Protezione contro l'elettricità statica nella vita di tutti i giorni e sul posto di lavoro

L'attività quotidiana di ogni persona è legata al suo movimento nello spazio. Inoltre, non solo cammina, ma viaggia anche con i mezzi di trasporto.

Durante ogni movimento si verifica una ridistribuzione delle cariche statiche, modificando l'equilibrio dell'equilibrio interno tra gli atomi e gli elettroni di ciascuna sostanza. È legato al processo di elettrificazione, la formazione di elettricità statica.

Nei solidi, la distribuzione delle cariche è dovuta al movimento degli elettroni, e nei liquidi e nei gas, sia degli elettroni che degli ioni carichi. Tutti questi insieme fanno una potenziale differenza.

Cause dell'elettricità statica

Gli esempi più comuni di manifestazione di forze statiche vengono spiegati a scuola nelle prime lezioni di fisica, quando si sfregano bacchette di vetro ed ebanite su panni di lana e si dimostra l'attrazione esercitata su di essi da piccoli pezzi di carta.

È anche nota l'esperienza di deviare un sottile flusso d'acqua sotto l'azione di cariche statiche concentrate su un'asta di ebanite.

Nella vita di tutti i giorni, l'elettricità statica si manifesta più spesso:

• quando si indossano indumenti di lana o sintetici;

• camminare con scarpe con la suola di gomma o calze di lana su tappeti e batum;

• uso di oggetti in plastica.

La situazione è aggravata da:

• aria secca nei locali;

• pareti in cemento armato, da cui sono realizzati edifici a più piani.

Come viene generata l'elettricità statica

Normalmente, il corpo fisico contiene un numero uguale di particelle positive e negative, motivo per cui in esso si crea un equilibrio che ne garantisce lo stato neutro. Quando disturbato, il corpo acquisisce una carica elettrica di un certo segno.

Statico significa uno stato di riposo in cui il corpo non si muove. La polarizzazione può avvenire all'interno della sua sostanza: il movimento di cariche da una parte all'altra o il loro trasferimento da un oggetto vicino.

L'elettrificazione delle sostanze si verifica a causa dell'acquisizione, della rimozione o della separazione delle cariche quando:

• interazione di materiali dovuta a forze di attrito o di rotazione;

• brusco calo della temperatura;

• irradiazione in modi diversi;

• dividere o tagliare corpi fisici.

Cariche elettriche distribuito sulla superficie dell'oggetto oa distanza da esso a diverse distanze interatomiche. Per i corpi senza messa a terra, si estendono sull'area dello strato di contatto e per quelli collegati al contorno del terreno, scorrono verso di esso.

L'acquisizione delle cariche statiche dal corpo e il loro drenaggio avvengono contemporaneamente. L'elettrificazione viene fornita quando il corpo riceve un potenziale di energia maggiore di quello che spende nell'ambiente esterno.

Da questa posizione segue una conclusione pratica: per proteggere il corpo dall'elettricità statica, è necessario drenare le cariche risultanti da esso al circuito di terra.

Metodi di stima dell'elettricità statica

Le sostanze fisiche, in base alla loro capacità di formare cariche elettriche di segno diverso quando interagiscono per attrito con altri corpi, sono caratterizzate sulla scala dell'effetto triboelettrico. Alcuni di loro sono mostrati nella foto.

I seguenti fatti possono essere citati come esempio della loro interazione:

• camminare con calzini di lana o scarpe con suola di gomma su un tappeto asciutto può caricare il corpo umano fino a 5 ÷ -6 kV;

• il corpo di un'auto che si muove su una strada asciutta acquisisce un potenziale fino a 10 kV;

• la cinghia di trasmissione che fa girare la puleggia è caricata a 25kV.

Come puoi vedere, il potenziale di elettricità statica raggiunge valori molto elevati anche in condizioni domestiche. Ma questo non ci fa molto male, poiché non ha molta potenza, e la sua scarica passa attraverso l'alta resistenza delle piazzole di contatto e si misura in milliampere o poco più.

Inoltre, è notevolmente ridotto dall'umidità dell'aria. Il suo effetto sulla quantità di stress corporeo a contatto con diversi materiali è mostrato nel grafico.

Dalla sua analisi segue la conclusione: in un ambiente umido, l'elettricità statica appare meno. Pertanto, vengono utilizzati vari idratanti per combatterlo.

In natura, l'elettricità statica può essere enorme.Quando le nuvole si spostano su lunghe distanze, tra di loro si accumulano potenziali significativi, che si manifestano con fulmini, la cui energia è sufficiente per spaccare un albero secolare lungo il tronco o bruciare un edificio residenziale.

Quando l'elettricità statica si scarica nella vita di tutti i giorni, sentiamo il "pizzico" delle dita, vediamo le scintille emesse dalle cose di lana, sentiamo un calo di energia ed efficienza. La corrente a cui è esposto il nostro corpo nella vita di tutti i giorni ha un effetto negativo sulla salute, sullo stato del sistema nervoso, ma non provoca danni evidenti e visibili.

I produttori di apparecchiature di misurazione industriale producono dispositivi che consentono di determinare con precisione l'entità della tensione delle cariche statiche accumulate sia sulle scatole delle apparecchiature che sul corpo umano.

Come proteggersi dall'elettricità statica in casa

Ognuno di noi dovrebbe comprendere i processi che formano scariche statiche che rappresentano una minaccia per il nostro corpo. Devono essere conosciuti e limitati. A tale scopo vengono svolte varie attività educative, compresi programmi televisivi popolari per la popolazione.

Su di essi, con l'aiuto dei mezzi disponibili, vengono mostrati i metodi per creare tensione statica, i principi della sua misurazione e i metodi per eseguire misure preventive.

Ad esempio, considerando l'effetto triboelettrico, per pettinare i capelli è meglio usare pettini di legno naturale, non di metallo o plastica, come fa la maggior parte delle persone. Il legno ha proprietà neutre e non forma cariche se strofinato sui capelli.

Per rimuovere il potenziale statico dalla carrozzeria dell'auto durante la guida su strada asciutta, vengono utilizzate speciali strisce antistatiche fissate sul fondo. Vari tipi di questi sono ampiamente disponibili per la vendita.

Se non esiste tale protezione sull'auto, il potenziale di tensione può essere rimosso mediante messa a terra a breve termine della custodia utilizzando un oggetto metallico, ad esempio una chiave di accensione dell'auto. È particolarmente importante seguire questa procedura prima del rifornimento.

Quando una carica statica si accumula su indumenti realizzati in materiali sintetici, può essere rimossa trattando il vapore da un contenitore speciale con una composizione antistatica. In generale, è meglio usare meno tessuti di questo tipo e indossare materiali naturali come lino o cotone.

Anche le scarpe con la suola in gomma aiutano ad aumentare la carica. È sufficiente inserire solette antistatiche realizzate con materiali naturali, poiché l'effetto dannoso sul corpo sarà ridotto.

L'influenza dell'aria secca caratteristica degli appartamenti urbani in inverno è già stata discussa. Umidificatori speciali o anche piccoli pezzi di stoffa inumidita posizionati su oggetti domestici migliorano l'ambiente e riducono la formazione di elettricità statica. Ma la normale pulizia a umido all'interno consente di rimuovere tempestivamente particelle elettrificate e polvere. Questo è uno dei modi migliori per proteggersi.

Anche gli elettrodomestici accumulano cariche elettrostatiche sulla scatola durante il funzionamento: il sistema equipotenziale collegato alla terra comune del circuito dell'edificio è progettato per ridurne l'impatto.Anche una semplice vasca in acrilico o una vecchia struttura in ghisa con lo stesso inserto è soggetta ad azione statica e va protetta in questo modo.

Come viene eseguita la protezione contro l'elettricità statica durante la produzione?

Fattori che riducono le prestazioni delle apparecchiature elettroniche

Le scariche generate nella produzione di materiali semiconduttori possono causare gravi danni, interrompere le caratteristiche elettriche dei dispositivi o addirittura disabilitarli completamente.

Negli ambienti di produzione, lo smaltimento può essere arbitrario e dipendere da una serie di fattori diversi:

• i valori della capacità ricevuta;

• potenziale energetico;

• resistenza elettrica dei contatti;

• tipo di transitori;

• altri incidenti.

In questo caso, all'istante iniziale dell'ordine di dieci nanosecondi, la corrente di scarica aumenta fino al massimo e poi diminuisce entro 100–300 ns.

La natura del verificarsi di scariche statiche su un dispositivo a semiconduttore attraverso il corpo dell'operatore è mostrata nella foto.

L'entità della corrente è influenzata da: la capacità della carica accumulata da una persona, la resistenza del suo corpo e le piastre di contatto.

Nella produzione di apparecchiature elettriche, è possibile creare scariche statiche senza l'intervento dell'operatore a causa della formazione di contatti attraverso superfici messe a terra.

In questo caso, la corrente di scarica è influenzata dalla capacità di carica accumulata dall'involucro del dispositivo e dalla resistenza delle piazzole di contatto formate. In questo caso, il potenziale di alta tensione indotto e la corrente di scarica interessano contemporaneamente il semiconduttore all'istante iniziale.

A causa di un effetto così complesso, il danno può essere:

1.in particolare, quando le prestazioni degli elementi sono ridotte a tal punto da renderle inutilizzabili;

2. nascosto — riducendo i parametri di output, a volte anche rientrando nelle caratteristiche di fabbrica stabilite.

Il secondo tipo di malfunzionamenti è difficile da rilevare: molto spesso influenzano la perdita di produttività durante il lavoro.

Un esempio di tale danno dall'azione di alta tensione statica è mostrato dai grafici di deviazione delle caratteristiche voltampere applicate al diodo KD522D e al circuito integrato KR1005VI1 LSI.

La linea marrone numero 1 mostra i parametri dei dispositivi a semiconduttore prima dei test con aumento della tensione e le curve numero 2 e 3 mostrano la loro riduzione sotto l'influenza dell'aumento del potenziale indotto. Nel caso n. 3, ha un impatto maggiore.

Il danno può essere causato da azioni di:

• tensione indotta sovrastimata che rompe lo strato dielettrico dei dispositivi a semiconduttore o rompe la struttura cristallina;

• elevata densità di corrente che causa temperature elevate che portano alla fusione dei materiali e alla combustione dello strato di ossido;

• test, allenamento termico elettrico.

Il danno latente può influire sul lavoro non immediatamente, ma dopo diversi mesi o addirittura anni di lavoro.

Metodi per eseguire la protezione ESD in produzione

A seconda del tipo di attrezzatura industriale, viene utilizzato uno dei seguenti metodi per mantenere l'operatività o la loro combinazione:

1. eliminare la formazione di cariche elettrostatiche;

2. bloccare il loro ingresso sul posto di lavoro;

3. aumentare la resistenza dei dispositivi e degli accessori all'azione delle scariche.

I metodi n. 1 e n. 2 consentono di proteggere un ampio gruppo di dispositivi diversi in un complesso e il n. 3 viene utilizzato per i singoli dispositivi.

L'elevata efficienza nel mantenere l'operatività dell'apparecchiatura si ottiene posizionandola in una gabbia di Faraday, uno spazio circondato su tutti i lati da una sottile rete metallica collegata al circuito di terra. I campi elettrici esterni non penetrano al suo interno ed è dotato di un magnete statico.

I cavi schermati funzionano secondo questo principio.

La protezione contro l'azione statica è classificata secondo i principi di attuazione di:

• fisico e meccanico;

• chimico;

• costruttivamente e tecnologicamente.

I primi due metodi consentono di prevenire o ridurre la formazione di cariche statiche e aumentare la velocità del loro drenaggio. Il terzo metodo protegge i dispositivi dagli effetti delle cariche, ma non ne pregiudica lo scarico.

Puoi migliorare il drenaggio dei rifiuti:

• creare una corona;

• aumentando la conduttività dei materiali su cui si accumulano le cariche.

Risolvi questi problemi:

• ionizzazione dell'aria;

• aumento delle superfici di lavoro;

• selezione dei materiali con la migliore conducibilità volumetrica.

Grazie alla loro implementazione, vengono create autostrade pre-preparate per portare le cariche statiche al circuito di terra, escludendo il loro impatto sugli elementi di lavoro dei dispositivi. In questo caso, si tiene conto del fatto che la resistenza elettrica totale del percorso creato non deve superare i 10 ohm.

Se i materiali hanno una grande resistenza, la protezione viene eseguita in altri modi. In caso contrario, le cariche iniziano ad accumularsi sulla superficie, che può essere scaricata al contatto con il suolo.

Nella foto è riportato un esempio di implementazione di protezione elettrostatica complessa sul posto di lavoro per un operatore impegnato nella manutenzione e regolazione di dispositivi elettronici.

La superficie del tavolo è collegata al circuito di terra tramite un filo di collegamento e un pad conduttivo utilizzando terminali speciali. L'operatore lavora con indumenti speciali, indossa scarpe con suole conduttive e siede su una sedia con un sedile speciale. Tutti questi accorgimenti consentono di smaltire efficacemente gli oneri accumulati a terra.

Gli ionizzatori d'aria funzionanti regolano l'umidità, riducono il potenziale di elettricità statica. Quando li si utilizza, si tiene conto del fatto che l'aumento del contenuto di vapore acqueo nell'aria influisce negativamente sulla salute umana. Quindi cercano di mantenerlo intorno al 40%.

Inoltre, un modo efficace può essere la regolare ventilazione della stanza o l'uso di un sistema di ventilazione al suo interno, quando l'aria passa attraverso i filtri, si ionizza e si mescola, garantendo così la neutralizzazione delle cariche risultanti.

Per ridurre il potenziale accumulato dal corpo umano, i braccialetti possono essere utilizzati per completare l'insieme di abbigliamento e scarpe antistatici. Sono costituiti da una fascia conduttiva fissata alla spalla con una fibbia. Quest'ultimo è collegato al filo di terra.

Con questo metodo, la corrente che scorre attraverso il corpo umano è limitata. Il suo valore non deve superare un milliampere. Valori maggiori possono causare dolore e lesioni elettriche.

Durante lo scarico della carica a terra, è importante garantire la velocità della sua scarica in un secondo.A tale scopo vengono utilizzati rivestimenti per pavimenti con bassa resistenza elettrica.

Quando si lavora con schede a semiconduttore e componenti elettronici, viene fornita anche protezione contro i danni causati dall'elettricità statica:

• bypass forzato dei terminali delle schede elettroniche e dei blocchi durante le ispezioni;

• utilizzando utensili e saldatori con teste di lavoro collegate a terra.

I contenitori di liquidi infiammabili posti sui veicoli sono messi a terra con una catena metallica. Anche la fusoliera dell'aereo è dotata di cavi metallici che fungono da protezione contro l'elettricità statica durante l'atterraggio.