静电防护是为了防止静电积累所引起的人身电击、火灾和爆炸、电子器件失效和损坏,以及对产生的不良影响而采取的防范措施。其防范原则主要是抑制静电的产生、加速静电的泄漏、进行静电中和等。
处于相对稳定状态的电荷被称作静电。所谓相对稳定状态,是指相对于观察者而言,物质所带电荷处于静止或缓慢变化。静电现象是广泛存在于自然界、工业生产和人们日常生活中的一种十分普遍的电现象。通常将由于某种静电现象的作用或影响而导致人员伤亡、财产损失或环境受到破坏的状态与条件统称为静电危害。静电危害是电动汽车引发火灾和爆炸的主要危险因素之一。除此之外,静电也能给人以电击,造成二次事故;静电还可能妨碍生产。静电最大的危害是引发爆炸和火灾,因此静电防护以防止爆炸和火灾为核心。
1. 静电的产生
汽车静电产生的方式主要有:在汽车行驶过程中,空气中的尘埃与车身金属表面相互摩擦产生;汽车内饰纤维织物,如地毯、座椅垫、衣物等摩擦产生。一般情况下,人体和汽车所带的电量有限,其电压不足以给人体和汽车造成很严重的后果,人体无法感受到1000V以上不足2000V的静电放电。当静电达到2000V时,手指就会有所感觉。当静电超过3000V时,手指有针刺感。汽车在行驶途中,车主在没有任何防备的情况下因一个正常动作而遭受静电袭击时,会在慌忙中出错,导致驾驶动作改变或误操作,可能会引发意外交通伤亡事故。当静电超过7000V时,人体就有明显的被电击感,会严重影响驾驶员的正常驾驶,以致对道路交通安全造成威胁。
2. 静电的消散
静电的消散有两种主要方式,即中和和泄漏。前者主要是通过空气消散,后者主要是通过带电体本身及其相连接的其他物体消散。
(1)静电中和
空气中存在着极为有限的带电粒子,这些带电粒子的存在,使带电体在与空气的接触中,其所带电荷会逐渐得到中和。但这个中和过程是极为缓慢的,一般情况下不会被察觉。
(2)静电泄漏
静电泄漏是指带电体上的电荷通过自身或其他物体等途径向大地传导而使其部分或全部消失的过程。绝缘体上的静电泄漏主要有两条途径:一条是经绝缘体表面泄漏;另一条是经绝缘体内部泄漏。前者遇到的是表面电阻,后者遇到的是体积电阻。
静电通过绝缘体本身的泄漏类似电容器放电,其电量符合式(2-3)的规律:
式中, Q 0 为泄漏前的电量(初始值);τ为泄漏时间常数; t 为泄漏时间。
对于生产过程中产生的有害静电,泄漏时间常数越大,静电越不容易泄漏,危险性越大。通常用带电体上的电荷消散至其初始值的一半时所需要的时间来衡量静电泄漏的快慢,以此来衡量危险性的大小,这个时间叫做电荷半值时间。
3. 静电的影响因素
对静电产生和积累的影响因素有多种,包括材质、工艺设备和参数、环境条件等。掌握静电的影响因素,有利于实现对静电危害的控制。
4. 静电的危害
在生产工艺过程中,静电放电作用、静电感应作用和静电库伦力作用等可带来事故隐患。工艺过程中产生的静电可能引起爆炸和火灾、对人身造成电击伤害、妨碍生产,以及干扰和损坏电子设备。其中,爆炸和火灾是最为严重的危险。
静电安全防护重点是对引发爆炸和火灾的防护,相应防护措施应根据现场环境条件、生产工艺和设备、加工物件的特性以及发生静电危害的可能程度予以研究选用。
1. 静电危险的安全界限
当静电相关量值超过其满足相应条件的安全界限时,就可能引发静电危险。熟悉静电的安全界限,对控制静电危险十分重要。
(1)静电放电点燃界限
导体间的静电放电能量按式(2-4)计算:
式中, W 为放电能量(J); C 为导体间的等效电容(F); U 为导体间的电位差(V)。
其数值大于可燃物的最小点燃能量时,就有引燃风险。
(2)引起人体电击的静电电位
人体与导体间发生放电的电荷量达到2×10 -7 C以上时,就可能感知电击。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见表2-3。
表2-3 不同人体电位的电击程度
2. 静电防护措施
(1)减少电荷产生
对接触起电的物料,应尽量选用在带电序列中位置较邻近的,或对产生正负电荷的物料加以适当组合,使最终达到起电最小。在生产工艺中,对有关物料尽量做到接触面积和压力较小,接触次数较少,运动和分离速度较慢。
(2)静电屏蔽
带电体应进行局部或全部的静电屏蔽,或利用各种形式的金属网减少静电的积聚。
(3)消除静电放电条件
在设计和制造工艺装置或装备时,应避免存在静电放电的条件,如在容器内避免出现细长的导电性凸出物和避免物料的高速剥离等。
3. 电动汽车中的静电防护应用
(1)安装静电放电器
静电放电器也叫静电释放器,其工作原理就是通过其内部的金属导线将车内静电传导到放电器上,再通过空气或地面传导到大自然,以达到消除车内静电的目的。
(2)做好静电保养
给汽车漆面喷抹、涂覆诸如蜡、釉、膜层和液剂等,主要作用是防止车表静电,原理是隔断尘埃与车表金属摩擦。
(3)养成良好的用车习惯
静电之所以会产生,干燥是一个重要成因,因此可以通过增加车内湿度减少静电的产生,主要的措施是:减少空调的使用、加装车载加湿器和保持手部湿润等。