Protection contre l'électricité statique dans la vie quotidienne et sur le lieu de travail

L'activité quotidienne de chaque personne est liée à son déplacement dans l'espace. De plus, non seulement il marche, mais il voyage également en transport.

Lors de chaque mouvement, une redistribution des charges statiques se produit, modifiant l'équilibre de l'équilibre interne entre les atomes et les électrons de chaque substance. Il est lié au processus d'électrification, la formation d'électricité statique.

Dans les solides, la distribution des charges est due au mouvement des électrons, et dans les liquides et les gaz, à la fois des électrons et des ions chargés. Tous ces éléments réunis font une différence potentielle.

Causes de l'électricité statique

Les exemples les plus courants de la manifestation des forces statiques sont expliqués à l'école dans les premières leçons de physique, lorsqu'ils frottent des tiges de verre et d'ébonite sur un tissu de laine et démontrent l'attraction de petits morceaux de papier pour eux.

L'expérience de déviation d'un mince filet d'eau sous l'action de charges statiques concentrées sur une tige d'ébonite est également connue.

Dans la vie de tous les jours, l'électricité statique se manifeste le plus souvent :

• lorsque vous portez des vêtements en laine ou synthétiques ;

• marcher avec des chaussures à semelles de caoutchouc ou des chaussettes de laine sur des tapis et des batum ;

• l'utilisation d'articles en plastique.

La situation est aggravée par :

• air sec dans les locaux;

• murs en béton armé, à partir desquels sont fabriqués des bâtiments à plusieurs étages.

Comment l'électricité statique est générée

Normalement, le corps physique contient un nombre égal de particules positives et négatives, c'est pourquoi un équilibre s'y crée, assurant son état neutre. Lorsqu'il est dérangé, le corps acquiert une charge électrique d'un certain signe.

Statique signifie un état de repos lorsque le corps ne bouge pas. La polarisation peut se produire à l'intérieur de sa substance - le mouvement des charges d'une partie à l'autre ou leur transfert depuis un objet proche.

L'électrification des substances se produit en raison de l'acquisition, de l'élimination ou de la séparation de charges lorsque :

• interaction des matériaux due aux forces de frottement ou de rotation ;

• forte baisse de température;

• irradiation de différentes manières ;

• diviser ou couper des corps physiques.

Charges électriques répartis à la surface de l'objet ou à distance de celui-ci à plusieurs distances interatomiques. Pour les corps non mis à la terre, ils s'étalent sur la zone de la couche de contact, et pour ceux connectés au contour du sol, ils y coulent.

L'acquisition de charges statiques du corps et leur drainage se produisent simultanément. L'électrification est fournie lorsque le corps reçoit un potentiel d'énergie supérieur à ce qu'il dépense dans l'environnement extérieur.

Une conclusion pratique découle de cette position: pour protéger le corps de l'électricité statique, il est nécessaire de drainer les charges qui en résultent vers la boucle de terre.

Méthodes d'estimation de l'électricité statique

Les substances physiques, selon leur capacité à former des charges électriques de différents signes lorsqu'elles interagissent par frottement avec d'autres corps, sont caractérisées à l'échelle de l'effet triboélectrique. Certains d'entre eux sont montrés sur la photo.

Les faits suivants peuvent être cités comme exemple de leur interaction :

• marcher dans des chaussettes en laine ou des chaussures à semelles en caoutchouc sur un tapis sec peut charger le corps humain jusqu'à 5 ÷ -6 kV;

• la carrosserie d'une voiture roulant sur une route sèche acquiert un potentiel allant jusqu'à 10 kV;

• la courroie d'entraînement qui fait tourner la poulie est chargée à 25kV.

Comme vous pouvez le voir, le potentiel d'électricité statique atteint des valeurs très élevées même dans des conditions domestiques. Mais cela ne nous fait pas beaucoup de mal, car il n'a pas beaucoup de puissance, et sa décharge passe par la haute résistance des plots de contact et se mesure en milliampères ou un peu plus.

De plus, il est considérablement réduit par l'humidité de l'air. Son effet sur la quantité de stress corporel en contact avec différents matériaux est illustré dans le graphique.

De son analyse découle la conclusion : dans un environnement humide, l'électricité statique apparaît moins. Par conséquent, divers hydratants sont utilisés pour le combattre.

Dans la nature, l'électricité statique peut être énorme.Lorsque les nuages ​​se déplacent sur de longues distances, des potentiels importants s'accumulent entre eux, qui se manifestent par des éclairs dont l'énergie est suffisante pour fendre un arbre centenaire le long du tronc ou incendier un immeuble résidentiel.

Lorsque l'électricité statique se décharge dans la vie de tous les jours, nous ressentons le "pincement" des doigts, voyons des étincelles émises par des objets en laine, ressentons une diminution de l'énergie et de l'efficacité. Le courant auquel notre corps est exposé au quotidien a un effet négatif sur la santé, l'état du système nerveux, mais ne cause pas de dommages évidents et visibles.

Les fabricants d'équipements de mesure industriels produisent des appareils qui vous permettent de déterminer avec précision l'amplitude de la tension des charges statiques accumulées à la fois sur les boîtiers d'équipement et sur le corps humain.

Comment se protéger de l'électricité statique dans sa maison

Chacun de nous doit comprendre les processus qui forment les décharges statiques qui constituent une menace pour notre corps. Ils doivent être connus et limités. A cet effet, diverses activités éducatives sont menées, dont des programmes télévisés populaires auprès de la population.

Sur eux, avec l'aide des moyens disponibles, des méthodes de création de tension statique, des principes de sa mesure et des méthodes de mise en œuvre de mesures préventives sont présentées.

Par exemple, compte tenu de l'effet triboélectrique, il est préférable d'utiliser des peignes en bois naturel pour peigner les cheveux, et non en métal ou en plastique, comme le font la plupart des gens. Le bois a des propriétés neutres et ne forme pas de charges lorsqu'il est frotté sur les cheveux.

Pour éliminer le potentiel statique de la carrosserie lors de la conduite sur route sèche, des bandes antistatiques spéciales fixées au bas sont utilisées. Différents types de ceux-ci sont largement disponibles à la vente.

S'il n'y a pas une telle protection sur la voiture, le potentiel de tension peut être supprimé par une mise à la terre à court terme du boîtier à l'aide d'un objet métallique, par exemple une clé de contact de voiture. Il est particulièrement important de suivre cette procédure avant de faire le plein.

Lorsqu'une charge statique s'accumule sur des vêtements en matières synthétiques, elle peut être éliminée en traitant la vapeur d'un récipient spécial avec une composition antistatique. En général, il vaut mieux utiliser moins de tels tissus et privilégier des matières naturelles comme le lin ou le coton.

Les chaussures à semelles en caoutchouc aident également à accumuler la charge. Il suffit d'y mettre des semelles antistatiques en matériaux naturels, car l'effet nocif sur le corps sera réduit.

L'influence de l'air sec caractéristique des appartements urbains en hiver a déjà été discutée. Des humidificateurs spéciaux ou même de petits morceaux de tissu humidifié placés sur des articles ménagers améliorent l'environnement et réduisent la formation d'électricité statique. Mais un nettoyage humide régulier à l'intérieur vous permet d'éliminer les particules et la poussière électrifiées en temps opportun. C'est l'un des meilleurs moyens de se protéger.

Les appareils électroménagers accumulent également des charges statiques sur le boîtier lors de leur fonctionnement.Le système de liaison équipotentielle relié à la masse commune du circuit du bâtiment est conçu pour réduire leur impact.Même une simple baignoire en acrylique ou une ancienne structure en fonte avec le même insert est sujette à l'action statique et doit être protégée de cette manière.

Comment la protection contre l'électricité statique est-elle réalisée en production ?

Facteurs qui réduisent les performances des équipements électroniques

Les décharges générées lors de la fabrication des matériaux semi-conducteurs peuvent causer de graves dommages, perturber les caractéristiques électriques des appareils ou même les désactiver complètement.

Dans les environnements de production, l'élimination peut être arbitraire et dépend d'un certain nombre de facteurs différents :

• les valeurs de la capacité reçue ;

• potentiel énergétique;

• résistance électrique des contacts ;

• type de transitoires ;

• d'autres accidents.

Dans ce cas, au temps initial de l'ordre de dix nanosecondes, le courant de décharge augmente jusqu'à un maximum puis diminue en 100-300 ns.

La nature de l'apparition d'une décharge statique sur un dispositif à semi-conducteur à travers le corps de l'opérateur est illustrée sur la photo.

L'amplitude du courant est affectée par : la capacité de la charge accumulée par une personne, la résistance de son corps et les plots de contact.

Dans la fabrication d'équipements électriques, une décharge statique peut être créée sans intervention de l'opérateur en raison de la formation de contacts à travers des surfaces mises à la terre.

Dans ce cas, le courant de décharge est affecté par la capacité de charge accumulée par le boîtier de l'appareil et la résistance des plages de contact formées. Dans ce cas, le potentiel haute tension induit et le courant de décharge affectent simultanément le semi-conducteur à l'instant initial.

En raison d'un effet aussi complexe, les dommages peuvent être :

1.en particulier, lorsque les performances des éléments sont réduites à un point tel qu'ils deviennent inutilisables ;

2. caché - en réduisant les paramètres de sortie, parfois même dans les caractéristiques d'usine établies.

Le deuxième type de dysfonctionnements est difficile à détecter : ils affectent le plus souvent la perte de productivité pendant le travail.

Un exemple d'un tel dommage dû à l'action d'une tension statique élevée est illustré par les tracés de déviation des caractéristiques volt-ampère appliquées à la diode KD522D et au circuit intégré KR1005VI1 LSI.

La ligne marron numéro 1 montre les paramètres des dispositifs semi-conducteurs avant les tests avec augmentation de tension, et les courbes numéros 2 et 3 montrent leur réduction sous l'influence de l'augmentation du potentiel induit. Dans le cas #3, cela a un plus grand impact.

Les dommages peuvent être causés par des actions de :

• tension induite surestimée qui rompt la couche diélectrique des dispositifs semi-conducteurs ou rompt la structure cristalline ;

• une densité de courant élevée provoquant une température élevée conduisant à la fusion des matériaux et à la combustion de la couche d'oxyde ;

• essais, formation thermique électrique.

Les dommages latents peuvent affecter le travail non pas immédiatement, mais après plusieurs mois, voire des années de travail.

Méthodes d'exécution de la protection ESD en production

Selon le type d'équipement industriel, l'une des méthodes suivantes de maintien de l'opérabilité ou leur combinaison est utilisée :

1. éliminer la formation de charges électrostatiques ;

2. bloquer leur entrée sur le lieu de travail ;

3. augmenter la résistance des appareils et accessoires à l'action des décharges.

Les méthodes n ° 1 et n ° 2 vous permettent de protéger un grand groupe d'appareils différents dans un complexe, et la n ° 3 est utilisée pour des appareils individuels.

Une grande efficacité dans le maintien de l'opérabilité de l'équipement est obtenue en le plaçant dans une cage de Faraday, un espace entouré de tous côtés par un fin treillis métallique relié à la boucle de terre. Les champs électriques externes ne pénètrent pas à l'intérieur et il possède un aimant statique.

Les câbles blindés fonctionnent sur ce principe.

La protection contre l'action statique est classée selon les principes de mise en œuvre de :

• physique et mécanique;

• chimique;

• de manière constructive et technologique.

Les deux premières méthodes vous permettent de prévenir ou de réduire la formation de charges statiques et d'augmenter la vitesse de leur drainage. La troisième méthode protège les appareils des effets des charges, mais n'affecte pas leur vidange.

Vous pouvez améliorer le drainage des déchets en :

• créer une couronne;

• augmenter la conductivité des matériaux sur lesquels s'accumulent les charges.

Résolvez ces problèmes :

• ionisation de l'air;

• augmentation des surfaces de travail;

• sélection des matériaux avec la meilleure conductivité volumétrique.

Grâce à leur mise en œuvre, des autoroutes pré-préparées sont créées pour conduire les charges statiques vers le circuit de masse, à l'exclusion de leur impact sur les éléments de travail des appareils. Dans ce cas, il est pris en compte que la résistance électrique totale du chemin créé ne doit pas dépasser 10 ohms.

Si les matériaux ont une grande résistance, la protection se fait par d'autres moyens. Sinon, des charges commencent à s'accumuler à la surface, qui peuvent être déchargées au contact du sol.

Un exemple de mise en œuvre d'une protection électrostatique complexe sur le lieu de travail pour un opérateur chargé de la maintenance et du réglage d'appareils électroniques est illustré sur la photo.

La surface de la table est reliée à la boucle de masse par un fil de connexion et un plot conducteur à l'aide de bornes spéciales. L'opérateur travaille dans des vêtements spéciaux, porte des chaussures à semelles conductrices et est assis sur une chaise avec un siège spécial. Toutes ces mesures permettent d'évacuer efficacement les charges accumulées au sol.

Les ioniseurs d'air de travail régulent l'humidité, réduisent le potentiel d'électricité statique. Lors de leur utilisation, il est pris en compte que l'augmentation de la teneur en vapeur d'eau dans l'air affecte négativement la santé humaine. Ils essaient donc de le maintenir à environ 40 %.

En outre, un moyen efficace peut être la ventilation régulière de la pièce ou l'utilisation d'un système de ventilation dans celle-ci, lorsque l'air passe à travers les filtres, s'ionise et se mélange, assurant ainsi la neutralisation des charges résultantes.

Pour réduire le potentiel accumulé par le corps humain, des bracelets peuvent être utilisés pour compléter l'ensemble de vêtements et de chaussures antistatiques. Ils consistent en une bande conductrice qui est attachée à l'épaule avec une boucle. Ce dernier est relié au fil de terre.

Avec cette méthode, le courant traversant le corps humain est limité. Sa valeur ne doit pas dépasser un milliampère. Des valeurs plus élevées peuvent provoquer des douleurs et des blessures électriques.

Lors de la décharge de la charge au sol, il est important de s'assurer de la cadence de sa décharge en une seconde.Des revêtements de sol à faible résistance électrique sont utilisés à cet effet.

Lorsque vous travaillez avec des cartes à semi-conducteurs et des composants électroniques, une protection contre les dommages causés par l'électricité statique est également fournie :

• contournement forcé des bornes des cartes et blocs électroniques lors des inspections ;

• utiliser des outils et des fers à souder avec des têtes de travail mises à la terre.

Les conteneurs de liquides inflammables situés sur les véhicules sont reliés à la terre par une chaîne métallique. Même le fuselage de l'avion est équipé de câbles métalliques qui servent de protection contre l'électricité statique lors de l'atterrissage.