Защита от статического электричества

Статическое электричество кажется шуткой людям, не знакомым с генератором Роберта Ван де Граафа. Сегодня рассмотрим меры защиты от статического электричества и расскажем, почему появляются молнии. Потом применим часть знаний на практике в сфере нефтяной промышленности. Вы узнаете, как производится защита антенны, почему молния всегда бьёт в одно место. Благодаря статическому электричеству разряд выбирает на равнине исключительно высокие деревья. Нельзя прятаться у подножия дерева во время грозы. Тема сегодняшней беседы – защита от статического электричества.

Статическое электричество в природе

Все течёт – все остаётся прежним. Раньше требовалась защита пылесоса от статики, сегодня просто применяют улучшенные материалы. Всегда остаётся возможность накопления зарядов. В этом свете защита микросхем от статического электричества тревожит умы. Электростатическое напряжение прежде весьма подходило для развлечения публики и получения прибыли от лекций профессоров. К примеру, учёные умы развлекались подобным образом:

Пример статического электричества

1. Беспризорник заряжался статическим электричеством путём трения зарядом определённого знака.
2. Потом экспериментатор дотрагивался до носа испытуемого.
3. Раздавался щелчок электрического разряда, часть денег перекочёвывала к беспризорнику.
4. В результате все оставались довольны: зрители, увидевшие статическое электричество в действии, беспризорник, заработавший на кусок хлеба, и профессор, поднявший собственную популярность.

Статическое электричество замечено ещё в Древней Греции, но первое достоверное описание, как и математическую модель, придумал Кулон по истечению веков. Кулон придумал понятие электрического заряда, объяснил механику взаимодействия тел, обладающих избытком электронов либо недостатком.

Оказалось, диэлектрические материалы, наподобие эбонитовой палочки, сосредотачивают избыток положительных или отрицательных зарядов на ограниченном участке. Объяснение дали позднее. Оказывается, чтобы распределить заряды равномерно по поверхности, материал должен обладать электропроводностью. Подобным образом в единый класс выделили металлы. Потом последовал ряд открытий по статическому электричеству:

• Оказывается, если приблизить к металлическому предмету заряд, одноименные утекают на противоположную сторону. На первой остаётся избыток носителей противоположного знака.

Фокусники людям несведущим демонстрировали занимательное явление. Металлический стержень, изолировался (к примеру, лаком) от статического электричества, сосредоточенного на тонкой золотой пластинке, укреплённой в нижней части. Когда маэстро подносил «волшебную палочку», натёртую о кролика, к противоположному концу оси, лепесток поднимался. Зрители не видели – но до опыта пластинка золота заряжалась носителями нужного знака (путём трения). Когда магическая палочка приближалась к стержню, на концах создавалась разница потенциалов. В результате пластинка, будучи заряжена статическим электричеством соответствующе, отталкивалась.

Прохождение заряда между людьми

• Заряд способен переходить между телами.

На примере прежнего макета фокусник действовал так: палочка приближалась к стержню, потом они соприкасались. Поверхностная плотность зарядов статического электричества уравнивалась (с пропорцией). При удалении жезла пластинка все равно оставалась висеть в воздухе. Представляете, какое воздействие статическое электричество производило на зрителей? Но необходимость устройства защиты объясняется даже не описанным фокусом.

• Третьим эффектом смог поразить аудиторию Роберт Ван де Грааф (американский физик, 1901 – 1967). Он придумал оригинальное приспособление для нагнетания потенциала статического электричества на поверхность стального шара.

Смысл: конвейерная лента тёрлась о стекло и шла по кольцевой траектории к металлической сфере. Движущийся материал диэлектрик, заряд статического электричества никуда не терялся. Но шар обладал большой поверхностью, вдобавок проводил ток. За счёт происходящего малый участок сильно заряженной ленты начинал отдавать носители. И сфера заряжалась статическим электричеством. Юмористам и шутниками не рекомендуем трогать такую вещицу, стандартные методы защиты способны не сработать: потенциал диковинки превышал 1 МВ (мегавольт, миллион вольт). В результате был создан генератор Ван де Граафа, достигнувший 7 МВ.

• Защита трубопроводов в нефтяном бизнесе потребовалась не из-за способности тел (труб) передавать или принимать заряд. При некоторой напряжённости поля (разнице потенциалов) статическое электричество выливалось в грозу.

Как известно, молния вызвана ионизацией молекул воздуха в точках между заряженными частями. Возникает дорожка плазмы. Подобие воздушного электролита. Он переносит заряды, так возникает дуга (сварщика).

Молниезащита дома

Молниезащита стоит на каждом самолёте: в задней части крыла присутствуют приспособления, оканчивающиеся ворохом тончайших стальных проволочек, приземляясь, машина не бьёт полосу молнией (что легко приводит к взрыву). Вместо этого избыток носителей образует искру и стекает назад во время движения летательного аппарата в виде плазмы. Подобные меры активно применяются автолюбителями, но излишек отдаётся Земле. Наша планет электропроводна, охотно принимает статические заряды, чтобы распространить их по поверхности, потом процесс угасает, компенсируется ветрами, водами, потерями в толще почвы и прочими эффектами.

Меры борьбы со статическим электричеством

Собственно, защита оборудования от статического электричества частично уже рассмотрена. Это стекатели транспортных средств. Часто применялся отрез резины, но работает исключительно в сырую погоду. Когда машина едет по дороге, трение пылью и молекулами воздуха провоцирует возникновение статического заряда. Сухая резина диэлектрик, стекание происходит неэффективно. В сырую погоду задача решается полностью. Одновременно риск поражения человека низок в сухой среде, резины чаще хватает.

Когда организуется защита от статического электричества на производстве, руководствуются стандартами. К примеру, нефтяники обращаются к постановлению Госгортехнадзора от 20.05.2003 года. Документы сообщают, что любое оборудование с металлическими корпусом и любым типом окраски считается защищённым, будучи заземлено. При этом сопротивление до входа в шину местного контура не более 10 Ом. Проверьте компьютер при помощи тестера и правильно оборудованной розетки.

Заземление в жилых и промышленных зданиях

Удостоверьтесь, чтобы сопротивление от дальней точки каждой пластины системного блока до боковых лепесток не превышало 10 Ом. Кстати, по указанным стандартам контур обязан умещаться в рамки до 5 Ом относительно Земного шара. Заземление ведётся жилой сечением 6 квадратных миллиметров по меди или 10 по алюминию. Возьмите на заметку, если появится желание уберечься одновременно от молний и статического электричества. По нормативам стандартов группы TN-С-S допускается заземление в доме присоединять (под фундаментом) к контуру молниезащиты.

Что часто делается на практике. Кабель для защиты от статического электричества известен. Для работников цехов и лабораторий, связанных с компьютерной техникой, мероприятия по защите на описанном не ограничиваются. Допускается купить специальные плиты для пола, но дома проще ограничиться набором:

1. Средства защиты от статического электричества начинаются с наличия на рабочем месте клеммы заземления. Это отвод в виде болта с гайкой, ушком для подключения ряда устройств.
2. Люди, имеющие дело с микросхемами, как правило надевают на обе руки специальные антистатические браслеты. Запрещены шерстяные свитера, но дополнительно образовавшийся заряд призван сразу стекать.
3. Особая обувь (материал подошвы в основном) препятствует накоплению статического заряда. Если работаете с дорогими микросхемами, потратьте пару тысяч рублей, чтобы сэкономить (уберечь от потери) миллионы.
4. Что касается крупных предприятий, правила защиты от статического электричества в производствах часто требуют применения углублённых шагов. В продаже найдутся брюки, куртки и костюмы из специальной ткани. Такой служащий уже не гроза для чуткого электронного оборудования. Стоит подобный комплект зачастую дешевле ежедневной одежды работника (иногда не дотягивает до пары приличных кроссовок). Имеются утеплённые варианты для холодных условий Севера (не забываем про нефтяников).

Антенны часто стоят на крыше, в первую очередь требуется защита. За счёт трения облаков и ветров в атмосфере копится статическое электричество. Плотность зарядов одинаковая из постоянного перемещения воздушных масс. Ионизация наступает там, где расстояние до неба меньше. Это пики деревьев. Когда речь идёт о городе, мишенями становятся крыши высотных зданий. С этой целью изготавливают молниеотводы. Пик устройства обязан превышать все предметы находящиеся на крыше.

Особенности организации молниезащиты обсуждаются в РД 34.21.122С. Обсуждается занос потенциала на этажи по пути труб, металлической оплётки кабелей. Для исключения явления указанные объекты на уровне подвала объединяются с заземлённой арматурой фундамента. Если это невозможно, выполняются дополнительные действия:

• Согласно п. 2.2 г РД 34.21.122С оборудуется контур.
• Состоит из трёх вертикальных стержней не короче 3 м с расстоянием между ними 5 м.
• Сечение элементов контура определяется таблицей 3 обсуждаемого раздела: градация ведётся в зависимости от места расположения и формы. Подземная часть собирается из круглых электродов диаметром не менее 10 мм. Прямоугольные выбираются по сечению в квадратных миллиметрах (40 наружная, 100 подземная), причём толщина арматуры не менее 4 мм. Наконец, круглые тоководы над поверхностью почвы не тоньше 6 мм.

Приведённых сведений хватает, чтобы понять: контур заземления в сравнение с рекомендациями огородников на Ютуб не идёт. В реальности все намного сложнее. Методы защиты интегральных микросхем выполняются согласно ГОСТ, а не по рекомендациям соседей. Кстати, на голове полагается шапочка, чтобы не падали волосы, а браслеты надеваются на обе руки.

Вместо заключения по защите от статического электричества

Случалось, графический адаптер выгорал от прикосновения к монитору. VGA адаптер сгорел, как и предполагалось, при проверке. На кинескоп подавался потенциал, снаружи тоже присутствовал заряд. Полагаем, правила защиты от статического электричества теперь отскакивают у читателей от зубов.