Proteção contra eletricidade estática na vida cotidiana e no local de trabalho

A atividade diária de cada pessoa está relacionada ao seu movimento no espaço. Além disso, ele não apenas caminha, mas também viaja de transporte.

A cada movimento ocorre uma redistribuição das cargas estáticas, alterando o equilíbrio do equilíbrio interno entre os átomos e elétrons de cada substância. Está relacionado com o processo de eletrificação, a formação de eletricidade estática.

Nos sólidos, a distribuição de cargas se deve ao movimento dos elétrons, e nos líquidos e gases, tanto dos elétrons quanto dos íons carregados. Todos estes juntos fazem uma diferença potencial.

Causas da eletricidade estática

Os exemplos mais comuns da manifestação de forças estáticas são explicados na escola nas primeiras aulas de física, quando esfregam bastões de vidro e ebonite em panos de lã e demonstram a atração de pequenos pedaços de papel sobre eles.

Também é conhecida a experiência de desviar uma fina corrente de água sob a ação de cargas estáticas concentradas em uma haste de ebonite.

Na vida cotidiana, a eletricidade estática se manifesta com mais frequência:

• ao usar roupas de lã ou sintéticas;

• andar com sapatos de sola de borracha ou meias de lã sobre tapetes e batum;

• uso de artigos de plástico.

A situação é agravada por:

• ar seco nas instalações;

• paredes de concreto armado, das quais são feitos edifícios de vários andares.

Como a estática é gerada

Normalmente, o corpo físico contém um número igual de partículas positivas e negativas, por isso é criado um equilíbrio nele, garantindo seu estado neutro. Quando perturbado, o corpo adquire uma carga elétrica de certo sinal.

Estático significa um estado de repouso quando o corpo não está se movendo. A polarização pode ocorrer dentro de sua substância - o movimento de cargas de uma parte para outra ou sua transferência de um objeto próximo.

A eletrificação de substâncias ocorre devido à aquisição, remoção ou separação de cargas quando:

• interação de materiais devido a forças de atrito ou rotacionais;

• queda brusca de temperatura;

• irradiação de diferentes maneiras;

• dividir ou cortar corpos físicos.

Cargas eletricas distribuído na superfície do objeto ou a uma distância dele em várias distâncias interatômicas. Para corpos não aterrados, eles se espalham pela área da camada de contato e, para aqueles conectados ao contorno do solo, fluem até ele.

A aquisição de cargas estáticas do corpo e sua drenagem ocorrem simultaneamente. A eletrificação é fornecida quando o corpo recebe um potencial maior de energia do que gasta no meio externo.

Uma conclusão prática decorre dessa posição: para proteger o corpo da eletricidade estática, é necessário drenar as cargas resultantes dele para o loop de aterramento.

Métodos de estimativa de eletricidade estática

As substâncias físicas, de acordo com sua capacidade de formar cargas elétricas de diferentes sinais ao interagir por atrito com outros corpos, são caracterizadas na escala do efeito triboelétrico. Alguns deles são mostrados na foto.

Os seguintes fatos podem ser citados como exemplo de sua interação:

• andar com meias de lã ou sapatos com sola de borracha em um tapete seco pode carregar o corpo humano até 5 ÷ -6 kV;

• a carroceria de um carro em movimento em estrada seca adquire um potencial de até 10 kV;

• a correia de transmissão que gira a polia é carregada a 25kV.

Como você pode ver, o potencial da eletricidade estática atinge valores muito altos mesmo em condições domésticas. Mas isso não nos faz muito mal, pois não tem muita potência, e sua descarga passa pela alta resistência das pastilhas de contato e é medida em miliamperes ou um pouco mais.

Além disso, é significativamente reduzido pela umidade do ar. Seu efeito na quantidade de estresse do corpo em contato com diferentes materiais é mostrado no gráfico.

De sua análise segue a conclusão: em um ambiente úmido, a eletricidade estática aparece menos. Portanto, vários hidratantes são usados ​​para combatê-lo.

Na natureza, a eletricidade estática pode ser enorme.Quando as nuvens se movem por longas distâncias, acumulam-se potenciais significativos entre elas, que se manifestam por raios, cuja energia é suficiente para partir uma árvore centenária ao longo do tronco ou incendiar um prédio residencial.

Quando a eletricidade estática descarrega na vida cotidiana, sentimos o "beliscar" dos dedos, vemos faíscas emitidas por coisas de lã, sentimos uma diminuição na energia e na eficiência. A corrente à qual nosso corpo está exposto no dia a dia tem um efeito negativo na saúde, no estado do sistema nervoso, mas não causa danos óbvios e visíveis.

Os fabricantes de equipamentos de medição industrial produzem dispositivos que permitem determinar com precisão a magnitude da tensão das cargas estáticas acumuladas nas caixas do equipamento e no corpo humano.

Como se proteger da eletricidade estática em sua casa

Cada um de nós deve entender os processos que formam as descargas estáticas que representam uma ameaça ao nosso corpo. Eles devem ser conhecidos e limitados. Para tanto, são realizadas diversas atividades educativas, inclusive programas populares de televisão para a população.

Neles, com a ajuda dos meios disponíveis, são mostrados métodos de criação de tensão estática, princípios de sua medição e métodos de execução de medidas preventivas.

Por exemplo, considerando o efeito triboelétrico, é melhor usar pentes de madeira natural para pentear os cabelos, e não de metal ou plástico, como a maioria das pessoas faz. A madeira tem propriedades neutras e não forma cargas quando esfregada no cabelo.

Para remover o potencial estático da carroceria ao dirigir em uma estrada seca, são usadas tiras antiestáticas especiais fixadas na parte inferior. Vários tipos destes estão amplamente disponíveis para venda.

Se não houver tal proteção no carro, o potencial de tensão pode ser removido pelo aterramento de curto prazo da caixa usando um objeto de metal, por exemplo, uma chave de ignição do carro. É especialmente importante seguir este procedimento antes de reabastecer.

Quando uma carga estática se acumula em roupas feitas de materiais sintéticos, ela pode ser removida tratando o vapor de um recipiente especial com uma composição antiestática. Em geral, é melhor usar menos esses tecidos e usar materiais naturais, como linho ou algodão.

Sapatos com sola de borracha também ajudam a aumentar a carga. Basta colocar palmilhas antiestáticas feitas de materiais naturais, pois o efeito nocivo no corpo será reduzido.

A influência do ar seco característico dos apartamentos urbanos no inverno já foi discutida. Umidificadores especiais ou mesmo pequenos panos umedecidos colocados sobre utensílios domésticos melhoram o ambiente e reduzem a formação de eletricidade estática. Mas a limpeza úmida regular em ambientes fechados permite remover partículas eletrificadas e poeira em tempo hábil. Esta é uma das melhores maneiras de se proteger.

Os aparelhos elétricos domésticos também acumulam cargas estáticas na caixa durante a operação. O sistema de ligação equipotencial conectado ao terra comum do circuito do edifício é projetado para reduzir seu impacto.Mesmo uma simples banheira de acrílico ou uma antiga estrutura de ferro fundido com o mesmo encaixe está sujeita à ação estática e deve ser protegida desta forma.

Como é realizada a proteção contra eletricidade estática na produção?

Fatores que reduzem o desempenho de equipamentos eletrônicos

As descargas geradas na fabricação de materiais semicondutores podem causar grandes danos, atrapalhar as características elétricas dos dispositivos ou até mesmo inabilitá-los completamente.

Em ambientes de produção, o descarte pode ser arbitrário e depende de vários fatores diferentes:

• os valores da capacidade recebida;

• potencial energético;

• resistência elétrica dos contatos;

• tipo de transientes;

• outros acidentes.

Nesse caso, no tempo inicial da ordem de dez nanossegundos, a corrente de descarga aumenta até um máximo e depois diminui em 100–300 ns.

A natureza da ocorrência de descarga estática em um dispositivo semicondutor através do corpo do operador é mostrada na foto.

A magnitude da corrente é afetada por: a capacidade de carga acumulada por uma pessoa, a resistência de seu corpo e as almofadas de contato.

Na fabricação de equipamentos elétricos, a descarga estática pode ser criada sem intervenção do operador devido à formação de contatos através de superfícies aterradas.

Nesse caso, a corrente de descarga é afetada pela capacidade de carga acumulada pela caixa do dispositivo e pela resistência das almofadas de contato formadas. Neste caso, o potencial de alta tensão induzido e a corrente de descarga afetam simultaneamente o semicondutor no instante inicial.

Devido a um efeito tão complexo, o dano pode ser:

1.especificamente, quando o desempenho dos elementos é reduzido a tal ponto que se tornam inutilizáveis;

2. oculto — reduzindo os parâmetros de saída, às vezes até mesmo dentro das características de fábrica estabelecidas.

O segundo tipo de mau funcionamento é difícil de detectar: ​​na maioria das vezes afeta a perda de produtividade durante o trabalho.

Um exemplo de tal dano da ação de alta tensão estática é mostrado pelos gráficos de desvio das características volt-ampère aplicadas ao diodo KD522D e ao circuito integrado KR1005VI1 LSI.

A linha marrom número 1 mostra os parâmetros dos dispositivos semicondutores antes dos testes com aumento de tensão, e as curvas número 2 e 3 mostram sua redução sob a influência do aumento do potencial induzido. No caso #3, tem um impacto maior.

Os danos podem ser causados ​​por ações de:

• tensão induzida superestimada que quebra a camada dielétrica de dispositivos semicondutores ou quebra a estrutura cristalina;

• alta densidade de corrente causando alta temperatura levando à fusão de materiais e queima da camada de óxido;

• testes, treinamento térmico elétrico.

Danos latentes podem afetar o trabalho não imediatamente, mas após vários meses ou mesmo anos de trabalho.

Métodos de execução da proteção ESD na produção

Dependendo do tipo de equipamento industrial, um dos seguintes métodos de manutenção da operacionalidade ou sua combinação é usado:

1. eliminando a formação de cargas eletrostáticas;

2. bloqueando sua entrada no local de trabalho;

3. aumentar a resistência de aparelhos e acessórios à ação de descargas.

Os métodos nº 1 e nº 2 permitem proteger um grande grupo de dispositivos diferentes em um complexo e o nº 3 é usado para dispositivos individuais.

A alta eficiência na manutenção da operacionalidade do equipamento é obtida colocando-o em uma gaiola de Faraday, um espaço cercado por todos os lados por uma fina malha de malha metálica conectada ao loop de aterramento. Campos elétricos externos não penetram em seu interior e possui um ímã estático.

Os cabos blindados funcionam de acordo com esse princípio.

A proteção contra ação estática é classificada de acordo com os princípios de implementação de:

• físico e mecânico;

• químico;

• construtiva e tecnologicamente.

Os dois primeiros métodos permitem prevenir ou reduzir a formação de cargas estáticas e aumentar a velocidade de sua drenagem. O terceiro método protege os dispositivos dos efeitos das cargas, mas não afeta sua drenagem.

Você pode melhorar a drenagem de resíduos:

• criando uma coroa;

• aumentando a condutividade dos materiais nos quais as cargas se acumulam.

Resolva estes problemas:

• ionização do ar;

• aumento das superfícies de trabalho;

• seleção de materiais com a melhor condutividade volumétrica.

Graças à sua implementação, são criadas rodovias pré-preparadas para levar cargas estáticas ao circuito de aterramento, excluindo seu impacto nos elementos de trabalho dos dispositivos. Nesse caso, leva-se em consideração que a resistência elétrica total do caminho criado não deve ultrapassar 10 ohms.

Se os materiais tiverem grande resistência, então a proteção é feita de outras formas. Caso contrário, as cargas começam a se acumular na superfície, que podem ser descarregadas ao entrar em contato com o solo.

Um exemplo da implementação de proteção eletrostática complexa no local de trabalho para um operador envolvido na manutenção e ajuste de dispositivos eletrônicos é mostrado na foto.

A superfície da mesa é conectada ao loop de aterramento por um fio de conexão e uma almofada condutora usando terminais especiais. O operador trabalha com roupas especiais, usa sapatos com solas condutoras e senta-se em uma cadeira com assento especial. Todas estas medidas permitem eliminar eficazmente as cargas acumuladas no terreno.

Os ionizadores de ar de trabalho regulam a umidade, reduzem o potencial de eletricidade estática. Ao usá-los, leva-se em consideração que o aumento do teor de vapor d'água no ar afeta negativamente a saúde humana. Então eles tentam mantê-lo em torno de 40%.

Além disso, uma forma eficaz pode ser a ventilação regular da sala ou o uso de um sistema de ventilação nela, quando o ar passa pelos filtros, se ioniza e se mistura, garantindo assim a neutralização das cargas resultantes.

Para reduzir o potencial acumulado pelo corpo humano, pulseiras podem ser usadas para complementar o conjunto de roupas e sapatos antiestáticos. Eles consistem em uma banda condutora presa ao ombro com uma fivela. Este último é conectado ao fio terra.

Com este método, a corrente que flui através do corpo humano é limitada. Seu valor não deve exceder um miliamperes. Valores maiores podem causar dor e lesões elétricas.

Durante a descarga da carga no solo, é importante garantir a taxa de descarga em um segundo.Para isso, são utilizados revestimentos de piso com baixa resistência elétrica.

Ao trabalhar com placas de semicondutores e componentes eletrônicos, também é fornecida proteção contra danos causados ​​por eletricidade estática:

• desvio forçado dos terminais de placas e blocos eletrônicos durante as inspeções;

• usando ferramentas e ferros de solda com cabeças de trabalho aterradas.

Recipientes de líquidos inflamáveis ​​localizados em veículos são aterrados com uma corrente de metal. Até a fuselagem do avião é equipada com cabos metálicos que funcionam como proteção contra eletricidade estática durante o pouso.