通信行业中静电的产生与预防 精品.doc

20XX级无线电通信技术专业课 题 通信行业中静电的产生与预防 目录通信行业中静电的产生与预防序言.5正文.51、静电的产生.52、静电的基本理论.63、静电的分类.64、静电的释放类型.75、静电的危害.85.1、静电危害的安全界限.95.1.1.静电放电点燃界限.95.1.2物体带电安全管理界限.105.1.3引起人体电击的静电电位.105.2 通信局房静电危害的类型.115.2.1 火灾危险性.115.2.2通信设备损坏.115.2.3监控系统紊乱.126.静电控制措施.126.1静电屏蔽.126.1.1封闭导体壳内部电场不受壳外电荷或电场影响.126.1.2、接地封闭导体壳外部电场不受壳内电荷的影响.126.2、静电中和.126.3、防止人体带静电.126.4、接地.136.5、静电消除器.146.6、增湿.156.7、抗静电剂.157. 静电问题在其他行业中的应用.15【采用术语的含义】.16【参考文献】.19【致谢】.20【序言】20XX年，中国电信进行了南北分拆，希望以此增加中国电信业内的竞争。重组后的两大集团公司仍拥有中国电信已有的业务经营范围，允许两大集团公司各自在对方区域内建设本地电话网和经营本地固定电话等业务，双方相互提供平等接入等互惠服务。通过电信拆分重组后，国内电信市场的建设力度空前旺盛，同时对防静电需求也更加严格。【正文】所谓静电并不是静止不动的电，而是在空间缓慢移动的电荷，是一种相对稳定电荷。我们通过以下几个分节了通信行业静电的产生、静电的危害以及静电的控制措施等，通过这些来系统地了解静电方面的知识。1. 静电的产生物质是由原子组合而成的，而原子基本结构为质子、中子及电子。质子与中子质量较高，结合力强，不易分离，紧密地形成原子核，而电子质量小，环绕原子核外，在正常情况下，质子数与电子数相等，质子带正电，电子带负电，称不带电电中性。当受到某种外力、摩擦、光电作用或各种能量（动能、位能、热能、化学能等）的作用，使围绕原子核周围的电子脱离轨道，破坏了原子电中性状态，使原子的正负电失衡，电子逃逸于某一介面，如遇低电位介面，产生放电现象而产生。图 1.1 原子的结构2. 静电的基本理论静电的产生过程可基本归纳为：接触电荷转移偶电层形成电荷分离。电的产生的机理：接触一电荷转移，当两种物体接触面距达到埃级时（10-8cm），就发生电荷转移，在界面形成“双层电”，而“双层电”的厚薄大小是随材料电阻率大小而异，当固体分开时带走电荷，摩擦双方各自带上极性相反的电荷。静电电位：可高达几千几万伏，电流却很小（10-9A）毫微安。欧姆定律：R=V/I ，然而静电释放电路很难适用此定律。静电的能量：最大一般不超过45焦尔/米2，在电磁空间积蓄的能量密度，却很容易达到106焦尔/米2，二者相差105倍。3. 静电的分类： （1）按起电的方式分：接触摩擦分离起电、静电感应起电、电磁感应起电、射线电离空气起电、物质三态变化起电、分子分裂起电、极化起电、场致发射起电。 （2）按带电体分类：固体带电、液体带电、气体带电、粉体带电、人体带电、生物带电。 （3）按电荷性质分类：单极性电荷、双极性电荷、正电荷、负电荷。4. 静电的释放类型如果两个（或两个以上）物体带电不平衡或两当两个（或两个以上）带不同的电荷，他们相互接触时就会使得一个（或一个以上）物体失去一些电荷如电子转移到另一个（或一个以上）物体使其带正电，而另一个体(或一个以上得到一些剩余电子的物体而带负电。若在分离的过程中电荷难以中和，电荷就会积累使物体带上静电。任何两个不同材质的物体接触后再分离，即可产生静电。当两个不同的物体相互接触时就会使得一个物体失去一些电荷如电子转移到另一个物体使其带正电，而另一个体得到一些剩余电子的物体而带负电，若在分离的过程中电荷难以中和，电荷就会积累使物体带上静电。所以物体与其它物体接触后分离就会带上静电。固体、液体甚至气体都会因接触分离而带上静电。为什么气体也会产生静电呢？因为气体也是由分子、原子组成，当空气流动时分子、原子也会发生“接触分离”而起电。所以在我们的周围环境甚至我们的身上都会带有不同程度的静电，当静电积累到一定程度时就会发生放电。 各类静电放电的特点和其相对引燃能力表放电种类发生条件特点及引燃性电晕放电当电极相距较远，在物体表面的尖端或突出部位电场较强处较易发生。有时有声光，气体介质在物体尖端附近局部电离，不形成放电通道。感应电晕单次脉冲放电能量小于20J，有源电晕单次脉冲放电能量则较此大若干倍，引燃能力甚小。刷开放电在带电电位较高的静电非导体与导体间较易发生。有声光，放电通道在静电非导体表面附近形成许多分叉，在单位空间内释放的能量较小，一般每次放电能量不超过4mJ，引燃能力很强。火花放电主要发生在相距较近的带电金属导体间。有声光，放电通道一般不形成分叉，电极上有明显放电集中点，释放能量比较集中，引燃能力很强。传播型刷形放电仅发生在具有高速起电的场合，当静电非导体的厚度小于8mm其表面电荷密度大于等于2.710-4C/m2时较易发生。放电时有声光，将静电非导体上一定范围内所带的大量电荷释放，放电能量大，引燃能力很强。大型料仓内的粉堆放电发生在气流输送经过管道和滑槽进入大型料仓时。放电时有声光，将静电非导体上一定范围内所带的大量电荷释放，放电能量大，引燃能力很强。雷状放电发生在火山爆发的尘埃中。放电时有声光，将尘埃在空气中高速上升所产生的大量电荷释放，放电能量大，引燃能力很强。电场辐射放电常发生在阴雨天气下的变电场等高电场强度下环境。放电时有声光以及电弧等现象，在高电场强度下将周围气体电离后放电。5. 静电的危害在我们的日常生活中可以说静电现象是无处不在，我们的自身所带的静电以及周围则经常有很高的静电电压，几千伏甚至几万伏。平时可能感觉不到，比如人走过化纤的地毯静电电压大约是35kV，翻阅塑料说明书静电电压大约7kV，对于一些敏感仪器或元器件来讲，这个静电电压将会使其产生致命的伤害。静电放电引起的元器件击穿损害是电子工业最普遍、最严重的静电危害，它分硬击穿和软击穿。磨擦起电和人体静电是电子、微电子工业中的两大危害源，但产生静电并非危害所在，危害在於静电积累及由此产生的静电电荷放电，带电的物体，在其周围形成静电场，会产生力学效应,放电效应和静电感应效应。5.1. 静电危害的安全界限5.1.1. 静电放电点燃界限（1）导体间的静电放电能量按下式计算：式中：W放电能量，J； C导体间的等效电容，F； V导体间的电位差，V。当其数值大于可燃物的最小点燃能量时，就有引燃危险。（2）当两导体电极间的电位低于1.5kV时，将不会因静电放电使最小点燃能量大于或等于0.25mJ的烷烃类石油蒸气引燃。（3）在接地针尖等局部空间发生的感应电晕放电不会引燃最小点燃能量大于0.2mJ的可燃气。5.1.2. 物体带电安全管理界限物体带电安全管理界限表环境条件最大表面类、类A及B组爆炸性气体100cm2类A及B组爆炸性气体、外露静电非导体周边具有接地导体作边界400cm2类C组爆炸性气体20cm2类C组爆炸性气体、外露静电非导体周边具有接地导体作边界100cm2（1）固体静电非导体平面(背面15cm内无接地导体)的不引燃放电安全电位对于最小点燃能量大于0.2mJ的可燃气是15kV。（2）轻质油品装油时，油面电位低于12kV。（3）轻质油品安全静止电导率应大于50pS/m。（4）对于采用了基本防护措施的，内表面涂有静电非导体的导电容器，若其涂层厚度不大于2mm，并避免快速重复灌装液体，则此涂层不会增加危险。5.1.3. 引起人体电击的静电电位（1）人体与导体间发生放电的电荷量达到210-7C以上时就可能感到电击。当人体的电容为100pF时，发生电击的人体电位约3kV，不同人体电位的电击程度。（2）当带电体是静电非导体时，引起人体电击的界限，因条件不同而变化。在一般情况下，当电位在30kV以上向人体放电时，将感到电击。人体带电电位与静电电击程度的关系人体电位，kV电击程度备 注1完全无感觉2手指外侧有感觉，但不疼发出微弱的放电声2.5有针触的感觉，有哆嗦感，但不疼3有被针刺的感觉，微疼4有被针深刺的感觉，手指微疼见到放电的微光5从手掌到前腕感到疼指尖延伸出微光6手指感到剧疼，后腕感到沉重7手指和手掌感到剧疼，稍有麻木感觉8从手掌到前腕有麻木的感觉9手腕子感到剧疼，手感到麻木沉重10整个手感到疼，有电流过的感觉11O手指剧麻，整个手感到被强烈电击12整个手感到被强烈地打击注：人体的静电容量约为100pF。5.2. 通信局房静电危害的类型5.2.1. 火灾危险性当物体产生的静电荷越积越多，形成很高的电位时，与其他不带电的物体接触时，就会形成很高的电位差，并发生放电现象。当电压达到300伏以上，所产生的静电火花，即可引燃周围的可燃气体、粉尘。此外，静电对工业生产也有一定危害，还会对人体造成伤害。固体物质在搬运或生产工序中会受到大面积摩擦和挤压，如传动装置中皮带与皮带轮之间的摩擦产生静电。而且随着转速加快。所受压力的增大，以及摩擦。挤压时的接触面过大、空气干燥且设备无良好接地等原因，致使静电荷聚集放电，出现火灾危险性。5.2.2. 通信设备损坏机房维护人员机房内操作时，人体所带电荷通过手臂与设备外壳或主板直接接触，与电子元件间放电时的电压很高，很容易击穿晶体管或主板上的元器件，将导致通信系统干扰甚至使通信系统损坏而瘫痪。静电吸附灰尘，改变线路间的阻抗，影响产品的功能与寿命。因电场或电流破坏元件的绝缘或导体，使元件不能工作（完全破坏）。因瞬间的电场或电流产生的热，元件受伤，仍能工作，寿命受损。5.2.3. 监控系统紊乱静电通过导体传至传感器，使系统主机的逻辑元件产生错误信息。也可以直接让计算机死机或重起。由于静电放电时的接触部分产生的电磁波给于信号的辐射噪声。6. 静电控制措施6.1. 静电屏蔽将带电体进行局部或全部静电屏蔽，同时屏蔽体应可靠接地。在静电平衡状态下，不论是空心导体还是实心导体；不论导体本身带电多少，或者导体是否处于外电场中，必定为等势体，其内部场强为零，这是静电屏蔽的理论基础。6.1.1. 封闭导体壳内部电场不受壳外电荷或电场影响。6.1.2. 接地封闭导体壳外部电场不受壳内电荷的影响。综上，封闭导体壳不论接地与否，内部电场不受壳外电荷与电场影响；接地封闭导体壳外电场不受壳内电荷的影响。这种现象，叫静电屏蔽。6.2. 静电中和绝缘体上的静电不能用接地的方法来消除，但可以利用极性相反的电荷来中和，目前“中和静电”的方法是采用感应式消电器。消电器的作用原理是：当消电器的尖端接近带电体时，在尖端上能感应出极性与带电体上静电极性相反的电荷，并在尖端附近形成很强的电场，该电场使空气电离后，产生正、负离子在电场作用下，分别向带电体和消电器的接地尖端移动，由此促使静电中和。6.3. 防止人体带静电人在行走、穿、脱衣服或座椅上起立时，都会产生静电，这 也是一种危险的火花源，经试验，其能量足以引燃石油类蒸气。因此，在易燃的环境中，最好不要穿化纤类衣物，在放有危险性很大的炸药、氢气、乙炔等物质的场所，应穿用导电纤维制成的防静电工作服和导电橡胶做成的防静电鞋。6.4. 接地静电导体与大地间的总泄漏电阻值在通常情况下均不应大于106。每组专设的静电接地体的接地电阻值一般不应大于100；在山区等土壤电阻率较高的地区，其接地电阻值也不应大于1000。接地是消除静电最简单最基本的方法，它可以迅速地导走静电。但要注意带静电物体的接地线，必须连接牢固，并有足够的机械强度，否则在松断部位可能会产生火化。图 5.1静电探测器装置将上述探测器置于微机房适当位置，就可以随时观察机房的静电状况，还可以及时将静电自动泄放掉，消除其危害，不失为一效果良好的实用装置。6.5. 静电消除器 不能有效地泄放静电荷的场合，可采用电离器通过空气中的正负离子来防止和中和元器件和其它物体上电荷积累，电离能力大于250V/s。在某些特写场所中，湿度不宜过大，就可以设置“静电消除器”。它的工作原理是造成大量的带电离子，它们的电性与由于摩擦带上的静电电性相反，把摩擦起电的电荷中和掉。利用空气电离原理静的电消除器有多种型式。以空气电离原理生产的静电消除器类型表消电器种类特点主要应用场所外接高压电源式通用型消电能力强薄膜、纸、布送风型作用距离较运、范围较广配管内、局部空间防爆型不会成为引火源，结构较复杂有防爆要求的场所感应型结构及使用简单，不易成为火源，当带电体电位在2-3kV以下时，难以消电薄膜、纸、布、某些粉末放射源式不会成为引火源，要注意安全使用密闭空间等6.6. 增湿增湿器可使潮湿空气流，防止静电荷积累，此法不适；增湿后产生有害影响的场地。6.7. 抗静电剂为了防止塑料、化纤制品等绝缘体上聚积静电电荷，使用各种抗静电剂，就可以大大增强它们的导电性能。7. 静电问题在其他行业中的应用（1）静电集尘。（2）静电喷涂。（3）静电摄影。（4）静电选别。（5）直流高压的产生。（6）高压测量。（7）燃料气体的点火。【采用术语的含义】电晕放电带电体表面在气体或液体介质中局部放电的现象，常发生在不均匀电场中电场强度很高的区域内（例如高压导线的周围，带电体的尖端附近）。其特点为：出现与日晕相似的光层，发出嗤嗤的声音，产生臭氧、氧化氮等。刷形放电发生于导体与绝缘体之间的一种放电形式。其一端具有放电集中点，另一端放电通道不集中，呈分枝状，有“啪”的较强破坏声。带电量大的非导体与数公分以上的较平滑的接地导体之间易产生刷形放电。刷形放电能量密度比电晕放电大，易于成为造成危害的原因。传播型刷形放电传播型刷形放电又称沿面放电，旧称利登彼格（Lichtenberg）放电。只有当绝缘体的表面电荷密度大于2.7 C/ 时才可能发生。但在常温、常压下，如此高的电荷面密度较难出现，因为在空气中单极性绝缘体表面带有不同电荷密度的极限值约为2.7 C/ ，超过时就会使空气电离。火花放电当静电电位比较高的带电导体或人体靠近其它导体、人体或接地导体，便会引发静电火花放电。静电火花放电是一个瞬间的过程，放电时两放电体之间的空气被击穿，形成“快如闪电”的火花通道，与此同时还伴随着噼啪的爆裂声，爆裂声是由火花通道内空气温度的急剧上升形成的气压冲击波造成的。大型料仓内的粉堆放电当把绝缘性很高的粉粒由气流输送经过管道和滑槽进入大型料仓时，在沉积的粉堆表面可能发生强烈的放电，放电能量可达10MJ。粉料沉积后，其它电荷密度迅速增加，表面的场强也相应地增强。