静电防护原理和技术

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第六章 静电防护原理与技术,1,第六章 静电防护原理与技术,前面介绍了静电危害的有关内容。本章主要介绍如何防止和消除静电危害，即静电防护的原理与技术，并介绍实际应用中的防静电危害的措施。,6-1,防静电危害的一般原理,6-4,消电器及消除静电原理,6-2,静电接地,6-3,空气加湿增强静电泄漏,6-5,人体的静电防护,2,6-1,防静电危害的一般原理,对于不同的对象，静电作用的效果也不尽相同，形成的危害也不同，可以表现为：,在易燃、易爆气体混合物存在的危险场所和有电爆装置的地方，静电危害常常导致火灾和爆炸事故发生；,对于通讯、数据处理等电子系统，静电的危害表现为瞬态电磁干扰，使系统不能正常工作；,在印刷、纺织、自动化包装等工业部门，静电危害成为生产的障碍（或者称为障害）。,第六章 静电防护原理与技术,1,3,第六章 静电防护原理与技术,1,另外，在不同的环境，不同的工业部门，产生静电危害的“危险静电源”也不同，例如：,人体静电形成危害；,机器带电造成危害；,粉尘、火炸药本身就是静电带电者，它们同时又是静电放电的敏感物质。,显然，针对不同的环境，不同的对象，应该有不同的防静电危害的技术和措施。,但是，无论哪种环境和对象，静电放电的规律是一样的，因此，,不管具体防护措施有多大差异，一定存在着静电防护的一般原理，即,静电安全防护的共同原则,。,4,第六章 静电防护原理与技术,1,一、确立静电安全防护原则的依据,确立静电安全防护原则的最基本依据就是,形成静电危害的三个基本条件,：,（,1,）,产生并积累起足够的静电，形成“,危险静电源”,；以致局部电场强度达到或超过周围介质的击穿场强，发生静电放电。,（,2,）危险静电源存在的场所有易燃易爆气体混合物并达到,爆炸浓度极限,，或有电火工品、火药之类爆炸危险品，或有静电敏感器件及电子装置等静电易爆、易损物质。,（,3,）危险静电源与静电易爆、易损物质之间能够形成能量耦合并且静电,放电能量,等于或大于前者最小点火能或者静电敏感度。,5,第六章 静电防护原理与技术,1,也就是说，只要我们根据静电起电、放电基本原理和材料静电性能等有关知识，控制三个基本条件之一，使其不能满足形成静电危害的要求，就能够防止静电危害的发生。,为了安全可靠，实际的静电防护工程中，一般需要控制使其中两个条件不能满足,。,另外，静电危害的作用机理和特点，危险静电源与静电敏感物质之间的能量耦合途径与模式，也是确立静电安全防护原则和静电防护措施的重要依据。,6,第六章 静电防护原理与技术,1,二、静电安全防护原则,根据形成静电危害的三个基本条件，我们可以推理确定三条静电安全防护原则。,静电防护三条原则,：,1.,控制静电起电量,和电荷积聚，防止危险静电源的形成；,2.,使用,静电感度低的物质,；,3.,采用综合防护加固技术，,阻止,ESD,能量,耦合；,7,根据上述三条静电安全防护原则，为了防止静电危害，可以采取如下,对策,：,1.,控制静电起电率，防止危险静电源的形成,危险静电源的形成是由于物体的静电起电率（单位时间物体上电荷的增加量）大于物体上的电荷消散率（单位时间物体上泄漏电荷和通过空气中和的电荷总量），使物体电荷总量不断积累形成了静电带电体。静电起电率与电荷消散率相比越大，带电体上积累的电荷越多，对地电位越高，这种静电源就越危险。因此，有效的控制静电起电率，是防止静电危害的基本对策之一。,8,第六章 静电防护原理与技术,1,减小静电起电率的主要方法,：, 减少物体间的摩擦；,控制物体之间的接触分离速度和次数；同时使物体的速度缓慢变化；,缩小接触分离物体间的接触面积，减小接触压力；,不要急剧剥离处于紧密接触状态的物质；,物体表面应保持清洁、光滑的状态；,合理搭配使用“摩擦带电序列”中位置靠近的材料；,纯净气体避免混入杂质等异物粒子。,9,第六章 静电防护原理与技术,1,2.,增大电荷消散率，防止电荷积聚,增大电荷的消散率，可以减少静电电荷的积聚，当消散速率等于或者大于起电率时，就不会形成静电危害源。,增大电荷消散率的主要方法,：, 提高环境的相对,湿度,，当相对适度增加到,50,时，一般物体的带电量明显减少；当相对湿度在,65,以上时，几乎所有物体的表面电阻率都减小，提高了物体的电荷泄漏速率。,静电导体或静电亚导体合理的,静电接地,和搭接，使物体保持有电荷泄漏的通道。,使用导体材料或防静电材料代替静电非导体，或使用抗静电剂，使物体表面电阻率减小，电荷能够通过接地装置很快,泄漏,。,使用离子风等静电消除器，,中和,带电体上的电荷，以提高电荷的消散速率，使危险静电源不能形成。,10,3 .,采用抗静电火工品和元器件降低场所危险程度,在有些情况下，上述两种防护对策无法完全实现，这时候就应该考虑使用抗静电的电火工品和抗静电元器件，以防止静电造成危害。,4 .,控制气体混合物浓度，防止爆炸事故发生,采用通风、降低生产速率等方法，减少易燃易爆气体，使其不在爆炸浓度极限范围之内。,11,5 .,采用抗,ESD,设计和防护加固技术提高电路抗电磁干扰能力,在电路研制中，采用抗,ESD,设计，并综合运用接地、搭接、屏蔽、滤波等静电防护加固技术，使电路和整机具备抗静电放电产生的电磁脉冲作用，消除静电放电对电子装置的危害。,6 .,加强静电安全管理,静电安全管理是贯彻上述“原则”、“对策”的基本保证，也是各行业防静电危害工作中最基本的要求。,12,6-2,静电接地,第六章 静电防护原理与技术,2,根据前面所讲述的静电防护基本原则，设法加快静电泄漏，使产生静电的物体不会形成静电积累，便可以防止静电危害的发生。,静电接地,就是形成静电泄漏的方式之一，也是各种防静电规范标准中最常用、最基本的防止静电危害的措施。也可以说，静电接地是一切静电危险场所所必须采用的基本防护措施之一。,一、静电接地的定义,所谓,静电接地,是指物体通过导电、防静电材料或其制品与大地在电气上可靠连接，,确保静电导体与大地的电位接近,。,13,第六章 静电防护原理与技术,2,静电接地分为,直接接地,与,间接接地,：,直接接地,通过金属导体使物体静电接地称为直接静电接地，简称直接接地；,间接接地,通过非金属导体、防静电材料或其制品使物体静电接地称为间接静电接地，简称间接接地。,危险静电场所常用的另外一种措施，就是跨接（搭接）。,跨接（搭接）,：当静电危险场所存在多个彼此相距很近的小型金属物体时，可将这些金属体串联起来，然后将其中一个物体进行直接接地，这种金属物体间的连接方式称为,跨接（搭接）,。,14,第六章 静电防护原理与技术,2,跨接的目的,是使导体与导体之间以及导体与大地之间保持等电位，防止导体之间以及导体与大地之间有电位差。另外，当存在杂散电流时，跨接还可为其提供泄漏通道，避免发生静电放电事故。,如果静电危险场所存在的物体不是金属导体而是,静电导体,或者,静电亚导体,，则不能采用直接接地的办法。此时，应该,用导电胶液将静电导体或静电亚导体表面的局部或全部与金属导体紧密粘合，然后再将金属导体进行接地,，这种连接方式就是,间接接地,。,15,第六章 静电防护原理与技术,2,二、静电接地电阻与静电泄漏电阻,静电接地系统主要由,接地体,和,接地线,组成。,接地体,是直接与大地接触的金属导体或金属导体组；,接地线,是指用来连接被接地物体（该连接点又称接地极）和接地体之间的导线。静电接地系统中，涉及到静电接地电阻、接地电阻和静电泄漏电阻等概念，接地系统的示意图如下。,静电接地系统示意图,被接地体,接地极,接地线,接地体,16,第六章 静电防护原理与技术,2,1.,接地电阻,接地电阻,是作为接地体的金属导体的电阻加上接地体与大地之间的电阻。,因为金属导体本身的电阻很小，所以接地电阻主要是指接地体与大地之间的电阻。该电阻是指泄漏电流从接地体周围向大地流散时土壤所呈现的电阻，又叫做,流散电阻,。其值等于接地体对地的电位与通过接地体流入大地电流之比。,接地电阻（约等于流散电阻）可以表示为：,Re,U,Ie,其中：,Re,接地电阻；,U ,接地极对地电位；,Ie,通,过接地体流入大地的电流强度,17,第六章 静电防护原理与技术,2,决定接地电阻大小的因素：,接地体本身的材料及尺寸；,周围土壤的电阻率。,几种常用的人工接地体流散电阻简化计算公式：,土,壤电阻,S,平,板面积,单根垂直接地体（,3m),Re=0.3,单根水平接地体（,60m),Re=0.03,平板形接地体,(,水平埋设,),Re=0.22/,平板形接地体,(,垂直埋设,),Re=0.253/,18,第六章 静电防护原理与技术,2,2.,静电接地电阻,静电接地电阻是指,静电接地系统的总电阻,，它是被接地体（含人体）与接地极之间的接触电阻、连接接地极与接地体间的连接物电阻、接地体与土壤之间的流散电阻等三部分之和。,可以表示为：,R,s,R,j,R,c,R,e,式中,R,s,静电接地电阻；,R,j,接触电阻；,R,c,接地极与接地体之间连接物的电阻,R,e,土壤的流散电阻,注意：在一般情况下，静电接地电阻与接地电阻在数值上并不相等，仅当对金属物体实施直接接地时，接触电阻和连接物（金属导体）的电阻都很小，可以忽略不计时，静电接地电阻与接地电阻才基本相等。,对于金属物体以外的静电导体或静电亚导体进行间接接地时，静电接地电阻要比接地电阻大得多。,19,第六章 静电防护原理与技术,2,3.,静电泄漏电阻,静电泄漏电阻是指被研究的物体上观测点与大地之间的总电阻，即,电荷从该点泄放到大地所经过总路程上的电阻,。对于已经静电接地的物体来说，静电泄露电阻不仅包括接地极到大地之间的总电阻（静电接地电阻），而且包括物体上被测点与接地极之间的电阻，即由物体本身电阻率所决定的那部分电阻。,表达式为：,R,D,R,m,R,s,式中,R,s,静电接地电阻；,R,m,被接地物本身的电阻；,静电泄漏电阻是评价静电接地良好程度的标准，也是判断带电体上的电荷能否顺畅泄漏的主要依据。,20,第六章 静电防护原理与技术,2,应该说明的是，,静电泄漏电阻和静电接地电阻在概念和量值上是有区别的,。在一般情况下，静电泄露电阻值非但不等于接地电阻值，也不等于静电接地电阻值。只有当金属物体直接接地（就是说被接地体本身的电阻可以忽略不计）时，静电泄漏电阻才近似等于静电接地电阻。而对于间接接地的静电导体或静电亚导体，这两者往往相差很大，因为必须涉及被接地物体本身的电阻。,21,第六章 静电防护原理与技术,2,三、确定静电接地系统有关电阻取值范围的依据,静电接地的目的是通过接地系统尽快泄漏带电物体上的电荷，使静电电位在任何情况下不超过安全界限。静电接地电阻的大小主要取决两个条件：,一是静电危险场所允许存在的最高静电电位；,二是危险场所可能出现的最大静电起电电流。,实际工业生产的静电接地电阻的取值,在有易燃易爆气体混合物存在的静电危险场所，,一般,允许的的最大静电电位值即危险电位值约为,300V,；但在,火炸药和电火工品及半导体器件,行业，其危险电位应降至,100V,；另外，在目前的工业水平下，实际生产中静电起电电流的范围为,10,11,10,4,A,。,22,第六章 静电防护原理与技术,2,假设按照最严格条件选取参数，即危险电位,U,k,100V,，起电电流,I,g,10,4,A,，则可以计算出任何条件下都能够使静电电位不超过危险电位的,静电泄漏电阻取值范围,为：,R,D,U,k,I,g,10,6,静电泄露电阻的取值范围确定后，即可确定静电接地电阻的取值范围。,下面列表是根据我国的自然情况确定的取值范围：,接地电阻,静电接地电阻,静电泄漏电阻,10,3,10,3,Rs,10,6,10,6,23,第六章 静电防护原理与技术,2,四、静电接地对象的划分,静电接地的对象可以总结归纳为以下几点,:,金属导体,一般是直接接地的对象；活动的金属导体或特殊的金属导体有时需要间接接地。,金属导体以外的,静电导体及静电亚导体,以及表面电阻率在,10,11,欧姆以下的物体是间接接地对象。,非静电导体,或表面电阻率在,10,11,欧姆以上的物体一般不能作为接地对象。,人体,作为一种特殊的静电导体，既是直接接地对象（如用腕带等），也是间接接地对象（如通过防静电鞋和防静电地面等）。,24,6-3,空气加湿增强静电泄漏,我们讨论静电起电的影响因素时知道，,静电现象与温度、湿度密切相关,，尤其是环境的相对湿度对静电起电率和静电泄漏有很大的影响。,例如，干燥的冬天,潮湿的夏季,很显然，环境相对湿度的提高，有利于抑制静电的产生和积聚，有利于提高静电的泄漏速率。空气增湿也是各种防静电危害的场所经常采取的重要手段之一。,第六章 静电防护原理与技术,3,25,第六章 静电防护原理与技术,3,一、湿度对材料表面静电性能的影响,1.,环境湿度对高分子材料的表面电阻率的影响机制,实验证明，绝大多数高分子材料的表面电阻率和环境湿度有关，随着空气相对湿度的提高，材料的表面电阻率逐渐下降，其,原因有两个,：, 高分子材料中如果含有,OH,，,NH,2,，,SO,3,H,，,COOH,等亲水基和,CO,键，材料就很容易吸收空气中的水分子。,高分子材料的表面缺陷、悬挂键的存在都有吸附空气中水分子的倾向。,当空气湿度提高时，空气中的水分子作热运动撞击到物质表面的几率增大，水分子容易被物体吸收或者附着在表面，形成一层很薄的水膜（水膜厚度约为,10,7,m,），由于水分子的强极性以及溶解在水中的杂质的作用，即可大大降低物体的表面电阻率。,26,第六章 静电防护原理与技术,3,2.,提高湿度消除静电危害的机理,提高湿度消除静电危害的机理可以归纳为两点，分别是：, 由于相对湿度提高到,70,以上时,，大多数物体表面都表现出较好的导电性，这时候，由于摩擦（或接触分离）产生静电的几率大大降低，,静电起电率大幅度减小,。, 当空气中相对湿度增大时，绝大多数材料的,表面电阻率大大降低,，以至由静电非导体性质向类似于静电亚导体或静电导体的表面特性过,渡。这样一来，一般的物体都自然与大地形成电的连接，物体的静电泄漏率大大提高，使危险静电源难以形成。,这就是“增湿消除静电危害”的基本道理。,27,第六章 静电防护原理与技术,3,两个例子,：, 红泥聚氯乙烯（,R,PVC,）板材，湿度增加时，表面电阻值由,10,15,下降到,10,9,，即材料表层由绝缘性变成了抗静电性。,普通楼房墙壁，当空气湿度由,10,变化到,60,时，静电泄漏电阻由,10,10,下降到,10,7,。,28,第六章 静电防护原理与技术,3,二、加湿方法与装置,1.,加湿方法,在静电危险场所提高空气相对湿度以消除静电危害的方法，叫做加湿或增湿技术。有两种：,一种是在工艺处理的场所制造一个人工小气候环境，使局部空间相对湿度人为的整体提高到所需要的水平。（恒温恒湿调节器、加湿器等，成本高，费用大；喷入水蒸气或洒水、挂湿布等，简单经济但不准确）, 局部加湿，即仅仅在某物体表面形成高湿度，以消除静电危害，这种加湿的装置叫做高湿度空气静电消除器。,29,高湿度空气静电消除器,原理,：用略高于介质表面温度、近于饱和的高湿度热空气在介质表面达到露点而凝水，利用凝结水膜的低电阻率将电荷导走。同时，水膜很快蒸发掉，带走剩余电荷，使介质表面恢复正常。,一般在车间正常温度下，水膜可在,1,2,秒内蒸发掉。,结构,：高湿度空气静电消除器的结构原理如下图所示。,30,第六章 静电防护原理与技术,3,1,水池；,2,预热螺旋管；,3,蒸发器；,4,过热螺旋管；,5,喷头,工作过程,：,31,第六章 静电防护原理与技术,3,三、加湿范围的选择与确定,加湿范围的选择,：,大量试验表明，一般情况下，只要工艺条件允许，将空气的相对湿度控制在,65,以上，对防止静电危害比较有效。,静电起电率和静电泄漏的快慢，不仅与相对湿度有关，而且与环境温度有关。所以确定安全相对湿度时，应将温度、湿度一起考虑。,温度,安全相对湿度,10,15,20,25,30,40,76,70,65,61,57,52,武器、电火工品等生产、储运环境中,推荐的安全温、湿度,如右表所示。,32,第六章 静电防护原理与技术,3,不宜使用加湿法消除静电的情况：,表面不易被水润湿的介质，如聚四氟乙烯、纯涤纶等；,表面水分蒸发极快的静电非导体；,绝缘的带电介质，如悬浮的粉体；,高温环境中的静电非导体。,加湿方法消除静电应用中的三个问题,：,其一,是有些加湿手段本身也产生静电，如压缩空气装置喷射蒸汽时就有静电产生。,其二,是高湿度不仅昂贵，而且恶化生产条件，使操作人员感到潮湿、闷热，不利于工作，同时也增加了机器锈蚀的机会。,其三,是有些产品出于质量控制的要求，不允许把相对湿度提的很高，有些加工程序则完全不能采用。,33,6-4,消电器及消除静电原理,前面讲过的两种静电防护技术都有一定的局限性：,静电接地,不适用于静电非导体；,空气加湿,对生产工艺有一定影响，有些场合不允许加湿或者无法提高环境相对湿度。,这就需要我们必须采用其他的防静电技术。本节就讨论一种普遍适用的静电防护技术,使用电离空气方法消除静电,。,基本原理,：利用空气电离发生器使空气电离产生正、负离子对，中和带电体上的电荷。,第六章 静电防护原理与技术,4,34,第六章 静电防护原理与技术,4,静电消除器,：能使空气发生电离、产生消除静电所必要的离子的装置称为静电消除器，也称为静电中和器，简称消电器。,消电器的种类很多,见下图：,35,第六章 静电防护原理与技术,4,本节主要介绍,五种,有代表性的,消电器,：无源自感应式，一般高压电源式，离子风高压电源式，防爆型高压电源式，放射源式。,一、无源自感应式消电器,1.,工作原理,它的工作原理如右图所示,(,带电体为负电荷,),。,接地针电极,静电感应,针尖强电场,空气电离,正电荷向带电体,负电荷向针尖,36,第六章 静电防护原理与技术,4,由于针尖附近的电场倚赖于带电体本身的静电电位。所以，带电体电位越高，针尖电极上感应出的电荷密度越大，针尖附近的电场越强，电离出的带电离子数目越多，消电效果越好。而当带电体电位降低到一定值后，针尖附近的电场将减弱到不足以使空气电离，这时候就没有消电作用了。,可见，无源自感应式消电器对带电位比较低的带电体不能起消电作用，而且即使是高电位带电体，也不能把带电体上的电荷全部中和掉，总会有,残存电荷（电位）,。,37,2.,结构特点,实际的无源自感应式消电器根据生产工艺的特点和需要，其放电针可沿,直线,布置成排，也可沿,径向,布置成圈，或按其它方式排布。,放电针的材料是多种多样的，可将导电布或导电纤维夹在支撑体上作成消电器；也可将切割成锯齿状或波浪状的导电橡胶夹在支撑体上；或将金属纤维、石墨纤维、其它有机导电纤维切成刷状，安装在支撑物上；还有用浸过医用甘油的棉纱芯代替针电极消电器。,常见的结构如下图,:,38,第六章 静电防护原理与技术,4,1,放电针；,2,支架；,3,保护罩；,4,放电刷，,5,放电线；,6,放电锯齿；,7,带电体,几种无源自感应式消电器的结构,细针,导电纤维,导电橡胶,细线,39,第六章 静电防护原理与技术,4,3.,性能指标,无源自感应式消电器的性能一般用两个指标来衡量，即,临界电压,和,电晕电流,。,临界电压,是能够使放电针产生电晕放电的最低电压。由于放电针上的电荷是由带电体上感应获得的，所以，临界电压越低，留在带电体上的残留电荷越少，消除静电越彻底。,电晕电流,越大，表明带电体上单位时间内被消除的电荷越多，消电效率越高。,40,4.,影响其性能的因素,放电针,：放电针可由不锈钢丝、铜丝、钨丝、导电纤维、导电橡胶等制成。放电针尖越细，消电效果越好。其直径一般不超过,0.5,1 mm,，针尖锥度小于,60,度，长度不小于,10,15mm,。,放电针与带电体之间的距离,：一般放电针与带电体之间的距离可在,10,50 mm,，最好不超过,20mm,；放电针至带电体之间的距离与放电针之间的距离之比一般应取,1,2,。,相邻放电针之间的距离,：分两种情况，如果带电体电位较低时，消电器的针间距离越大，即针数少时效果越好；但是如果带电体电位较高时，则针间距离越小，即针数多时消电效果好。,保护罩、保护杠及支架,：保护罩、保护杠及支架都会改变装置的电容和周围电场分布，应尽量选用塑料、有机玻璃保护罩（杠），尽量减少支架数量，或尽量选用小的支架。,41,第六章 静电防护原理与技术,4,10,50 mm,，最好不超过,20mm,42,第六章 静电防护原理与技术,4,5.,无源自感应式消电器性能评价,优缺点,其,优点是,结构简单、安装维护方便和节约能源；,缺点是,不能消除临界电压（一般为,2,3KV,）以下的静电，作用范围较小，作用半径仅,10,20mm,。另外在静电危险场所使用时，消电器针尖上的火花放电，有可能造成意外事故。所以，使用前应作安全性分析，确认安全可靠性后方可使用。,安全性分析,设静电危险场所的爆炸性混合物的最小点火能为,W,min,，消电器与带电体间的电容为,C,，临界电压为,U,k,带电体的电压为,U,，则在消电过程中静电源释放出的能量为：,43,第六章 静电防护原理与技术,4,此能量不至引燃爆炸混合物的条件应为：,式中,是恒小于,1,的安全系数。,解上式可得消电器安全使用时，带电体的电压应满足：,也就是说，当带电体的静电位不超过上式所确定的数值时，消电器针尖上的放电火花不会点燃爆炸性混合物。,有关研究指出，当带电体的静电电位低于周围物质的静电敏感电位的,70,时，用无源式自感应消电器消除静电也是安全的。,44,第六章 静电防护原理与技术,4,二、一般高压电源式消电器,一般高压电源式消电器与无源自感应式消电器的主要区别在于有高压电源直接或间接的向放电针供电，在针尖附近安装有接地电极，其原理如下图所示。,45,第六章 静电防护原理与技术,4,工作原理,：外接的高电压在放电针尖端附近产生强电场使空气局部高度电离，与带电体符号相反的离子在电场驱动下移向带电体，并与其上的电荷发生中和作用而消电。显然，这种,消电器针尖的电离强度不取决于带电体的电位高低,，因而从根本上消除了无源自感应式消电器的缺点。,高压电源,46,第六章 静电防护原理与技术,4,种类,：一般高压电源式消电器按所接高压电源种类的不同，分为,直流,高压和,交流,高压两种。交流高压消电器又分为,工频,交流和,高频,交流两种。其中，以,直流最好，工频交流次之，高频交流最差,。,其原因为，直流高压消电器是在放电针尖端产生与带电体电荷极性相反的离子，直接中和带电体上的电荷。而交流高压消电器是在放电针尖端附近产生正、负离子对，它们随时都在复合；而且，频率越高，复合作用越显著，这就导致有效电离能力的降低。,下面是三种高压消电器的工作特性曲线。,47,第六章 静电防护原理与技术,4,48,第六章 静电防护原理与技术,4,直流高压与交流高压消电器的消电机理差异：,直流高压消电器,是在放电针尖附近形成与带电体的电荷极性相反的电晕，从而使相反符号的带电离子直接去,中和带电体上,的静电。,交流高压消电器,的放电针尖附近的电晕极性却是周期性变化的，所以在带电体周围产生同时具有相等数量的正负离子，从而形成一个,气体导电层,，,带电体上的电荷就是通过这层导电气体被传递出去,，达到消电的目的。,49,一般高压电源式消电器的安全性问题：,（,1,）一般高压电源是消电器是,非防爆,的，所以不能用于有爆炸危险的场所。,（,2,）还应考虑上述提到的由于高压电源，必须防止人员触电的危险。,（,3,）高压消电器工作时，由于电晕放电比较强烈，会在空气中产生臭氧和二氧化碳。因此，为限制高压消电器的输出电压，使空气中的臭氧浓度不超过,1.0*10,-4,2.0*10,-4,mg/L,，以保证工作人员的身体健康。,第一，这类消电器的放电针附近是与环境中可能存在的爆炸性混合物直接接触的，当有源放电的能量较大时，就有可能引爆或引燃。第二，在消电器中，高压电源与电晕放电极的耦合方式有可能引起放电针与带电体或接地体之间发生足以致害的火花放电。第三，消电器的高压电源或引线本身有可能发生火花放电。,50,第六章 静电防护原理与技术,4,三、离子风高压电源式消电器,离子风高压电源式消电器是一种将电离了的空气离子用气流输送到远处去消除带电体上的静电的有源电晕装置。空间离子随着气流运动构成所谓离子风，这种消电器又称为离子流消电器，或送风型消电器。,该消电器的突出,特点,是作用距离大，在正常风压下，距消电器,300,1000mm,处有良好的消电效果，其作用范围也较大，作用的直径大致等于作用距离。,51,第六章 静电防护原理与技术,4,工作原理,：当高电压加到放电针上时，附近空气发生高度电离，所产生的带电离子被放电针旁的压缩空气以极快的气流速度吹送到较远处的带电体上，进行电中和作用而消电。离子风型消电器的电源采用直流高压电源，由,6V,直流电源高频逆变，最后整流获得,8kV,左右的直流高压。,其中电晕放电器是由放电针、电极环和电极电阻组成；送风系统由风源、风道等组成。,N,放电针；,A ,电极环；,R,电极电阻；,GY,高压电源,。,1.,离子风型消电器结构和工作原理,结构,：离子风型消电器主要由高压直流电源、电晕放电器和送风系统所组成。如下图所示。,52,第六章 静电防护原理与技术,4,2.,离子引出效率的影响因素,离子风消电器的性能可用离子引出总量或离子引出效率表示。如右图所示。,当压缩空气,F,经过导引环时总有一部分离子会经导引电阻,R,入地，这一电流即为,导引电流,，用,I,1,表示，显然，该电流对于消除静电是无效的。而收集筒,B,捕集到、并通过,G,2,检测出的电流,I,2,才是真正能用来消除静电的有效电流。可见，,I,2,越大，,I,2,/,I,1,也越大，,I,1,越小，消电器的消电性能越好 。,所以，,I,2,I,1,可反映消电器的质量或消电性能，它称为,离子风消电器的离子引出效率,，以,表示 ，其表达式为：,=I,2,I,1,53,针、环间距的影响,放电针尖与导引环外侧之间的距离，针环间距越大，离子在该电场中停留的时间越长，被导引环吸收的可能性就越大，从而使离子引出效率降低。所以，应力求使针环间距小一些，但过小的间距易使针环间发生火花放电。为保证消电效果，一般,取,1. 5,2. 0mm,的针环间距,。,气流量和导引环孔径的影响,气流量一定，导引环孔径越小，引出效率越大。当孔径一定时，气流量增加，,也增加。这是因为，孔径的减小和气流量的增大都会使空气气流速度增加，从而使引出的离子总量增多。正常工作时，导引环孔径,可取,2.0,4. 0mm,，气流速度约为,100m/s,，流量约为,2. 5m,3,/h,。,影响离子引出效率的的几种因素,:,54,第六章 静电防护原理与技术,4,针尖电压和电晕电流的影响,在其它条件固定时，针尖电压提高，电场增强，电晕电流随之增大，放电针处产生的离子数目增多，,引出的离子总量和被导引环吸收去的离子量都增大。但前者增加的速率小于后者增加的速率，所以引出效率反而降低,。由此，针尖电压不宜过高，一般为,8,10kV,为宜,；消电器正常工作时，引出的离子流强度约为十几毫安。,导引电阻,R,的影响,一般来说，引出效率随,R,的增大而提高。但当,R,过大时，由于难以建立电晕，必须提高放电针的电压，这对生产现场和装置本身的安全都是不利的。所以，导引电阻,R,既不能太大、也不能太小，,取,100,200M,较为合适,，或由实验确定。,55,导引电阻的影响,实验条件中风量,7m,3,/h,，导引环孔径,3mm,针环距离为,0,R,I,0,(A),I,1,(A),I,2,(A),I,2,/I,0,0,10,100,200,25,25,25,25,23.5,24.8,22.0,21.6,0.93,1.70,4.03,4.65,0.037,0.068,0.161,0.186,25,0,15.1,0.604,第六章 静电防护原理与技术,4,56,针环距的作用,测试条件：风量,2m,3,/h,，,R=200M,，孔径,1.5mm,d,(mm),I,0,(A),I,1,(A),I,2,(A),I,2,/I,0,0,0.25,0.5,0.75,1,22,22.5,23,22,22,18,18.5,19,18.5,18.5,3.73,3.63,3.6,2.64,2.55,0.17,0.16,0.137,0.12,0.116,第六章 静电防护原理与技术,4,57,电压,(Kv),I,0,(A),I,1,(A),I,2,(A),I,2,/I,0,2.5,5,7.5,10,12.5,5,12,22.5,28.5,40,3.5,9.5,18.5,24.5,33.5,0.938,1.88,3.12,3.43,4.06,0.188,0.157,0.137,0.120,0.102,第六章 静电防护原理与技术,4,针尖电压的影响,58,第六章 静电防护原理与技术,4,3.,离子风消电器使用注意事项,主要有如下四个方面：,空气要洁净、干燥，最好使用过滤器，使气流干燥、净化，否则影响离子存活寿命，导致消电效率降低；,环境湿度应保持在,70,以下；,电晕放电器外的压缩空气的正压力不应低于,4. 9X10,4,9. 8X10,4,Pa,；,安装消电器时，带电体附近应无静电导体。,59,第六章 静电防护原理与技术,4,四、防爆型高压电源式消电器,防爆型高压电源式消电器，实际上就是离子风消电器附加上防爆手段。这种消电器可以应用于一切静电危险场所。目前生产的种类较多，结构比较复杂，一般由防爆高压电源和电晕放电器、电极火花检测器、输出电压监视器、压缩空气压力检测器、异常情况报警器等组成。下图是一种有代表性的防爆型消电器的原理框图。,工作原理,：,压缩空气直接送至电晕放电器；当压力足够时，压力检测器给出信号，使时间继电器延时动作，并由时间继电器自动启动低压电源开关，低压电源向高压电源供电，高压电源工作后即带动电晕放电器工作。反之，当压力不足或发生故障时，压力检测器发出停机信号,.,使时间继电器释放，电晕开关断开，电晕放电器停止工作。,60,第六章 静电防护原理与技术,4,这样的过程就保证了,消电只在压缩空气正常压力的情况下才能工作,，而,正常压力的气流可使环境中的爆炸性混合物不与针尖附近的电晕层和高压电源相接触,，并且，,正常压力的空气流的吹入，还能减小放电针尖附近的爆炸性混合物的浓度,，从而保证了消电器具有防爆功能。,有的防爆类型的离子风消电器，为了安全可靠还要在上述装置基础上采取一切措施：,（,1,）在延时继电器与低压电源开关之间加设安全栅，防止意外电波干扰。,（,2,）在电晕放电器和高压电源之间串接一高值限流电阻（,200M,),以防止放电针与导引环发生短路形成火花放电。,（,3,）对高压电源和低压电源都采取防爆处理措施，如将电源放入防爆箱内或充以非燃爆性气体等。,61,第四章 工业生产中的静电起电,4,五、放射源式消电器,也叫同位素静电消除器。它是利用放射性同位素发出的射线使空气电离，产生正负离子对，中和带电体上的电荷。,放射性同位素种类较多，放出的射线有,、,、,等。,射线的电离能力很强,，一个,粒子在空气中每厘米长度上能产生,1,万个离子对，但是它,穿透物质的能力不强,，在空气中只能穿透,2. 5 8.6cm,，一层普通写字纸即可吸收。,射线的电离能力和穿透能力为中等，,射线的电离能力很弱（在空气中每厘米长度上只能产生几对离子），穿透能力很强。,由于照射剂量超过人体允许剂量（每天,8h,工作条件下，人体最高照射量为,12.9C/kg,）时，对人有伤害。所以，消电器中放射源应选择电离能力强、穿透能力差的放射源。,62,第四章 工业生产中的静电起电,4,放射源式消电器的结构,：,放射源式消电器由放射源、屏蔽框和保护网等部分组成。结构如图,9-39,所示。放射源一般厚度为,0.3,0.5mm,的片状元件，用紧固件固定在屏蔽框的底部；屏蔽框应有足够的厚度，以防止射线危害；,为了防止操作者不慎直接触及放射源，消电器前面装有保护网。针对带电体的表面形状不同，可将放射源式消电器设计成条型、环形、盘形和送风型等。,63,第四章 工业生产中的静电起电,4,放射源式消电器的工作原理,放射源式消电器是利用射线电离空气形成正负离子对来消除静电。射线电离空气产生的离子对是有一定的存活寿命的，即一方面正负电荷分离，另一方面正负电荷又吸引复合。,当电离和复合这两个相反的过程达到动态平衡时，就在射线的作用范围内维持着一定浓度的正负离子云,。当接地的放射源消电器靠近带电体时（设带有正电荷，如图,9-41,所示）,在电场力作用下，负离子就会向带电体表面趋近并发生电中和作用。由于部分负离子消耗于中和作用，所以消电器附近正离子相对增多，形成对地电位差，并向接地表面迁移，通过消电器接地通道向大地泄漏。这样就使带电体的静电得到了消除。,64,由于目前消电器的放射源大多采用,射线源，它的有效范围一般为,10-20mm,，最大不超过,40-50mm,，作用距离较小，使用范围受到限制。为了改善消电器的性能，吸收上述各种消电器的优点，可以将无源自感应式消电器和放射源式消电器及离子风式消电器等综合组成一个“综合性”消电器，取得更好的消电性能。,65,第六章 静电防护原理与技术,4,放射源式消电器特点及注意事项,(1),结构简单，使用方便；,(2),不需要外接电源，工作时不会产生电火花，适用于存在易燃易爆物质的危险场所；,(3),电离电流较小，有效作用距离短。由于目前消电器的放射源大多采用,射线源，它的有效范围一般为,1020mm,，最大不超过,4050mm,。,(4),使用中应注意射线对人体的伤害和对周围物质的放射性污染。因此，要严格防范放射源外逸和操作者直接接触放射源。,(5),因为放射源受到放射性同位素的半衰期的限制，消电器有一定的使用寿命，应按说明书要求及时更换消电器的放射源。,66,第六章 静电防护原理与技术,4,六、消电器的比较与选择,主要考虑它的消电效果和现场使用的安全问题。,消电器的消电效果可用电晕电流与带电体上的电压之间的关系,表示,（对自感应式消电器还应注意其临界电压）。图,9-42,给出了各类消电器的特性曲线。图中,a,、,b,、,c,、,d,、,e,分别代表直流高压消电器、工频高压消电器、自感应式消电器、高频高压消电器和放射源式消电器的消电性能曲线。,由图,9-42,可见，从电晕电流和临界电压角度全面考虑，消电效果最好的是直流高压消电器，其次是工频高压消电器、无源自感应式消电器、高频高压消电器稍差，消电效果最差的是放射源式消电器。,67,第六章 静电防护原理与技术,4,不同场合消电器的选择,：,带电体的状况也是选择消电器时应该考的因素。,对于板材、膜、织物和纸张等表面带电的物体只要消电能力满足要求，任何一种消电器都可选用。,对于悬浮或堆积的带电物体，即属于空间或容积带电的物体，宜选用离子风型消电器；,当带电体电荷极性一定时或带电量较大、带电体移动速度很大时，应选择直流高压消电器；,在造纸、薄板卷曲和橡胶混合工序中的移动带电体，如允许残留部分静电荷，应选择自感应式消电器或离子风消电器；,对于静止不动的带电体，空间位置允许消电器靠近，可选用放射源式消电器。,由上述讨论可知，如果条件允许，最好选择“综合性”消电器，可以克服各种单一工作原理的消电器存在的缺点，达到更好的消电效果，且使用范围广。,68,消电器的安装,：,消电器的恰当安装是非常重要的。安装不妥，不仅会降低消电效果，有时还会使带电加剧，甚至造成更大的危害。,(1),一般来说，消电器应尽量安装在带电体的最高电位附近，使消电器安装的位置消电效率最高。,(2),消电器的安装位置和环境原则上应避开以下位置或场所：物体的背面有接地体，或邻近接地体，或有其他消电器的那些位置；有静电源的位置；易于污染消电器或温度在,150,以上和相对湿度在,80%,以上的环境。,(3),消电器的安装角度应垂直于带电体表面。,(4),消电器应固定在支撑体或固定不动的机械设备上，并要求可靠接地。,实际工艺上，根据上述原则，结合现场的实际情况，合理地安装消电器。,69,6-5,人体静电的防护,人体作为一种特殊的静电导体，在静电防护方面有许多问题需要专门介绍。,人体是一切活动的主体，同时人体静电也是静电危险场所中的主要危害源之一,。,实际上，人体静电防护是个系统工程，只有防护措施完善配套，才能达到预期目的。,人体静电的防护系统,包括穿着防静电工作服的人、穿防静电鞋袜、设置防静电地面，必要时还要设置防静电工作台、防静电坐椅，并配上防静电腕带。另外，在静电危险场所，不准脱换衣服，不准跑跳等等，这样才能有效地控制人体静电的危害。,第六章 静电防护原理与技术,5,70,第六章 静电防护原理与技术,5,一、防静电鞋和导电鞋,在人体静电防护中最主要措施是保证人体始终静电接地，而鞋就是人体静电接地的关键制品之一。只有使鞋,(,包括袜子和鞋垫,),对地电阻小，才能保证人体上一旦积聚有静电时，能够通过鞋和导电性地面顺畅地泄漏到大地。换句话说，只要人体通过鞋和地面与大地构成良好的电气联接，人体上也就不会积聚有静电。,按照我国国家标准,GB438584,防静电胶底鞋、导电胶底鞋安全技术条件,的规定，,防静电鞋的鞋底电阻值为,510,4,110,8,；导电鞋的鞋底电阻值规定不大于,1.510,5,。,对于防静电鞋来说，使用的场所可能既有危险静电源，又有工频交流电，为了使人体能及时消除静电积累，又防止人体一旦触及工频交流电时发生强电击事故，对防静电鞋的电阻值不仅有上限要求，而且有下限要求。导电鞋只能用于没有工频电源等强电击危险的场所，因此，导电鞋的电阻值仅有上限规定。,71,第六章 静电防护原理与技术,5,其他国家的相关规定,：,日本,静电安全指南,中规定防静电鞋的电阻值应为,110,5,110,8,范围。,德国,静电危害性评价和控制,中提到：“对于爆炸性危险场所来说，如果测试时放于鞋外部的电极和放于鞋内部的电极间的电阻小于,10,8,，则认为鞋是有导电性的。这个条件也适用于防护手套”。,前苏联,工业中的静电及防护,中说“抗静电鞋能有效地将人体静电导走，鞋的泄漏电阻必须在,10,4,110,7,范围内，此时必须有导电良好的地面”。,英国国家标准,BS5859,中规定，有易燃气体或易燃性粉尘时，抗静电鞋袜或导电鞋袜，当其电阻值上升到,10,8,时，就应报废。,各国标准，虽然语言表述不同，但是对于防护人体静电危害所规定的鞋底电阻值基本相同。对于不同性质和不同等级的危险场所，防静电（或导电）鞋的电阻值有所不同。,72,第六章 静电防护原理与技术,5,二、防静电,(,或导电,),地面,为了有效地控制人体静电，,采用防静电,(,或导电,),鞋的同时还要使用防静电,(,或导电,),地面，并且只有二者配合使用才有泄漏人体静电的作用,。当然，作为防静电,(,或导电,),地面来说，它不仅可以泄漏人体静电，也为活动的机具、工装设备提供了静电接地的条件。,天然的土地、砖地和水泥地，都可以作为防静电地面使用。一般情况下，这些地面的,静电泄漏电阻值都在,l0,8,以下,。但是，在实验室、计算机房、工厂或有火炸药、电火工品等爆炸危险品场所，除防止静电危害的的要求外，还有防尘、防碰撞火花等要求。因此，研制生产各种材质的防静电地面或导电地面，是一项非常重要的工作。,73,第六章 静电防护原理与技术,5,不同行业对防静电,(,或导电,),地面的静电泄漏电阻值要求不同，在,有易燃易爆物质,存在的危险场所，要求地面的静电泄漏电阻值在,10,5,10,8,范围内，或更小。,计算机房,防静电地板的静电泄漏电阻分为,A,、,B,两级，并规定有严格的测试条件。,A,级,地板的静电泄漏电阻值的最高限为,10,8,，,B,级,地板静电泄漏电阻值的最高限为,10,10,。,实际上各种防静电,(,导电,),地面的静电泄漏电阻值应该是多少，主要决定于使用场所允许多高的人体静电电压。,74,第六章 静电防护原理与技术,5,假如危险场所允许人体静电最高电压为,10,4,V,，根据目前工业生产水平和人体活动情况，静电起电率为,10,-13,10,-,4,A,，即最大起电率为,10,-,4,A,。那么，现场要求人体对地的静电泄漏总电阻值为：,R,泄,=,V/I,= 10,8,这就是说，人体通过防静电鞋与防静电地面对大地的泄漏电阻值为,l0,8,.,则防静电鞋与防静电地面的静电泄漏电阻值都应该小于,l0,8,。同样道理，当危险场所只允许人体静电为,10V,时，可以得到导电鞋与地面的静电泄漏电阻值都应该小于,l0,5,。,75,第六章 静电防护原理与技术,5,三、防静电腕带和脚镯,在有关工厂装配、操作特别敏感的产品时，如薄膜电雷管、火花隙电雷管、屏蔽导电药电雷管等等，在集成电路生产、包装过程中，因安全电压都规定小于,100V,，所以要求操作者必须戴静电泄漏电阻为,10,6,的防静电腕带和脚镯，并可靠接地，使人体静电能顺畅地泄漏，同时保证人身安全。这样可以严格控制人体静电造成的事故和损坏产品。,76,第六章 静电防护原理与技术,5,防静电手腕带,防静电地板垫,静电泄露工作台,77,第六章 静电防护原理与技术,5,78,第六章 静电防护原理与技术,5,79,第六章 静电防护原理与技术,5,80,第六章 静电防护原理与技术,5,81,三、防静电工作服,防静电工作服是防止人体静电造成危害的一种含有导电纤维或抗静电剂的工作服。一般用于制作防静电工作服的布料有下面几种：,不锈钢纤维防静电布，在纺织过程中，加入少量不锈钢纤维，制成防静电布；这种布料可以在人体静电接地的情况下，通过传导和电晕放电消除人体静电。消电效果好，残留电压低，耐洗涤，其消电效果受温湿度条件影响小。,铜络合纤维防静电布，在纤维喷丝后经过铜离子络合，使纤维表面镀上一层铜离子络合物，起导电作用；这种防静电布不耐酸碱腐蚀，耐洗涤性差。,碳素纤维防静电布，把导电微粒（一般为导电炭黑）加入纤维原料内，然后喷丝或者涂敷在纤维表面上，使纤维具有电晕放电效应；这种防静电布制成工作服，残留电压高。,使用抗静电剂制成的防静电布，即在纤维表面涂敷或在纤维原料中加入抗静电剂，制成易于吸收空气中水分的防静电布。其缺点是空气干燥时，几乎没有抗静电能力，而且不耐洗涤。,82,第六章 静电防护原理与技术,5,防静电工作服的防静电性能，按照国标,GB12014,89,的规定，每件防静电服的带电电荷量、洗涤性能要求：,A,级,B,级,试验方法,带电电荷量,0,6,C,件,按本标准附录,A,规定方法测试,耐洗涤时间,33h,16,5h,按本标准附录,B,规定方法测试,一般来说，制作防静电工作服之前，应首先对防静电布料的防静电性能进行测试，但目前还没有这方面的国家标准。虽有测试方法标准，但国标规定的几种测试方法相关性差，而且同一测试方法不能统一对工作服和布料及试样实施非破坏性测试，给实际工作带来不变。,83,第六章 静电防护原理与技术,5,分类,耐洗涤性能,摩擦电位,/kV,试验方法,分级,16,5h,衰减电位,V,0.5,峰值电位,特种,A,级,33h,1.0,2.0,B,级,16,5h,普通,A,级,33h,8.0,10.0,B,级,军标,JXUB4-96,防静电工作服及其织物，给出了防静电工作服和防静电织物的统一测试方法和评价标准，实现了非破坏性地进行测试。该标准规定的防静电工作服和防静电织物的静电性能指标为：摩擦电位、耐洗涤性能：,84,防静电工作服必须和防静电（导电）鞋、防静电（导电）地面配套使用，才能有效地消除人体静电和衣服的静电。,这是因为防静电工作服消除人体静电的基本原理是通过导电纤维的电晕放电效应和通过人体静电接地途径传导电荷以消除静电，往往后一种消电途径起主要作用。所以，防静电工作服应该是“三紧式”，即对领口、袖口和下摆，均采用收紧的结构，并且不使用衬里，以保证工作服与人体紧密接触，使衣服上电荷可以通过人体向大地泄露。,85,第六章 静电防护原理与技术,5,人体静电的结论,：人体作为一种特殊的、活动的静电导体，其静电危害是比较普遍的。只有对人体采取完善、配套的防护措施，即人体着防静电工作服的同时，必须穿防静电（导电）鞋，地面为防静电（导电）地面，才能收到最佳防静电效果，尤其是鞋与地面的静电性能在人体静电防护中是关键因素。,86,第六章 静电防护原理与技术,5,87,第六章 静电防护原理与技术,思考题,：,(1),静电危害防护的主要依据和原则是什