化工企业电子设备的防静电措施.doc

化工企业电子设备的防静电措施 王水成 （中国平煤神马集团职工技术协会，河南平顶山467021） 摘要：在现代化工生产及原料、产品的质量检测分析工作中，大量使用自动化控制装置和仪器仪表等电子设备，这对安全生产和质量控制提出了更高、更严的要求。从保护电子设备的安全及保障生产正常运行的角度出发，阐述静电的产生机理、静电的危害性、克制静电的技术手段，侧重于探讨化工生产中静电对电子设备的危害及其防范措施。 关键词：化工；电子设备；静电；防范措施 ：X954：A Anti?staticMeasuresofElectronic EquipmentinChemicalEnterprises WANGShui?cheng （WorkersTechnicalAssociationofChinaPingMeiShenMa Group，PingdingshanHenan467021，China） Abstract：Automaticcontroldeviceandelectronicinformationequipmentsuchasinstrumentsandmetersarewidelyusedinmodernchemicalproductionprocessandqualityinspectionandanalysisofrawmaterialsandproducts，whichputsforwardhigherandmorestringentrequirementsforproductionsafetyandqualitycontrol.Fromthepointofviewofprotectingthesafetyandproductionofelectronicequipment，thisarticlediscussesthegenerationmechanismofstaticelectricity，theharmoftheelectrostatic，andtechnicalmeansofrestraint，focusingondiscussingtheharmandpreventionstrategyofstaticelectricitytoelectronicequipmentinchemicalproduction. Keywords：chemical；electronicequipment；staticelectricity; 1静电的起源 静电的产生是一个十分复杂的过程，它既由物质本身的特性所决定，又与很多外界因素有关。 1.1物质本身的特性 物质本身不含有静电，物体上的静电是在一定条件下产生的。例如，当两种不同的固体趋于接触，当两者作相距小于25cm（108）cm的紧密接触时，在两者的接触界面上便会产生电子转移现象，失去电子的一方带正电，得到电子的一方带负电。电子转移的结果，使接触面的一侧带正电，另一侧带负电，从而形成了“双电层”。“双电层起电概念”不仅适于解释固体与固体界面的静电荷转移，而且还能够说明固体与液体、液体与另一不相混溶的液体等情况下的接触静电起电问题。 可见，物体产生静电并不困难，然而，所产生的静电能否积聚，是由物质的电阻率所决定的。电阻率高的物质其导电性能差，使多电子的区域难以流失，同时，本身也难以获得电子；电阻率低的物质，其导电性较好，使多电子的区域较易流失，本身易获得电子。 通常情况下，汽油、煤油、苯、乙醚等物质的电阻率在10111015cm之间，容易积聚静电。水本来是导体，也是静电良导体，但是少量的水若混于油中，水滴与油液之间的相对流动就会产生静电。 紧密接触的两种物质在界面会产生电子转移，从而形成“双电层”，如果两种物质的两个接触表面的分离动作十分迅速，无论是绝缘体还是导体也将会带电。显然，摩擦作用能够增加物质的接触机会和分离速度，因此摩擦能够促进静电的产生。在生产过程中，物料的粉碎、筛分、滚压、搅拌、输送、喷涂和过滤等工序均存在着摩擦的因素，故接触起电是化工厂产生静电的主要途径之一。 某种极性离子或自由离子附着到对地绝缘的物体上时，能够使该物体带电，或者改变该物体的带电状况，这种现象即为附着带电。对液体而言，某种极性离子或自由电子附着于分界面上，并吸引极性相反的离子，因而在临近表面形成一个电荷扩散层。当液体相对分界面流动时，将电荷扩散层带走，导致正负电荷分离，即产生静电。在液液界面和液固界面均会产生附着带电。 在材料破断之前，无论其内电荷分布均匀与否，当破断之后均有可能在宏观范围内导致正负电荷分离，即破断带电。这种起电常发生在固体粉碎、液体分裂等过程中。 由于任何带电体周围都存在电场，在电场的作用下，电场内的导体将分离出极性相反的电荷。若导体与周围绝缘，导体将呈现电位，并有可能发生静电放电，这就是感应起电。 当一个带电体与一个非带电体接触时，电荷将在它们之间重新分配，即电荷迁移。生产中的带电雾滴或粉尘撞击固体、气体离子流射于初始不带电的物体上，均会产生电荷迁移现象。 1.2人体静电 对于静电而言，人体是活动着的导体，人又必须穿戴衣物和劳动保护用品。按照产生静电的原因，人体静电带电大体上可以分为以下四类。 （1）由于人体自身动作产生静电而引起的带电。如人体在工作中与本身以外的物体接触和摩擦，使人体带上静电；人在工作或运动时，由于自身的衣服、手套等与自身的劳动防护用品之间产生接触和摩擦，或这些物品与人体产生接触和摩擦而产生静电，使人体带电；人在走路时，绝缘的鞋底与地面之间产生接触和摩擦，鞋子带上静电，人体因感应而带上静电，若地面为高电阻率材料，导电性鞋将直接传递使人体带电。 （2）与带电体接触引起人体带电。如人体与大地绝缘并与带电物体直接接触时，静电荷向人体转移，从而导致人体带电；当悬浮状的带电微粒或离子附着于人体时，也可以导致人体带电。 （3）静电感应引起人体带电。如人体与大地绝缘并与带电物体接近时，因静电感应使人体形成等效的静电带电；当人体与高电压带电体靠近时，产生静电感应，人体形成等效的静电带电，同时，高电压附近产生的带电离子附着在人体上，也会使人体带静电。 （4）人体生理静电。如某些人因自身生理作用而产生的静电电压可高达数千伏，甚至高达数万伏，尽管是个别现象，但也必须高度重视。 2静电的危害 2.1静电对人体造成电击 静电电击就是由带电的人体触地放电，或由带电物体向人体放电，在人体流过电流而引起。当人体受到电击时，往往会发生手指尖负伤，或手指麻木等机能性损伤。若静电放电瞬间冲击电流通过人体的内部，对于人体的心脏、神经等部位均可造成一定程度的伤害。静电电击可导致工作人员产生精神紧张、思维混乱等恐怖情绪，从而使工作效率下降，并可能因此产生坠落、摔倒等二次伤害，其产生的连带后果不可预知。 2.2静电引起火灾和爆炸事故 在化工企业的生产工艺和检测分析过程中，高压气体的喷泄带电、液体摩擦搅拌带电、液体物料输送带电、粉体物料输送带电等起电现象，均有可能因产生静电而导致火灾和爆炸事故发生。人体带电现象同样也可以引发火灾爆炸事故。 2.3静电损害电子设备 2.3.1干扰电子设备的正常运行 静电放电本身就是一种电磁脉冲干扰，其特点是频带较宽，可达几百赫兹到几十兆赫兹，而且幅值较高，可达几十毫伏。这种电磁脉冲电磁场对于电子信息系统造成干扰的途径，主要是通过电容耦合、电感耦合或空间辐射耦合等。因为静电放电电流产生的场能够直接穿透设备，进入设备内部，或通过孔洞、缝隙、通风孔、输入和输出电缆等部位耦合到设备的敏感电路。静电放电电流一旦在系统内部形成流动，可以激发路径中所经过的等效天线，并辐射出电磁能量，其辐射能量产生的电磁噪声将干扰设备或系统的运行。上述等效天线的发射效率主要依赖于静电放电电流路径的尺寸和结构，静电放电脉冲所导致的辐射波长可以从几厘米到数百米。 从干扰作用的机理来看，如果静电放电所感应出的电压或电流幅值超过电路的电平信号，电路操作将出现失常。干扰作用效果与电路的阻抗有关，在高阻电路中，电流信号微弱，信号宜用电压电平来表示，此时电容耦合占主导地位，静电放电感应电压为主要因素；在低阻电路中，信号主要表现为电流形式，因此电感耦合占主导地位，静电放电感应电流将导致电路产生异常。 总之，静电放电干扰可以通过多种途径耦合到仪器仪表、电子计算机等信息控制与处理的电子设备及系统的低压电平数字电路中，导致电路电平发生非正常的翻转效应，进而出现误动作。还可能造成间歇式或干扰式失效、信息丢失或功能暂时破坏等不良后果。而当静电放电结束或干扰停止时，仪器设备或系统可能恢复正常，但造成的潜在损害或许会在以后的运行中造成致命失效，且这种失效无规律可循。 2.3.2造成半导体器件失效 静电能够损坏半导体器件和集成电路，特别是大规模集成电路（如MOS类型）和金属氧化物场效应晶体管（MOSFET）等。因此，半导体器件之类均为静电放电敏感器件。半导体器件对静电放电的敏感程度由器件对放电能量的消散能力和对电压的耐受能力来衡量。电子系统的体积越来越小型化，信息处理的速度越来越高速化，同时也带来半导体器件对静电的敏感度也越来越高。通常半导体的静电放电损伤主要有三种情况之一所造成，即直接对半导体器件的静电放电、带电半导体器件对其他导体的静电放电和场感应放电。 半导体器件静电损坏的失效类型主要有两种：一种是突发性失效，是指当半导体器件暴露在静电放电环境时，电路参数可能明显发生变化，器件的功能可能丧失，静电放电可能会引起金属熔化，造成断路或短路或者绝缘层击穿等，使器件的电路遭到永久性破坏；另一种是潜在性失效，是指当器件暴露在静电放电环境中时，可能引起器件的部分性能退化，但并不影响它发挥应有的功能，然而，器件的生命周期将大大缩短。 无论是单台的仪器仪表，或者是复杂的自动化检测与控制系统，只要其中的某个集成电路或晶体管等静电放电敏感器件发生故障，必将造成电子设备或系统的技术性能下降、部分功能丧失、发出错误指令等不良后果，甚至对生产和设备造成严重事故。 3防护静电危害的技术措施 3.1消除静电危害的基本途径 在化工生产企业中，绝对不产生静电是完全不可能的。产生静电是普遍存在的现象，而静电危害主要在于静电的积蓄，以及由此而产生的静电电荷的放电现象。预防静电危害应首先是控制静电起电率，防止危险静电源的形成；其次要增大电荷消散速率，防止电荷积聚；还要对现用的电子设备采取适当的处置措施以提高其抗电磁干扰能力。 对于不同的对象，静电作用的效果不同，形成的危害也不同。对化工企业的电子控制与分析装置而言，静电的危害主要表现为瞬态电磁干扰，使系统不能正常工作；或对人体造成电击而导致错误操作、损坏设备等；或静电吸附的灰尘、物料等微粒影响或破坏电子设备的工作。对此，控制静电的方法应在发生放电火花之前，为彼此分离的电荷提供一条通路，使其毫无危害地中和掉。针对不同的环境和不同的对象，应该采用不同的防静电危害技术和措施。其中，静电的接地与跨接、空气加湿和人体防静电是行之有效的实用方法。 3.2静电接地 所谓静电接地，是指静电物体通过导体、防静电材料或其制品等途径与大地在电气上可靠连接，确保静电物体与大地的静电电位接近。静电接地技术是增加静电泄漏的主要方式之一，也是消除静电的最简单最基本的方法，是所有静电危险场所必须采用的一项防护措施。 3.2.1接地类型 （1）直接接地：这种接地类型是将金属导体与大地之间进行导电性连接，从而使金属导体的电位接近于大地电位。 （2）间接接地：这种接地类型是为了使金属导体外部的静电导体和静电压导体进行静电接地，将其表面的全部或局部与接地的金属导体紧密相接，将此金属作为接地电极。 （3）跨接接地：这种接地类型是通过机械或化学的方法把金属物体之间进行结构固定，从而使两个或两个以上互相绝缘的金属导体进行导电性连接，以建立一个供电流流动的低阻抗通路，然后再接地。 3.2.2必须接地的对象 在化工企业中，凡是可能产生静电或易受静电危害的电子设备、电子设备附近的所有可能带电的装置或设施、使用导电性材料（如金属）制成的用于放置电子设备的工作台或设备架子等三类对象，必须实施直接接地。 对于同一场所中的两个及两个以上可能产生静电，或易受静电危害的电子设备除了分别接地外，其相互之间还应进行均压连接，以防止相互间由于存在电位差而放电；电子设备附近的可能带电的装置或设施之间若没有紧密的金属性连接，不能保证在任何情况下金属接触面具有良好的接合状态时，应当实施均压连接；电子设备与附近的可能带电装置或设施之间，也必须实施均压连接。 此外，在静电环境比较恶劣和具有火灾与爆炸危险或比较重要的场所，对地面的导电性应当有一定的要求，这些场所的地板应由适度导电的材料制成，如导电混凝土、导电橡胶、导电地毯等，利用其导电作用泄漏静电。 3.2.3接地方法 接地电子设备所用的接地支线和均压（跨接）线路必须采用铜芯绝缘导线，并且具有足够的机械强度和化学稳定性，其截面不得小于4mm2。移动设备必须采用多股软铜线，不得使用铁丝、铝导线，或其他不可靠、非正规的导体，其敷设方式应能防范机械性损伤，且便于检查和维修。不得采用输送易燃易爆介质的管道等危险性物体接地，严禁借用电力系统的中性线（零线）作为防静电接地装置。 接地装置（包括接地体和接地线）的接地电阻，应符合国家标准GB12158-90防静电事故通用导则的规定，一般可取10100。接地体的结构设计和安装方法，可参照电气安全保护接地的规定和操作方法，应充分考虑化工企业生产环境的腐蚀性因素，采取积极有效的防腐措施，但必须杜绝在接地体上涂刷防腐油漆的拙劣方式。 3.3空气加湿 当空气相对湿度低于40%50%时，静电不易逸散，容易形成高电位。空气相对湿度在65%70%以上时，物体表面上很容易形成一层薄薄的水膜，导致其表面电阻大大降低，从而加速静电的泄漏。因此可在仪器仪表使用场所采用通风系统进行调湿、喷雾、地面洒水等，以提高空气的湿度，降低或消除