ткани и др.).
На степень электризации влияет также относительная влажность воздуха и его температура, скорость движения жидкости и материала, степень дробления твёрдого материала и жидкости и др. факторы.
23.04.2009 19:08 Александр
Защита от статического и атмосферного электричества, молниезащита. Статическое электричество – совокупность явлений, связанных с возникновением, сохранением и релаксацией зарядов. Заряды возникают при трении, дроблении, облучении УФ, химических реакциях. Длительное время заряды сохраняются на поверхности полупроводников и диэлектриков с удельным сопротивлением ρ≥105 Ом*м. Релаксация зарядов происходит в следующих формах – растекание по поверхности и в объёме тела, стекание зарядов с поверхности тела в воздух. Опасность статического электричества заключается в возможности воспламенения горючих смесей, находящихся в помещении. Меры защиты: 1.снижение силового воздействия 2.снижение скоростей перемещения слоёв сыпучих материалов и жидкостей 3.изготовление контактирующих тел из материалов с близким удельным сопротивлением 4.нанесение на поверхность токоведущих тел лакокрасочных покрытий 5.обработка антистатиками 6.увеличение относительной влажности выше 65% 7.заземление оборудования 8.ионизация воздуха вблизи мест образования зарядов с помощью нейтрализаторов различного типа 9.токопроводящая обувь, полы, обивки стульев 10.легкосъёмные токопроводящие браслеты Поражающие факторы атмосферного электричества. 1.прямой удар молнией и защита с помощью молниеотводов 2.явление электромагнитной индукции, т.е. Вследствие возникновения, мощного переменного во времени электрического поля, способного индуцировать ЭДС различной величины в металлических конструкциях, при сближении которых могут происходить электрические разряды на заземлённые предметы, след-но, возникновение опасного электротравматизма, воспламенение горючих смесей и т.п. Для защиты в местах сближения металлических конструкций до 20 см между ними необходимо устраивать металлические перемычки 3.электростатическая индукция, т.е. Наведение заряда противоположного знака по сравнению с зарядом облака на металлических предметах, изолированных от земли. Релаксация зарядов с этих предметов происходит на ближайшие заземлённые предметы, след-но, электротравматизм, воспламенение. 4.занос высоких потенциалов по металло-комуникациям, входящих в здание. Защита: заземление крюков фазных проводов. Все здания по опасности поражения молнией подразделяются на 3 категории: --здания, в которых находятся горючие вещества, воспламенение которых может повлечь значительные разрушения и угрозу жизни людей. Т.е. Здания, в которых есть помещения В-I и В-II. ---- воспламенение которых не может повлечь значительного ущерба, т.е. Здания В-Iа, В-Iб, В-iiа. - Все остальные В зданиях 1 и 2 категории необходима защита от всех 4 поражающих факторов молниезащита типа А. В зданиях 3 категории необходимо устройство молниеотводов (А или Б) и защита от заноса высоких потенциалов. Молниеотводы бывают стержневые, сетчатые, сетчатые с ячейками 6х6, тросовые. Кроме того бывают одиночными и многократными. 1 – опора 2 – молниеприёмник 3 - токоотвод 4 – заземлитель
При прикосновении человека к предмету, несущему электрический заряд, происходит разряд последнего через тело человека. Величины возникающих при разрядке токов небольшие и они очень кратковременны. Поэтому электротравм не возникает. Однако разряд, как правило, вызывает рефлекторное движение человека, что в ряде случаев может привести к резкому движению, падению человека с высоты.
Кроме того, при образовании заряда с большим электрическим потенциалом вокруг них создается электрическое поле повышенной напряженности, которое вредно для человека. При длительном пребывании человека в таком поле наблюдаются функциональные изменения в центральной нервной, сердечно-сосудистой и других системах.
«У людей, работающих в зоне воздействия электростатического поля, встречаются разнообразные жалобы: на раздражительность, головную боль, нарушение сна, снижение аппетита и др. Характерны своеобразные «фобии», обусловленные страхом ожидаемого разряда. Склонность к «фобиям» обычно сочетается с повышенной эмоциональной возбудимостью». 1
Установлено также благотворное влияние на самочувствие снятия избыточного электростатического заряда с тела человека (заземление, хождение босиком).
Наибольшая опасность электростатических зарядов заключается в том, что искровой разряд может обладать энергией, достаточной для воспламенения горючей или взрывоопасной смеси. Искра, возникающая при разрядке электростатических зарядов, является частой причиной пожаров и взрывов.
Так, удаление из помещения пыли из диэлектрического материала с помощью вытяжной вентиляции может привести к накоплению в газоходах электростатических зарядов и отложений пыли. Появление искрового разряда в этом случае может привести к воспламенению или взрыву пыли. Известны случаи очень серьезных аварий на предприятиях в результате взрывов в системах вентиляции.
При перевозке легковоспламеняющихся жидкостей, при их перекачке по трубопроводам, сливе из цистерны или за счет плескания жидкости накапливаются электростатические заряды, и может возникнуть искра, которая воспламенит жидкость.
Наибольшую опасность статическое электричество представляет на производстве и на транспорте, особенно при наличии пожаро-взрывоопасных смесей, пылей и паров легковоспламеняющихся жидкостей.
В бытовых условиях (например, при хождении по ковру) накапливаются небольшие заряды, и энергии возникших искровых разрядов недостаточно для инициирования пожара в обычных условиях быта.
При определенных условиях в дождевом облаке могут накапливаться электрические заряды. Этому способствуют аэродинамические и термические процессы (восходящие воздушные потоки, конденсация паров на высоте от 1 до 6 км, образование капель, их дробление). В результате этих процессов капли получают суммарный отрицательный заряд и наполняют нижнюю часть облака, а более инерционные положительные ионы воздуха – верхнюю часть. При этом, внутри облака образуется электрическое поле между распределенными разнополярными зарядами.
Таким образом, молния – это электрический разряд в атмосфере между заряженным облаком и землей или между разноименно заряженными частями облака. Разряд имеет преимущественно вид линейной молнии. Направленный вниз заряд между облаком и землей делится на лидерный (начальный) и главный (обратный). Обычно он начинается с прорастания от облака к земле слабо светящегося канала-ступенчатого лидера. При касании головки лидера земли возникает главный разряд. Он связан с нейтрализаций отрицательных зарядов лидера положительными зарядами земли и напоминает короткое замыкание. Главный разряд сопровождается интенсивным свечением, уменьшающимся при приближении к облаку, а также звуком (громом). Этот разряд и воспринимается людьми как молния. Основной источник их поражения – линейная молния.
Грозовой разряд оказывает на человека тепловое воздействие, а также механическое и электромагнитное.
От прямых ударов молнии объекты защищают молниеотводами различных типов и конструкций. Молниеотвод любого типа состоит из молниеприемника, предназначенного для непосредственного приема удара молнии, токоотвода, обеспечивающего отвод тока молнии к заземлению, и заземлителя, отводящего ток молнии в землю. Для крепления молниеприемников и токоотводов предназначены несущие конструкции (опоры).
Принцип действия молниеотводов основан на использовании свойства избирательности поражений молнией более высоких и хорошо заземленных предметов. Поэтому необходимо, чтобы молниеотвод возвышался над защищаемым объектом и имел достаточно хороший контакт с землей. Молниеотвод создает условия для ориентации лидерного разряда в направлении вершины молниеотвода (за счет создания наибольшей напряженности электрического поля на пути между развивающимся лидерным каналом и вершиной молниеотвода). Таким образом, молниеотвод как бы “отбирает” на себя грозовые разряды, возникающие в определенной зоне вокруг него, и, тем самым, экранирует расположенные поблизости от него более низкие объекты.
Пространство вокруг молниеотвода, защищенное от прямых ударов молнии, называется зоной защиты молниеотвода. Защищаемый объект должен полностью входить в зону защиты.
В зависимости от категории здания по устройству молниезащиты и ожидаемого числа поражений молнией в год требуется, чтобы объект полностью располагался в зоне защиты типа А или Б. Зона защиты типа А обладает степенью надежности (на ее границе) не ниже 99,5%, а зона защиты типа Б – не ниже 95%. Это очень высокая степень надежности. Прорыв молнии в зону защиты типа А возможен только в пяти случаях из тысячи ударов, а в зону защиты типа Б – в пяти случаях из ста.
Обычно применяют стержневые, тросовые и сетчатые типы молниеотводов. Для молниезащиты одного или группы строений применяют молниеотводы одного типа, но в ряде случаев целесообразно использовать комбинированные типы молниеотводов (например, тросово-стержневой молниеотвод).
Важным элементом молниеотвода является его заземляющее устройство, т.е. специальная металлическая конструкция, расположенная в земле. Оно служит для безопасного отвода тока молнии в землю.
Конструктивно молниеотводы и их заземляющие устройства должны выполняться следующим образом.
1. Опоры стержневых молниеотводов могут изготавливаться из стали любой марки, железобетона или дерева. Они должны быть рассчитаны на механическую прочность как свободно стоящие конструкции, а опоры тросовых молниеотводов – с учетом натяжения троса и действия на него ветровой и гололедной нагрузке.
2. Стержневые молниеприемники должны быть изготовлены сечением не менее 100 мм² и длиной не менее 200 мм из стали любой марки. Тросовые молниеприемники должны быть выполнены из стальных многопроволочных канатов сечением не менее 35 мм². Соединения молниеприемников с токоотводами и токоотводов с заземлителями должны выполняться, как правило, сваркой. Эти соединения и токоотводы изготовливаются из круглой стали диаметром не менее 6 мм. Токоотводы, прокладываемые по наружным стенам здания, следует располагать не ближе 3 м от входов или в местах, недоступных для прикосновения людей.
3. В качестве естественных заземлителей молниезащиты допускается использование любых конструкций железобетонных фундаментов зданий и сооружений при условии обеспечения непрерывной электрической связи по их арматуре и присоединения ее к закладным деталям. Допускается также использование для молниезащиты всех заземлителей электроустановок, рекомендуемых ПУЭ
4. Должны быть предусмотрены искусственные заземлители. Их следует располагать под асфальтовым покрытием либо в редко посещаемых местах (на газонах, в удалении от грунтовых проезжих и пешеходных дорог) на расстоянии 5 м и более.
30. Статическое электричество: сущность, опасность, методы защиты
При статической электризации во время технологических процессов, сопровождающихся трением, размельчением твердых частиц, пересыпанием сыпучих тел, переливанием жидкостей - диэлектриков, на изолированных от земли металлических частях производственного оборудования возникает электрическое напряжение относительно земли порядка десятков киловольт.
Так, при движении резиновой ленты транспортера в сельскохозяйственных агрегатах с электроприводом через клиноременную передачу в устройствах ременной передачи на ленте (ремне) и на роликах (шкивах) возникают электростатические заряды противоположных знаков большой величины, а потенциалы их достигают 45 кВ. Основную роль при этом играют влажность, давление воздуха и состояние поверхностей лент (ремней) и роликов (шкивов), а также скорость относительного движения (пробуксовки). Аналогично происходит электризация при сматывании тканей, бумаги, пленки и др.
При относительной влажности воздуха 85% и более электростатических зарядов обычно не возникает.
Возникающие в производственных условиях электростатические заряды могут служить импульсом, способным при наличии горючих смесей вызвать пожар и взрыв. В ряде случаев статическая электризация тела человека и затем последующие разряды с тела человека на землю или заземленное производственное оборудование, а также электрический разряд с незаземленного оборудования через тело человека на землю могут вызвать нежелательные болевые и нервные ощущения и быть причиной непроизвольного резкого движения человека, в результате которого он может получить ту или иную механическую травму (ушибы, ранение). "
Устранение опасности возникновения электростатических зарядов достигается следующими мерами: заземлением производственного оборудования и емкостей для хранения легковоспламеняющихся и горючих жидкостей; увеличением электропроводности поверхностей электризующихся тел путем повышения влажности воздуха или применением антистатических примесей к основному продукту (жидкости, резиновые изделия и др.); ионизацией воздуха с целью увеличения его электропроводности.
31. Индивидуальные средства защиты от поражения электрическим током.
Электрозащитные средства должны находиться в помещениях электроустановок в качестве инвентарного имущества. Они распределяются по местам хранения и это положение должно быть зафиксировано в списках, утвержденных главным энергетиком предприятия. Ответственность за своевременное обеспечение персонала и комплектование электроустановок электрозащитными средствами несут начальник цеха, службы участка, а в целом по предприятию - главный инженер. Электротехнический персонал получает электрозащитные средства в индивидуальное пользование и отвечает за их правильную эксплуатацию и своевременную отбраковку. Все электрозащитные средства должны быть пронумерованы, храниться в специальных помещениях, шкафах, ящиках.
При эксплуатации средства защиты должны подвергаться периодическим и внеочередным испытаниям (после ремонта) согласно ПТЭ и ПТБ.
Электрозащитные средства служат для защиты людей, работающих с электроустановками, от поражения электрическим током, от воздействия электрической дуги и электромагнитного поля.
Основные электрозащитные средства защиты, изоляция которых длительно выдерживает рабочее напряжение электроустановок, позволяют прикасаться к токоведущим частям, находящимся под напряжением.
Дополнительные электрозащитные средства защиты сами по себе не могут при данном напряжении обеспечить защиту от поражения током, а применяются совместно с основными электрозащитными средствами.
К электрозащитным средствам относятся:
изолирующие штанги (оперативные, для наложения заземления, измерительные), изолирующие (для операций с предохранителями) и электроизмерительные клещи, указатели напряжения, указатели напряжения для фазировки и т. д.;
изолирующие устройства и приспособления для ремонтных работ под напряжением выше 1000 В и слесарно-монтажный инструмент с изолирующими рукоятками для работы в электроустановках напряжением до 1000 В;
диэлектрические перчатки, боты, галоши, ковры, изолирующие накладки и подставки;
индивидуальные экранизирующие комплекты;
переносные заземления;
оградительные устройства и диэлектрические колпаки;
плакаты и знаки безопасности.
Кроме перечисленных электрозащитных средств при работах в электроустановках следует, при необходимости, применять такие средства индивидуальной защиты, как очки, каски, противогазы, рукавицы, предохранительные монтерские пояса и страховочные канаты.
Классификация защитных средств в зависимости от напряжения электроустановки приведена в таблице.
Значительную опасность представляет атмосферное статическое электричество; в грозовых облаках накапливаетсянапряжение от 100 млн до 1млрд В (разность потенциалов между поверхностью земли и атмосферой при грозе), температура в молнии достигает значений 20 - 30 тыс °С , скорость молнии – порядка 100 000 км/с , а сила тока в ней – 180 000 А. Ежегодно на земном шаре бывает до 44 000 гроз, т.е. каждую секунду на небосклоне около 100 молний. В среднем на 1 км 2 поверзности земли приходится в год 2-4 грозовых разряда.
Грозовые разряды, поражающие наземные объекты проявляются в виде:
а) прямого удара молнии (непосредственный контакт молнии с объектом, сопровождающийся протеканием через него тока молнии)
б) вторичных проявлений молнии – электрической индукции (наведение потенциалов на наземных предметах в результате изменений электрического поля грозового облака, что сопряжено с опасностью появления искрения между металлическими элементами конструкций и оборудования) и электормагнитной индукции (наведение потенциалов в незамкнутых металлических контурах в результате быстрых изменений тока молнии, создающее опасность искрения в местах сближения этих контуров)
в) заноса высоких потенуиалов (перенесение наведенных молнией высоких электрических потенциалов в защищаемое здание по трубопроводам, электрическим кабелям и другим металлоконструкциям).
Эффективным средством защиты от атмосферного электричества является молниезащита. Комплекс защитных устройств, предназначенных для обеспечения безопасности людей, сохранности зданий и сооружений, оборудования и материалов от взрывов, загораний и разрушений выполнятся по «Инструкци по устройству молниезащиты зданий и сооружений и промышленных коммуникаций» СО 153-34 И.122-2003.
Молниезащита бывает трех категорий , что определяется назначением зданий, среднегодовой продолжительностью гроз, ожидаемым числом поражений зданий в год.
II категория – защита промышленных зданий и сооружений с взрывоопасными зонами классов B-Iа, B-Iб, B-IIа и расположенных в местности со средней грозовой деятельностью 10 и более час в год. По этой же категории обеспечивается защита наружных технологических установок и открытых складов, относимых к классу B-Iг, вне зависимости от места расположения.
III категория – защита многих других производственных сельскохозяйственных, жилых и общественных зданий, сооружений, складов, дымовых труб, водонапорных, силосных башен, пожарных вышек, ТВ вышек с учетом их пожароопасности, степени огнестойкости, ожидаемого количества поражений молнией, времени средней грозовой активности в районе и других факторов.
Любой молниеотвод состоит из: опоры, молниеприемника, токоотвода (спуска) и заземлителя. Применяются2 типа молниеотводов: стержневой и тросовый. Стержневой по конструктивному исполнению бывает одиночный, двойной, многократный. Тросовый бывает одиночный и двойной.
Loading...