УЧЕБНЫЙ ВОПРОС №2. Воспламеняющая способность искр статического электричества и его физиологическое воздействие на организм человека.

Когда на разделенных поверхностях веществ образуются электрические заряды Q и эти поверхности становятся пластинами конденсатора с емкостью С, между ними возникает напряжение U, равное

U = Q / C, (9.1)

где U – напряжение, В; С – емкость, Ф; Q – заряд, Кл.

Энергия искры (W_и, Дж), способной возникнуть под действием этого напряжения (или напряжения между пластиной и каким-либо заземленным предметом), может быть оценена по запасенной конденсатором энергии

W_и = 0,5 СU², (9.2)

поэтому воспламеняющую способность искровых зарядов характеризуют в основном их энергией. Однако формула (9.2) не может быть использована для расчета энергии разряда между заряженными диэлектрическими поверхностями, так как только часть накопленного заряда на диэлектрике может быть перенесена в разряде.

Реальная воспламеняющая способность электрической искры зависит от концентрации, температуры и давления взрывоопасной смеси. Условием воспламенения (взрыва) такой смеси от искры статического электричества является следующее:

W_и W_min, (9.5)

где W_и – энергия разряда статического электричества с заряженного материала (зависит от свойств материала, конструкции аппарата, технологического процесса и др.); W_min – минимальная энергия зажигания горючей смеси, образование которой возможно в данном технологическом процессе (зависит только от свойств горючей смеси и является характеристикой чувствительности ее к воспламенению), определяется экспериментально.

Таким образом, статическое электричество может вызвать воспламенение взрывоопасной смеси при совокупности следующих условий:

наличии источника статических электрических разрядов;

накоплении значительных зарядов на контактирующих поверхностях;

достаточной разности потенциалов для электрического пробоя среды;

наличии достаточной запасенной электрической энергии;

возможности возникновения электрических разрядов.

Отсутствие любого из условий исключает пожаровзрывоопасные последствия статического электричества.

Условие безопасности от статического электричества может быть выражено неравенством

W_и 0,4W_min. (9.6)

В пожаро- и взрывоопасных производствах реальную опасность представляет «контактная» электризация людей, работающих с движущимися диэлектрическими материалами (при прорезинивании тканей, покрытии резиной кордов на каландрах, обработке синтетических тканей и нитей, полимерных пленок и т.д.). На человеке накапливается статическое электричество, которое при соприкосновении человека с заземленным предметом вызывает искры и воспламенение смеси. Энергия разряда этой искры может составлять 2,5-7,5 мДж. Кроме того, такое электричество оказывает неприятное физиологическое воздействие на человека, вызывая слабые, умеренные или сильные уколы или удары, зависящие от энергии разряда. Так как ток при этом незначителен, уколы и удары непосредственную опасность для человека не представляют. Но известны случаи с тяжелым исходом, когда искра, проскакивающая между телом человека и заряженным объектом, вызывает испуг, сопровождающийся непроизвольными нескоординированными движениями и соприкосновением с неогороженными вращающимися частями машин, падение с высоты и т.п. Длительное воздействие статического электричества является причиной ряда заболеваний.

Исследованиями установлены допустимые уровни напряженности электростатических полей на рабочих местах и сформулированы технические требования к средствам защиты, обеспечивающим снижение вредного воздействия полей на человека [48, 49, 50, 15]. Время t пребывания на рабочем месте ограничивается при напряженности поля 20 кВ/м или более. Так при 60 кВ/м t=1 ч, а при 20 кВ/м t=9 ч. Промежуточные значения Е_доп в пределах временного интервала от 1 до 9 часов определяют по формуле Е_доп=60/ . Сверхнормативное систематическое воздействие на организм человека электростатического поля может вызвать функциональные изменения центральной нервной, сердечно-сосудистой, нейрогуморальной и других систем организма.

Чтобы исключить формирование воспламеняющих разрядов с человека, необходимо обеспечить быструю утечку зарядов. С этой целью уменьшают сопротивление обуви и пола. В производствах, где существует опасность воспламенения взрывоопасных смесей разрядом с человека, необходимо обеспечивать работающих электропроводящей (антистатической) обувью (например, с кожаным верхом и подошвой из электропроводящей резиновой пластины).

Обувь считается электропроводящей, если электрическое сопротивление между электродом в форме стельки, находящимся внутри обуви, и наружным электродом меньше 10⁷ Ом.

Покрытие пола считается электропроводящим из бетона толщиной 3 см, спецбетона или пенобетона, ксилолита, настила из антистатической резины и т.д.

Особое внимание устранению электрического заряда с человека следует уделять при выполнении некоторых ручных операций (промывка, чистка, протирка, проклеивание, прорезинивание) с применением бензина, бензола, ацетона, резинового клея и т.п.