343.Τι είναι ο Στατικός Ηλεκτρισμός;

Ο Στατικός Ηλεκτρισμός μπορεί να θεωρηθεί ως μια ανισοκατανομή ηλεκτρικού φορτίου.

Η ανισοκατανομή αυτή συμβαίνει όταν σ\” ένα άτομο η μόριο προστίθεται η αφαιρείται ένα ηλεκτρόνιο. Σε κανονικές συνθήκες, το άτομο βρίσκεται σε ηλεκτρική ισορροπία κατά την οποία ο αριθμός των θετικών πρωτονίων είναι ίσος με τον αριθμό των αρνητικών ηλεκτρονίων που περιφέρονται γύρω από τον πυρήνα του ατόμου.
Τα ηλεκτρόνια μετακινούνται εύκολα από ένα άτομο σ\” ένα άλλο και μετατρέπουν σε θετικά ιόντα τα άτομα από τα οποία έφυγαν και σε αρνητικά ιόντα τα άτομα στα οποία μεταφέρθηκαν. Αυτή η μεταφορά αρνητικού φορτίου δημιουργεί το φαινόμενο του Στατικού Ηλεκτρισμού.

Το ηλεκτρόνιο έχει φορτίο ίσο με – 1.6 x 10-19 Coulombs. Το πρωτόνιο έχει το ίδιο φορτίο αλλά με θετικό πρόσημο. Το στατικό φορτίο σε Coulombs είναι ευθέως ανάλογο με τον αριθμό των φορτισμένων ιόντων και αποτελεί την μονάδα μέτρησης του ηλεκτρικού φορτίου (ένα ampere ρεύματος ισοδυναμεί με την ροή ενός Coulomb ανά δευτερόλεπτο).

Από ένα θετικό ιόν λείπει ένα ηλεκτρόνιο και έτσι μπορεί εύκολα να προσελκύσει ένα ηλεκτρόνιο από ένα αρνητικά φορτισμένο στατικό φορτίο, ενώ ένα αρνητικό ιόν μπορεί να είναι είτε ένα ηλεκτρόνιο, είτε ένα άτομο η μόριο με επιπρόσθετα ηλεκτρόνια. Και στις δυο περιπτώσεις υπάρχει ένα διαθέσιμο ηλεκτρόνιο για την εξουδετέρωση ενός θετικού φορτίου.

Πως δημιουργείται ο Στατικός Ηλεκτρισμός?

Οι βασικές αιτίες δημιουργίας Στατικού Ηλεκτρισμού είναι οι ακόλουθες:
Επαφή και Απομάκρυνση δύο υλικών. (τριβή, μεταφορά σε ράουλα, περπάτημα, κλπ)
Ταχεία μεταφορά θερμότητας. (πχ υλικό σε κλίβανο)
Ακτινοβολία υψηλής ενέργειας. (UV, ακτίνες-Χ, έντονα μαγνητικά πεδία)
Διαδικασίες κοπής. (πχ κοπή φύλλων)
Επαγωγή. (παρουσία σε ηλεκτρικό πεδίο που έχει δημιουργηθεί από στατικό φορτίο)

Η Επαφή και Απομάκρυνση είναι πιθανότατα η ποιο σημαντική αιτία δημιουργίας Στατικού Ηλεκτρισμού στην βιομηχανία, π.χ. ξετύλιγμα πλαστικού φιλμ από το ρολό του.
Προβλήματα που δημιουργεί ο Στατικός Ηλεκτρισμός.

Τα προβλήματα εντοπίζονται σε 4 κυρίως περιοχές:
Ηλεκτροστατική Εκφόρτιση (HΣΕ ή ESD )

Η ΗΣΕ ή ESD είναι σημαντική κατά τον χειρισμό ηλεκτρονικών εξαρτημάτων και γραμμών συναρμολόγησης συστημάτων ελέγχου.
Ο βασικός κίνδυνος εντοπίζεται στην διοχέτευση στατικού φορτίου από το ανθρώπινο σώμα, που κατά περιπτώσεις μπορεί να είναι σημαντικό.

Βολτ Στατικού Ηλεκτρισμού ΑΙΤΙΑ ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑΣ10-25% RH65-90% RH
Βάδισμα σε χαλί 35000 Volt 1500 Volt
Βάδισμα σε βινυλικά δάπεδα 12000 Volt 250 Volt
Εργάτης σε πάγκο εργασίας 6000 Volt 100 Volt
Κάθισμα από πολυουρεθάνη 18000 Volt 1500 Volt

Το ρεύμα εκφόρτισης δημιουργεί θερμότητα που μπορεί να καταστρέψει ενώσεις, διεπαφές και τα κενά μεταξύ γραμμών. Η υψηλές τάσεις επίσης καταστρέφουν τις επιστρώσεις οξειδίων σε MOS και σε άλλα υλικά με επιστρώσεις.

ΤΥΠΟΣ(ESD) ΗΣΕ ΕΥΠΑΘΕΙΑ
CMOS 250 – 3000 Volt
OP-AMP 190 – 2500 Volt
VMOS 30 – 1800 Volt
MOSFET 100 – 200 Volt
EPROM 100 Volt
JFET 140 – 7000 Volt
BI-POLAR TRANSISTOR 380 – 7000 Volt

Συχνά το εξάρτημα δεν καταστρέφεται τελείως που είναι πλέον προβληματικό μια και η βλάβη θα εμφανισθεί αργότερα, κατά την διάρκεια λειτουργίας του.

Γενικός κανόνας: Βεβαιωθείτε ότι το σώμα σας δεν περιέχει στατικά φορτία, είτε μέσω γείωσης είτε μέσω ιονισμού.

Βλέπε Ευρωπαϊκά πρότυπα:
IEC 61340-5-1: προστασία ηλεκτρονικών συσκευών από ηλεκτροστατικά φαινόμενα-γενικές προδιαγραφές.
IEC 61340-5-2: προστασία ηλεκτρονικών συσκευών από ηλεκτροστατικά φαινόμενα- οδηγίες χρήστη.
Ηλεκτροστατική έλξη και άπωση

Αυτό είναι πιθανόν το πλέον κοινό πρόβλημα στα πλαστικά, υφάσματα και συναφείς βιομηχανίες.

Φαίνεται ως.
Καταστροφή προϊόντος
Κακή συμπεριφορά προϊόντων. (κολλάνε μαζί ή στο μηχάνημα, ή απωθούνται, δημιουργώντας προβλήματα διαχείρισης τους)
Έλξη σκόνης
Κακή περιέλιξη
Και πολλά άλλα συμπτώματα
Κίνδυνος Πυρκαγιάς

Ο κίνδυνος της πυρκαγιάς δεν είναι το πιο συνηθισμένο πρόβλημα στατικού ηλεκτρισμού στη βιομηχανία, αλλά είναι σημαντικό στις εφαρμογές επιστρώσεων, εκτύπωσης και όπου χρησιμοποιούνται εύφλεκτοι διαλύτες.

Οι πιο κοινές πηγές ανάφλεξης σε επικίνδυνες περιοχές είναι μη γειωμένοι χειριστές και οι κινούμενοι αγωγοί.
Ένας κινούμενος χειριστής σε τέτοια μέρη, ρισκάρει αποφόρτιση από το σώμα του, η οποία μπορεί να αναφλέξει εύφλεκτους διαλύτες. Μη γειωμένα και αγώγιμα μηχανήματα ενέχουν παρόμοιους κινδύνους.

Η καλή γείωση είναι απαραίτητη σε τέτοιες περιπτώσεις.

Ηλεκτρικά Σοκ σε χειριστές

Το θέμα των ηλεκτρικών σοκ σε χειριστές γίνεται όλο και πιο σημαντικό καθώς οι προδιαγραφές υγείας και ασφάλειας αποκτούν όλο και μεγαλύτερη σημασία. Τα στατικά σοκ προκαλούν δυσφορία αλλά δεν είναι επικίνδυνα εκτός κι αν δημιουργούν αντίδραση. Υπάρχουν δύο κύριες αιτίες.

Επαγωγική φόρτιση
Στην περίπτωση που χειριστής βρίσκεται στο ηλεκτρικό πεδίο ενός φορτισμένου σώματος, όπως ένα ρολό φιλμ, τότε το σώμα αυτού θα φορτιστεί από επαγωγή. Το φορτίο αυτό θα παραμείνει στο σώμα του χειριστή εάν αυτός φοράει μονωμένα παπούτσια, μέχρις ότου ακουμπήσει ένα γειωμένο κομμάτι μιας μηχανής. Τότε το φορτίο θα διοχετευθεί στη γη και ο χειριστής θα υποστεί σοκ. Το ίδιο ισχύει και στην περίπτωση που ο χειριστής ακουμπά φορτισμένα αντικείμενα και υλικά. Το φορτίο συσσωρεύεται στο σώμα του, εφόσον αυτός δεν είναι γειωμένος και εκφορτίζεται βίαια στη γη όταν ακουμπήσει γειωμένη επιφάνεια.

Ηλεκτρικά σοκ από αντικείμενα
Είναι πιθανό αλλά όχι σύνηθες, ένας χειριστής να υποστεί σοκ από την επαφή με φορτισμένο υλικό. Εάν στο τύμπανο περιέλιξης, στο παρακάτω σχήμα, είχε συσσωρευτεί μεγάλο φορτίο, τότε τα δάχτυλα του χειριστή θα το συγκέντρωναν έως ότου να ξεπεράσει κάποια τιμή κατωφλίου και να εκφορτιστεί βίαια. Ακόμα, ένα μεταλλικό αντικείμενο που βρίσκεται σε ηλεκτρικό πεδίο και δεν είναι γειωμένο, μπορεί να φορτιστεί από επαγωγή. Επειδή το αντικείμενο αυτό είναι αγώγιμο, το φορτίο θα διοχετευτεί στον χειριστή που θα το ακουμπήσει.