ZDOLNOŚĆ ZAPŁONOWA WYŁADOWAŃ ELEKTROSTATYCZNYCH

Prezentacja na temat: "ZDOLNOŚĆ ZAPŁONOWA WYŁADOWAŃ ELEKTROSTATYCZNYCH"— Zapis prezentacji:

1 ZDOLNOŚĆ ZAPŁONOWA WYŁADOWAŃ ELEKTROSTATYCZNYCH
Niebezpieczeństwo zapłonu, wywoływane przez wyładowania elektrostatyczne (wg I. Berta – Static Electricity Hazards ; Hanbook of Electrostatic Processes - red. J.S. Chang; New York, Basel, Hong Kong 1995)

2 ZAGROŻENIA / ZAKŁÓCENIA
Zakłócenia w procesie produkcji Zakłócenia w przebiegu procesu produkcji oraz w sferze użytkowania wyrobów uwarunkowane są zarówno oddziaływaniem sił pola elektrostatycznego, jak też destrukcyjnym działaniem wyładowań elektrostatycznych, zwłaszcza iskrowych. Charakterystyczne przejawy takich oddziaływań, to m.in.: „Jeżenie" się włókna, splątywanie i zrywanie przędzy; Zlepianie się lub odpychanie cienkich folii z tworzyw sztucznych (trudności w przerobie, cięciu, układaniu i sortowaniu); Zbrylanie się (aglomerowanie) cząstek lub nadmierne kurzenie się materiałów sypkich; Zanieczyszczanie powierzchni wyrobów przez cząstki pyłów, przyciągane z otoczenia; Przebicia mechaniczne materiału przez wyładowania iskrowe; Uszkadzanie struktury materiału i niszczenie wyrobów w efekcie silnie utleniającego działania reaktywnego tlenu „in statu nascendi”, z reguły towarzyszącego wyładowaniom iskrowym; Zaburzenia w funkcjonowaniu elektronicznych przyrządów pomiarowo-kontrolnych, aparatury diagnostycznej, systemów EPD (np. komputerów), aparatury teletransmisyjnej oraz urządzeń sterujących i regulacyjnych (uszkadzanie i niszczenie elementów mikroelektroniki, zakłócenia w odbiorze i przetwarzaniu sygnałów, błędne wskazania przyrządów) Poza zakłóceniami wpływającymi na zmniejszenie wydajności procesu produkcji, zjawisko elektryczności statycznej wywołuje często obniżenie jakości oraz skrócenie żywotności wyrobów

3 ZAGROŻENIA / ZAKŁÓCENIA
Efekty biologiczne Szkodliwe oddziaływania biologiczne elektryczności statycznej wynikają z wpływu na organizm człowieka stałych pól elektrycznych i powstających w nich wyładowań. Efekty te nie zostały dotychczas dostatecznie rozpoznane. Wiadomo jednak, że nie są one dla organizmu człowieka obojętne. Człowiek najczęściej odczuwa tylko bezpośrednie skutki wyładowań elektrostatycznych, przejawiające się jako mniej lub bardziej dotkliwe rażenie prądem elektrycznym, od lekkiego ukłucia do dość silnego wstrząsu. Pomimo znacznych różnic potencjałów, sięgających niekiedy dziesiątek kilowoltów, wyładowania takie z reguły nie wywołują żadnych szkodliwych następstw w organizmie człowieka, ani też urazów ciała, ze względu na bardzo małe natężenia prądu. Wyjątek stanowią sytuacje, gdy wyładowania odczuwane są w sposób ciągły, przy czym atakują one stale ten sam obszar ciała. Silne wyładowania, powstające z reguły przy obsłudze większości maszyn, przeznaczonych do przetwórstwa tworzyw sztucznych, gumy, włókien syntetycznych itp. oraz przy operowaniu takimi materiałami (np. rozwijanie rulonu folii) mogą wywołać u pracownika gwałtowny, niekontrolowany odruch bezwarunkowy, a w efekcie - spowodować nieszczęśliwy wypadek, jeżeli pracownik ten wykonuje czynności przy maszynie z ruchomymi lub ostrymi elementami (walce, koła zębate, noże itp.) lub pracuje na wysokości. Stwierdzono również, że długotrwałe oddziaływanie sił pola elektrostatycznego na organizm człowieka może wywołać zmiany w układzie krążenia oraz w układzie nerwowym, a także w obrazie morfologicznym krwi. W efekcie następuje pogorszenie się stanu zdrowia oraz obniżenie sprawności i wydajności pracy. Konstatacje te wymagają jednak potwierdzenia w gruntowniejszych badaniach

4 Mechanizm oddziaływania skutków elektryzacji na człowieka

5 Uwarunkowania stanu zagrożenia w środowisku pracy
Zjawisko elektryczności statycznej wywołuje stan zagrożenia w przypadku jednoczesnego spełnienia przytoczonych warunków:

6 OCENA ZAGROŻEŃ Kryteria oceny
(parametry decydujące o możliwości powstawania stanu zagrożenia) KRYTERIA OCENY ZAGROŻEŃ MOGĄ BYĆ ZARAZEM STOSOWANE DO OCENY SKUTECZNOŚCI OCHRONY ANTY(ELEKTRO)STATYCZNEJ Bazują one z reguły na granicznych, tzn. najwyższych lub najniższych dopuszczalnych wartościach parametrów, określających m. in.: Właściwości materiałów, na przykład mediów reakcyjnych i tworzywa konstrukcyjnego aparatury technologicznej (przewodność i przenikalność elektryczna, kształt, wymiary i in.); Właściwości otaczającego środowiska (wilgotność i temperatura powietrza, minimalna energia zapłonu gazów, par lub pyłów, tworzących mieszaninę wybuchową z powietrzem); Warunki przebiegu procesu technologicznego (np. temperatura i ciśnienie, prędkości przepływów cieczy, gazów lub aerozoli, prędkości przemieszczania materiałów na maszynach walcowych); Stopień naelektryzowania materiału / wyrobu / obiektu; Czas utrzymywania się stanu naelektryzowania; Energię wyładowań elektrostatycznych

7 Podstawowe parametry charakteryzujące stan zagrożenia
OCENA ZAGROŻEŃ Podstawowe parametry charakteryzujące stan zagrożenia Podstawowe parametry, stosowane do prognozowania i oceny zagrożenia oraz skuteczności ochrony, to wielkości fizyczne charakteryzujące stopień naelektryzowania materiału, wyrobu lub obiektu oraz jego zdolność do odprowadzania (zaniku) ładunku Napięcie elektrostatyczne U [V] Natężenie pola elektrostatycznego E [V/m] Energia naładowania / wyładowania Wn /Ww [J] Opór elektryczny właściwy skrośny (rezystywność skrośna) v [Ωm] Opór elektryczny właściwy powierzchniowy (rezystywność powierzchniowa) s [Ω] Opór elektryczny upływu (rezystancja upływu) Ru [Ω] Czas relaksacji ładunku elektrostatycznego  [s]

8 OCENA ZAGROŻEŃ Typowa procedura stosowana do oceny i likwidacji zagrożeń wywoływanych zjawiskiem elektryczności statycznej

9 POLSKA NORMA PN-E-05204:1994 ustanowiona w październiku 1994 r.
4. OCHRONA PRZED ELEKTRYCZNOŚCIĄ STATYCZNĄ (OCHRONA ANTYELEKTROSTATYCZNA) POLSKA NORMA PN-E-05204:1994 ustanowiona w październiku 1994 r. Zawiera ogólne i szczegółowe wymagania w zakresie: zasad organizacji i realizacji ochrony przed elektrycznością statyczną obiektów, instalacji i urządzeń technologicznych ze szczególnym uwzględnieniem stref zagrożenia wybuchem Obejmuje : Wymagania ochrony antyelektrostatycznej, dotyczące: Wyposażenia obiektów; Konstrukcji i warunków użytkowania urządzeń technologicznych; Warunków przebiegu procesu produkcji; Warunków magazynowania surowców i wyrobów; Transportu międzyoperacyjnego; Personelu produkcyjnego NORMA ZOSTANIE WYCOFANA PO IMPLEMENTACJI ODPOWIEDNICH UREGULOWAŃ UE Na razie brak adekwatnych dokumentów zamiennych

10 Podstawowe środki ochrony (1)
OCHRONA ANTYELEKTROSTATYCZNA W STREFACH ZAGROŻENIA WYBUCHEM W ŚWIETLE PN-E-05204:1994 Podstawowe środki ochrony (1) których stosowanie w strefach zagrożenia wybuchem w każdym przypadku jest bezwzględnie konieczne, to: Tworzenie w instalacjach technologicznych układów ekwipotencjalnych przez wprowadzenie wspólnego systemu uziemień ochrony antyelektrostatycznej w odniesieniu do wszelkich elementów metalowych i elementów wykonanych z modyfikowanych materiałów niemetalowych o podwyższonej przewodności elektrycznej; Zapewnienie ochrony antyelektrostatycznej personelu zatrudnionego w strefach zagrożenia wybuchem (podłogi, ubrania i obuwie antyelektrostatyczne)

11 Podstawowe środki ochrony (2) Uziemienia części metalowych - Wymagania
OCHRONA ANTYELEKTROSTATYCZNA W STREFACH ZAGROŻENIA WYBUCHEM W ŚWIETLE PN-E-05204:1994 Podstawowe środki ochrony (2) Uziemienia części metalowych - Wymagania Połączenie elektryczne („zmostkowanie”) i uziemienie wszelkich elementów metalowych urządzenia technologicznego, o pojemności elektrycznej w stosunku do „ziemi” C > 3 pF (strefy zagrożenia wybuchem 0 i 1 oraz zawsze, gdy operuje się materiałami o minimalnej energii zapłonu Wz min  0,1 mJ); Zmostkowanie i uziemienie wszelkich elementów metalowych, tworzących pojemność w stosunku do ziemi C > 10 pF, jeżeli urządzenia znajdują się w strefach zagrożenia wybuchem 2, 20, 21 i 22, w obecności mediów o Wz min > 0,1 mJ; Niezbędnym warunkiem skutecznego uziemienia jest zapewnienie: Ciągłości obwodów elektrycznych, Niezawodności kontaktów w miejscach połączeń elementów metalowych i przyłączeń przewodów uziemiających Rezystancji całkowitej sieci uziemiającej: Ruz  1·102 

12 SPOSÓB UZIEMIENIA ELEMENTÓW UKŁADU W CZASIE WPROWADZANIA MATERIAŁU SYPKIEGO DO ZBIORNIKA ZAWIERAJĄCEGO CIECZ PALNĄ (wszystkie elementy układu – metalowe) wg: Beispielsammlung zu den Richtlinien „Statische Elektrizität“; BG CHEMIE, Jedermann – Verlag, Heidelberg 1988.

13 Podstawowe środki ochrony (3)
OCHRONA ANTYELEKTROSTATYCZNA W STREFACH ZAGROŻENIA WYBUCHEM W ŚWIETLE PN-E-05204:1994 Podstawowe środki ochrony (3) Uziemienia elementów przewodzących niemetalowych - Wymagania Uziemienia wymagają przedmioty / wyroby, wykonane z materiałów o odpowiednio zmodyfikowanym składzie i/lub strukturze, w celu zwiększenia ich przewodności elektrycznej (np. wykładziny, okładziny, posadzki, materiały odzieżowe, opakowania itp.), których rezystywność elektryczna powierzchniowa ρs nie przekracza Ω i/lub rezystywność elektryczna skrośna ρv nie przekracza 108 Ω·m ; Rezystancja upływu (rezystancja uziemienia) Ru elementów wykonanych z materiału przewodzącego, nie metalowego, powinna spełniać warunek: Ru  1·106 

14 Podstawowe środki ochrony (4)
OCHRONA ANTYELEKTROSTATYCZNA W STREFACH ZAGROŻENIA WYBUCHEM W ŚWIETLE PN-E-05204:1994 Podstawowe środki ochrony (4) Ochrona antyelektrostatyczna personelu - Wymagania Ochrona antyelektrostatyczna personelu jest realizowana w celu: Wyeliminowania zagrożenia wywołanego możliwością powstawania niebezpiecznych wyładowań elektrostatycznych z ciała człowieka; Ochrony człowieka przed skutkami powstawania pól i wyładowań elektrostatycznych Ochrona personelu ma szczególne znaczenie ze względu na ekstremalnie dużą energię wyładowań (do ok. 50 mJ), pochodzących z naelektryzowanego ciała człowieka

15 Podstawowe środki ochrony (5)
OCHRONA ANTYELEKTROSTATYCZNA W STREFACH ZAGROŻENIA WYBUCHEM W ŚWIETLE PN-E-05204:1994 Podstawowe środki ochrony (5) Ochrona antyelektrostatyczna personelu - Wymagania Skuteczną ochronę zapewniają: Przewodząca lub nieelektryzująca się odzież oraz środki ochrony indywidualnej; Zakaz zakładania i zdejmowania ubrań w strefach zagrożenia wybuchem; Podłoga i obuwie o rezystancji elektrycznej upływu Ru  1·106 ; Unikanie wykonywania czynności mogących wywołać naelektryzowanie zewnętrznych powierzchni materiału noszonych ubrań i środków ochrony osobistej (omiatanie, strzepywanie, ocieranie się o powierzchnię mebli i innych przedmiotów znajdujących się w otoczeniu człowieka)

16 Ogólne środki ochrony (1)
OCHRONA ANTYELEKTROSTATYCZNA W STREFACH ZAGROŻENIA WYBUCHEM W ŚWIETLE PN-E-05204:1994 Ogólne środki ochrony (1) Następujące środki ochrony przed elektrycznością statyczną powinny być stosowane zawsze, jeżeli jest to możliwe i dopuszczalne Unikanie stosowania nieprzewodzących materiałów konstrukcyjnych; Utrzymywanie podwyższonej wilgotności powietrza (pożądane – min. 50 %); Zmniejszanie intensywności procesów i operacji technologicznych (np. - zmniejszanie prędkości grawitacyjnego lub wymuszonego przemieszczania cieczy, gazów i materiałów stałych, zmniejszanie ilości przelewanej jednorazowo cieczy lub przesypywanego materiału, spowolnienie wszelkich wykonywanych czynności, unikanie rozbryzgiwania cieczy lub pylenia się materiału sypkiego, ograniczenie powierzchni wzajemnego kontaktu materiałów oraz występującego między nimi tarcia); Unikanie obecności w cieczy cząstek stałych lub pęcherzyków gazu, a w mediach gazowych – cząstek stałych lub ciekłych

17 Ogólne środki ochrony (2)
OCHRONA ANTYELEKTROSTATYCZNA W STREFACH ZAGROŻENIA WYBUCHEM W ŚWIETLE PN-E-05204:1994 Ogólne środki ochrony (2) Unikanie stosowania nieprzewodzących materiałów konstrukcyjnych Aparatura technologiczna stosowana w strefie EX, w miarę możliwości, powinna być metalowa Skuteczną ochronę w danych warunkach zapewnia także użycie odpowiednio zmodyfikowanych, niemetalowych materiałów konstrukcyjnych, wykazujących rezystywność elektryczną: skrośną ρv  108 Ω·m i/lub powierzchniową ρs  1010 Ω

18 Zwiększanie wilgotności powietrza
OCHRONA ANTYELEKTROSTATYCZNA W STREFACH ZAGROŻENIA WYBUCHEM W ŚWIETLE PN-E-05204: Ogólne środki ochrony (3) Zwiększanie wilgotności powietrza Wzrost wilgotności powietrza wpływa na zwiększenie przewodności elektrycznej materiałów i przyspiesza zanik stanu naelektryzowania; Każde zwiększenie wilgotności powietrza jest korzystne; Wilgotność powietrza należy utrzymywać możliwie najwyższą tzn. – technicznie osiągalną w danych warunkach i zarazem dopuszczalną przez technologię procesu; Pożądane jest utrzymanie wilgotności względnej powietrza powyżej 60%

19 Optymalizacja procedur technologicznych
OCHRONA ANTYELEKTROSTATYCZNA W STREFACH ZAGROŻENIA WYBUCHEM W ŚWIETLE PN-E-05204: Ogólne środki ochrony (4) Optymalizacja procedur technologicznych Wykonywanie operacji / czynności technologicznych w sposób minimalizujący elektryzację; np. zmniejszanie ilości przelewanej jednorazowo cieczy lub przesypywanego materiału, spowalnianie wykonywanych czynności, unikanie rozbryzgiwania cieczy lub pylenia się materiału, ograniczanie powierzchni kontaktu materiałów oraz występującego między nimi tarcia, zmniejszanie prędkości przepływów i przemieszczania mediów) Ograniczanie zawartości zanieczyszczeń, zwłaszcza – cieczy i gazów

20 Są to m. in. następujące metody:
OCHRONA ANTYELEKTROSTATYCZNA W STREFACH ZAGROŻENIA WYBUCHEM W ŚWIETLE PN-E-05204: Szczególne środki ochrony (1) Szczególne środki ochrony przed elektrycznością statyczną nie mają z reguły uniwersalnych zastosowań. Są one jednak przydatne do efektywnego zapobiegania niebezpiecznym skutkom elektryzacji w niektórych procesach i urządzeniach technologicznych Są to m. in. następujące metody: Dobór materiałów konstrukcyjnych ścian aparatury technologicznej, zmniejszających elektryzację stykających się z nimi mediów ciekłych lub sypkich; Ograniczanie gabarytów (pole powierzchni, średnica, grubość) elementów w aparaturze technologicznej, wykonanych z tworzyw nieprzewodzących; Stosowanie stref relaksacji ładunku (spowolnienia przepływu liniowego) w rurociągach przesyłowych, zwłaszcza – do cieczy i gazów; Stosowanie środków anty(elektro)statycznych do preparacji powierzchniowej (materiały stałe) lub jako domieszek (materiały stałe i ciecze); Wykorzystanie efektu jonizacji powietrza do neutralizacji ładunku elektrostatycznego

21 OCHRONA ANTYELEKTROSTATYCZNA W STREFACH ZAGROŻENIA WYBUCHEM Szczególne środki ochrony (2)
Optymalizacja konstrukcji urządzeń technologicznych i parametrów przebiegu procesu w celu zmniejszenia zachodzącej w nim elektryzacji Dobór odpowiednich materiałów konstrukcyjnych; Ustalenie optymalnej wielkości i ukształtowania elementów urządzeń wywołujących elektryzację (np. – średnicy przewodów rurowych lub walców prowadzących); Odpowiednie rozmieszczenie (geometria układu) elementów; Stosowny dobór parametrów procesu technologicznego (ciśnienie, temperatura, szybkość przemieszczania mediów itp.)

22 Ograniczanie gabarytów elementów
OCHRONA ANTYELEKTROSTATYCZNA W STREFACH ZAGROŻENIA WYBUCHEM Szczególne środki ochrony (3) Ograniczanie gabarytów elementów Wykonanych z materiału nieprzewodzącego (pole powierzchni, grubość powłoki izolacyjnej na powierzchni metalowej, średnica pręta lub rury) Idea metody polega na ograniczeniu odpowiedniego gabarytu do takiej wielkości, aby przy założeniu najwyższej wartości osiągalnego w praktyce stopnia naelektryzowania (np. maksymalnej gęstości powierzchniowej ładunku) wyładowanie elektrostatyczne z powierzchni danego elementu nie miało zdolności zapłonowej

23 zapewnia spełnienie następujących warunków:
OCHRONA ANTYELEKTROSTATYCZNA W STREFACH ZAGROŻENIA WYBUCHEM Szczególne środki ochrony (4) Na przykład: Skuteczną ochronę przed szczególnie niebezpiecznymi wyładowaniami snopiastymi – rozprzestrzeniającymi się (propagacyjnymi) zapewnia spełnienie następujących warunków: Rezystancja skrośna warstwy materiału izolacyjnego (dielektryka) Riz ≤ 109 ; Wytrzymałość na przebicie warstwy izolacyjnej U ≤ 4 kV (wg EN ) Grubość warstwy materiału izolacyjnego (ścianki lub powłoki) d  8 mm

24 Stosowanie materiałów / wyrobów anty(elektro)statycznych
OCHRONA ANTYELEKTROSTATYCZNA W STREFACH ZAGROŻENIA WYBUCHEM Szczególne środki ochrony (5) Stosowanie materiałów / wyrobów anty(elektro)statycznych Materiał anty(elektro)statyczny - to materiał o odpowiednio zmodyfikowanym składzie i/lub strukturze, w celu obniżenia jego zdolności do elektryzowania się i/lub zwiększenia ich przewodności elektrycznej (na przykład wykładziny, okładziny, posadzki, materiały odzieżowe, materiały konstrukcyjne, opakowania itp.); Materiał / wyrób anty(elektro)statyczny nie ulega niebezpiecznemu naelektryzowaniu w warunkach jego użytkowania; Rezystancja upływu (rezystancja uziemienia) elementów wykonanych z materiału przewodzącego, niemetalowego, powinna spełniać warunek: Ru  1·106  Określone efekty uzyskuje się m.in. przez zabieg tzw. „antystatyzacji”

25 Zabieg „antystatyzacji”
OCHRONA ANTYELEKTROSTATYCZNA W STREFACH ZAGROŻENIA WYBUCHEM Szczególne środki ochrony (6) Zabieg „antystatyzacji” Cel zabiegu: Obniżenie zdolności elektryzowania się materiału / wyrobu do poziomu uznawanego w danych warunkach za bezpieczny (ryzyko tolerowane), przy zastosowaniu substancji chemicznych o specyficznych właściwościach