ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ОБРАЗОВАНИЯ И

НАКОПЛЕНИЯ ЗАРЯДОВ СТАТИЧЕСКОГО ЭЛЕКТРИЧЕСТВА

Цель работы: исследовать процесс образования электрических зарядов при пневматическом транспортировании диэлектрических материалов; научиться оценивать опасность искровых разрядов с заряженных поверхностей материалов, оборудования.

Приборы и оборудование: лабораторная установка, измеритель электрических зарядов ПК2-3А.

Общие положения

Интенсификация технологических процессов, увеличение скоростей транспортировки и переработки твердых и жидких диэлектрических материалов приводят к появлению зарядов статического электричества на перерабатываемом материале и поверхностях оборудования.

В основе образования статического электричества лежат очень сложные процессы, зависящие от множества факторов. Наиболее распространена гипотеза контактной электризации веществ и материалов. Согласно этой гипотезе, электризация возникает при соприкосновении двух разнородных веществ в силу неуравновешенности атомных и молекулярных сил на поверхности соприкосновения. При этом происходит перераспределение электронов или ионов веществ с образованием двойного электрического слоя с противоположными знаками зарядов. Величина контактной разности потенциалов зависит от диэлектрических свойств соприкасающихся поверхностей, их состояния, величины давления, сжимающего поверхности, от влажности и температуры поверхности и окружающей среды.

При разделении поверхностей, между которыми возникла контактная разность потенциалов, каждая из них сохраняет свой заряд, а контактная разность потенциалов по мере уменьшения емкости между поверхностями может достичь десятков и сотен киловольт, и при достижении порогового значения, определяемого электрической прочностью газовой среды, возникает искровой заряд (рис. 11.1).

Основными величинами, характеризующими способность раз- личных веществ электризоваться, являются ихдиэлектрическая проницаемость и удельное сопротивление . Материалы с одинаковым удельным электрическим сопротивлением, а также с менее 10⁷ Ом×см практически не электризуются.

V – скорость разделения поверхностей; I_о – ток, обусловленный омической проводимостью разделяющихся поверхностей; I_и – ток ионизации в зазоре между разделяющимися поверхностями

Величина заряда на поверхности материала зависит также от скорости разделения поверхностей, т.е. от интенсивности технологического процесса.

Основная опасность электризации в производственных процессах – возможность воспламенения горючей смеси искровыми разрядами. Однако разряд статического электричества , ощущаемого человеком как болезненный укол, может явиться косвенной причиной несчастного случая.

Воспламеняющая способность искровых разрядов зависит от их энергии W, Дж, которая при разряде с проводящей поверхности может быть рассчитана по формуле

W = 0,5×CU²,

где С – электрическая емкость заряженной поверхности, Ф; U – потенциал заряженной поверхности, В.

Условием воспламенения взрывоопасной смеси искрой разряда статического электричества является превышение энергии, выделяемой при искровом разряде, над минимальной энергией, необходимой для воспламенения смеси.

Минимальная энергия воспламенения различных горючих смесей приведена в табл.11.1 и 11.2.

Таблица 11.1

Минимальная энергия, необходимая для воспламенения паро- и

газовоздушных смесей

Таблица 11.2

Минимальная энергия, необходимая для воспламенения некоторых пылевоздушных смесей

В производственных условиях часто встречаются случаи возникновения разрядов между заряженным диэлектриком и заземленным проводником. Энергия искрового разряда с заряженной диэлектрической поверхности значительно меньше энергии разряда с проводящей поверхности, т.к. разряжается не вся заряженная поверхность диэлектрика, а лишь небольшой участок малой емкости, для которого напряженность электрического поля достигла пробивного значения. Энергия разряда с диэлектрической поверхности может быть определена лишь экспериментально.

На воспламеняющую способность электрической искры влияет ряд факторов. Наиболее существенные из них – концентрация, температура и давление взрывоопасной смеси.

Предупреждение накопления зарядов статического электричества на проводящих объектах достигается заземлением оборудования. При этом сопротивление заземляющих устройств не должно превышать 100 Ом.

Для предотвращения накопления зарядов статического электричества на диэлектриках применяют индукционные, высоковольтные и радиоизотопные нейтрализаторы.