Статическое электричество и его пожарная опасность. Меры профилактики

Возникновение статического электричества - сложный процесс, зависящий от множества факторов. Электризация возникает при соприкосновении двух разнородных веществ, обладающих различными атомными и молекулярными силами притяжения на поверхности соприкосновения. Одна из контактирующих поверхностей должна быть из диэлектрического материала. При этом происходит перераспределение электронов или ионов веществ, образующее двойной электрический слой с зарядами противоположных знаков.

Образование двойных электрических слоев возможно при контакте тел и из одинаковых диэлектрических материалов за счет наличия на их поверхностях загрязнений, различной температуры тел и т.д.

Величина контактной разности и потенциалов весьма различна и зависит от диэлектрических свойств соприкасающихся поверхностей, их состояния, величины давления, с которыми поверхности прижаты друг к другу, а также от влажности поверхностей, между которыми возникла контактная электризация, каждая поверхность сохраняет свой заряд, а контактная разность потенциалов по мере уменьшения емкости между поверхностями может достичь десятков и сотен киловольт. Так, при максимальной плотности зарядов (30 мкКл/м² и более) увеличение расстояния между наэлектризованными поверхностями на 1 см повышает разность потенциалов на десятки киловольт.

Энергию искры (W_и), Дж, способной возникнуть под действием напряжения между пластиной и каким-либо заземленным предметом, вычисляют по запасенной конденсатором энергий из формулы:

W_и= 0,5CU²,

где С - емкость конденсатора, Ф; U - напряжение, В.

Разность потенциалов между заряженным телом и землей измеряют электрометрами в реальных условиях производства. Если W_и > 0,4 W_мэз(W_мэз - минимальная энергия зажигания среды), то искру статического электричества рассматривают как источник зажигания.

Реальную опасность представляет "контактная" электризация для, работающих с движущимися диэлектрическими материалами. При соприкосновении человека с заземленным предметом возникают искры с энергией от 2,5 до 7,5 МДж.

Ниже приведены потенциалы от электрического поля статического электричества, КВ:
Хождение людей в обуви на резиновых подошвах ....................................... 1
Езда на автомобиле с резиновыми шинами по бетонной дорожке.................. 3
Вынимание шерстяной одежды из бензина................................................... 5
Распыление краски..................................................................................... 10
Хождение людей по шерстяному ковру........................................................ 14
Движение кожаного приводного ремня (со скоростью 15 м/с)...................... 80

При разности потенциалов 3 кВ искровой разряд может воспламенить почти все горючие газы, а при 5 кВ также большую часть горючих пылей.

Токи при статической электризации обычно составляют микроамперы. Так, при протекании бензина к цистернам по трубопроводу величина токов составила от 1 до 10 мкА. При этом ток оказался прямо пропорциональным скорости течения бензина.

Минимальная энергия, необходимая для воспламенения паро- и газовоздушных взрывоопасных смесей составляет 0,009-2 мДж, а для пылевоздушных и твердых материалов 2-250 мДж. Минимальная энергия зажигания водорода составляет 0,017 мДж, винилацетата - 0,7 мДж, хлопка - 25 мДж, крахмала картофельного - 45 мДж, резины - 50 мДж. Разряды статического электричества не в состоянии воспламенять смеси с минимальной энергией воспламенения 100 мДж и выше.

Для измерения параметров статического электричества применяются:

 индикатор статических зарядов марки: ИСПИ-4 (потенциал заряженной поверхности до 50 кВ; взрывозащищенный), МИЭП-1 и МИЭП-2 (потенциал до 40кВ; взрывозащищенный);

 статический вольтметр с датчиком СМ-2/С-95 (напряжение 0,03-3 кВ; взрывозащищенный);

 электрометр электронного типа: ПК-2-ЗА (до 50 кВ), П2-1 (напряженность электрического поля до 50 кВ/м), П2-2 (до 2,5 кВ), ИСЭП-9 (до 260 кВ/м) и некоторые др.

Для исключения накапливания статического электричества на человеке обеспечивают быструю утечку зарядов с человека. С этой целью уменьшают сопротивление обуви и пола, обеспечивая работающих электропроводящей (антистатической) обувью (например, с кожаным верхом и подошвой из электропроводной резиновой пластины).

Покрытие пола, выполненное из бетона толщиной 3 см, спецбетона и пенобетона, ксилолита, настила из антистатической резины, считается электропроводящим.
Особое внимание следует уделять устранению электрического заряда с человека при выполнении некоторых ручных операций (промывка, чистка, протирка, проклеивание, прорезинивание) с применением бензина, бензола, ацетона, резинового клея и т.п.

Электростатическая искробезопасность объектов должна обеспечиваться за счет создания условий, предупреждающих возникновение разрядов статического электричества, способных стать источником зажигания объекта или окружающей и проникающей в него среды.

Для обеспечения электростатическойискробезопасности объекта в нормальных и аварийных режимах необходимо определить:

 электростатическуюискроопасность объекта;

 чувствительность объекта, окружающей и проникающей в него среды к зажигающему воздействию разряда статического электричества.

Электростатическаяискроопасность объекта выражается максимальной энергией разрядов статического электричества W, которые могут возникнуть внутри объекта или с его поверхности.

Электростатическуюискроопасность объекта определяют следующие показатели:

 электростатические свойства материалов, составляющие объект - удельное объемное электростатическое сопротивление, удельное поверхностное электрическое сопротивление, относительная диэлектрическая проницаемость, постоянная времени релаксации;

 геометрические параметры объекта - данные о расположении объемного и поверхностного электрического заряда относительно заземленных электропроводных поверхностей, данные о конфигурации (форме, толщине) покрытия, пленок или непроводящих стенок, являющихся элемента объекта;

 динамические характеристики процессов в объекте - скорость относительного перемещения, находящихся в контакте тел, слоев жидкости или сыпучих материалов, величина взаимного давления находящихся в контакте тел, интенсивность перемещения, диспергирования, скорость деформации твердых тел;

 параметры, характеризующие окружающую и проникающую в объект среду температура, давление, влажность.

По степени электростатической искробезопасности объекты подразделяются на три класса: Э1, Э2, ЭЗ. Меры по обеспечению электростатической искробезопасности объекта выбирают в зависимости от класса его электростатической искроопасности.

Объект относят к классу Э1 при отсутствии возможности возникновения разрядов статического электричества, способных зажечь среду с минимальной энергией зажигания более 10^-4 Дж, например заземленный объект заведомо относится к классу Э1, если он не содержит веществ и материалов с удельным объемным электрическим сопротивлением более 10⁵ Ом-м и в объекте отсутствуют процессы диспергирования.

Объекты относят к классу Э2 при возможности возникновения разрядов статического электричества, способных зажечь среду с минимальной энергией зажигания более 10 ^–4 Дж, при отсутствии возможности возникновения разрядов, способных зажечь среду с минимальной энергией зажигания более 10 ^-1 Дж, например к классу Э2 относятся объекты с заземленным электропроводным оборудованием, в которых допускается наличие взвешенных сыпучих, волокнистых и пористых воздухопроницаемых веществ и материалов, а также материалов, которые имеют хотя бы один из следующих показателей:

 постоянная времени релаксации от 10 ^-6до 10 ^-1 с;

 удельное объемное электрическое сопротивление от 10⁵ до 10¹⁰ Ом-м.

Объект относят к классу ЭЗ при возможности возникновения разрядов статического электричества, способных зажечь среду с минимальной энергией зажигания более 10 ^-1 Дж, например, объект, относится к классу ЭЗ, если в нем возможны скользящие разряды по поверхности диэлектриков или их пробой (9).

Чувствительность объекта, окружающей или проникающей в объект среды к зажигающему воздействию разрядов статического электричества определяется минимальной энергией зажигания веществ и материалов, из которых изготовлен объект, а также окружающей и проникающей в объект среды (10).

Электростатическую искробезопасность объектов следует обеспечивать снижением электростатической искроопасности объекта (снижением W), а также снижением чувствительности объектов, окружающей и проникающей в них среды к зажигающему воздействию статического электричества (увеличением W_min)

Снижение чувствительности объектов, окружающей и проникающей в них среды к зажигающему воздействию разрядов статического электричества следует обеспечивать регламентированием параметров производственных процессов (влагосодержание и дисперсность аэровзвесей, давление и температуру среды и др.), влияющих на W.