Wyładowania elektrostatyczne
Elektryczność statyczna jest obecna praktycznie wszędzie. W życiu codziennym wyładowania elektrostatyczne postrzegamy jako bolesną, lecz niegroźną uciążliwość. W środowisku przemysłowym, gdzie występują palne i wybuchowe atmosfery, ich skutki mogą być jednak katastrofalne. Każdego roku dochodzi do licznych pożarów i wybuchów, których przyczyną są właśnie wyładowania elektrostatyczne.
Aby zrozumieć, jak poważne jest to zagrożenie, oraz móc je kontrolować we właściwy sposób, należy poznać zasady powstawania ładunków elektrostatycznych.
Każdy proces przemysłowy, któremu towarzyszą ruch, stykanie i rozdzielanie się różnego typu materiałów, prowadzi do zjawiska elektryzacji, czyli gromadzenia na danym obiekcie nadmiaru ładunków o tym samym znaku. Elektryzację mogą powodować np. płynąca w rurociągu ciecz, zsuwający się po rynnie zsypowej proszek, proces mieszania, a nawet osoba chodząca po posadzce. Jeśli obiekt, który ulega elektryzacji, posiada wystarczająco dobry kontakt z ziemią, ładunek zostanie rozproszony z chwilą powstania. Jeśli jednak przedmiot ten będzie odizolowany od ziemi poprzez np. powłokę malarską, laminat, gumowe uszczelki czy podeszwy obuwia, będzie on gromadził ładunki, a jego potencjał elektrostatyczny będzie wzrastał. W chwili, gdy w jego pobliżu znajdzie się przedmiot o niższym potencjale, może dojść do wyładowania elektrostatycznego – zjawiska charakteryzującego się wysokim napięciem, które jest zdolne do zapłonu wielu typów atmosfer.
Jak dochodzi do wyładowania elektrostatycznego?
Naładowanie elektryczne przedmiotów rośnie, gdy rezystancja ścieżki od naładowanego obiektu do ziemi uniemożliwia odprowadzanie ładunków. Kiedy dwa przedmioty o różnych potencjałach elektrycznych znajdą się w pobliżu, powstaje między nimi pole elektryczne. W przypadku, gdy jego wartość przekracza wytrzymałość przebiciową atmosfery pomiędzy tymi ciałami, może dojść do wyładowania iskrowego. Energię potencjalną elektrostatycznego wyładowania iskrowego W [mJ] można obliczyć, znając pojemność przedmiotu, na którym gromadzą się ładunki C [pF], oraz potencjał przedmiotu, wywołany gromadzeniem się ładunków V [kV]:
W = ½ CV2
Przykład:
Bazując na powyższym wzorze, możemy obliczyć, iż człowiek o pojemności 200 pF w wyniku tzw. elektryzacji może naładować się elektrycznie do poziomu 30 kV [IchemE]. W efekcie istnieje możliwość wyładowania elektrostatycznego, którego energia osiągnie wartość 90 mJ.
Pobierz PDF: Jak przekonać zarząd do poprawy bezpieczeństwa wybuchowego?
Zdobądź argumenty, poznaj przykłady, wykorzystaj nasze dane do Twojej prezentacji.
- Poznaj przyczyny i skutki wybuchów w różnych branżach.
- Dowiedz się, jak do bezpieczeństwa podchodzą inne firmy oraz jak wygląda proces zabezpieczania instalacji krok po kroku.
- Sprawdź, dlaczego 80% zakładów przemysłowych w Polsce nie spełnia wymagań Dyrektywy ATEX
- Poznaj, dlaczego najdroższe nie zawsze znaczy najlepsze
- A na koniec zdobądź argumenty dla wciąż nieprzekonanych, w zależności od stanowiska, jakie zajmują.
Do procesów najbardziej zagrożonych wybuchem w wyniku wyładowania elektrostatycznego należą między innymi:
- załadunek i rozładunek cystern drogowych i kolejowych,
- napełnianie i opróżnianie różnego typu zbiorników, kegów i beczek,
- przelewanie, dozowanie i mieszanie.
Wyżej wymienione procesy technologiczne występują praktycznie w każdym zakładzie produkcyjnym, dlatego też bardzo ważne jest, aby ich użytkownicy mieli świadomość zagrożenia oraz wiedzę na temat przeciwdziałania zjawisku wyładowań elektrostatycznych.
Tab.1. Energia potencjalna w typowych elementach instalacji. Źródło: UK IChemE.
Przedmiot | Pojemność (pF) | Energia | Energia |
|---|---|---|---|
Autocysterna | 5000 | 250 | 2250 |
Człowiek | 200 | 10 | 90 |
Wiadro stalowe | 20 | 1 | 9 |
Kołnierz 100 mm | 10 | 0,5 | 4,5 |
Minimalna energia zapłonu (pol. MEZ, ang. MIE) to najmniejsza energia, która jest wystarczająca do spowodowania zapłonu najłatwiej zapalnej atmosfery wybuchowej w określonych warunkach badania.
Typowe wartości MEZ są zmienne w zależności od tego, czy atmosfera zapalna zawiera opary, pył lub gaz, przy czym wiele powszechnie używanych rozpuszczalników wykazuje wartość MEZ poniżej 1milidżula.
Tab. 2. Minimalna energia zapłonu (MEZ) dla oparów i pyłów. Źródło danych: UK IChemE.
Opar cieczy | MIE (mJ) | Chmura proszku | MIE (mJ) |
|---|---|---|---|
Propanol | 0,65 | Mąka pszenna | 50 |
Octan etylu | 0,46 | Cukier | 30 |
Metan | 0,28 | Aluminium | 10 |
Heksan | 0,24 | Żywica epoksydowa | 9 |
Metanol | 0,14 | Cyrkon | 5 |
Dwusiarczek węgla | 0,01 | Niektóre półwyroby farmaceutyczne | 1 |
Uziemienia elektrostatyczne
Uziemianie stałych elementów instalacji takich jak rurociągi, silosy, pompy itp. jest stosunkowo łatwym i dobrze rozpoznanym zadaniem. Sytuacja komplikuje się jednak w przypadku obiektów, które nie są w sposób stały powiązane z instalacją. Mowa tu m.in. o autocysternach, cysternach kolejowych, beczkach, pojemnikach IBC czy mobilnych kadziach mieszalników. W takich sytuacjach konieczne jest stosowanie specjalnie zaprojektowanych urządzeń do tymczasowego łączenia i uziemiania różnego typu obiektów.
W praktyce do uziemiania mobilnych elementów instalacji procesowych stosuje się przewody wyposażone w specjalne klamry. Wolny koniec tych przewodów mocuje się na stałe do zweryfikowanego punktu uziemiającego (np. bednarki), natomiast klamrę zaciska się na uziemianym przedmiocie.
Istnieją również rozwiązania, które nie tylko służą do łączenia i uziemiania przedmiotów, ale także weryfikują, czy dane połączenie zostało wykonane prawidłowo, a w przypadku negatywnej odpowiedzi blokują proces. Tego typu układy elektroniczne określa się mianem kontrolerów uziemienia.
Niezależnie, czy uziemienie zostało wykonane za pomocą prostego przewodu z klamrą, czy też systemu z kontrolerem, jego rezystancja nie może przekraczać 10 omów – jest to wartość normatywna.
Główną przyczyną znanych z przemysłu wypadków spowodowanych wyładowaniem elektrostatycznym są przedmioty odizolowane od ziemi, będące w stanie gromadzić ładunki elektrostatyczne. W literaturze określane są one mianem izolowanych przewodników (ang. isolated conductors). W praktyce najczęściej są to metalowe kołnierze, złączki bądź zawory na rurociągach, beczki, pojemniki, węże, cysterny drogowe lub kolejowe, jak również ludzie. W wymienionych przypadkach barierę dla swobodnego przepływu elektronów do ziemi mogą stanowić różnego typu uszczelki, opony pojazdów, podeszwy obuwia, farby i powłoki zabezpieczające, nieprzewodzące elementy konstrukcji, zanieczyszczenia oraz wiele innych.
Podział systemów uziemiających ze względu na ich cechy charakterystyczne
W poniższej tabeli przedstawione zostały najważniejsze cechy poszczególnych typów systemów uziemiających oferowanych przez GRUPĘ WOLFF.
Tab. 3. Cechy charakterystyczne i korzyści dla użytkownika poszczególnych typów systemów uziemiających.
Cecha charakterystyczna systemu uziemiającego | Earth-Rite® | Bond-Rite® | Cen-Stat™ |
|---|---|---|---|
Styki bezpotencjałowe umożliwiające sterowanie urządzeniami zewnętrznymi, np. pompą, sygnalizacją świetlną lub dźwiękową | ✓ | ||
Ciągły monitoring stanu połączenia uziemiającego | ✓ | ✓ | |
Wbudowany sygnalizator świetlny informujący operatora (światło czerwone/zielone) o aktualnym stanie połączenia uziemiającego | ✓ | ✓ | |
Zaciski z dopuszczeniem ATEX / FM z ostrymi zębami z węglika wolframu, zdolnymi przebić się przez warstwę farby, laminatu, zanieczyszczeń itp. | ✓ | ✓ | ✓ |
Odporne mechanicznie oraz chemicznie kable, zabezpieczone wytrzymałą osłonką hytrelową | ✓ | ✓ | ✓ |
Zasady bezpieczeństwa elektrostatycznego
- Należy zawsze stosować atestowane zaciski uziemiające, kable i urządzenia.
- Należy sprawdzić wszystkie właściwości uziemienia, a w miejscach, gdzie wymagany jest wyższy poziom bezpieczeństwa, należy użyć systemów sprawdzania prawidłowego uziemienia.
- Należy upewnić się, że personel pracujący w obszarze zagrożonym rozumie ryzyko zapłonu i przestrzega procedur bezpieczeństwa.
- Należy zapewnić odpowiedni program konserwacji w celu utrzymania prawidłowego uziemienia.
