L'électricité statique - qu'est-ce que c'est, comment elle est générée et les problèmes qui y sont associés

Qu'est-ce que l'électricité statique

L'électricité statique se produit lorsque l'équilibre intraatomique ou intramoléculaire est perturbé en raison du gain ou de la perte d'un électron. Normalement, un atome est en équilibre à cause du même nombre de particules positives et négatives - protons et électrons. Les électrons peuvent facilement se déplacer d'un atome à l'autre. En même temps, ils forment des ions positifs (là où il n'y a pas d'électron) ou négatifs (un seul électron ou un atome avec un électron supplémentaire). Lorsque ce déséquilibre se produit, de l'électricité statique est générée.

Pour plus de détails voir ici : À propos de l'électricité statique en images

Charge électrique sur un électron — ( -) 1,6 x 10-19 pendentif. Un proton de même charge a une polarité positive. La charge statique en coulombs est directement proportionnelle à l'excès ou au manque d'électrons, c'est-à-dire le nombre d'ions instables.

Le pendentif est l'unité de base de la charge statique, qui définit la quantité d'électricité traversant la section d'un fil en 1 seconde à 1 ampère.

Un ion positif n'a pas d'électron, par conséquent, il peut facilement accepter un électron d'une particule chargée négativement. Un ion négatif, à son tour, peut être soit un seul électron, soit un atome/molécule avec un grand nombre d'électrons. Dans les deux cas, il existe un électron capable de neutraliser la charge positive.

Comment l'électricité statique est générée

Les principales causes d'électricité statique :

• Contact entre deux matériaux et leur séparation l'un de l'autre (dont frottement, enroulement/déroulage, etc.).

• Une baisse rapide de la température (par exemple, lorsque le matériau est placé dans le four).

• Rayonnement à haute énergie, rayonnement ultraviolet, rayons X, champs électriques puissants (peu courants dans les applications industrielles).

• Opérations de découpe (par exemple sur des machines de découpe ou des machines à découper le papier).

• Manuel (électricité statique générée).

Le contact de surface et la séparation des matériaux sont probablement les causes les plus courantes d'électricité statique dans l'industrie des films en rouleau et des feuilles de plastique. Une charge statique est générée lors du déroulement/rembobinage des matériaux ou du mouvement de différentes couches de matériaux les unes par rapport aux autres.

Ce processus n'est pas complètement clair, mais l'explication la plus vraie de l'apparition de l'électricité statique dans ce cas peut être obtenue par analogie avec un condensateur plat, dans lequel l'énergie mécanique est convertie en énergie électrique lorsque les plaques sont séparées :

Contrainte résultante = contrainte initiale x (espacement final des plaques / espacement initial des plaques).

Lorsque le film synthétique touche le rouleau d'alimentation / enroulement, une légère charge s'écoulant du matériau vers le rouleau provoque un déséquilibre. Lorsque le matériau surmonte la zone de contact avec l'arbre, la tension augmente de la même manière que dans le cas de les armatures du condensateur au moment de leur séparation.

La pratique montre que l'amplitude de la tension résultante est limitée en raison du claquage électrique qui se produit dans l'espace entre les matériaux adjacents, la conductivité de surface et d'autres facteurs. A la sortie du film de la zone de contact, on peut souvent entendre un léger crépitement ou observer des étincelles. Cela se produit au moment où la charge statique atteint une valeur suffisante pour décomposer l'air ambiant.

Avant le contact avec le rouleau, le film synthétique est électriquement neutre, mais lors du mouvement et du contact avec les surfaces d'alimentation, un flux d'électrons est dirigé vers le film et le charge d'une charge négative. Si l'arbre est en métal et mis à la terre, sa charge positive se videra rapidement.

La plupart des équipements ont de nombreux axes, de sorte que la quantité de charge et sa polarité peuvent changer fréquemment. La meilleure façon de contrôler la charge statique est de la mesurer avec précision dans la zone située juste devant la zone à problème. Si la charge est neutralisée trop tôt, elle peut se rétablir avant que le film n'atteigne cette zone problématique.

Si l'objet a la capacité de stocker une charge importante et s'il y a une haute tension, l'électricité statique causera de sérieux problèmes tels que des arcs électriques, une répulsion/attraction électrostatique ou un choc électrique au personnel.

Charger la polarité

La charge statique peut être positive ou négative.Pour les limiteurs de courant continu (CA) et passifs (balais), la polarité de charge n'est généralement pas importante.

Problèmes d'électricité statique

Décharge statique dans l'électronique

Il est nécessaire de prêter attention à ce problème, car cela se produit souvent lorsque vous travaillez avec des blocs et des composants électroniques utilisés dans les appareils de contrôle et de mesure modernes.

En électronique, le principal danger lié à l'électricité statique provient de la personne qui porte la charge et ne doit pas être ignoré. Le courant de décharge génère de la chaleur, ce qui entraîne des connexions rompues, des contacts rompus et des traces de microcircuit rompues. La haute tension détruit également le film d'oxyde mince sur les transistors à effet de champ et d'autres éléments revêtus.

Souvent, les composants ne tombent pas complètement en panne, ce qui peut être considéré comme encore plus dangereux, car le dysfonctionnement n'apparaît pas immédiatement, mais à un moment imprévisible pendant le fonctionnement de l'appareil.

En règle générale, lorsque vous travaillez avec des pièces et des appareils sensibles à l'électricité statique, vous devez toujours prendre des mesures pour neutraliser la charge accumulée sur votre corps.

Attraction/répulsion électrostatique

C'est peut-être le problème le plus courant dans les industries du plastique, du papier, du textile et des industries connexes. Cela se manifeste par le fait que les matériaux modifient indépendamment leur comportement - ils se collent ou, au contraire, se repoussent, se collent à l'équipement, attirent la poussière, le vent irrégulier sur l'appareil récepteur, etc.

L'attraction/répulsion se produit conformément à la loi de Coulomb, qui repose sur le principe de l'opposé du carré. Dans sa forme la plus simple, il s'exprime comme suit :

La force d'attraction ou de répulsion (en Newtons) = Charge (A) x Charge (B) / (Distance entre les objets 2 (en mètres)).

Par conséquent, l'intensité de cet effet est directement liée à l'amplitude de la charge statique et à la distance entre les objets attractifs ou répulsifs. L'attraction et la répulsion se produisent dans la direction des lignes de champ électrique.

Si deux charges ont la même polarité, elles se repoussent ; si c'est le contraire, ils s'attirent. Si l'un des objets est chargé, il provoquera une attraction, créant une image miroir de la charge sur les objets neutres.

Risque d'incendie

Le risque d'incendie n'est pas un problème commun à toutes les industries. Mais la probabilité d'incendie est très élevée dans les imprimeries et autres entreprises qui utilisent des solvants inflammables.

Dans les zones dangereuses, les sources d'inflammation les plus courantes sont les équipements non mis à la terre et les fils mobiles. Si un opérateur dans une zone dangereuse porte des chaussures de sport ou des chaussures à semelles non conductrices, il y a un risque que son corps génère une charge qui peut enflammer les solvants. Les parties conductrices non mises à la terre de la machine sont également dangereuses. Tout ce qui se trouve dans la zone dangereuse doit être correctement mis à la terre.

Les informations suivantes fournissent une brève explication du potentiel d'inflammation de l'électricité statique dans les environnements inflammables. Il est important que les commerçants inexpérimentés connaissent à l'avance les types d'équipements afin d'éviter les erreurs dans la sélection des appareils à utiliser dans de telles conditions.

La capacité d'une décharge à provoquer un incendie dépend de nombreuses variables :

• type d'élimination;

• puissance de décharge ;

• source de décharge ;

• énergie de décharge ;

• la présence d'un environnement inflammable (solvants en phase gazeuse, poussières ou liquides inflammables) ;

• énergie minimale d'inflammation (MEW) d'un milieu inflammable.

Types de décharge

Il existe trois types principaux : les pinceaux à étincelles, à pinceaux et à glissement. Dans ce cas, la décharge coronarienne n'est pas prise en compte, car elle n'est pas très énergétique et se produit assez lentement. La décharge corona est généralement inoffensive et ne doit être envisagée que dans les zones à très haut risque d'incendie et d'explosion.

Une décharge sincère

Il provient principalement d'un objet modérément conducteur et électriquement isolé. Il peut s'agir d'un corps humain, d'une partie d'une machine ou d'un outil. On suppose que toute l'énergie de la charge est dissipée au moment de l'étincelle. Si l'énergie est supérieure à la MEW de la vapeur de solvant, une inflammation peut se produire.

L'énergie de l'étincelle est calculée comme suit : E (en Joules) = ½ C U2.

Décharge des mains

La décharge de brosse se produit lorsque des pièces d'équipement pointues concentrent la charge sur les surfaces de matériaux diélectriques dont les propriétés isolantes la font s'accumuler. Une décharge à balai a une énergie plus faible qu'une décharge à étincelles et présente donc moins de risque d'inflammation.

Étaler avec une brosse coulissante

La pulvérisation à la brosse coulissante se produit sur des feuilles ou des rouleaux de matériaux synthétiques à haute résistivité avec une densité de charge accrue et des polarités de charge différentes de chaque côté de la bande. Ce phénomène peut être causé par le frottement ou la pulvérisation du revêtement en poudre. L'effet est comparable à la décharge d'un condensateur plat et peut être tout aussi dangereux qu'une décharge par étincelle.

Source de puissance et d'énergie

La taille et la géométrie de la distribution de charge sont des facteurs importants. Plus le volume du corps est grand, plus il contient d'énergie. Les angles vifs augmentent l'intensité du champ et maintiennent les décharges.

Puissance de décharge

Si un objet avec de l'énergie ne se comporte pas bien électricitépar exemple un corps humain, la résistance de l'objet affaiblira l'éjection et réduira le danger. Pour le corps humain, il existe une règle de base : supposer que tous les solvants ayant une énergie d'inflammation interne minimale inférieure à 100 mJ peuvent s'enflammer, malgré le fait que l'énergie contenue dans le corps peut être 2 à 3 fois élevée.

Énergie minimale d'allumage MEW

L'énergie minimale d'inflammation des solvants et leur concentration dans la zone dangereuse sont des facteurs très importants. Si l'énergie minimale d'allumage est inférieure à l'énergie de décharge, il y a risque d'incendie.

Choc électrique

De plus en plus d'attention est portée à la question du risque de choc statique dans une entreprise industrielle. Cela est dû à une augmentation significative des exigences en matière de santé et de sécurité au travail.

Un choc électrique causé par l'électricité statique n'est généralement pas particulièrement dangereux. C'est juste désagréable et provoque souvent des réactions sévères.

Il existe deux causes courantes de choc statique :

Charge induite

Si une personne se trouve dans un champ électrique et tient un objet chargé, comme une bobine de film, il est possible que son corps se charge.

La charge reste dans le corps de l'opérateur s'il porte des chaussures à semelles isolantes jusqu'à ce qu'il touche l'équipement mis à la terre. La charge tombe au sol et frappe la personne. Cela se produit également lorsque l'opérateur touche des objets ou des matériaux chargés - en raison des chaussures isolantes, la charge s'accumule dans le corps. Lorsque l'opérateur touche les parties métalliques de l'équipement, la charge peut se décharger et provoquer un choc électrique.

Lorsque des personnes marchent sur des tapis synthétiques, de l'électricité statique est générée par le contact entre le tapis et les chaussures. Les chocs électriques que les conducteurs reçoivent lorsqu'ils sortent de leur voiture sont déclenchés par une charge accumulée entre le siège et leurs vêtements lorsqu'ils se lèvent. La solution à ce problème consiste à toucher une partie métallique de la voiture, comme un cadre de porte, avant de se lever du siège. Cela permet à la charge de s'écouler en toute sécurité vers le sol à travers la carrosserie et les pneus du véhicule.

Choc électrique induit par l'équipement

Un tel choc électrique est possible, bien qu'il se produise beaucoup moins souvent que les dommages provoqués par le matériau.

Si la bobine réceptrice a une charge importante, il arrive que les doigts de l'opérateur concentrent la charge à tel point qu'elle atteint le point de rupture et qu'une décharge se produit. De plus, si un objet métallique non mis à la terre se trouve dans un champ électrique, il peut se charger d'une charge induite. Puisqu'un objet métallique est conducteur, la charge mobile se déchargera dans la personne touchant l'objet.