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静电防护原理及安全防护原则
- 2020-09-25-

静电防护原理及安全防护原则

一、静电的防护原理

防静电危害的一般原理对于不同的对象,静电作用的效果也不尽相同,形成的危害也不同,可以表现为:

1.在易燃、易爆气体混合物存在的危险场所和有电爆装置的地方,静电危害常常导致火灾和爆炸事故发生。

2.对于通信、数据处理等电子系统,静电的危害表现为瞬态电磁干扰,使系统不能正常工作。

3.在印刷、纺织、自动化包装等工业部门,静电危害成为生产的障碍(或者称为障害)。另外,在不同的环境,不同的工业部门,产生静电危害的“危险静电源”也不同。例如,人体静电形成危害;机器带电造成危害;粉尘、火炸药本身就是静电带电者,它们同时又是静电放电的敏感物质。

显然,针对不同的环境,不同的对象,应该有不同的防静电危害的技术和措施。但是,无论哪种环境和对象,静电放电的规律是一样的,因此,不管具体防护措施有多大差异,一定存在着静电防护的一般原理,即静电安全防护的共同原则。

二、静电安全防护原则

确立静电安全防护原则的最基本依据就是形成静电危害的三个基本条件:1.产生并积聚足够的静电,形成“危险静电源”,以致局部电场强度达到或超过周围介质的击穿场强,发生静电放电。2.危险静电源存在的场所有易燃、易爆气体混合物并达到爆炸浓度极限,或有电火工品、火药之类爆炸危险品,或有静电敏感器件及电子装置等静电易爆、易损物质。3.危险静电源与静电易爆、易损物质之间能够形成能量耦合并且静电放电能量等于或大于前者最小点火能或者静电敏感度。

也就是说,只要根据静电起电、放电基本原理和材料静电性能等有关知识,控制三个基本条件之一,使其不能满足形成静电危害的要求,就能够防止静电危害发生。为了安全可靠,在实际的静电防护工程中,一般需要控制使其中两个条件不能满足。另外,静电危害的作用机理和特点,危险静电源与静电敏感物质之间的能量耦合途径与模式,也是确立静电安全防护原则和静电防护措施的重要依据。根据形成静电危害的三个基本条件,可以推理确定三条静电安全防护原则:1.控制静电起电量和电荷积聚,防止危险静电源的形成。2.使用静电感度低的物质。3.采用综合防护加固技术,阻止ESD能量耦合。

根据上述三条静电安全防护原则,为了防止静电危害,可以采取如下对策:

1.控制静电起电率,防止危险静电源的形成。危险静电源的形成是由于物体的静电起电率(单位时间物体上电荷的增加量)大于物体上的电荷消散率(单位时间物体上泄漏电荷和通过空气中和的电荷总量),使物体电荷总量不断积累形成了静电带电体。静电起电率与电荷消散率相比越大,带电体上积累的电荷越多,对地电位越高,这种静电源就越危险。因此,有效地控制静电起电率,是防止静电危害的基本对策之一。减小静电起电率的主要方法如下所述:①减少物体间的摩擦。②控制物体之间的接触分离速度和次数,同时使物体的速度缓慢变化。③缩小接触分离物体间的接触面积,减小接触压力。④不要急剧剥离处于紧密接触状态的物质。⑤物体表面应保持清洁、光滑的状态。⑥合理搭配使用“摩擦带电序列”中位置靠近的材料。⑦纯净气体避免混人杂质等异物粒子。

2.增大电荷消散率,防止电荷积聚。增大电荷的消散率,可以减少静电电荷的积聚,当消散速率等于或大于起电率时,就不会形成静电危害源。增大电荷消散率的主要方法如下:

①提高环境的相对湿度,当相对适度增加到50%时,一般物体的带电量明显减少;当相对湿度在65%以上时,几乎所有物体的表面电阻率都减小,提高了物体的电荷泄漏速率。

②将静电导体或静电亚导体进行合理的静电接地和搭接,使物体保持有电荷泄漏的通道。

③使用导体材料或防静电材料代替静电非导体,或使用抗静电剂,使物体表面电阻率减小,电荷能够通过接地装置很快泄漏。

④使用离子风等静电消除器,中和带电体上的电荷,以提高电荷的消散速率,使危险静电源不能形成。

3.采用抗静电火工品和元器件降低场所危险程度。在有些情况下,上述两种防护对策无法完全实现,这时候就应该考虑使用抗静电的电火工品和抗静电元器件,以防止静电造成危害。

4.控制气体混合物浓度,防止爆炸事故发生。采用通风、降低生产速率等方法,减少易燃、易爆气体,使其不在爆炸浓度极限范围之内。

5.采用抗ESD设计和防护加固技术提高电路抗电磁干扰能力。在电路设计中,采用抗ESD技术,并综合运用接地、搭接、屏蔽、滤波等静电防护加固技术,使电路和整机具备抗静电放电产生的电磁脉冲作用,消除静电放电对电子装置的危害。

6.加强静电安全管理。静电安全管理是贯彻上述“原则”、“对策”的基本保证,也是各行业防静电危害工作中最基本的要求。


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