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1、机械与电气安全,艾纯明,Tel：15042962066 Email：,第三章 电气安全专业基础 第五节 静电防护,2020/8/3,2,一、静电的产生 二、静电的消失 三、静电的影响因素 四、静电的危害 五、静电防护措施,概述,2020/8/3,3,在干燥的冬天，见面握手时，手指刚一接触到对方，会突然感到指尖针刺般刺痛，令人大惊失色； 早上起来梳头时，头发会经常“飘”起来，越理越乱； 在干燥的冬天，当你的手指触及门把、水龙头、椅背等金属器物或两人互相触及时都有电击感； 电脑显示器表面有一层灰尘,概述,2020/8/3,4,很少有静电问题 晶体三级管和二极管时代，产生静电少,静电问题明显 MOS
2、器件对静电非常敏感,静电问题越来越严重,静电问题普遍存在 集成电路中SiO2膜的厚度薄，承受电压低 产生和积累静电的材料如塑料、橡胶等大量使用 静电敏感材料的使用，如油品, 火药，电子器件,概述,所有物质（金属、非金属、固体、液体、气体）在一定的条件下，都可能发生电子转移，产生静电。 静电是相对静止的电荷，是由于两种不同的物体互相摩擦、或者物体与物体紧密接触后又分离而产生的。,2020/8/3,5,各种物质束缚电子的能力可用逸出功来衡量，逸出功是把一个电子从物质内部移到外部所需外界作的功。 两种物质接触时，逸出功小的失电子带正电，逸出功大的得电子带负电。,概述,当风干物燥时，大气电场由于磨擦而
3、产生静电。它小则会造成电脑死机，软盘无法复制；大则使加油站、化纤车间等引发火灾、爆炸事故。 1987年发生的震惊全国的亚洲最大的哈尔滨亚麻厂大爆炸事故，就是因车间高浓度粉尘被静电火花点燃后发生爆炸起火。 2010年1月7日，中国兰州石化罐区爆炸起火，6人遇难，1人重伤，5人轻伤，事故原因系罐体泄漏，致使现场可燃气体浓度达到爆炸极限，溢出可燃气体产生静电，引发着火爆炸酿成惨剧。 在电子工业中损坏电子元器件，仅美国每年因静电对电子工业造成的损失高达几百亿美元。,静电是无形杀手,2020/8/3,6,概述,1969年底在不到一个月的时间内荷兰、挪威、英国三艘20万吨超级油轮洗舱时产生的静电引起相继发
4、生爆炸，引起了世界科学家对静电防护的关注。 上海某石化公司的2000米3甲苯罐，山东某石化公司的胶渣罐，抚顺某石化公司的航煤罐等都因静电造成了严重火灾爆炸事故。,静电是无形杀手,2020/8/3,7,静电力的危害 在大规模集成电路生生中由于静电使尘埃吸附在芯片，使成品率大大降低。 印刷过程中由于静电吸引力使纸张难以对齐，降低生产效率。,概述,皮肤静电干扰：可改变人体体表的电位差，影响心肌的生理过程及心电的正常传导，使病情加重或诱发早搏等。 影响生理平衡：持久的静电还会使血液的碱性升高，更会造成皮肤瘙痒、色素沉着，干扰人的情绪。 引起面部疾病：电脑产生的静电吸附了大量浮尘，使人面部受到污染刺激，
5、发生红斑、色素沉着等面部疾病。,静电损害人体健康,2020/8/3,8,概述,静电除尘：利用静电吸除空气中的灰尘，能使空气净化。 静电喷雾：提高效率和减少农药用量，省钱、环保。 静电处理种子：抗病能力强，减少病虫害发生，优质高产； 静电产生臭氧：强化剂，有很强的杀菌作用； 静电处理水：既能杀菌又不易起水垢； 带静电的体膜：能医治各种软组织损伤、它具有活血化淤、消炎消肿作用。 静电喷涂：静电喷涂家电如洗衣机、电冰箱的外壳十分均匀。 静电复印：用于复印机、复印资料文件等。,静电的益处,2020/8/3,9,静电的产生,1,2020/8/3,10,机械与电气安全,一、静电的起电方式,2020/8/3
6、,11,两种物体接触，其间距离小于2510-8cm时，由于不同原子得失电子的能力不同，不同原子（包括原子团和分子） 外层电子的能级不同，其间即发生电子的转移。 因此，两种物质紧密接触，界面两侧会出现大小相等、极性相反的两层电荷。这两层电荷称为双电层，其间的电位差称为接触电位差。,1.接触-分离起电,一、静电的起电方式,2020/8/3,12,1.接触-分离起电,一、静电的起电方式,2020/8/3,13,1.接触-分离起电,一、静电的起电方式,2020/8/3,14,不论材料破断前其内电荷分布是否均匀，破断后均可能在宏观范围内导致正、负电荷的分离，即产生静电，这种起电称为破断起电。 固体粉碎、
7、液体分离过程的起电属于破断起电。,2.破断起电,一、静电的起电方式,2020/8/3,15,3.感应起电,分离前,分离后,一、静电的起电方式,2020/8/3,16,3.感应起电,当带电物体接近不带电物体时会在不带电的导体的两端分别感应出负电和正电，如下图所示 。,一、静电的起电方式,2020/8/3,17,3.感应起电,当物体与发生放电时会造成与之间放电，如下图所示。,一、静电的起电方式,2020/8/3,18,3.感应起电,若与之间不发生放电，则会带上剩余的电荷，如下图所示。,+,+,A,C,B,+,+,+,+,一、静电的起电方式,2020/8/3,19,当一个带电体与一个非带电体接触时，
8、电荷将重新分配，即发生电荷迁移而使非带电体带电。 当带电雾滴或粉尘撞击在导体上时，会产生有力的电荷迁移； 当气体离子流射在不带电的物体上时，也会产生电荷迁移。,4.电荷迁移,二、固体静电,2020/8/3,20,固体静电可直接用双电层和接触电位差的理论来解释。 双电层上的接触电位差是极为有限的，而固体静电电位高达数万伏以上，其原因不在于静电电量大（静电电量一般只是微库级的），而在于电容的变化。,二、固体静电,2020/8/3,21,金属之间的接触起电 两种不同材料的物体相接触，在它们之间的距离很小时，一种物质中的电子就会传给另一种物质。失去电子的物体带正电，得到电子的物体带负电。 人们通常认为
9、两物体只有相互摩擦才能起电，其实摩擦是增加了接触面及提高了接触后的分离速度，因此可以认为摩擦只是接触的一种特殊形式而已。,1.接触起电,二、固体静电,2020/8/3,22,金属之间的接触起电 常见的是金属与高分子物质或两种高分子绝缘物质间的相互摩擦而起电的现象。譬如橡胶带通过辊轴时的带电情况，如图所示。,1.接触起电,二、固体静电,2020/8/3,23,金属与高分子固体间的接触起电 金属与均匀电介质接触时，也同样形成偶电层。,1.接触起电,二、固体静电,2020/8/3,24,热电效应 某些晶体具有明显的热电现象。 例如将石英体加热，则一端带正电，另一端带负电；在冷却时两端与加热时带电符号
10、相反。这一带电现象称为热电效应。,2.固体的物理效应起电,二、固体静电,2020/8/3,25,压电效应 晶体受到应力作用后，内部便发生均匀形变。不对称的晶体受到应变后，离子间受到不对称的内应力，使得离子间产生不对称的相对移动，结果产生了新的电偶极矩和面电荷，这种现象称为压电效应。 石英在1kg的压缩力下，其相对的两个面上能够产生百分之几伏的电位差，酒石酸钾钠晶体的此种效应更显著。,2.固体的物理效应起电,二、固体静电,2020/8/3,26,因材料破裂而带电 原来呈电中性的固体材料或粉体类物质因破裂会产生静电。,2.固体的物理效应起电,二、固体静电,2020/8/3,27,因材料破裂而带电
11、当有极性基的冰块破裂时可产生静电。,2.固体的物理效应起电,二、固体静电,2020/8/3,28,用橡胶棒进行非对称摩擦，最初发现运动的棒带正电而继续进行几十次强烈摩擦后其电荷又变成负的，这是因为运动的棒在接触点温度上升产生变形的缘故。,3.非对称摩擦带电,二、固体静电,2020/8/3,29,当把金属浸入电解质溶液中时，金属离子将向溶液扩散。随着这一过程的进行，在界面上将出现偶电层，形成电位差。 上述的电解现象在固体与固体之间接触时也会发生。这是由于固体表面能吸附很薄的水或其他的液体形成薄膜，这就使得两相接触的固体分界面上存在这种膜，通过这种膜而发生了电解现象。,4.电解起电,二、固体静电,
12、2020/8/3,30,中性导体置于外电场中会发生静电感应现象，当把被感应而带电的导体的一端接地时，这端电荷将被中和掉，然后，将接地线断开，再去掉外场，这时孤立导体就带上了电，这就是所谓感应起电。,5.静电感应带电,二、固体静电,2020/8/3,31,静电开始产生时静电量是随时间而增加的，但积聚到一定程度时，静电量不会无限增加而是趋于某一稳定值。 这是因为任何材料的绝缘电阻都不可能是无限大的，静电的产生和静电的泄漏是同时进行的。 开始阶段静电的产生多于静电的泄漏，然后产生量和泄漏量逐渐达到平衡。,6.固体静电的积聚,三、人体静电,2020/8/3,32,人在活动过程中，人的衣服、鞋以及所携带
13、的用具与其他材料摩擦或接触-分离时，均可能产生静电。 人体静电与衣服料质、操作速度、地面和鞋底电阻、相对湿度、人体对地电容等因素有关。 身上和周围就带有很高的静电电压，几百伏、几千伏甚至几万伏。特别是在干燥的季节当你脱衣服或用手去触摸金属体时会产生电击感，此时你带静电达几千伏至几万伏以上。 在干燥的季节若穿上化纤衣服和绝缘鞋在绝缘的地面行走等活动，人体身上的静电可达几千伏甚至几万伏。,三、人体静电,2020/8/3,33,电荷迁移：液体或粉体从人拿着的容器中倒出或流出时，带走极性的电荷，而人体上将留下另一种极性的电荷。 感应带电：人体是导体，在静电场中可能感应起电而成为带电体，也可能引起感应放
14、电。 吸附带电：如果空间存在带电尘埃、带电水沫或其他带电粒子，并为人体所吸附，人体也能带电。,三、人体静电,2020/8/3,34,两种不同湿度条件下人体活动产生的静电电位,三、人体静电,2020/8/3,35,三、人体静电,2020/8/3,36,人体对静电的感觉： 人体在瞬间电压超过3500V时，会有电击的感觉，大于5000V，则可以听到啪啪的声音，当达到8000V时，便可以看到电火花了。一般小于3000V，人体是无法感知的。 但是对于电子元器件，当超过100V的电压时，它们就大有感觉了!,三、人体静电,2020/8/3,37,感觉到 :, 2000 4000v,听到 :, 4000 50
15、00v,见到 :, 5000v,和电子器件相比之下，我们敏感性极差, 100 v的静电放电就足以损坏某些电子器件 ！,四、粉体静电,2020/8/3,38,粉体是在特殊状态下的固体，其静电的产生也符合双电层的基本原理。 与整块固体相比，粉体具有分散性和悬浮状态的特点。由于表面积的增加，使得静电更容易产生。,五、液体静电,2020/8/3,39,液体在流动、过滤、搅拌、喷雾、喷射、飞溅、冲刷、灌注和剧烈晃动等过程中，可能产生十分危险的静电。 由于电渗透、电解、电泳等物理过程，液体与固体的接触面上也会出现双电层。,六、蒸气和气体静电,2020/8/3,40,蒸气或气体在管道内高速流动或由阀门、缝隙
16、高速喷出时也会产生危险的静电。 蒸气产生静电类似液体产生静电，即其静电也是由于接触、分离和分裂等原因产生的。 蒸气和气体静电比固体和液体的静电要弱一些，但也能高达万伏以上。,静电的消失,2,2020/8/3,41,机械与电气安全,一、静电中和,2020/8/3,42,发生在带电体尖端附近或其他曲率半径很小处附近的局部区域内。 电晕放电的能量密度不高，如不发展则没有危险。,1.电晕放电,一、静电中和,2020/8/3,43,火花放电的一种，其放电通道有很多分支。 刷形放电释放的能量不超过4mJ，其局部能量密度具有引燃一些爆炸性混合物的能力。,2.刷形放电,一、静电中和,2020/8/3,44,放电通道火花集中的火花放电，即电极上有明显的放电集中点的放电。 在易燃易爆场所，火花放电有很大的危险。,3.火花放电,一、静电中和,2020/8/3,45,当悬浮在空气中的带电粒子形成大范围、高电荷密度的空间电荷云时，可能发生闪电状的所谓雷形放电。 雷形放电能量大，则引燃危险大。,4.雷形放电,二、静电泄漏,2020/8/3,46,绝缘体上较大的泄漏有两条途径：绝缘体表面泄
