Zagrożenia towarzyszące
wykorzystaniu energii
elektrycznej
Powszechne stosowanie urządzeń
zasilanych energią elektryczną
niesie ze sobą różnego rodzaju
zagrożenia zarówno dla człowieka
jak i jego środowiska. Są to:
porażenia oraz oparzenia prądem i
łukiem elektrycznym
zagrożenia pożarowe
zagrożenia wybuchem
zagrożenia od elektryczności
statycznej
zjawiska związane z
wyładowaniami atmosferycznymi.
Zagrożeń tych nie można uniknąć, ale
można i trzeba zmniejszać zarówno
ryzyko ich występowania, jak i skutki
wypadków elektrycznych.
Analizy wykazują, że przyczyną 70÷85%
wypadków elektrycznych jest
niewłaściwe postępowanie człowieka,
wynikające najczęściej z lekkomyślności,
nieprzestrzegania przepisów BHP, braku
umiejętności bądź wiedzy o zagrożeniu.
Uwaga:
Napięcia w elektrotechnice dzieli się na:
napięcia niskie (nn) o wartości
znamionowej Un do 1000 V
napięcia wysokie (WN) o wartości
znamionowej Un powyżej 1000 V
dla prądu przemiennego o częstotliwości
50 Hz, oraz
napięcia niskie o wartości znamionowej
Un do 1500 V
napięcia wysokie o wartości znamionowej
Un powyżej 1500 V dla prądu stałego.
Zagrożenia od
elektryczności
statycznej i ochrona
przed nią
Elektryczność statyczna jest to
zespół zjawisk towarzyszących
pojawieniu się niezrównoważonego
ładunku elektrycznego na materiałach
o małej przewodności elektrycznej
(dielektrykach, materiałach
izolacyjnych) lub na odizolowanych od
ziemi obiektach przewodzących (np.
ciele człowieka, elementach urządzeń,
itp.).
Ładunki te wytwarzają wokół siebie
pole elektrostatyczne o natężeniu tym
większym, im większa jest wartość
ładunku wytwarzającego to pole.
Elektryzowanie (elektryzacja) jest to
wytwarzanie na danym ciele
znajdującym się w polu
elektrostatycznym nadmiaru
ładunków elektrycznych jednego
znaku.
Występuje zwykle w warunkach
zetknięcia czy zbliżenia i
następującego po nim rozdzielenia
dwóch nie naelektryzowanych ciał,
przy czym mogą to być: ciała stałe,
ciało stałe i ciecz, ciało stałe i gaz,
ciecz i gaz bądź ciecze.
Warunki takie zachodzą np. przy
transporcie ciał (przesypywaniu,
przepompowywaniu, a także przy
ślizganiu, toczeniu, uderzaniu,
rozdrabnianiu, przepływie), jak
również ich mieszaniu.
Możliwe też jest przy zmianach
stanu skupienia, przy ich jonizacji,
przy oddziaływaniu indukcyjnym czy
mechanicznym powodującym efekt
piezoelektryczny, jak i w różnych
procesach elektrochemicznych.
Elektryzowanie może być ciągłe lub
dorywcze (okresowe).
Przy dużych wartościach natężenia
pola elektrycznego, jeżeli
naładowany układ znajdzie się w
pobliżu uziemionego przedmiotu,
może dojść do wyładowania
elektrostatycznego niezupełnego -
ulotowego lub snopiastego, oraz
zupełnego - iskrowego. Wyładowania
ulotowe i snopiaste powstają w
warunkach silnie niejednostajnego
pola elektrycznego.
Dalsze zwiększanie przestrzeni, w
której występuje natężenie pola o
wartości krytycznej, prowadzi do
powstania wyładowania iskrowego.
Wyróżnia się następujące
wyładowania elektrostatyczne:
międzyelektrodowe, elektroda -
dielektryk, bezelektrodowe,
piorunopodobne.
Każde z tych wyładowań może
występować jako niezupełne i zupełne.
Wyładowania międzyelektrodowe
występują najczęściej pomiędzy
odizolowanym a uziemionym
elementem metalowym. Wyładowania
elektroda - dielektryk są to
wyładowania inicjowane pomiędzy
naelektryzowanym obiektem z
materiału dielektrycznego a zbliżoną do
niego uziemioną elektrodą.
Wyładowania bezelektrodowe
występują pomiędzy dwoma
obiektami z materiałów
dielektrycznych w warunkach ich
rozdzielania, przy rozdrabnianiu, itp.
Wyładowania tego rodzaju powstają
np. podczas: odwijania folii z bębna,
ślizgania taśm przenośników po
wałkach z materiałów
dielektrycznych, strzepywania filtrów
workowych itp.
Wyładowania piorunopodobne są to
wyładowania iskrowe,
charakteryzujące się znaczną
długością kanału iskrowego,
inicjowane przez duże chmury
naelektryzowanego pyłu.
Zagrożenia elektrycznością
statyczną są spowodowane
bezpośrednim oddziaływaniem pola
elektrycznego wytwarzanego przez
naelektryzowane obiekty lub
oddziaływaniem wyładowań
elektrostatycznych. Wyróżnia się
trzy rodzaje zagrożeń:
niekorzystne oddziaływanie na
człowieka
zakłócenia procesów
technologicznych
pożarowo-wybuchowe.
Ładunki elektrostatyczne mogą
powstawać na ludziach drogą
kontaktową w czasie chodzenia,
zdejmowania odzieży albo
wykonywania czynności domowych
lub zawodowych. Elektryzacja ludzi
może również nastąpić przez
indukcję.
Ciało człowieka może gromadzić
ładunki elektryczne, jeśli jest
odpowiednio odizolowane od ziemi,
np. przez nieprzewodzące obuwie
lub podłogę. Energia związana z
naładowaniem elektrostatycznym
człowieka wynosi od kilku do
kilkudziesięciu mJ.
Oddziaływanie elektryczności
statycznej na ludzi jest
następujące:
przebywanie pod wpływem pola
elektrostatycznego przez dłuższy
czas ma ujemny wpływ na stan
zdrowia i samopoczucie ludzi
wyładowania elektrostatyczne
powstają przy zbliżeniu do
uziemionego obiektu; poza
niemiłym lub groźnym uczuciem,
wyładowania mogą prowadzić do
urazów mechanicznych przy
występujących odruchach.
Wyładowanie zwykle jest słabo
odczuwalne lub nieodczuwalne, a
przy wyższych poziomach napięcia
i energii (o energii ok. 250 mJ)
może spowodować wystąpienie
ciężkiego szoku.
Ponieważ wartości te znacznie
przekraczają minimalne energie
zapłonu wielu mieszanin
wybuchowych, zachodzi też
niebezpieczeństwo inicjacji
wybuchu przy wyładowaniu z
człowieka w warunkach zagrożenia
wybuchowego lub pożarowego.
Przykładowo, wartości minimalnej energii
zapłonu wynoszą: 0,011 mJ dla acetylenu i
wodoru, a 0,15 mJ dla oparów benzyny.
Przedrostki SI : 10 3 | kilodżul kJ | 10–3 |
milidżul mJ | 10 6 | megadżul MJ | 10–6 |
mikrodżul µJ | 10 9 | gigadżul GJ | 10–9 |
nanodżul ...
Silne pola elektrostatyczne mogą powodować
zakłócenia w działaniu aparatury kontrolno-
pomiarowej, komputerów oraz we wszelkich
urządzeniach elektronicznych zawierających
elementy półprzewodnikowe.
Wyładowania elektryczności
statycznej prowadzą też do
trwałych uszkodzeń elementów
półprzewodnikowych. Może je
powodować sam człowiek, kiedy
jest naładowany i dotyka tych
elementów, np. w trakcie procesu
produkcji czy przy montażu..
Zagrożenia wywołane
elektryzowaniem się ciał stałych w
postaci zwartej występują w wielu
procesach przemysłowych, np. takich
jak: przewijanie, walcowanie,
kalandrowanie, powlekanie oraz przy
przenoszeniu napędu przez paski
klinowe i pasy transmisyjne, tarciu
odzieży, toczeniu się kół pojazdów,
itp.
Elektryzowanie się cieczy następuje
podczas takich operacji, jak: przepływ
przez rurociągi, napełnianie i opróżnianie
zbiorników - w szczególności połączone z
rozbryzgiwaniem, falowanie cieczy w
zbiorniku będącym w ruchu, rozpylanie,
mieszanie, filtrowanie, itp. Natężenie
prądu elektryzacji wzrasta ze wzrostem
prędkości przepływu średnicy rurociągu
oraz stopnia szorstkości powierzchni
wewnętrznej.
Gazy, pary lub ich mieszaniny
elektryzują się tylko wtedy, kiedy
znajdują się w nich zanieczyszczenia
w postaci cząstek ciał stałych i/lub
ciekłych, takie jak: rdza, pył, kropelki
wody, skroplony gaz, mgła itp.
Elektryzowanie następuje w wyniku
kontaktowania się tych cząstek ze
sobą, ze ściankami naczynia,
przewodu, itp., bądź rozrywania
kropelek.
Strumień naelektryzowanego gazu
może również indukować ładunek na
elementach przewodzących.
W przypadkach, gdy wskutek
naelektryzowania gazu może wystąpić
zagrożenie, należy przede wszystkim
uziemić wszystkie przewodzące
elementy, które mogą znaleźć się na
drodze strumienia gazu, oraz zapewnić
ekwipotencjalizację (wyrównanie
potencjałów) pomiędzy nimi.
Środki ochrony przed
elektrycznością statyczną powinny
eliminować możliwość elektryzacji
obiektów lub, jeżeli to niemożliwe,
zapewniać bezpieczne odprowadzanie
ładunków elektrycznych.
W celu odprowadzania ładunków
elektryczności statycznej z metalowych i
przewodzących części i urządzeń stosuje
się uziemienia i połączenia
wyrównawcze.
Uziemianie powinno zapewnić spływ
ładunków bez wystąpienia
zagrożenia wybuchowego lub
pożarowego.
Czasem zdarza się, że uziemienie nie
spełnia roli odprowadzania ładunków
elektrostatycznych do ziemi, np.
jeżeli spływ ładunków występuje
tylko z warstwy cieczy przylegającej
do ścianek zbiornika.
Antystatyzacja polega na zmianie
właściwości materiałów i substancji w
celu zmniejszenia ich elektryzacji i
gromadzenia się ładunków.
Wprowadzenie do danej substancji
odpowiedniej domieszki (tzw.
antystatyka) lub naniesienie antystatyka
na powierzchnię materiału (wykładziny
antyelektrostatyczne) powoduje
zwiększenie skrośnej lub powierzchniowej
przewodności elektrycznej.
Preparacja antystatyczna
objętościowa jest stosowana zwykle
do cieczy, ma również zastosowanie
do materiałów sypkich oraz tworzyw
stałych. Przy produkcji,
przetwórstwie i stosowaniu
nieprzewodzących materiałów
stałych oraz folii, płyt, itp. stosuje się
preparację antystatyczną
powierzchniową.
Powszechnie stosowana jest
antystatyzacja tkanin i odzieży.
Antystatyzację trwałą tkanin
uzyskuje się przez odpowiedni
dobór struktury włókien mieszanin
tworzyw sztucznych z bawełną lub
lnem.
Antystatyzację okresową otrzymuje
się przez preparację powierzchniową
włókien w procesie produkcji. Po
kilkunastu praniach (co najmniej 10)
właściwości antystatyczne okresowe
zanikają i tkaniny podlegają znowu
elektryzacji. Powszechna jest również
antystatyzacja doraźna, uzyskiwana
przez płukanie tkanin i odzieży.
Zwiększanie wilgotności
powietrza jest skutecznym
środkiem ochrony przed
gromadzeniem się ładunków
elektrostatycznych tylko na tych
materiałach, które wykazują
właściwości powierzchniowego
adsorbowania wody. Dla materiałów
niehigroskopijnych, np. większości
typowych tworzyw sztucznych, ten
środek ochrony jest nieskuteczny.
Zwiększenie wilgotności względnej
powietrza (co najmniej do 70%)
dokonuje się poprzez nawilżanie
pomieszczeń lub stanowisk
produkcyjnych (nawilżanie
miejscowe).
Neutralizatory ładunku służą do
eliminacji ładunków elektrostatycznych
występujących na powierzchniach
płaskich lub walcowych, pasów
napędowych itp. poprzez ich
neutralizację zjonizowanym
powietrzem. Neutralizatory ładunku
mogą działać w sposób bezpośredni,
wytwarzając jony w bezpośredniej
bliskości deelektryzowanej powierzchni,
lub z wymuszonym nadmuchem
zjonizowanego powietrza.
Ekranowanie elektrostatyczne
polega na umieszczaniu uziemionej
siatki metalowej na powierzchniach
izolacyjnych w celu zmniejszenia
natężenia pola elektrycznego na
stanowisku pracy.
Zmiany procesów technologicznych
umożliwiające eliminację zagrożeń to:
zmniejszenie szybkości procesów, np.
zmniejszenie szybkości przepływu
cieczy
zwiększenie pojemności obiektów
względem ziemi
korekta procesów w celu pozbycia się
źródeł generacji ładunków, np.
eliminacja rozbryzgiwania cieczy,
pylenia materiałów sypkich
prowadzenie procesów w
atmosferach obojętnych, np. nie
zagrożonych wybuchem
dobór tworzyw na wykładziny,
konstrukcje maszyn i urządzeń
produkcyjnych w celu zmniejszenia
elektryzacji stykających się z nimi
obiektów oraz materiałów.