Electricitate statica

  • View
    333

  • Download
    0

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Curs Ex

Text of Electricitate statica

ELECTRICITATEA STATIC I

ELECTRICITATEA STATIC

Dr.ing. Mihaela PrianIng. Florin Adrian Pun

Ing. Muntean Florina

1.INTRODUCERE

Electricitatea static este un fenomen des ntlnit n practic. Ea poate s fie parte a unui proces tehnologic cum este de exemplu vopsirea n cmp electrostatic, tiprirea, sortarea materialelor n cmp electrostatic, .... De cele mai multe ori, ns, electricitatea static poate s apar ca un fenomen nedorit, ntmpltor care poate constitui un risc (incendii i explozii, detonarea intempestiv a capselor detonante electrice, acionarea intempestiv a aparaturii sensibile de comanda i control, oc electric la persoane) sau poate produce deranjamente n procese de prelucrare a materialelor, de exemplu, datorit lipirii foliilor.

De asemenea, electricitatea static poate duce la deteriorarea dispozitivelor electronice pe durata fabricrii, manipulrii sau utilizarrii lor

Problemele ce decurg din electricitatea static sunt cauzate n general de materialele neconductoare/electroizolante care se pot electriza cu uurin , pot acumula i reine sarcinile pe o perioad ndelungat i apoi pot descrca aceste sarcini cu o energie suficient de mare ca s cauzeze un risc. Descrcrile prilor conductive ncrcate, izolate, pot duce la scntei incendive, dar acestea pot fi prevenite cu uurin prin legare la pmnt.

ntre riscurile care pot s fie generate de electricitatea static, acela de iniiere a unei atmosfere explozive sau a explozivilor propriu-zii ocup un rol important nruct exploziile pot duce la imense pagube materiale i la pierderi de viei omeneti.

2. FORMAREA, ACUMULAREA I DESCRCAREA SARCINILOR ELECTRICE

Mecanisme de electrizare:

- electrizarea prin contact ;

- prin influen (inducie).

Valoarea potenialului conductorului izolat este dat de relaia:

V = I ( R (1 e-I/R)

unde:

V - potenialul conductorului (V);

C - capacitatea electric (F);

R - rezistena electric de scurgere la pmnt (();

I - curentul de ncrcare electrostatic (A);

t - timpul de la nceperea ncrcrii.

Vmax = I ( R

Frecarea, un caz particular al electrizrii de contact este adesea responsabil de electrizri majore care duc la riscuri deosebite n prezena unei atmosfere explozive sau a altor dispozitive de siguran sensibile.

Fig 3 Exemple de electrizare

Principalii factori care determin gradul de electrizare a materialelor /produselor prin frecare sunt: natura materialelor, suprafaa de contact, presiunea de contact, viteza de deplasare relativ, frecvena/durata frecrii i condiiile de mediu.

TIPURI DE DESCRCRI ELECTROSTATICE

Sarcina acumulat pe un solid sau pe un lichid creeaz pericol doar daca aceasta este transmisa pe un alt corp sau catre pamnt. Aceste descrcri variaza mult ca tip i grad potential de iniiere.

Scnteile

O scnteie reprezinta o descrcare ntre doi conductori solizi sau lichizi. Se caracterizeaz printr-un canal de descrcare luminos foarte bine definit ce transporta un curent cu densitate mare. Ionizarea gazului din canal este completa pe toata lungimea sa. Descrcarea este foarte rapida i de mare intensitate.

O scnteie are loc ntre doi conductori atunci cnd intensitatea cmpului dintre ei depaseste puterea electrica a atmosferei. Diferenta de potential dintre conductori necesara pentru a produce declansarea depinde att de forma ct i de distanta dintre conductori. De exemplu, intensitatea cmpului de descrcare necesara pentru suprafete plane sau cu raza mare de cel putin 10 mm fiecare este de cca. 3 MVm-1 pentru cazul aerului normal i creste odata cu descresterea distantei dintre ele.

Deoarece obiectele ntre care se formeaza scnteia sunt conductori, majoritatea sarcinii stocate trece prin scnteie. n practica, aceasta disipeaza majoritatea energiei stocate. Energia scnteii ntre un corp conducator i un obiect legat la pamntare bun conducator poate fi calculata utiliznd formula de mai jos:

W = QV = 1/2CV2

unde:

W este energia disipata, n jouli;

Q este cantitatea de sarcina a conductorului, n coulombi;

V este potentialul, n volti;

C este capacitatea, n farazi.

Aceasta este valoarea maxima a energiei iar energia din scnteie este mai mica daca exista o anumita rezistenta n calea de descrcare la pamnt.

Valorile tipice pentru capacitatile conductorilor sunt date n tabelul 1.

Tabelul 1:Valorile capacitatilor pentru conductori tipici

Obiect Capacitate

pF*

Elemente metalice mici (recipiente, mufe)10 20

Containere mici (recipiente,tamburi de 50l)10 100

Containere de marime medie (de la 250l la 500l)50 300

Elemente de importanta mare dintr-o uzina

(vase de reactie) aflate n vecinatatea unei retele de pamntare100 1000

Corpul uman100 300

* 1 pF = 1x10-12 F

Exemplu de calcul a energiei de descrcare a scnteii:

O toba metalica nelegata la reteaua de pamntare este umpluta cu praf de la o unitate de mrunit. ntr-o astfel de situaie; curentul de ncarcare I, poate fi 10-7 A; o rezistenta de scurgere la pamnt a tobei R, 1011 (; iar capacitatea sa C = 50 pF. Tensiunea maxima pe toba va fi:

Vmax = IR = 10 kV

si energia maxima eliberata la descrcarea scnteii este:

Wmax = 1/2CV2max= 2,5 mJ

Corona

Acest tip descrcare are loc n zonele ascutite sau la marginile conductorilor, de exmplu suprafete cu o raza mica de curbura. Corona poate avea loc cnd un astfel de conductor este legat la pamnt i miscat n directia unui obiect puternic ncarcat sau daca i se mareste foarte mult potentialul conductorului. Descrcarea are loc datorita faptului ca, cmpul electric n zona suprafetelor ascutite este foarte ridicat (( 3 MV/m). Deoarece cmpul situat mai departe de respectiva suprafata scade rapid zona de ionizare nu se ntinde departe de acest cmp. Poate fi directionat catre obiectul cu sarcina sau , n cazul unui conductor cu potential ridicat, poate fi directionat n directia opusa conductorului.

Descrcrile de tip Corona sunt dificil de observat dar n situatia unei lumini difuze se poate observa o mica plpire lnga respectivul punct. n afara acestei regiuni ionizate,ionii se pot mprastia, polaritatea lor fiind dependenta de directia cmpului. Densitatea energetica din descrcare este mult mai mica comparativ cu cea de la descrcarea de tip scnteie i de aceea descrcrile de tip Corona nu prezint pericol de initiere de incendii. Totusi n unele situatii, de exemplu, daca se nregistreaza o crestere a potentialului conductorului ascutit, efectul Corona se poate transforma ntr-o scnteie ntre respectivul conductor i un alt obiect.

Descrcri de tip perie

Aceste descrcri pot avea loc atunci cnd conductori rotunzi (opusi celor ascutiti) legati la reteaua de pamntare sunt deplasati catre obiecte ncarcate cu sarcina,slab conducatoare, de exmplu, ntre degetul unei persoane i o suprafata de plastic.

Aceste descrcri au o durata scurta,n conditii normale i pot fi observate i auzite. Spre deosebire de descrcrile tip scnteie, aceste descrcri au tendinta de a implica doar o mica parte din sarcina asociata cu sistemul iar descrcarea nu leaga doua obiecte. n ciuda acestui fapt, descrcrile de tip perie pot aprinde gazele i vaporii cei mai inflamabili. Nu exista nici o dovada totusi care s demonstreze ca pulberile, chiar i cele mai sensibile, pot fi aprinse de descrcrile de tip perie.

Descrcrile tip perie de propagare

Pentru acest tip de descrcare este necesar s existe o coala (un strat) de material de mare rezistivitate i cu o rezistenta dielectrica mare cu cele doua suprafete puternic ncarcate cu sarcina dar de polaritate opusa.

Descrcarea este initiata de o conectare electrica (scurtcircuit) ntre cele doua suprafete. De cele mai multe ori are o forma arborescenta stralucitoare i este nsotita de un zgomot puternic. Coala de material ncarcata bipolar poate fi libera n spatiu sau, de cele mai multe ori, s aiba o suprafata cu un contact intim cu un material bun conducator (n mod normal legat la reteaua de pamntare).

Scurtcircuitul poate fi obtinut prin:

strapungerea suprafetei (mecanic sau cu un echipament electric);

prin apropierea ambelor suprafete simultan de doi electrozi conectati electric;sau

atunci cnd una din suprafete este legata la reteaua de pamntare atingnd cealalta suprafata cu un conductor legat la reteaua de pamntare.

Descrcarea aduna cea mai mare parte din sarcinile distribuite de pe suprafetele slab conducatoare i la canalizeaza acolo unde are loc scurtcircuitul. Conditiile necesdare pentru acest tip de descrcare pot fi destul de dificil de ndeplinit, n special pentru cazul colilor groase. n majoritatea situatiilor o grosime mai mare de 8 mm este suficienta pentru a preveni descrcrile de tip perie de propagare. Pentru colile mai subtiri de aceasta valoare, este necesara o densitate de sarcina de suprafata de cel putin 2,5x10-4 C/m2.

O alta cerinta este aceea ca tensiunea de rupere prin materialul izolator s fie mai mare de 4 kV. Aceasta nseamna ca sarcina pe straturile de vopsea nu da nastere n mod normal la descrcri de tip perie de propagare.

NOT: Trebuie avuta mare atentie atunci cnd se utilizeaza criteriul de 4 kV. De exemplu straturile groase de materiale tesute sau poroase pot rezista la tensiuni mai mari de 4 kV dar nu genereaza descrcri de tip perie de propagare daca nu au incorporat un strat de material etans, de exemplu unul capabil s reziste la tensiuni mai mari de 4 kV.

Energia eliberata n cursul unor astfel de descrcri poate fi mare (1 J sau mai mare); depinde de zona, grosimea i densitatea de sarcina de suprafata a colii ncarcate. Descrcrile pot provoca aprinderea gazelor explozive, a vaporilor sau a atmosferel