Next-in-Thread Next Message

News Elektrostatika (kapitola 9.6 - posledna prednaska) 

Forum: Ekologia
Date: Dec 18, 15:16
From: Alexander Mészáros <Alexander.Meszaros@tuke.sk>

 9.6 Elektrostatické pole

   Statická elektrina je jav veľmi starý (približne 2 000 rokov pred n. l.). Spomenieme aspoň niekoľko údajov: prvé pozorované elektrické javy boli prírodné (blesk, Eliášov oheň), neskôr r. 548 pred n. l. známy grécky filozof Tháles Milétsky popísal prvé pokusy s elektrostatikou.. Plínius, rímsky prírodovedec v r. 78 pred n.l. v diele "Historia Naturalis" uviedol technologické aplikácie elektrostatiky, v r. 48 pred n. l. Gaius Julius Caesar pozoroval pri vojenskom ťažení do Afriky (pri pochode na Alexandriu) prvé korónové výboje na hrotoch kópií svojich vojakov, atď...
   Dnes je elektrostatická elektrina v širokom merítku využívaná v technickej praxi. Napríklad :
 - rozstrekovanie kvapalín v elektrickom poli vysokého napätia a ich nanášanie na rôzne výrobky (lakovanie),
 - nanášanie práškových plastov, granulí a vlákien v poli vysokého napätia,
 - odlučovanie popolčeka elektrickými odlučovačmi,
 - elektrická separácia sypkých materiálov,
 - využitie elektrického poľa v poľnohospodárstve (triedenie semien, postrek pesticídmi a pod.),
 - xerografia,
 - v potravinárskom priemysle: elektrický spôsob udenia, respektíve konzervovania potravín, elektrická separácia pevných čiastočiek z kvapalín,
 - neutralizátory elektrických nábojov,
 - ničenie škodlivého hmyzu a pod.
   Na druhej strane však nedostatočné poznanie účinkov statickej elektriny, prípadne jej výskyt na miestach, kde ju nečakáme (neuvedomujeme si jej existenciu, nemáme zmyslový orgán,ktorým by sme ju vnímali), spôsobuje poruchy, ničí, je príčinou úrazov a dokonca aj zabíja. Takýmto spôsobom potom uberá priemyslu, ale aj poisťovniam miliónové hodnoty.
 9.6.1 Atmosferická elektrina
 
Pod uvedeným pojmom rozumieme súbor fyzikálnych javov elektrostatickej povahy, ktoré sa vyskytujú v atmosfére. Ide o :
- elektrické pole medzi kladne nabitou ionosférou a záporne nabitým povrchom Zeme,
- elektrické náboje (ióny) v ovzduší viazané na molekuly vzdušných plynov, vody a mikroskopické nečistoty.

 9.6.1.1 Elektrické pole Zeme
 
  je kvazi - elektrostatické pole s malými časovými zmenami (zlomky Hz). Zem (záporná elektróda) a ionosféra (kladná elektróda) tvoria guľový kondenzátor s dielektrikom o hrúbke asi 70 km, ktorým je málo ionizovaný a teda aj zle vodivý vzduch. Záporný náboj Zeme (vnútorná elektróda) sa odhaduje na 0,50 - 0,59.106 C. Medzi obomi elekródami je napäťový spád asi 400 kV, čo odpovedá priemernej intenzite 8 V.m-1. Toto elektrické pole však nie je homogénne, ale je deformované tvarom zemského povrchu. Ak pri povrchu Zeme je priemerná intenzita asi 120 - 130 V.m-1, potom na vrcholoch hôr dosahuje rádove až kV.m-1. Ďalšie deformácie spôsobujú telurické prúdy a ľudská činnosť (stavby, stožiare, komunikácie a pod.).
   Elektrické pole Zeme je ovplyvňované počasím a naopak. Zjednodušene by sme mohli povedať, že za zlého počasia je intenzita elektrického poľa menšia a naopak pekné počasie intemzitu elektrického poľa zvyšuje. (Podrobnosti sú známe z odbornej literatúry ako napr. [41, 42]). Na živé organizmy pôsobí elektrostatické pole nie iba svojou veľkosťou (intenzitou), ale aj svojimi zmenami.
   Človek je zvyknutý na prirodzené pole Zeme. Ak sa nachádza v umelom prostredí, potom na elektrické pole majú vplyv aj stavebné materiály, z ktorých sú príslušné budovy postavené. Kameň, drevo, tehly majú pomerne veľký merný odpor. Elektrické pole Zeme deformujú minimálne a to v pomere svojich vodivostí k vodivosti vzduchu. Kovy, ktoré sa používajú pre armovanie skeletov alebo panelov však majú veľkú vodivosť. Spôsobujú preto tienenie (viac-menej Faradayovú klietku) a vzniká tzv. "panelový jav", ktorý má nepriaznivý vplyv na fyziológiu, aj psychiku živého organizmu (včely napríklad nemôžu žiť v plechových úľoch a žaby hynú vo Faradayových klietkach).Technicky je možné tento problém riešiť tak, že sa strop a podlaha v miestmosti opatrí vodivým materiálom, na ktoré sa privedie dostatočný náboj potrebný na vytvorenie elektrického poľa. Na obnovenie elektrického poľa sa používajú aj špeciálne vodivé tapety, ktoré sa lepia na strop miestnosti.


9.6.1.2 Elektrické náboje v ovzduší

   V ovzduší dochádza neustále k tvorbe iónov, čiže k ionizácii vzduchu. Súčasne však v dôsledku neutralizácie (rekombinácie) ióny zanikajú, čím sa v atmosfére udržuje určitý rovnovážny stav vzdušnej ionizácie. Vzdušné ióny vznikajú ionizáciou plynov dodaním potrebnej energie (ionizačná energia). Zdrojom energie potrebnej k ionizácii môže byť rádioaktávne žiarenie, slnečné žiarenie, energia elektromagnetických vĺn, vysoká teplota a pod. Okrem toho ionizácia môže byť spôsobená aj plameňom, rozstriekávaním vodných kvapiek, elektrickým vedením vn, ale aj žiarením z displejových jednotiek. k prírodným ionizátorom patria aj radón, rádioaktívne rudy v zemskej kôre, kozmické žiarenie. Ionizáciou molekuly vzniká nestabilný pár elektrón a kladný ión (katión). Voľný elektrón má krátku životnosť, prakticky okamžite rekombinuje s kladným iónom, alebo sa spojí s neutrálnou molekulou alebo s atómom, čím vznikne záporný ión (anión). Spojením ľahkých iónov s mikroskopickými čiastočkami pevných a kvapalných látok rozptýlených vo vzduchu vznikajú ťažké a ultraťažké ióny. Mikročastice prachu, sadzí a dymu spolu s mikroorganizmami tvoria teda kondenzačné jadrá pre ľahké vzdušné ióny, z ktorých sa tak tvoria ťažké ióny. Je samozrejmé, že so zväčšujúcou sa veľkosťou iónov sa zmenšuje ich pohyblivosť a teda aj vodivosť. Podľa pohyblivosti delíme vzdušné ióny na štyri druhy (tab.č.6)

Tab.č.6 Rozdelenie vzdušných iónov

Druh iónu priemer [nm] pohyblivosť [cm2. V-1.s-1]
ľahké 0,7 - 1,0 1 - 2
stredné - menšie 8 0,01
stredné - väčšie 8 - 25 0,01 - 0,001
ťažké 25 - 55 0,001 - 0,00025
ultraťažké 55 0,00025

  So zväčšujúcou sa hmotnosťou iónov sa predlžuje ich životnosť. Ľahké ióny majú životnosť niekoľko sekúnd až minút, stredné ióny niekoľko minút až hodín a ťažké ióny niekoľko dní až týždňov. Vo veľmi čistom vzduchu (klimatické kúpele) koncentrácia Vo veľmi čistom vzduchu (klimatické kúpele) koncentrácia ľahkých vzdušných iónov dosahuje rádove 103.cm-3. V neznečistenom vzduchu býva táto koncentrácia 102.cm-3. V znečistenom ovzduší však koncentrácia ľahkých iónov rýchle klesá a naopak koncentrácia iónov ťažkých a ultraťažkých neúmerne rastie. Preto sa navrhuje ako kritérium čistoty ovzdušia udávanie koncentrácie vzdušných iónov. K podstatnému zníženiu koncentrácie ľahkých iónov dochádza aj pri fajčení a v nevetraných miestnostiach.
   Dôležitým údajom charakterizujúcim kvalitu vzduchu je koeficient unipolárnosti q, ktorý je definovaný pre ľahké (q1) a ťažké (q2) ióny :

                                     

kde n+ je koncentrácia ľahkých kladných iónov,
   n- " " " záporných "
   N+ " " ťažkých kladných "
   N- " " " záporných "

  Keďže poznatky, ktoré získal celý rad vedeckých pracovníkov poukazujú na kladný vplyv záporných iónov na ľudský organizmus a naopak na negatívne účinky kladných iónov, potom je jasné, že z fyziologického i hygienického hľadiska je za priaznivejší považovaný taký stav ovzdušia, v ktorom koeficient unipolárnosti je menší než 1. Obyčajne je však vo vzduchu viac kladných iónov, čo sa vysvetľuje väčšou pohyblivosťou záporných iónov a tým aj ich rýchlejšou rekombináciou.
   Priemerná koncentrácia ľahkých iónov nad pevninou je asi 750 kladných a 650 záporných iónov v cm3 vzduchu, čo znamená, že g = 1,15 (pri zemskom povrchu prevažujú ióny kladné, pretože sú priťahované záporným nábojom Zeme). Lokálne zvýšenie koncentrácie iónov spôsobuje napríklad trieštenie vody (balloelektrický jav) v blízkosti vodopádov a morského pobrežia (nad morom býva q = 1,20). Pri značne znečistenom ovzduší priemyselných oblastí stúpa tento koeficient až nad hodnotu 1,25, v niektorých mestách dosahuje hodnoty 4,0 - 6,0.
   Na druhej strane v neznečistených prírodných oblastiach (kúpele, vysokohorské oblasti, prírodné rezervácie) sú v prevahe záporné vzdušné ióny a koeficient unipolárnosti sa pohybuje okolo hodnoty 0,82 - aj menej.
   Koncentrácia vzdušných iónov sa mení aj v priebehu dňa a to tak, že maximum iónov obidvoch polarít býva okolo šiestej hodiny ráno a minimum okolo trinástej hodiny. Zistilo sa tiež, že počas roka sa obsah vzdušných iónov mení takto : najväčší výskyt záporných iónov a teda aj najmenší index unipolárnosti bol zaznamenaný v júni a v júli a najmenšia koncentrácia iónov obidvoch polarít s najnepriaznivejším koeficientom unipolárnosti je v decembri a v januári.
   Koncentráciu iónov v atmosfére a teda aj q výrazne ovplyvňujú aj zmeny počasia. Napríklad pri zmene tlakovej výše na tlakovú níž alebo pri príchode teplého frontu sa zväčšuje počet kladných vzdušných iónov a vzrastá aj koeficient unipolárnosti, Naopak, po búrke rastie množstvo záporných vzdušných iónov a koeficient unipolárnosti klesá.

 9.6.1.3 Účinky vzdušných iónov na ľudský organizmus

   Vedci sa síce zaoberali ionizovaným ovzduším už asi pred sto rokmi, ale zvýšenú pozornosť týmto problémom odborníci venujú hlavne v poslednom období. Overovaním vplyvu ionizovaného vzduchu oboch polarít a rôznych koncentrácií iónov na živé organizmy sa zaoberá bioklimatológia. Z dostupných výsledkov, ku ktorým dospel celý rad pracovísk je možné zhrnúť základné poznatky o zistenom pôsobení na človeka :
 - malé vzdušné ióny sú biologicky účinné,
 - vplyv ľahkých záporných vzdušných iónov je priaznivý,
 - vplyv kladných vzdušných iónov je negatívny.
    Keďže analýza rôznych mechanizmov, ktorými sa dnes vysvetľuje mechanizmus pôsobenia vzdušných iónov presahuje rozsah tejto príručky, sústredíme sa iba na prehľad publikovaných konkrétnych účinkov.

   Najvýraznejšie oblasti priaznivého pôsobenia záporných vzdušných iónov :
 - baktericídny efekt (smrtiaci účinok na baktérie) bol dokázaný vo vzduchu s vysokou koncentráciou záporných vzdušných iónov (až 3,7 .1011) napr. na kultúry baktérie Staphylococcus aureus ("zlatý stafylokok") a iné. Baktericídne účinky boli pozorované v nemocnici, kde pri úprave koeficientu unipolárnosti z 1,2 na 0,1 klesol počet baktérií vo vzduchu o 30 %. Tým sa vysvetľuje aj rýchlejšie hojenie rán, popálenín a kratšia rekonvalescencia.
 - Nervový systém : zlepšenie nálady, uspokojenie, zmiernenie nespavosti a bolesti hlavy, skrátenie reakčných časov, zlepšenie subjektívnych pocitov.
 - Kardiovaskulárny systém :zníženie krvného tlaku, zníženie tepovej frekvencie, spomalenie sedimentácie červených krviniek, zvýšenie pH krve.
 - Respiračný systém : spomalenie dychovej frekvencie, zvýšenie vylučovania hlienu - očistenie dýchacích ciest.
 - Zažívací systém : úprava látkovej výmeny, zníženie obsahu cukru v krvi diabetikov, hojenie žalúdočných vredov, pokles voľného cholesterolu v krvi.
 - Pohybový aparát : analgetický a antireumatický účinok (kladné ióny majú nepriaznivý vplyv).
 
  Ako už bolo vyššie povedané,je naopak pôsobenie kladných iónov negatívne. Ich inhalácia spôsobuje napríklad zažívacie ťažkosti, bolesti hlavy, zvýšenú únavu, hučanie v ušiach, závrate. Okrem toho nedostatok záporných iónov vyvoláva pocit nepohody a dusna, spôsobuje dýchacie ťažkosti, podráždenosť.
   Mnohí autori preto vysvetľujú známe subjektívne pocity niektorých citlivých ľudí pri zmene počasia ako dôsledok zmeny polarity iónov v ovzduší, pričom táto premena predchádza zmenu počasia aj o 1 - 2 dni. Niekedy táto zmena polarity pretrváva aj niekoľko dní po zmene počasia. Podobne aj niektoré vetry, typické pomerne vysokou teplotou a nízkou reletívnou vlhkosťou (föhn, mistrál a pod.) spôsobujú u citlivých ľudí bolesti hlavy, depresie, zvýšenú podráždenosť, dýchacie ťažkosti a pod. Viacerí autori dokázali výrazné zvýšenie koncentrácie kladných vzdušných iónov a teda aj vysoké hodnoty koeficientu unipolárnosti pri nástupe týchto vetrov. Aj na pracoviskách s rôznymi zdrojmi vysokého napätia boli pozorované zvýšené koncentrácie kladných iónov. K neutralizácii záporných iónov dochádza aj pri používaní plastických látok s kladným povrchovým nábojom. Väčšina klimatizačných zariadení je síce zdrojom čistého vzduchu, ale tento vzduch obyčajne obsahuje iba nepatrné množstvo iónov. Dôvodom je skutočnosť, že vzduch prúdi vzduchovodmi z plastov alebo z kovov. ktoré sú dokonale uzemnené. Takto sa potom koncentrácia iónov v moderných klimatizovaných budovách zmenšuje pod merateľné hodnoty, čo môže byť aj jednou z príčin zdravotných ťažkostí pracovníkov. Naopak, v klimatickom prostredí vodopádov (Lenardov jav), kde boli namerané zvýšené koncentrácie záporných vzdušných iónov a teda aj malé hodnoty q, ľudia majú pocit pohody.
   Ako je vidieť z uvedených skutočností, v obytných priestoroch a na pracoviskách je potrebné znižovať koeficient unipolárnosti q a tým zabezpečiť pohodu pre obyvateľov a pracovníkov v pracovných priestoroch. Na obnovu vhodnej koncentrácie iónov sa používajú ionizátory.
   Pracovníci Výskumného ústavu humánnej bioklimatológie a Výskumného ústavu preventívneho lekárstva v Bratislave skúmali vplyv ionizovaného vzduchu na ľudský organizmus. Napríklad na pracoviskách röntgenologického oddelenia namerali zvýšenú koncentráciu kladných vzdušných iónov a tým aj vyššiu hodnotu koeficientu unipolárnosti. Podobne na klimatizovaných pracoviskách výpočtovej techniky zaznamenali výrazný pokles vzdušných iónov, predovšetkým záporných, teda pre človeka užitočných. Po zapojení umelej ionizácie vzduchu v takýchto plne klimatizovaných priestoroch sa v priebehu niekoľkých minút vytvorila rovnovážna koncentrácia záporných vzdušných iónov, ktorá mnohonásobne prevyšovala počiatočnú koncentráciu. Avšak po vypnutí ionizačných prostriedkov nastal v priebehu 15 minút 50-percentný pokles vzdušných iónov. Okrem toho zistili (v súlade s výsledkami aj iných výskumných pracovísk), že zavedenie umelej ionizácie v uzavretých miestnostiach, v ktorých sa zdržuje väčší počet osôb, odstraňuje subjektívne ťažkosti ako sú malátnosť, pocit únavy, podráždenosť.

 9.6.1.4 Ionizátory vzduchu - aeroionizátory

  Na základe poznatkov celého radu výskumných pracovísk o pozitívnych účinkoch ľahkých vzdušných iónov s prevahou koncentrácie záporných iónov sa bádatelia usilovali umelo upraviť mikroklimatické priestory domova aj pracoviska. Generátory vzdušných iónov pracujú v podstate na týchto princípoch :
1. Vysokonapäťové ionizátory využívajú dva princípy
a) princíp elektrofluviálnych ionizátorov : vysoké napätie sa vytvorí medzi dvomi pólmi jednosmerného vysokonapäťového zdroja, z ktorých jeden je tvorený kovovým hrotom a druhý tvorí sieťku okolo neho. Nevýhodou takého ionizátora je súčasný vznik škodlivého ozónu a oxidov dusíka,
b) princíp korónových výbojov : používajú sa dve elektródy s výrazne rozdielnymi rozmermi. Výhodou týchto prístrojov je, že pri ich činnosti sa nevytvárajú vyššiespomínané škodlivé plyny.
     Vysokonapäťové ionizátory generujú v priemere 109-1011 záporných iónov za sekundu.
 2. Ionizátory, ktoré využívajú rádioaktívne alebo ultrafialové žiarenie. Rádioaktívne ionizátory využívajú ako zdroj ionizačnej energie beta-žiarenie trícia, pričom toto žiarenie má pomerne nízku energetickú úroveň.
 3. Hydrodynamické ionizátory pracujú na princípe Lenardovho javu (1915) : pri prudkom náraze vodnej kvapky na prekážku dochádza k jej rozprašovaniu a triešteniu. Časť molekúl vody odtrhnutých z povrchu vody nesie záporný náboj, väčšie kvapky alebo celá hmota vody sa stáva kladnou. Rozprašovaním vody je vnášaný do vzduchu záporný priestorový náboj (balloelektrický). Tento záporne nabitý aerosól obohacuje vzduch zápornými iónmi. Výhodou týchto ionizátorov je skutočnosť, že sa pri ich činnosti nevytvára ani ozón, ani oxidy dusíku. Najväčšie množstvo záporných iónov vzniká pri rozprašovaní destilovanej vody a naopak, s rastúcou koncentráciou elektrolytu ich množstvo klesá.
 
  Dnes sú na trhu prístupné rôzne typy aeroionizátorov, ktorých aplikácia v obytných priestoroch má pozitívny vplyv na zdravých, ale hlavne na chorých obyvateľov (udávajú sa napríklad priaznivé účinky aj na alergikov). Na niektorých pracoviskách ako sú napríklad výpočtové strediská, pracoviská elektronického priemyslu, operačné sály a pod. je používanie ionizátorov potrebné aj ako ochrana pred elektrostatickým nábojom (pozri kap.9.6.5).
   K ozdraveniu ovzdušia v interiéroch sa teda používajú ionizátory a rôzne čističe vzduchu. Niektoré majú vnútorný ionizátor ako jeden stupeň filtrácie, iné majú vonkajší ionizátor. Jeho úlohou je hlavne urýchliť zhlukovanie malých nečistôt a vytváranie väčších častíc, ktoré potom vďaka väčšej hmotnosti podliehajú rýchlejšej sedimentácii a elektroprecipitácii.
   Pri použití ionizátorov však treba ešte zabezpečiť, aby sa produkované ióny k človeku dostali a nezanikli okamžite na materiáloch, ktoré sú prítomné v interiéri ako stavebné, dekoračné a iné. Je totiž známe, že materiály, z ktorých je interiér zhotovený (napr. steny, sklo, podlaha), alebo zariadenie (nábytok, čalúnenie, podlahové krytiny, dekoračné predmety) môžu svojimi vlastnosťami, hlavne svojou elektrizovateľnosťou charakteristiku vnútorného ovzdušia značne ovplyvniť. Na základe získaných výsledkov a ich štatistického hodnotenia rozdelili autori [51] jednotlivé materiály na štyri skupiny :
 1. materiály silne pohlcujúce vzdušné ióny (napr. čerstvé tehly, čalúnická látka bavlnená),
 2. materiály pohlcujúce 40-60 % iónov (napr. omietka cementovápenná čerstvá, hliník, lakovaný oceľový plech a pod.),
 3. materiály pohlcujúce menej než 40 % iónov (papierová tapeta, meď a pod.),
 4. materiály pohlcujúce 20 % iónov a menej (lakovaný korok, nerezová oceľ, mosadz, lino PVC, atď.).
 9.6.2 Škodlivé účinky statickej elektriny

   Ako už bolo spomínané v úvode, elektrostatiku môžeme rozdeliť na dve oblasti :
- elektrostatika užitočná,
- elektrostatika škodlivá (nežiadúca).
  V ďalšom sa zameriame predovšetkým na negatívne pôsobenie elektrostatiky a na možnosti ochrany pred jej škodlivými účinkami.
   Problémy statickej elektriny sa v súčasnosti objavujú takmer vo všetkých oboroch ľudskej činnosti,
predovšetkým v priemyselných technológiách, ale aj v zdravotníctve a v spoločenských prostrediach. Výskyt elektrostatických nábojov v našom živote sa zvýšil hlavne v dôsledku rýchleho rozvoja a rozsiahleho využívania syntetických organických materiálov.
   Oblasti, ktoré môžu byť najviac postihnuté elektrostatickým nábojom, sú predovšetkým tieto:
 - elektronika (deštrukcia integrovaných obvodov MOS, CMOS a pod.),
 - informatika (napr. vymazanie pamäti počítačov),
 - fotografia a film (priťahovanie prachu, ktorý poškriabe filmy pri manipulácii s nimi alebo pri premietaní),
 - nahrávacie štúdiá (rušenie posluchu),
 - tlačiarne, kartonážnictvo (zlé oddeľovanie sa papiera),
 - automobilový priemysel (nebezpečie požiaru pri striekaní farieb),
 - chemický priemysel, pohonné látky, prášky a výbušniny (nebezpečie pre vznik ohňa a výbuchu),
 - farmácia, výskumné laboratóriá (ťažko sa napríklad dosahuje presné váženie),
 - tvárnenie plastických látok, textilný priemysel (výrobné ťažkosti, nebezpečie ohňa, úrazov),
 - mlyny, bane, priemyslové prevádzky prašného prostredia (výbuch, oheň),
 - operačné sály (výboj),
 - výpočtové strediská, elektrické skúšobne, špeciálne ambulancie nemocníc - koronárne jednotky a pod.
   My sa sústredíme predovšetkým na pôsobenie elektrostatického náboja v elektrotechnických odboroch, ale aspoň okrajove spomenieme aj iné oblasti, aby budúci inžinier vedel v praxi predchádzať škodlivým účinkom elektrostatiky na svojom pracovisku, ktoré nemusí byť vždy iba vo vyštudovanom odbore.
  Je niekoľko možností vzniku voľného elektrického náboja na povrchu dielektrika. Môžeme ich rozdeliť do dvoch skupín : a) bezkontaktné :
- umelé nasršenie korónou ne povrch (neutralizátory),
- prisadnutie iónov z ovzdušia na objekt,
- elektrostatická indukcia,
     b) kontaktné javy sú v praxi oveľa významnejšie a častejšie, ako napríklad :
- prostý dotyk nenabitých telies s následným oddialením,
- dotyk s nabitým objektom,
- vzájomné trenie,
- oddeľovanie,
- mechanické namáhanie, hnetenie, mletie, drtenie,
 - vysypávanie a presypávanie,
 - odstreďovanie,
 - pneumatická doprava a ďalšie.
  Na veľkosť vznikajúcich nábojov a ich polaritu má vplyv celý rad faktorov :
 - rozmery a povrchová štruktúra, alebo úprava dotýkajúcich sa látok,
 - fyzikálno-chemické parametre,
 - relatívna vlhkosť, teplota, ionizačný stav okolia,
 - prítlačné sily, sily vzájomného pohybového pôsobenia, atď.

   Zvláštnym, avšak v praxi častým prípadom je nabíjanie drobných čiastočiek pevnej látky - prachu (napríklad cukor, múka) a granulí pri ich doprave, presypávaní, miesení drtení, ale aj pri skladovaní. Ak tvorí zvírený prach mrak, ktorého rozmery sú dostatočne veľké, môže dôjsť vplyvom elektrickej indukcie k vzniku značných nábojov na okolitých vodivých objektoch a tým aj k nebezpečnému výboju.
   Podobne ako pevné látky, tak aj kvapaliny sa javia v kľude navonok ako elektricky neutrálne. Z praxe je však všeobecne známe, že dochádza k vzniku a prípadne hromadeniu elektrických nábojov v súvislosti s pohybujúcimi sa kvapalinami. Nabíjanie nastáva pri ich doprave, výtoku, prúdení, rozprašovaní a pod. Pri prúdení vzniká náboj jednej polarity na stenách potrubia a opačnej polarity v kvapaline. Pri výtoku sa hromadí náboj v nádrži. Veľkosť elektrického náboja závisí okrem iného na rýchlosti prúdenia, na stupni znečistenie kvapaliny, na druhu prúdenia (laminárne, turbulentné), na prekonávaní prekážok (napr. zmena smeru, prechod filtrom, ventily a pod.).
   Najväčšie ťažkosti, ktoré statická elektrina spôsobuje v priemysle, sú predovšetkým :
 - zníženie rýchlosti pracovného výkonu,
 - priťahovanie a odpudzovanie ľahkých predmetov (napr. prach , chĺpky a pod.),
 - vznik iskier spôsobujúcich oheň a výbuch,
 - degradácia, alebo deštrukcia výrobkov,
 - elektrické šoky u pracovníkov, ktoré môžu sekundárne spôsobiť úrazy, prípadne aj smrť,
 - rušenie elektronických dejov.
   Preto je bezpodmienečne potrebné pri všetkých operáciách, ktoré by mohli viesť k vzniku nábojov prísne dodržiavať bezpečnostné predpisy a normy.
 9.6.3 Fyziologické účinky elektrostatického náboja

 môžeme rozdeliť na : - zjavné,
     - skryté
   Zjavné účinky sa prejavujú pri vybíjaní elektrostatického náboja ako krátkodobý stav krča - škubnutie svalov. V silných poliach môže vzniknúť pocit mravenčenia v pokožke a "ježenie vlasov". Pokiaľ sú tieto prejavy jednorázové alebo krátkodobé (k vybitiu náboja cez telo dôjde za čas kratší než 50 Ţs), potom nie sú pre ľudský organizmus škodlivé. Avšak pri dlhodobom pôsobení opakovaných výbojov sa môžu objaviť nervové poruchy a nepriaznivé vplyvy v inervácii srdečného svalu.
   Silný samostatný výboj sa síce vyskytuje zriedkavo, môže však postihnutého uviesť do šoku, alebo vyvolať v dôsledku mimovoľného pohybu úraz. Žiaľ, z praxe sú známe aj prípady, kde dôsledkom silného výboja bol úraz smrteľný. Zdravým osobám zvyčajne výboje neškodia, ale u niektorých jedincov môžu vyvolať srdečný, nervový, alebo epileptický záchvat.
   Skryté účinky elektrostatického náboja zatiaľ nevieme presne určiť. Patria k nim napr. účinky pri chôdzi po podlahe zo silne elektrizujúcich materiálov, pri nosení silne sa elektrizujúcich odevov a pod. Miera škodlivosti elektrického prúdu sa posudzuje podľa fyziologickej hustoty náboja 32 nC.mm-2. Pri prekročení tejto hodnoty dochádza k poškodeniu tkaniva. Hodnotením účinkov antireumatického prádla sa zistilo, že určité fyziologické účinky statického náboja sa prejavia aj vtedy, keď sa neprokročí uvedená fyziologická hustota náboja, ale náboj pôsobí dlhšiu dobu. Takéto pôsobenie sa vysvetľuje tým, že ovplyvňuje biochemické procesy buniek.
   Dlhodobé skryté pôsobenie elektrostatického náboja môže vyvolávať priaznivé i nepriaznivé fyziologické účinky. Za pozitívne účinky pokladáme stimuláciu nervového systému i antireumatické účinky. Za nepriaznivé považujeme príliš silné dráždenie nervového systému (nervové poruchy) a zásahy do metabolizmu buniek. Nepriaznivé účinky elektrostatického náboja sa prejavujú ako stresový faktor : vzniká pocit stiesnenosti, nervového vypätia, dochádza k zvýšeniu dychovej a tepovej frekvencie a krvného tlaku ako aj k celkovým zmenám metabolizmu.
 Tab.č.7 Reakcie ľudského organizmu pri pôsobení el. energie
                                         
Reakcia ľudského organizmu energia [Ws]
nezistiteľné reakciepichanie, dráždeniešokbodavá bolesťkŕčesmrť 10-6 - 10-310-3 - 2. 10-1 2 .10-1 - 1,5.1001,5.100 - 1010 - 8.101 102 - a viac

 9.6.4 Ochrana pred elektrostatickým nábojom v priemysle
 
  Jednou zo základných podmienok bezpečnej prevádzky zariadení, výrobkov, technologických celkov a bezpečnosti pracovníkov v prostrediach so stanoveným stupňom nebezpečia je zabezpečenie dostatočnej ochrany pred nebezpečím výbuchu, požiaru, prípadne úrazu. To teda znamená, že máme prevádzkovať iba také zariadenia, technologické celky a výrobky, ktoré boli schválené štátnou skušobňou alebo majú jej osvedčenie. Pre ochranu pred nebezpečnými účinkami statickej elektriny platia príslušné normy.
   Základné spôsoby zníženia alebo odvádzania elektrických nábojov, teda všeobecné ochranné opatrenia sú hlavne tieto:
1. dôsledné elektrostatické uzemnenie všetkých vodivých objektov s kapacitou väčšou než 3 pF (vrátane osôb, obuvi, podláh),
2. zmenšenie elektrizovateľnosti použitých látok (pridaním antistatických prísad),
3. zníženie zápalnej schopnosti výbojov z povrchu izolantov pomocou :
 -vodivej uzemnenej siete, ktorá je umiestnená v definovanej hĺbke pod povrchom izolantu pri dodržaní predpísanej maximálnej plochy ok siete,
 -obmedzením geometrických rozmerov elektrizovateľného objektu tak, aby sa vylúčila možnosť zapálenia trsovým výbojom (výboje na rozhraní).
4. zvýšenie relatívnej vlhkosti vzduchu (iba ak je to možné), ionizácia vzduchu,
5. použitie neutralizátorov, ktoré svojou konštrukciou musia vyhovovať danému prostrediu,
6. použitie špeciálneho oblečenia, výzbroj a výstroj z neelektrizovateľných materiálov,
7. zmenšenie rýchlosti prúdenia kvapalín v potrubí.
8.

 9.6.4.1 Neutralizátory elektrostatického náboja

  Likvidácia elektrických nábojov, ktoré vznikajú počas technologických procesov, či už pri výrobe fóliových, vláknitých, granulovaných alebo iných druhov materiálov, prípadne pri ich spracovaní v chemickom, polygrafickom resp. elektrotechnickom priemysle (nevynímajúc poľnohospodárstvo, baníctvo, hutníctvo a strojárstvo) je prioritná nielen z hľadiska bezpečnosti práce, ale aj pre zabezpečenie správnej a dokonalej technológie výroby príslušného výrobku. Neutralizátory sú zariadenia, ktoré eliminujú škodlivý účinok elektricky nabitých častíc tým, že ich neutralizujú. Všeobecne je možné povedať, že ide o generáciu takého typu elektricky nabitých častíc, ktoré dokážu neutralizovať náboje na podložke. Základ tohoto procesu spočíva vo vyvolaní takej intenzity elektrického poľa, ktorá podmieňuje vznik elektrických nábojov a ich transport na protiľahlú opačne nabitú podložku, kde dochádza k neutralizácii parazitných nábojov. V podstate sa teda vytvárajú ióny, ktoré sú priťahované opačne nabitými predmetmi a ktoré pri nasadaní na povrch týchto predmetov neutralizujú ich náboj. Neutralizátory môžeme rozdeliť na :
 1. elektrické,
 2. rádioaktívne (využíva sa ožarovanie rádioaktívnymi izotopmi).
 
  Elektrické neutralizátory poznáme :
a) pasívne (bez napájania - tzv. indukčné),
b) aktívne (s napájaním špeciálnym vn zdrojom) - vysokonapäťové
   Rádioaktívne neutralizátory sú konštrukčne jednoduché (majú tvar dlhých líšt alebo tanierov). Používajú sa alfa i beta žiariče. Sú bezpečné aj pre použitie v prostrediach s nebezpečím výbuchu, pretože u nich nemôže dôjsť k zápalným
iskrám. napriek tomu sa používajú veľmi málo, pretože ich aplikácia je viazaná ne hygienické predpisy týkajúce sa rádioaktívneho žiarenia.
   Pasívne neutralizátory - označované ako indukčné alebo hrotové majú hlavnú výhodu v tom, ža sú konštrukčne jednoducho riešené a pracujú bez napájania akýmkoľvek zdrojom. Pozostávajú zo sústavy uzemnených hrotov. Inštalujú sa do priestoru nabitého predmetu. Intenzita elektrického poľa indukovaná na hrotoch je veľká a teda umožňuje tvorbu iónov potrebných na neutralizáciu nábojov na príslušnom predmete. Napätie sa neprivádza z vonkajšieho zdroja, ale využíva sa potenciál elektrického poľa nabitého predmetu. Účinnosť týchto neutralizátorov klesá so vzdialenosťou hrotov od povrchu nabitého predmetu. Ich hlavnou nevýhodou je to, že nemôžu neutralizovať náboj úplne, pretože pri znížení náboja klesá elektrické pole okolo neho a prestáva prebiehať ionizácia na hrotoch neutralizátora. Preto po neutralizácii ostáva ešte na povrchu neutralizovaných predmetov napätie asi 3 - 4 kV.
   Dôležitá je tiež správna voľba vzdialenosti neutralizačných hrotov od nabitého predmetu. Táto medzera by mala byť 2 - 5 cm. Pri zmenšení vzdialenosti dochádza k znečisteniu hrotov, prípadne k ich obrusovaniu, čím sa znižuje účinnosť neutralizátora. K výraznému zníženiu účinnosti vedie naopak zväčšenie vzdialenosti hrotov od predmetu.


 
 Obr. 10 Princíp pasívneho neutralizátora


   Aktívne neutralizátory - vysokonapäťové - vytvárajú potrebné ióny pomocou vysokého napätia, ktoré môže byť jednosmerné, striedavé alebo vysokofrekvenčné. Teda na rozdiel od pasívnych neutralizátorov bez ohľadu na existenciu elektrického poľa medzi neutralizovanou podložkou a ionizujúcimi elektródami pripája sa na ne napätie o konštantnej hodnote zo špeciálneho vn zdroja, ktorý vytvára elektrické pole pre tvorbu iónov priamo v konštrukcii aktívneho neutralizátora. Z toho tiež vyplýva, že aktívny neutralizátor je schopný neutralizovať teoreticky celý náboj, teda na pôvodne nabitom predmete neostáva žiadny zbytok náboja. Jeho účinnosť je vyššia než u pasívneho neutralizátora. Pri inštalácii je opäť dôležitá vzdialenosť neutralizátora od neutralizovaného predmetu. Neutralizátor sa nesmie dotýkať neutralizovaného predmetu a jeho vzdialenosť od povrchu by nemala byť väčšia než 10 cm. Nevýhodou týchto neutralizátorov je to, že pri vyšších napätiach (7 - 10 kV) vzniká aj nežiadúci ozón. Preto sa vývoj zameriava na vf nautralizátory s napájacím napätím do 4 kV. Ďalšou nevýhodou aktívnych neutralizátorov je potreba napájania a to aj v súvislosti s ich aplikáciou v prostredí s nebezpečenstvom výbuchu. Umele vytváranou koronou na elektródach, prípadne výbojom z napájanej elektródy voči zemi sa môže zapáliť výbušná zmes v okolí miesta použitia. Preto je veľmi dôležitá bezpečná konštrukcia neutralizátorov a ich vhodná aplikácia ako aj prejednanie konštrukčných návrhov neutralizačných systémov v skúšobni elektrostatiky. Iba tak sa dá predísť problémom so statickou elektrinou a súčasne splniť príslušné predpisy.
  Aktívne neutralizátory sú konštruované ako líniové, v tvare tyčí o dĺžke asi 1m sa nasadzujú na technologických linkách (napr. tlačiarne, výroba fólií, koženiek a pod.). Takéto neutralizátory odstraňujú náboj z celej šírky materiálu na linke. To je aj najčastejší spôsob použitia neutralizátorov.
   Existujú však aj technologické zariadenia, ktoré vyžadujú neutralizáciu náboja na prechádzajúcich vláknach, alebo na výstupe pneumatickej dopravy prachových materiálov, výtoku elektrizovateľných kvapalín, na presypoch elektrizovateľných výbušných prachov, neutralizáciu náboja na vnútornom objeme zásobníkov a pod. Potom pre takéto špeciálne účely je potrebné navrhnúť konštrukciu neutralizátora pre každý prípad zvlášť, pretože takéto špeciálne neutralizátory sa bežne sériove nevyrábajú (napríklad kruhové, štrbinové, špeciálne do potrubia, elektródové systémy do zásobníkov a pod.).

 
Obr.11 Princíp aktívneho neutralizátora

9.6.5 Statická elektrina v elektronike
 
  Zdokonalenie technológie vo výrobe integrovaných obvodov dovolilo vytvoriť obvody s väčšou hustotou prvkov, s dokonalejšími systémami, ale oveľa citlivejšími na statickú elektrinu. Je zrejmé, že existujú obvody citlivejšie na poškodenie statickou elektrinou a menej citlivé. V tabuľke č. 8 sú uvedené niektoré údaje získané z rôznych zdrojov, ktoré udávajú energetické hladiny spôsobujúce škody na elektrických a elektronických zariadeniach.

                                                                Tab. č.8
                                                              
zariadenie energia [Ws]
  motory, transformátory, generátory elektrónky, vákuové prvky reléové prvky kondenzátory diódy tranzistory integrované obvody 104 - 10710-3 - 10110-3 - 10010-4 - 10-310-6 - 10-310-7 - 10-210-7 - 10-3

   
V tabuľke č. 9 sú uvedené napäťové a energetické hladiny vyvolávajúce deštrukciu elektronických prvkov, ktoré sa vyskytujú v rádioelektronických obvodoch, počítačoch (mikroelektronické obvody), telekomunikačných zariadeniach ako aj vo výkonovej elektronike, ktorá je často súčasťou regulačných, resp. riadiacich elementov.



Tab. č 9

prvok napätie [V] energia [Ws]
  VMOS EPROM MOSFET OP-AMPS CMOS Schottkyho diódy bipolárne tranzist. Schottkyho TTL 30 - 1 800max. 100100 - 200190 - 2 500250 - 2 000300 - 2 500380 - 7 0001 000 - 2 500 10-7 - 10-410-6 - 10-510-6 - 10-510-6 - 10-510-6 - 10-410-5 - 10-410-5 - 10-310-5 - 10-4
  
Ak porovnáme energiu, ktorú získa osoba pri pohybe sedacej časti na stoličke s hodnotami uvedenými v tabuľke č. 9, potom vidíme, že táto energia je viac než dostatočná k zničeniu takýchto súčiastok (tab. č. 10)
 
Tab. č. 10
                                                                 
Činnosť potenciál[kV] energia [Ws]
vrtenie sa na izolovanej stoličke vlhký vzduch suchý vzduch 0,1 až 10,0 10-625.10-3


   Poruchy citlivých systémov môžeme rozdeliť na :
 1. poruchy katastrofické - úplne degradujú citlivý obvod. Takéto poruchy pokladáme vo všeobecnosti za menej nebezpečné, pretože sa zistia ešte predtým, než obvod, alebo plošný spoj s obvodmi opustí výrobný závod,
 2. zmeny, alebo degradácia systémov, ktoré sú príčinou porúch oveľa ťažšie zistiteľných. Takéto poškodenia sú aj finančne nákladnejšie, pretože degradované obvody môžu ešte pracovať na dolnej hranici charakteristiky požadovanej poslednou kontrolou kvality, ale ich životnosť je podstatne kratšia. Statická elektrina môže spôsobiť škody v rozličnom stave citlivého obvodu : samotného obvodu, plošného spoja s obvodmi, zhotoveného plošného spoja s obvodmi, prípadne prístroja v prevádzke. Potom náklady na opravu týchto degradácií kolíšu v závislosti od rôznych etáp montáže plošných spojov a príslušnej priemyselnej oblasti. Je samozrejmé, že najvyššie ceny za opravy pripadajú na prístroje v prevádzke.
   Mechanizmus škodlivého pôsobenia statickej elektriny na polovodičovú štruktúru sa môže uplatniť v rôznych etapách výroby. Množstvo porúch je rôzne pri montáži, pri meraní hotových kusov, pri ich expedícii a montáži u zákazníka. Na základe dlhodobých pozorovaní sa ukazuje, že najčastejšie podmienky na poškodenie súčiastky vznikajú u zákazníka pri manipulácii a montáži. Príčina je v tom, že odberateľ často nerešpektuje predpisy pre manipuláciu so súčiastkami.


 9.6.5.1 Potlačenie statických nábojov v prostredí elektronického priemyslu
 
  Ochrana musí byť zvládnutá na všetkých úrovniach, teda týka sa servisnej techniky, servisného nákupu, prebierky, klimatizácie a pod., čiže všetci pracovníci, ktorí pracujú s citlivými obvodmi musia poznať a uplatňovať spôsoby ochrany elektronických súčiastok pred elektrostatickými nábojmi. Mnohé citlivé prístroje môžu byť poškodené bez toho,aby osoba, ktorá je príčinou výboja, pocítila čo i len najmenší elektrický šok. Čiže výboj sa prejaví až vtedy, keď kontrola zistí poškodenie súčiastky, alebo v tom horšom prípade až u užívateľa.
   Úplná ochrana elektronických súčiastok pred statickou elektrinou sa zabezpečí spoľahlivým a rýchlym potlačením už existujúcich nábojov a prevenciou proti opätovnému elektrostatickému nabitiu tam, kde je to možné.Pracovisko s úplným vylúčením statickej elektriny má obsahovať : vodivú uzemnenú dosku stola, vodivý uzemnený koberec, ionizátor vzduchu (ako je vidieť, ionizátor vzduchu teda okrem vytvárania pohody pre pracovníkov súčasne zabezpečuje ochranu súčiastok pred elektrostatickým nábojom), pracovník má mať oblečený pracovný oblek z bavlny, na ruke má vodivý náramok spojený s vodivou doskou stola, čo zabezpečuje jeho uzemnenie.
   Potlačenie statickej elektriny je potrebné zabezpečiť aj počas dopravy. Preto všetky prístroje, ktoré opúšťajú pracovisko musia byť zabalené alebo uložené v obale poskytujúcom antistatickú ochranu. Vrecia určené pre prepravu a skladovanie elektronických súčiastok musia byť zbavené nábojov vzniknutých trením, ale tiež musia byť schopné chrániť obsah pred vplyvom vonkajších elektrostatických polí.
   Aby sa realizovala úplná elektrostatická ochrana (Faradayova klietka), potom obalová vrstva musí mať aspoň povrch alebo celý obal vysoko vodivý.
   Odborníci odporúčajú "tri zlaté pravidlá", ktoré je potrebné dodržiavať pri ochrane pred elektrostatickým nábojom :
 1. Manipulovať s citlivými obvodmi na pracovisku vybavenom ochranou pred elektrostatickými nábojmi
 2. Všetky citlivé súčiastky prepravovať vo vodivých vreciach alebo kontajneroch
 3. Informovať personál, ktorý používa citlivé obvody o používaných medzinárodných symboloch.
   Okrem už uvedených zásad uvedieme ešte niekoľko ďalších doplňujúcich praktických rád, ktoré dovoľujú neutralizovať statickú elektrinu a zabezpečiť konštrukčnú kvalitu výrobkov:
 -overiť stupeň vlhkosti: ideálne je dosiahnuť hladinu blízku 70 % relatívnej vlhkosti,
 -manipulovať čo najmenej : manipulovať so súčiastkami bez odstraňovania ochranných obalov. Označovať každý kontajner tak zrozumiteľne, aby sa nemusel odstraňovať obal,
 -neskúšať nikdy citlivé súčiastky ohmmetrom, elektrický zdroj ohmmetra môže poškodiť citlivú súčiastku,
 -neprenášať citlivé súčiastky bez ochrany, ak musia byť určité obvody vyňaté zo svojho pôvodného obalu, potom ich treba prenášať vo vodivej pene,
 -vylúčiť všetky nevodivé telesá z pracoviska. Mnoho predmetov bežne používaných môže spôsobiť poškodenie citlivých súčiastok : papiere, šálky na kávu zo syntetických materiálov, popolníky, plniace perá, balíčky cukríkov, vrecia a fľašky zo syntetických materiálov atď. Ionizátor vzduchu môže vylúčiť vplyv statických nábojov nevodivých predmetov,
 -informovať personál : technici, skladníci, pracovníci servisov, obsluhy strojov, pracovníci predaja, všetci musia poznať problémy vyvolané statickou elektrinou,
 -vyhýbať sa noseniu syntetických oblekov u obsluhujúceho personálu, niektoré obleky sú generátormi statických nábojov. Uprednostňovať odevy z bavlny,
 -uzemňovať obsluhu : náboje na obsluhe musia byť odstránené pomocou vodivého náramku, ktorý zabezpečí kontakt medzi pokožkou obsluhy a vodivou doskou stola,
 -chrániť obvody pred prachom : pred obalením prikryť plošné spoje osadené citlivými obvodmi vodivou fóliou, ktorá ich bude chrániť pred elektrostatickými nábojmi a sadajúcim prachom,
 -nikdy nečistiť citlivé obvody handrou : trením obvodu handrou sa vytvoria statické náboje, ktoré môžu spôsobiť poškodenie obvodu. Odporúča sa používať ionizujúcu pištoľ, ktorá pripojením na stlačený vzduch súčasne spôsobí ionizáciu vzduchu a tým odstráni statické náboje a prach.
 9.6.6 Elektrostatická elektrina v informatike
 
  V predchádzajúcej kapitole boli uvedené nevyhnutné opatrenia, ktoré je potrebné rešpektovať pri ochrane citlivých obvodov počas montáže zariadení ako sú počítače, terminály, účtovnícke jednotky, obrábacie stroje a pod. Avšak elektrostatická elektrina môže spôsobiť poruchy na týchto zariadeniach aj v prevádzke a to najmä vtedy, ak sú inštalované na nevodivej podlahe. Ak totiž podlaha nie je vodivá, potom je obsluha odizolovaná. Ak sa takýto pracovník dotkne stroja prostredníctvom klaviatúry (klávesnice), odovzdá mu svoje statické náboje, ktoré narušia činnosť prístrojov so zabudovanými citlivými obvodmi. Bolo pozorovaných šesť najčastejšie sa vyskytujúcich porúch spôsobených elektrostatickou elektrinou :
 1. terminál prenáša chybné údaje do kalkulátora alebo úplne stratí tieto údaje,
 2. zmeny v pamäti spôsobia chyby alebo straty programov,
 3. prílišná hrúbka tlače, chybné písmená, náhle odvinutie papiera,
 4. disky spôsobujúce chyby v čítaní alebo tlačiace nesprávne údaje,
 5. zničenie poistiek,
 6. poškodenie rozvodových dosiek.
 
  Princípy ochrany pred elektrostatickými nábojmi sú vlastne rovnaké ako boli uvedené v predchádzajúcej kapitole. Veľmi dôležitá je úloha vodivého koberca, ktorá spočíva v potlačení elektrostatických nábojov pochádzajúcich od obsluhy a personálu prechádzajúceho okolo. V tabuľke č. 11 sú uvedené úrovne napätia, ktoré získa osoba kráčajúca po podlahe z rozdielnych materiálov.
 
Tab. č. 11
                                                                  
Obsluha Úroveň napätia [V]
  kráčajúca po kovrale kráčajúca po vydláždenej podlahe sediaca pred pracoviskom 12 000 - 39 000 4 000 - 13 000 500 - 3 000
 
  Ak by sme za úroveň bezpečnosti napríklad pokladali 100 V, potom vodivý koberec musí mať odpor voči zemi dostatočne malý, aby umožnil výboj z osoby až do 100 V za čas, ktorý nesmie byť dlhší ako 1 sekunda. Preto je potrebné vypočítať maximálne prípustný odpor voči zemi pre účinné eliminovanie vysokých potenciálov :
 
 

kde : U = 100 V (úroveň bezpečnosti)
   U0 = počiatočné napätie telesa alebo osoby
   t = 1 s (prípustná doba výboja na úroveň 100 V)
   C = 200 pF (kapacita)
   R = maximálne prípustný odpor voči zemi v ohmoch
 
  Pre počiatočné napätie U0 = 5 kV potom po dosadení dostávame

 
 z toho R = 1 300 MW

  Podľa tohoto výpočtu koberec alebo vodivá zem s odporom 109 W zaručuje, že výboj na úroveň bezpečnosti (100 V) prebehne za 1 sekundu. Toto v praxi zmenšuje riziko, že citlivé elektronické súčiastky budú vystavené elektrickému výboju spôsobenému elektrostatickou elektrinou. Pre výbušné prostredie vybíjacia časová konštanta má mať hodnotu iba 1 ms.
   Pri hodnotení odporu však musíme brať do úvahy celkový odpor voči zemi. Ten je potom súčtom odporu, ktorý vykazuje obuv osoby (vrátane stykového odporu obuvi), odporu, ktorý prechádza kobercom k uzemňovacej zvierke a bezpečnostného odporu, ktorý vymedzuje veľkosť prúdu. V tejto súvislosti má teda veľkú dôležitosť aj materiál obuvi (pozri tabuľku č. 12):

 Tab. č. 12
                                                                 
Druh obuvi Efektívny odpor cez obuv na zem [MW]
kožená podrážkasyntetická podrážkapodrážka krepová alebo z hrubej gumy 10 - 100 175 7501 000 - 500 000

   Ako je vidieť z údajov v tabuľke č. 12, určité typy podrážok z krepu alebo hrubej gumy môžu úplne zabrániť vybíjaniu sa stojacej osoby a to bez ohľadu na druh vodivého koberca. Na druhej strane kožená, prípadne niektoré typy syntetickej obuvi majú dostatočnú vodivosť na to, aby došlo k potrebnému vybitiu osoby.
 

9.6.7 Výrobky určené na elimináciu elektrostatických nábojov na pracoviskách

   Vážnosť nebezpečenstva ohrozenia pracovníkov i zariadení elektrostatickými nábojmi viedli k tomu, že dnes už existujú pracoviská, ktoré sa zaoberajú výskumom, vývojom, výrobou a distribúciou rôznych materiálov a zariadení určených na ochranu pred týmto javom. Je rozpracovaný program ESD (Electro Static Discharge). Program je zameraný na vzdelávanie ako aj na starostlivý výber ochranných zariadení, čo vedie k redukcii poškodenia citlivých elektronických súčiastok. Uvedieme aspoň niektoré zariadenia :
 -firma SIMCO (Nederland, USA, Japan) hovorí, že pozná príčiny aj účinky statickej elektriny a preto môže odporúčať vhodné riešenia. Ponúka rôzne zariadenia v oblasti merania, neutralizácie a ochrany pred elektrostatickým nábojom. Napríklad : antistatické tyče v rôznych verziách pre nebezpečné prostredie (Anti Static Bars), prístroj na meranie elektrického poľa, ionizujúcu vzdušnú pištoľ, čističku filmov, vodivostný náramok (Wrist Strap Trustat), ionizátor vzduchu, ktorý transportuje ióny na dlhé vzdialenosti - vzdušný nôž (Air Knife),ventilátor ionizovaného vzduchu (ktorý vháňa ionizovaný vzduch okolo elektrostaticky nabitých výrobkov), rozstrikovacia tryska ionizovaného vzduchu atď.
   Z domácej produkcie sú napríklad :
 -elektrostaticky vodivé textilné podlahové krytiny typu ZEUSTAT, ktoré sa efektívne uplatňujú vo všetkých priestoroch, kde sú inštalované elektronické zariadenia a prístroje citlivé na výboj elektrostatického náboja, alebo v priestoroch s nebezpečenstvom výbuchu. Podlahovina má permanentne nízky elektrický odpor (elektrický odpor povrchový a prechodový je menší ako 1.106 W), ktorý vylučuje hromadenie elektrostatického náboja po celej ploche a umožňuje uzemnenie podlahoviny. Okrem toho tento výrobok prispieva k riešeniu problémov elektromagnetickej kompatibility (kap.9.8). Podlahové krytiny ZEUSTAT sú určené pre priestory, v ktorých sú inštalované : počítače, telekomunikačné ústredne, diagnostické prístroje, citlivé meracie prístroje, televízne a rozhlasové štúdiá, pre priestory SNV1, SNV2, OP .Dodáva a montuje Compact, spol..s r. o. Dolné Rudiny 1, Žilina),
 -REKOSTAT - elektrostaticky vodivá uzemniteľná textilná podlahovina (povrchový elektrický odpor = 5.104 W -1.106W. REKOSTAT patrí medzi materiály neelektrizovateľné - -antistatické. Oblasti použitia : priestory s výpočtovou technikou, meracou a diagnostickou technikou, zdravotnícke zariadenia, kancelárske priestory s modernou kancelárskou technikou a s osobnými počítačmi, v bankovej sfére a pod. Koberec REKOSTAT je vhodný aj pre občiansku vybavenosť, pretože odstraňuje nepriaznivé fyziologické účinky statickej elektriny. Dodáva a montuje Compact, Dolné Rudiny 1, Žilina,
 -textilné materiály pre antistatické a elektrostaticky vodivé pracovné odevy (elektrický odpor = 104 -105 W - elektrostaticky vodivé, 106-108 W - antistatické). Výhody pre užívateľa : elektrostatický náboj sa nehromadí na odeve užívateľa, ale sa odvádza, čím nedochádza k vybíjaniu, alebo k iskreniu. Okrem toho odev má dobré hygienické vlastnosti a zabezpečuje lepšiu pohodu pre pracovníka. Prostredia, pre ktoré sa odporúča používať uvedené pracovné odevy :
 a) tam, kde je potrebná ochrana pracovníka pred elektrostatickým nábojom a elektromagnetickým žiarením,
 b) kde je potrebné zabrániť vzniku elektrostatického náboja,
 c) v priestoroch, kde je potrebné znížiť poruchovosť prístrojov z titulu poškodenia elektrostatickým nábojom, teda pri práci s meracími prístrojmi, počítačmi, v elektrotechnickom priemysle, pri výrobe súčiastok, vo výbušnom prostredí, v zdravotníctve a pod. (Výskumný ústav textilnej chémie, Milcova č. 8, Žilina),
 -elektrovodivé koženky a PVC-fólie obsahujú oproti klasickým materiálom tohoto druhu vodivý grafit. Sú vhodné pre galantérne a čalúnnické účely hlavne tam, kde nesmú vznikať elektrostatické náboje. Uplatnia sa tiež pri riešení problémov elektromagnetickej kompatibility (EMC) rôznych elektrických zariadení. Možnosti použitia :
 a) Fólia FO 980 UT : poťahovanie vrchných dosiek pracovných stolov pre výrobu elektronických zariadení, alebo pre umiestňovanie počítačov, spracovanie pomocou vysokofrekvenčného zvárania, lepenie, kryty elektronických meracích prístrojov do nevýbušného prevedenia, obaly na spisy
 b) Koženka NPK 600 UT - neľahčená plastická koža na textilnom podklade. Použitie : galantérny tovar (tašky, kufre, obaly), obťahovanie dverí, nábytku, čalúnenie, nenabíjateľné vrecia pre banícky priemysel. Koženka NPK 600 UT sa uplatní najmä v priestoroch so silným elektrickým poľom (rozvodne, skúšobne) a na miestach, kde nesmie vzniknúť elektrický náboj na ľuďoch (výroba elektronických prvkov a ich montáž, pracoviská s počítačmi). Môže sa použiť pre kryty krabíc na diskety alebo na kryty elektrických meracích prístrojov používaných vo výbušnom prostredí. Dodáva: Družstvo UNIPLAST, Vajnorská 140,Bratislava.
   Je zrejmé, že uvedené materiály, prípadne zariadenia nepodávajú úplný obraz o výrobkoch používaných v boji s neželanou elektrostatikou (čo ani nebolo cieľom tejto kapitoly). Uviedli sme aspoň niektoré z nich pre ilustráciu ako aj pre možnosť ich praktickej aplikácie. Vývoj ide neustále vpred a prináša nové výrobky, ktoré pomôžu riešiť tento dôlležitý technický problém v praxi.

 Niektoré normy platné pre ochranu pred statickou elektrinou

1. STN 33 2030 Elektrotechnické predpisy. Ochrana pred nebezpečnými účinkami statickej elektriny
2. STN 33 2031 Overovanie a prevádzka technologických zariadení a lietadiel s ohľadom na nebezpečné účinky statickej elektriny
3. STN 33 2032 Bezpečnosť práce. Zabezpečenie pred výbojmi statickej elektriny. Všeobecné požiadavky
4. STN 33 2033 Elektrotechnické predpisy. Označovanie materiálov a výrobkov s overenými elektrostatickými vlastnosťami

Next-in-Thread Next Message

Add Message to: "Elektrostatika (kapitola 9.6 - posledna prednaska)"

Members Subscribe Admin Mode Show Frames Help for HyperNews at ccdat.tuke.sk 1.10