什么是静电保护及技术讲解

静电防护技术

　　一、静电的产生、放电与引燃

　　1、静电产生的原因

　　因其本身具有较好的导电性能，静电将很快泄漏。但如汽油、苯、乙醚等，它们的电阻率都在1011-1014Ω.cm，都很容易产生和积累静电。因此，电阻率是静电能否积聚的条件。物质的介电常数是决定静电电容的主要因素，它与物质的电阻率同样密切影响着静电产生的结果，通常采用相对介电常{TodayHot}数来表示。

　　2、产生静电的几种形式

　　A.接触起电

　　接触起电可发生在固体-固体、液体-液体或固体-液体的分界面上。气体不能由这种方式带电，但如果气体中悬浮有固体颗粒或液滴，则固体颗粒或液滴均可以由接触方式带电，以致这种气体能够携带静电电荷。

　　B.破断起电

　　不论材料破断前其内部电荷分布是否均匀，破断后均可能在宏观范围内导致正负电荷分离，产生静电。这种起电称破断起电。固体粉碎、液体分裂过{HotTag}程的起电都属于破断起电。

　　C.感应起电

　　导体能由其周围的一个或一些带电体感应而带电。任何带电体周围都有电场，电场中的导体能改变周围电场的分布，同时在电场作用下，导体上分离出极性相反的两种电荷。如果该导体与周围绝缘则将带有电位，称感应带电。导体带有电位，加上它带有分离开来的电荷。因此，该导体能够发生静电放电。

　　D.电荷迁移

　　当一个带电体与一个非带电体相接触时，电荷将按各自导电率所允许的程度在它们之间分配，这就是电荷迁移。当带电雾滴或粉尘撞击在固体上(如静电除尘)时，会产生有力的电荷迁移。当气体离子流射在初始不带电的物体上时，也会出现类似的电荷迁移。

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　　3、影响静电产生的因素

　　静电产生受物质种类、杂质、表面状态、接触特征、分离速度、带电历程等因素的影响。

　　A.物质种类

　　相互接触的两种物体材质不同时，界面双电层和接触电位差亦不同，起电强弱也不同。在静电序列中相隔较远的两种物体相接触产生的接触电位差较大。

　　B.杂质

　　一般情况下，混入杂质有增加静电的趋向。但当杂质的加入降低了原有材料的电阻率时，则有利于静电的泄漏。由于静电产生多表现为界面现象，所以，当固体材料表面被水及其污物污染时会增强静电。

　　C.表面状态

　　表面粗糙，使静电增加;表面受氧化也使静电增加。

　　D.接触特征

　　接触面积增大、接触压力增大都可使静电增加。

　　E.分离速度

　　分离速度越高，所产生静电越强。所产生静电大致与分离速度的二次方成正比。

　　F.带电历程

　　带电历程会改变物体表面特性，从而改变带电特征。一般情况下，初次或初期带电较强，重复性或持续性带电较弱。

　　4、静电的积聚和放电

　　A.静电积聚

　　绝缘体带电后由于材料本身的高电阻而使电荷保持在绝缘体上;被绝缘的导体也使电荷保持在导体上，二者均称为静电的积聚。通常情况下，纯净的气体是绝缘体，因此悬浮状态的颗粒云、液滴云或雾都能将它们的电荷保持很长时间而与其自身的电导率无关。

　　在所有情况下，电荷以一定速率泄漏，其速率由系统内绝缘体的电阻决定。因此，系统危险程度直接取决于该系统的电阻、电阻率或电导宰的大小。静电泄漏是按指数规律进行的。

　　在许多工业生产过程中，静电连续产生，并积累在一个孤立的导体上。例如，稳定的带电液体或粉体，沉入一个孤立金属容器时就是如此。孤立导体上的电位是电荷的输入速率与泄漏速率平衡的结果。

　　B.静电放电.

　　积聚在液体或固体上的电荷，对其他物体或接地导体放电时可能引起灾害。静电放电在形式上和引燃能力上有很大差别。下图绘制了几种常见静电放电的火花形状：

　　(a)火花放电

　　火花放电是发生在液态或固态导体之间的放电。其特征是有明亮的放电通道，通道内有很高的电流，整个通道内的气体完全电离。放电很快且有很响的爆裂声。

　　两导体之间的电场强度超过击穿强度时就会发生火花放电。对于平行板或曲率半径很大的面，如果间隙为10mm或10mm以上，击穿强度约为3×103kV/m;如果间隙减少，击穿强度随之略增大。因为发生放电的是导体，所以所有电荷几乎全部进入火花，即几乎火花消耗掉所有静电能量。如果导体和大地之间的放电通路上有电阻，火花能量将小于该值，但火花持续时间较长。

　　(b)电晕放电

　　当导体上有曲率半径很小的尖端存在时，则发生电晕放电。电晕放电可能指向其他物体也可能不指向某一特定方向。电晕放电时，尖端附近的场强很强，尖端附近气体被电离，电荷可以离开导体;而远离尖端处场强急剧减弱，电离不完全，因而只能建立起微小的电流。电晕放电的特征是伴有“嘶嘶”的响声，有时有微弱的辉光。

　　电晕放电可以是连续放电，也可以是不连续的脉冲放电。电晕放电的能量密度远小于火花放电的能量密度。在某些情况下，如果升高尖端导体的电位，电晕会发展成为通向另一物体的火花。

　　(c)刷形放电

　　刷形放电发生在导体与非导体之间，是自非导体上许多点发出短小火花的放电。每个火花由非导体表面能够流进其内的电量来决定。其放电总体经常有刷子似的形状。如果导体很尖，导体处的放电将具有电晕放电那样向前扩展的特征。

　　(d)场致发射放电 是从物体表面发射出电子的放电。其能量很小，因此只有在涉及敏感度很高的易爆物品时才需要重视。

　　(e)雷形放电

　　当悬浮在空气中的带电粒子形成大范围;高电荷密度的空间电荷云时，可发生闪雷状的所谓雷形放电。受压液体、液化气高速喷出时可能发生雷形放电，雷形放电能量很大，引燃危险也很大。

　　5、静电引燃

　　静电放电能否引燃易燃、易爆混合物，取决于混合物的成分和温度、放电能量以及能量随时间的分布和在空间的分布。引燃源经常是导体的火花放电。因此，火花放电通常被用来测试引燃能量。通常，选取试验电压为10kV。大多数有机蒸气和烃类气体的最小引燃能量都在几0.0l一0.1mJ之间。乙炔和氢在空气中的最小引燃能量都是0.02mJ左右，而炸药的最小引燃能量可低至0.001mJ。丙酮为1.15mJ，异丙酵为0.65 mJ。

     二、防止静电危害的基本措施

　　防止静电首先要设法不使静电产生;对已产生的静电，应尽量限制，使其达不到危险的程度。其次使产生的电荷尽快泄漏或中和，从而消除电荷的大量积聚。

　　1、减少摩擦起电

　　在传动装置中，应减少皮带与其他传动件上的打滑现象。如皮带要松紧适当，保持一定的拉力，并避免过载运行等。选用的皮带应尽可能采用导电胶带或传动效率较高的导电的三角胶带。在输送可燃气体，易燃液体和易燃易爆物体的设备上，应采用直接轴(或联轴节)传动，一般不宜采用皮带传动;如需要皮带传动，则必须采取有效的防静电措施。

　　限制易燃和可燃液体的流速，可以大大减少静电的产生和积聚。当液体平流时，产生的静电量与流速成正比，且与管道的内径大小无关;当液体紊流时产生的静电量与流速的1.75次方成正比，并与管道内径的o.75次方成正比。

　　目前，世界各国控制流速的标准尚不统一。

　　总之，在确定流速时，不但要考虑管道的内径，而且要注意流体的性质、所含杂质的成分和数量、管道的材质等各种因素的影响。

　　在管道中流动的可燃液体，即使有较高的平均电荷密度，但往往由于管道内有较大电容，并不显示出有较高的电压，且在管道中又因为没有空气，所以不会引起燃烧和爆炸。在这种情况下，虽然静电在管道内部并不构成危险，但其严重的危害却主要是在管道的出口处，这是必须引起重视的。

　　2、静电接地

　　静电接地的作用是泄放导体上可能集聚的电荷，使导体与大地等电位，使导体间电位差为零。

　　A.静电接地原理

　　静电接地就是用接地的办法提供一条静电荷泄漏的通道。实际上，静电的产生和泄漏是并行的，是给带电体输入和输出电荷的过程。物体上所积累的静电电位，当对地电容一定时，完全取决于物体的起电量和泄漏电量之差。其中静电起电速率是一个随机变量。随时间变化可以很缓慢地增加，也可能急剧变化。为了确保物体静电安全，就以泄漏(接地)的办法来解决。

　　静电接地的应用范围是有条件的，并不是一切物体带电都可以借助于接地的办法来解决。一般说来，可能引起火灾、爆炸相危及安全的场所的金属导体、设备，属于静电导体的非金屑材料、人体都必须进行静电接地。同时还需考虑全系统接地的问题，否则接地反而会造成静电放电现象。例如，当处于绝缘状态的带电人体(或物体)与接地体接近或接触时，产生放电火花。相反，接地的人体(或物体)接近带电的孤立导体时，同样会产生火花放电。

　　B.静电接地方式

　　(a)直接接地 直接接地就是电气接地，即用金属导线把带电体直接和接地干线连接起来。

　　(b)间接接地

　　间接接地就是使金属以外的物体进行静电接地，将其表面的全部或局部与接地体紧密相接的一种接地方式。或者说，通过具有一定电阻值的静电导体将带电体和接地体连接起来。

　　3、降低电阻率

　　当物质的电阻率小于106 Ω.cm时，就能防止静电荷的积聚。

　　A.添加导电填料

　　用掺入导电性能良好的物质的方法来降低其电阻率。如在橡胶的炼制过程中，掺入一定的石墨粉，使之成为导电橡胶;在塑料生产中，掺进少量的金属粉末和石墨粉使之成为低电阻性塑料;在工业用油中，掺以少量的酒精或微量的醋酸;在苯中注入一些油酸镁等金属皂，均能降低其电阻率。

　　B.采用防静电剂

　　防静电剂以油脂为原料，主要成分为季胺盐，它的作用是化纤、橡胶、塑料等物体的表面吸附空气中的水分，增加导电率。如SN阳离子抗静电油剂，在聚乙烯化纤纺织和聚乙烯醇合成纤维抽丝过程中，只要涂抹少量，即能使静电电压限制在几十伏内。在生产涤纶纤维上使用的阳离子型PK抗静电油剂和在长纤维上使用的MOA3、KP油剂等，也都有较好的防静电性能。在生产防静电输送带时，即在原料丁睛橡胶中，加入防静电剂;在聚酯薄膜或其他塑料制品上，加入或涂上SM防静电油剂也都有一定效果。在化纤纺丝中，加入环氧丙烷亲水基因;在航空煤油等液体中加入ASA3防静电添加剂;在感光胶片上涂上防静电剂等，都能使表面电阻率或体积电阻率大大降低而减少静电的积聚。

　　4、增加空气湿度

　　当空气的相对湿度在65—70%以上时，物体表面往往会形成一层极微薄的水膜。水膜能溶解空气中的CO2，使表面电阻率大大降低，静电荷就不易积聚。如果周围空气的相对湿度降至40一50%时，静电不易逸散，就有可能形成高电位。增加空气湿度的常用方法是向空气中喷水雾，一般均选用旋转式风扇喷雾器，不过该机不防爆，必须从墙外吹入。

　　5、空气电离法

　　利用静电消除器来电离空气中的氧、氮离子，使空气变成导体，就能有效地消除物体表面的静电荷。常用的静电消除器有：

　　(a)感应式静电消除器

　　它还可以分为钢件接地感应式、刷型感应式、针尖感应式等几种。主要用于造纸、橡胶、纺织、塑料等生产及加工行业。

　　(b)高压式静电消除器

　　它主要有外加式、工频交流式、可控硅、交流高频高压式等。在化工、纺织等工业中可根据不同的要求选用。此外，还有高压离子流、放射性辐射等形式，适用于其他特殊场所。