1tom296

11. ELEKTRYCZNOŚĆ STATYCZNA

elektrycznego wytwarzanego przez ten ładunek (wpływ dyfuzji nośników ładunku zwykle pomija się).

Upływ powierzchniowy wiąże się zwykle z obecnością na powierzchni materiału dielektrycznego warstwy zaadsorbowancj tam wody zawierającej rozpuszczone zanieczyszczenia jonowe. Działanie wilgoci zależy od charakteru powierzchni badanego materiału — czy ma ona właściwości hydrofobowe czy hydrofilowe. W przypadku powierzchni hydrofobowej skroplona para wodna tworzy małe, pojedyncze kropelki, wskutek czego nie mają one większego w'plywu na upływność powierzchniową. W przypadku powierzchni hydrofitowych — skroplona para wodna tworzy ciągłą warstwę, zwiększając w ten sposób upływność powierzchniową. Przyjmując grubość takiej warstwy 10 ° m oraz rezystywność wody 210⁵ fi rn, rezystancja tej warstwy wynosi 210⁷ fi. W normalnych warunkach atmosferycznych większość ciał stałych wykazuje właściwości hydrofilowe, dlatego istotnym czynnikiem jest wilgotność otaczającego powietrza.

Upływ przez powietrze następuje wskutek rekombinacji ładunku z jonami i elektronami znajdującymi się w powietrzu oraz wyładowań elektrostatycznych.

W powietrzu atmosferycznym — w normalnych warunkach — znajduje się w 1 cm³ średnio ok. 10³-^ 10⁴ jonów, przy czym stosunek stężenia jonów dodatnich do ujemnych wynosi 1 -h 1,2. Przyjmując ww. wielkości jako stałe, szybkość upływu przez powietrze zależy od wartości natężenia pola elektrycznego. Ta ostatnia wielkość zależy z kolei od usytuowania badanego obiektu względem sąsiednich ciał przewodzących, uziemionych. I tak w przypadku przedstawionym na rys. 11.1, przy stałej gęstości powierzchniowej ładunku q_sa, wartość natężenia pola E_a zależy od odległości próbki od elektrody h. Jeżeli próbka P spoczywa na elektrodzie b, to natężenie pola E_a ma minimalną” wartość i rekombinacja ładunku na górnej powierzchni próbki będzie przebiegać wolniej niż w innych przypadkach. W ten właśnie sposób można tłumaczyć obserwowane niekiedy zjawisko, że obiekt umieszczony na uziemionej płycie przewodzącej rozładowuje się wolniej niż wtedy gdy jest usytuowany z dala od przewodników. Upływ ładunku wywołany rekombinacją jw. jest szczególnie istotny w warunkach sztucznej jonizacji powietrza.

11.1.3. Wyładowania elektrostatyczne

Wyładowania elektrostatyczne występują w różnej postaci w zależności od geometrii układu oraz właściwości materiałowych obiektów, pomiędzy którymi następuje wyładowanie.

W zależności od geometrii układu, determinującej rozkład natężenia pola elektrycznego, mogą występować wyładowania elektrostatyczne niezupełne — ulotowc lub snopiaste, względnie zupełne iskrowe. Wyładowania ulotowe powstają w warunkach silnie niejednostajnego pola elektrycznego, którego natężenie przekracza lokalnie 3-10⁶ Vm“ ’. Wyładowania snopiaste powstają w analogicznych warunkach jak ulotowe, z tym że obszar, w którym natężenie pola przekracza wartość krytyczną jw . jest większy, w związku z czym wyładowanie — w postaci snopu kanałów — rozwija się w większej objętości. Dalsze zwiększanie przestrzeni, w której występuje natężenie pola o wartości krytycznej, prowadzi do powstania wyładowania iskrowego. Jeżeli w strefie oddziaływania pola elektrycznego na dielektryk uwarstwiony wystąpi składowa natężenia pola styczna do jego powierzchni, to mogą powstać wyładowania powierzchniowe.

W zależności od właściwości materiałowych obiektów, pomiędzy którymi następuje wyładowanie, można wyróżnić następujące wyładowania elektrostatyczne: międzyelekt-rodowe, elektroda-diclcktryk, bezelektrodowe, piorunopodobne. Każde z tych wyładowań może występować jako niezupełne i zupełne.

Wyładowania międzyelektrodowe występują najczęściej pomiędzy odizolowanym a uziemionym elementem metalowym. Element metalowy odizolowany może mieć ładunek elektrostatyczny lub może być naelektryzowany przez indukcję. Wyładowania te opisuje się relacjami odnoszącymi się do kondensatora.

Wyładowania elektroda-dielektryk są to wyładowania inicjowane pomiędzy naelekt-ryzowanym obiektem z materiału dielektrycznego a zbliżoną do niego uziemioną elektrodą. Naclektryzowanym obiektem może być materiał podlegający określonemu procesowi technologicznemu (np. ciecz, proszek), a także element aparatu technologicznego (np. zbiornik, przewód rurowy, taśma przenośnika itd.). Elektrodę uziemioną stanowią zwykle elementy konstrukcyjne względnie człowiek. Charakter wyładowania zależy od takich czynników, jak: średnica elektrody, biegunowość ładunku, prędkość zbliżania się elektrody do powierzchni naclcktryzowanego dielektryka oraz jego przewodność. Cechą charakterystyczną tego rodzaju wyładowań jest to, że w pojedynczym wyładowaniu następuje przemieszczenie tylko części ładunku dielektryka — w odróżnieniu od wyładowania międzyelektrodowego, w którym następuje całkowite rozładowanie naelektryzowanego obiektu.

Wyładowania bczclcktrodowe 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 łtp.

Wyładowania piorunopodobne są to wyładowania iskrowe inicjowane przez chmury naelektryzowanego pyłu i charakteryzujące się znaczną długością kanału iskrowego. Mogą one powstawać w dużych chmurach pyłowych — przyjmuje się, że powyżej 100 m³ [11.25].

Różnego rodzaju wyładowania elektrostatyczne przedstawiono na rys. 11.2.

Rys. 11.2. Wyładowania elektrostatyczne przy odpylaniu za pomocą filtru workowego / — tkanina filtra workowego, 2 — warstwa pyłu (naciektryzowana dodatnio), 3 uziemiony kołnierz metalowy, 4 — elektroda uziemiona,

5 elektroda izolowana, a wyładowanie elektroda-dielektryk bezpośrednie, b wyładowanie elektroda-dielektryk pośrednie (indukowane), c — wyładowanie powierzchniowe, d — wyładowanie bezelektrodowe

11.2. Zagrożenia elektrycznością statyczną

11.2.1. Rodzaje zagrożeń

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

—    pożarowo-wybuchowe,

—    niekorzystne oddziaływanie na człowieka,

—    zakłócenia procesów technologicznych.

Zagrożenie pożarowo-wybuchowe sprowadza się do tego, że wyładowanie elektrostatyczne jest jednym z możliwych źródeł inicjacji zapłonu. Przyjmuje się, że zagrożenie występuje, jeśli jest spełniony warunek

K>kW_zmin    (11.1)

38*