预防静电的方法与接地保护技术

2015-04-15张明飞

精密制造与自动化 2015年3期

关键词：防静电静电危害

任燕李仁张明飞

预防静电的方法与接地保护技术

任燕1李仁1张明飞2

（1. 河南工业职业技术学院河南南阳473000；2. 国网南阳供电公司河南南阳473000）

静电是一种常见的带电现象，在工农业生产和日常生活中间经常遇到。通过分析静电的产生和危害，包括静电引燃的原因，静电产生的特点和危害及消除静电的主要方法，防静电接地的具体要求，接地故障与电气火灾以及必须实行保护接地或接零的设备等。

防静电接地危害保护电气火灾

1 静电产生的原因及其特点

静电是由于两种不同物质相互接触、分离、摩擦而产生的。静电电压的大小与物体接触表面处电介质的性质和状态、表面之间相互贴近的压力大小、表面之间互相摩擦的速度、物体周围介质的温度与湿度有关。静电电压可能高达数千伏甚至几万伏，而电流却可能小于1 μA，故当电阻小于1 mΩ时就可能发生静电短路而泄放静电能量。静电放电的火花能引起易燃易爆物的燃烧，甚至爆炸，是火灾和人员工伤的原因之一。静电也可以被利用，静电喷涂就是一个突出的例子。

当制造、输送或储存低导电性物质、压缩空气和液化气体时，经常由于摩擦而产生静电。这些静电不仅聚集在管道、容器和储罐上，而且还聚集在加工设备上形成高压电位，对人身、设备的安全有着很大的威胁。试验证明：当这些物质的电阻率不大于0.1 mΩ时，不会由于摩擦而产生静电。如果电阻系数超过这个数值，而且在下列情况下，就很容易产生危险的静电电位和火花放电。

当液体或气体在管道中流动的速度大于0.7~1m/s时，尤其在含尘的情况下，如当空气中的沼气含量为8.5%、空气湿度低于65%时，煤尘随气流以2.5 m/s的速度在钢管中流动，此时钢管上所产生的静电电压可以达到7.5 kV，并发生火焰长达3 mm的火花放电。

当液体由一个容器转注到另一个容器时，尤其在自由降落的情况下，如从6 m高的地方自流下的预热润滑油，就可以产生火焰长达10 mm的火花放电。当液化气体或压缩气体由管口喷出时，如当乙炔由钢瓶中放出时，产生的静电电压可达6 kV；二氧化碳由钢瓶放出时，可达8 kV。如果在喷雾油漆及类似的工艺过程中，气流中含有细微的喷雾状悬浊液体或灰尘时，更容易发生爆炸。在空气干燥和其他类似的工作过程中或在气流中有粉状物质和灰尘运动时，也容易产生静电或火花放电。在碾碎、过筛、过滤等工作过程中产生灰尘或在空气被污染的情况下，也容易产生静电或火花放电。在搅拌、滚轧、辗光等加工过程中发生强烈的摩擦情况下，也容易产生静电或火花放电。当利用皮带传动或由不导电橡胶制成的输送装置工作时，也很容易产生危险的静电电压，且其所产生的火花放电，甚至能烧毁距离皮带200 mm处的金属围栅。

2 静电引燃的起因

液体石油产品在流动、过滤、混合、喷雾、喷射、冲洗、加注、晃动等情况下，由于静电荷的产生速度高于静电荷的泄漏速度，从而积聚静电荷。当积聚的静电荷，其放电的能量大于可燃混合物的最小引燃能，并且在放电间隙中油品蒸气和空气混合物处于爆炸极限范围时，将引起静电危害。

3 防静电接地

油品生产和储运设施、管道及加油辅助工具等应采取静电接地措施。当它们与防雷、电气保护接地系统可以共用时，不再采用单独静电接地措施。

静电问题越来越被人们重视。在带电导体周围有电场产生，在高压输电线和变电所设备周围，就存在高压电场。根据静电感应原理，在周围的物体上会有电荷积累。有时还因为其他原因，如摩擦起电，物体上就带有静电，甚至衣物和纸张上带有电荷，给人有很强的刺激，汽车门上的静电，还有可能电击伤人，在黑暗中能看到许多火花，并发出“噼啪”的声响，带静电的纸张还像一把锋利的刀子，将人体特别是手指割破（医学上被利用作为电刀）。人体接触带静电荷的物体，电荷向人体移动，有时像一个电容器对电阻放电，有时像一个电容器向另一个电容器充电，对人体产生电击的感觉。静电电荷的瞬时电击对人体的安全极限，目前尚没有统一的标准，频繁发生静电感应的发生繁多，值得人们重视。

4 防静电危害的主要方法——接地

当静电危害到有关人员、工艺过程或产品质量时，为了消除静电所产生的危害，应采取必要的防静电措施。消除静电的方法很多，最简单和最有效的方法是采取接地措施。由于静电能够产生高电位及火花，因此在有爆炸及火灾危险的建筑物内就必须特别重视。

应该注意，在许多情况下，金属器具、贮罐和管道的表面或内壁会出现沉淀的非导电物质（如胶质物、薄膜、沉渣等）。这种物质不但使接地失去作用，反而会使人产生“静电危害已经被消除”的错觉。又如搪瓷或其他有绝缘层的金属器具等，当简单接地不能防止静电危害时，应采取更为有效的措施。

4.1 防静电接地的范围和方法

（1）所有设置在户外（如在栈桥或地沟中）和车间内的有可能发生静电危害的管道和设备，均应在连接成连续的电气通路并接地。车间内管道系统的接地点应不少于两处。采用金属法兰连接的设备和金属管道的连接处可不设跨接线，但若还需防雷则应设跨接线。

（2）所有容积大于50 m3和直径大于2.5 m的贮罐，接地点不应少于两处，并应沿设备外围均匀布置，其间距不应大于30 mm。

（3）铁路油罐车在灌注油液的时间内，栈桥、油罐车和铁轨之间应有良好的电气连接并可靠接地。油罐车、油船在灌注或排放可燃性液体和液化气时同样应接地。

（4）当润滑剂的电阻大于106Ω时，设备的旋转部分必须接地，否则应采用接触电刷或导电润滑剂。

（5）移动的导电容器或者器具可能产生静电危害时应接地。当利用与导电地板、导电工作台和其他接地物体相连接的方法不能确保其可靠接地时，必须采用可挠性的铜线将其直接接地。利用工具操作或检修这类设备时，工具也应可靠接地。

（6）洁净室、计算机房、手术室等房间一般采用接地的导静电地板。当其与大地之间的电阻在106Ω以下时，则可防止静电危害。在有可能发生静电危害的房间里，工作人员应穿导静电鞋（例如皮底或导静电橡胶底鞋），并应使导静电鞋与导静电地板之间的电阻保持在104～106Ω以下。

（7）为了防止静电危害，在某些特殊场所，工作人员不应该穿丝绸或某些合成纤维（例如尼龙、贝伦等）衣服，并应在手腕戴接地环以确保接地。从事带静电作业人员（如汽油、橡胶溶液的操作人员等）不应戴金属戒指和手镯。这些特殊场所的门把手及门栓也应接地。

4.2 防静电接地的接地电阻值

专门用于防止静电危害的接地系统，其接地电阻值宜不大于100 Ω。但如与其他接地共用接地系统时，则其接地电阻值应符合其中最小值的要求。

4.3 防静电接地的接地线及其连接

（1）用于防静电接地系统所要求的接地电阻值较大而接地电流（或泄漏电流）很小，一般为微安级，所以其接地线主要按机械强度来选择，其最小截面为6 mm2。一般采用绝缘导线，对移动设备则采用可挠导线。

（2）对于固定式装置的防静电接地，接地线应与其焊接（如电焊、气焊、锡焊）；对于移动或装置的防静电接地，接地线与其可靠连接，防止松动或断线。

（3）当采用橡皮软管灌注油类时，应在管头安装金属管口，并应在金属管口处设置与其有电气连接的盛油的金属槽。当从一个金属容器往另一个金属容器灌注油类时，应预先把两个容器进行电气连接并接地。

（4）油罐车在行驶时，防静电接地一般的做法是将接在车体上的金属链直接垂到路面上。

5 接地故障与电气火灾

当电气线路和电气设备的绝缘老化或遭受意外机械损伤之后，一方面它们的外露导电部分带有对地的危险电压可能会使人体遭受间接接触电击的伤害。另一方面这种接地故障多以电弧接地形式出现，电弧的温度高达几千度，很容易引燃其周围可燃物，甚至造成电气火灾。与此同时，接地故障电弧引起的泄漏电流在30~500 mA之间，因此，同样可以采用剩余电流动作保护器分断保护起到防止电气火灾发生。当剩余电流动作保护器的动作电流满足防止电气火灾发生的泄漏电流时，会立即动作切断电源回路或发出声光报警信号。告诉人们已经发生了接地故障，应立即巡视检查，查出故障部位，采取措施及时处理。

6 重复接地与共同接地

6.1 实行零线重复接地的作用

在中性点直接接地的低压配电系统中，为确保接零保护方式的安全可靠，防止零线断线所造成的危害，系统中除了工作接地外，还必须在整个零线的其它部位再进行必要的接地，这种接地称为重复接地。事实上，保护接零本身就包含重复接地的要求。

需要重复接地的处所如下:

（1）架空线路或分支线的首端与终端。

（2）无分支的架空线路的沿线每隔1 km处。

（3）电缆或架空线路引入室内的进线处（距接地点不超过50 m的除外）。

（4）车间内零干线的终端处，以及零干线很长时，其中间的适当部位处。

（5）室内设备接地时，应将零线与所有低压开关等设备及控制屏的接地装置相连线。

6.2 变压器的铁芯与外壳要同时接地

变压器运行时，铁芯及其各种连接的金属结构都处于线圈所产生的强磁场中。如果铁芯不与箱体（外壳）同时接地，则由于强磁场的作用，使铁芯与箱体间存在较高的电位差，很可能由此形成间隙放电，这是不允许的。铁芯和箱体若实行了同时接地，就可保证它们始终都处于相同电位。这种将若干电气设备需实行接地的不同部位同时接地的方式，称为共同接地。

现实中对于铁芯的接地常采用“一点接地”方式。这是由于各芯片间要求相互绝缘以限制涡流来考虑的。若将整个铁芯接地，各片间及互相连通势必产生很大的涡流。由于片间绝缘相对来说比较薄弱，它虽然能阻止涡流，但却不能阻挡高压静电的泄漏。所以当实行一点接地方式后，对于感应高电压来说，实际上相当于将整个铁芯接地了。

6.3 配电系统的三点共同接地

配电系统中，为防止架空配电网的过电压危害，将变压器中性点、变压器外壳及避雷器的接地引下线，三者共同与一个接地装置相连接，这种方式，称之为配电系统的三点共同接地。

如果不实行这种三点共同接地的方式，则当雷电电流经过避雷器及接地装置泄入大地时，避雷器上的残压和雷电电流在接地装置上所产生的电压降，将通过接地体加到变压器的外壳与绕组上，使变压器要承受超出其额定电压很多倍的高电压，这就很可能导致变压器绕组绝缘损伤，甚至造成击穿。

若三点共同接地后，当避雷器动作时，加在变压器绕组及外壳的电压就只有避雷器上那部分残压，减少了在接地体上那段电压降，从而能够保障变压器安全运行。

7 保护接地或接零的设备

7.1 应该实行保护接地或接零的设备

凡是正常情况下不带电，当绝缘损坏或其他情况下可能带电的电气与机械设备的金属部分，都应该实行保护接地或接零。

电动机、变压器、电器的外壳及其操作机构。配电盘、控制屏及变配电所的金属构架与金属遮栏。电线、电力电缆的金属保护管的金属包皮，电缆终端头与中间头的金属包皮，以及母线的外罩与保护网。电焊用变压器、互感器的二次线圈及局部照明变压器的二次线圈。避雷针、避雷器、保护间隙和耦合电容器底座，架空线路及线路的金属杆塔。超过安全电压，但未采用隔离变压器的手持电动工具或移动电具的外壳等。