

Zagrożenia towarzyszące
wykorzystaniu energii
elektrycznej

Powszechne stosowanie urządzeń
zasilanych energią elektryczną
niesie ze sobą różnego rodzaju
zagrożenia zarówno dla człowieka
jak i jego środowiska. Są to:



porażenia oraz oparzenia prądem i
łukiem elektrycznym



zagrożenia pożarowe



zagrożenia wybuchem



zagrożenia od elektryczności
statycznej



zjawiska związane z
wyładowaniami atmosferycznymi.



Zagrożeń tych nie można uniknąć, ale
można i trzeba zmniejszać zarówno
ryzyko ich występowania, jak i skutki
wypadków elektrycznych.
Analizy wykazują, że przyczyną 70÷85%
wypadków elektrycznych jest
niewłaściwe postępowanie człowieka,
wynikające najczęściej z lekkomyślności,
nieprzestrzegania przepisów BHP, braku
umiejętności bądź wiedzy o zagrożeniu.

Uwaga:



Napięcia w elektrotechnice dzieli się na:



napięcia niskie (nn) o wartości

znamionowej Un do 1000 V



napięcia wysokie (WN) o wartości

znamionowej Un powyżej 1000 V

dla prądu przemiennego o częstotliwości

50 Hz, oraz



napięcia niskie o wartości znamionowej

Un do 1500 V



napięcia wysokie o wartości znamionowej

Un powyżej 1500 V dla prądu stałego.

Zagrożenia od
elektryczności
statycznej i ochrona
przed nią



Elektryczność statyczna jest to

zespół zjawisk towarzyszących

pojawieniu się niezrównoważonego

ładunku elektrycznego na materiałach

o małej przewodności elektrycznej

(dielektrykach, materiałach

izolacyjnych) lub na odizolowanych od

ziemi obiektach przewodzących (np.

ciele człowieka, elementach urządzeń,

itp.).



Ładunki te wytwarzają wokół siebie

pole elektrostatyczne o natężeniu tym

większym, im większa jest wartość

ładunku wytwarzającego to pole.

Elektryzowanie (elektryzacja) jest to

wytwarzanie na danym ciele

znajdującym się w polu

elektrostatycznym nadmiaru

ładunków elektrycznych jednego

znaku.



Występuje zwykle w warunkach
zetknięcia czy zbliżenia i
następującego po nim rozdzielenia
dwóch nie naelektryzowanych ciał,
przy czym mogą to być: ciała stałe,
ciało stałe i ciecz, ciało stałe i gaz,
ciecz i gaz bądź ciecze.



Warunki takie zachodzą np. przy
transporcie ciał (przesypywaniu,
przepompowywaniu, a także przy
ślizganiu, toczeniu, uderzaniu,
rozdrabnianiu, przepływie), jak
również ich mieszaniu.



Możliwe też jest przy zmianach
stanu skupienia, przy ich jonizacji,
przy oddziaływaniu indukcyjnym czy
mechanicznym powodującym efekt
piezoelektryczny, jak i w różnych
procesach elektrochemicznych.
Elektryzowanie może być ciągłe lub
dorywcze (okresowe).



Przy dużych wartościach natężenia

pola elektrycznego, jeżeli

naładowany układ znajdzie się w

pobliżu uziemionego przedmiotu,

może dojść do wyładowania

elektrostatycznego niezupełnego -

ulotowego lub snopiastego, oraz

zupełnego - iskrowego. Wyładowania

ulotowe i snopiaste powstają w

warunkach silnie niejednostajnego

pola elektrycznego.



Dalsze zwiększanie przestrzeni, w
której występuje natężenie pola o
wartości krytycznej, prowadzi do
powstania wyładowania iskrowego.
Wyróżnia się następujące
wyładowania elektrostatyczne:
międzyelektrodowe, elektroda -
dielektryk, bezelektrodowe,
piorunopodobne.



Każde z tych wyładowań może

występować jako niezupełne i zupełne.

Wyładowania międzyelektrodowe

występują najczęściej pomiędzy

odizolowanym a uziemionym

elementem metalowym. Wyładowania

elektroda - dielektryk są to

wyładowania inicjowane pomiędzy

naelektryzowanym obiektem z

materiału dielektrycznego a zbliżoną do

niego uziemioną elektrodą.



Wyładowania bezelektrodowe

występują pomiędzy dwoma

obiektami z materiałów

dielektrycznych w warunkach ich

rozdzielania, przy rozdrabnianiu, itp.

Wyładowania tego rodzaju powstają

np. podczas: odwijania folii z bębna,

ślizgania taśm przenośników po

wałkach z materiałów

dielektrycznych, strzepywania filtrów

workowych itp.



Wyładowania piorunopodobne są to
wyładowania iskrowe,
charakteryzujące się znaczną
długością kanału iskrowego,
inicjowane przez duże chmury
naelektryzowanego pyłu.



Zagrożenia elektrycznością
statyczną są spowodowane
bezpośrednim oddziaływaniem pola
elektrycznego wytwarzanego przez
naelektryzowane obiekty lub
oddziaływaniem wyładowań
elektrostatycznych. Wyróżnia się
trzy rodzaje zagrożeń:



niekorzystne oddziaływanie na
człowieka



zakłócenia procesów
technologicznych



pożarowo-wybuchowe.



Ładunki elektrostatyczne mogą
powstawać na ludziach drogą
kontaktową w czasie chodzenia,
zdejmowania odzieży albo
wykonywania czynności domowych
lub zawodowych. Elektryzacja ludzi
może również nastąpić przez
indukcję.



Ciało człowieka może gromadzić
ładunki elektryczne, jeśli jest
odpowiednio odizolowane od ziemi,
np. przez nieprzewodzące obuwie
lub podłogę. Energia związana z
naładowaniem elektrostatycznym
człowieka wynosi od kilku do
kilkudziesięciu mJ.



Oddziaływanie elektryczności
statycznej na ludzi jest
następujące:



przebywanie pod wpływem pola
elektrostatycznego przez dłuższy
czas ma ujemny wpływ na stan
zdrowia i samopoczucie ludzi



wyładowania elektrostatyczne
powstają przy zbliżeniu do
uziemionego obiektu; poza
niemiłym lub groźnym uczuciem,
wyładowania mogą prowadzić do
urazów mechanicznych przy
występujących odruchach.



Wyładowanie zwykle jest słabo
odczuwalne lub nieodczuwalne, a
przy wyższych poziomach napięcia
i energii (o energii ok. 250 mJ)
może spowodować wystąpienie
ciężkiego szoku.



Ponieważ wartości te znacznie
przekraczają minimalne energie
zapłonu wielu mieszanin
wybuchowych, zachodzi też
niebezpieczeństwo inicjacji
wybuchu przy wyładowaniu z
człowieka w warunkach zagrożenia
wybuchowego lub pożarowego.



Przykładowo, wartości minimalnej energii

zapłonu wynoszą: 0,011 mJ dla acetylenu i

wodoru, a 0,15 mJ dla oparów benzyny.

Przedrostki SI : 10 3 | kilodżul kJ | 10–3 |

milidżul mJ | 10 6 | megadżul MJ | 10–6 |

mikrodżul µJ | 10 9 | gigadżul GJ | 10–9 |

nanodżul ...

Silne pola elektrostatyczne mogą powodować

zakłócenia w działaniu aparatury kontrolno-

pomiarowej, komputerów oraz we wszelkich

urządzeniach elektronicznych zawierających

elementy półprzewodnikowe.



Wyładowania elektryczności
statycznej prowadzą też do
trwałych uszkodzeń elementów
półprzewodnikowych. Może je
powodować sam człowiek, kiedy
jest naładowany i dotyka tych
elementów, np. w trakcie procesu
produkcji czy przy montażu..



Zagrożenia wywołane

elektryzowaniem się ciał stałych w

postaci zwartej występują w wielu

procesach przemysłowych, np. takich

jak: przewijanie, walcowanie,

kalandrowanie, powlekanie oraz przy

przenoszeniu napędu przez paski

klinowe i pasy transmisyjne, tarciu

odzieży, toczeniu się kół pojazdów,

itp.



Elektryzowanie się cieczy następuje
podczas takich operacji, jak: przepływ
przez rurociągi, napełnianie i opróżnianie
zbiorników - w szczególności połączone z
rozbryzgiwaniem, falowanie cieczy w
zbiorniku będącym w ruchu, rozpylanie,
mieszanie, filtrowanie, itp. Natężenie
prądu elektryzacji wzrasta ze wzrostem
prędkości przepływu średnicy rurociągu
oraz stopnia szorstkości powierzchni
wewnętrznej.



Gazy, pary lub ich mieszaniny

elektryzują się tylko wtedy, kiedy

znajdują się w nich zanieczyszczenia

w postaci cząstek ciał stałych i/lub

ciekłych, takie jak: rdza, pył, kropelki

wody, skroplony gaz, mgła itp.

Elektryzowanie następuje w wyniku

kontaktowania się tych cząstek ze

sobą, ze ściankami naczynia,

przewodu, itp., bądź rozrywania

kropelek.



Strumień naelektryzowanego gazu

może również indukować ładunek na

elementach przewodzących.

W przypadkach, gdy wskutek

naelektryzowania gazu może wystąpić

zagrożenie, należy przede wszystkim

uziemić wszystkie przewodzące

elementy, które mogą znaleźć się na

drodze strumienia gazu, oraz zapewnić

ekwipotencjalizację (wyrównanie

potencjałów) pomiędzy nimi.        



Środki ochrony przed
elektrycznością statyczną powinny
eliminować możliwość elektryzacji
obiektów lub, jeżeli to niemożliwe,
zapewniać bezpieczne odprowadzanie
ładunków elektrycznych.
W celu odprowadzania ładunków
elektryczności statycznej z metalowych i
przewodzących części i urządzeń stosuje
się uziemienia i połączenia
wyrównawcze.



Uziemianie powinno zapewnić spływ
ładunków bez wystąpienia
zagrożenia wybuchowego lub
pożarowego.
Czasem zdarza się, że uziemienie nie
spełnia roli odprowadzania ładunków
elektrostatycznych do ziemi, np.
jeżeli spływ ładunków występuje
tylko z warstwy cieczy przylegającej
do ścianek zbiornika.



Antystatyzacja polega na zmianie
właściwości materiałów i substancji w
celu zmniejszenia ich elektryzacji i
gromadzenia się ładunków.
Wprowadzenie do danej substancji
odpowiedniej domieszki (tzw.
antystatyka) lub naniesienie antystatyka
na powierzchnię materiału (wykładziny
antyelektrostatyczne) powoduje
zwiększenie skrośnej lub powierzchniowej
przewodności elektrycznej.



Preparacja antystatyczna
objętościowa jest stosowana zwykle
do cieczy, ma również zastosowanie
do materiałów sypkich oraz tworzyw
stałych. Przy produkcji,
przetwórstwie i stosowaniu
nieprzewodzących materiałów
stałych oraz folii, płyt, itp. stosuje się
preparację antystatyczną
powierzchniową.



Powszechnie stosowana jest
antystatyzacja tkanin i odzieży.
Antystatyzację trwałą tkanin
uzyskuje się przez odpowiedni
dobór struktury włókien mieszanin
tworzyw sztucznych z bawełną lub
lnem.



Antystatyzację okresową otrzymuje

się przez preparację powierzchniową

włókien w procesie produkcji. Po

kilkunastu praniach (co najmniej 10)

właściwości antystatyczne okresowe

zanikają i tkaniny podlegają znowu

elektryzacji. Powszechna jest również

antystatyzacja doraźna, uzyskiwana

przez płukanie tkanin i odzieży.



Zwiększanie wilgotności

powietrza jest skutecznym

środkiem ochrony przed

gromadzeniem się ładunków

elektrostatycznych tylko na tych

materiałach, które wykazują

właściwości powierzchniowego

adsorbowania wody. Dla materiałów

niehigroskopijnych, np. większości

typowych tworzyw sztucznych, ten

środek ochrony jest nieskuteczny.



Zwiększenie wilgotności względnej
powietrza (co najmniej do 70%)
dokonuje się poprzez nawilżanie
pomieszczeń lub stanowisk
produkcyjnych (nawilżanie
miejscowe).



Neutralizatory ładunku służą do

eliminacji ładunków elektrostatycznych

występujących na powierzchniach

płaskich lub walcowych, pasów

napędowych itp. poprzez ich

neutralizację zjonizowanym

powietrzem. Neutralizatory ładunku

mogą działać w sposób bezpośredni,

wytwarzając jony w bezpośredniej

bliskości deelektryzowanej powierzchni,

lub z wymuszonym nadmuchem

zjonizowanego powietrza.



Ekranowanie elektrostatyczne
polega na umieszczaniu uziemionej
siatki metalowej na powierzchniach
izolacyjnych w celu zmniejszenia
natężenia pola elektrycznego na
stanowisku pracy.



Zmiany procesów technologicznych

umożliwiające eliminację zagrożeń to:



zmniejszenie szybkości procesów, np.

zmniejszenie szybkości przepływu

cieczy



zwiększenie pojemności obiektów

względem ziemi



korekta procesów w celu pozbycia się

źródeł generacji ładunków, np.

eliminacja rozbryzgiwania cieczy,

pylenia materiałów sypkich



prowadzenie procesów w
atmosferach obojętnych, np. nie
zagrożonych wybuchem



dobór tworzyw na wykładziny,
konstrukcje maszyn i urządzeń
produkcyjnych w celu zmniejszenia
elektryzacji stykających się z nimi
obiektów oraz materiałów.