Разряды статического электричества

Накопление заряда статического элект­ричества на теле человека обычно имеет трибоэлектрическую природу. При этом электростатический заряд человека обус­ловлен трением двух материалов, один из которых является непроводящим (пластик, синтетика).

Первичные источники статического электричества приведены в табл. 1.11.

В общем случае значение заряда стати­ческого электричества объекта зависит от следующих факторов:

· уровня относительной влажности воздуха (при повышенной влажности воз­духа заряд стекает быстрее);

· сопротивления изоляции и диэлект­рической проницаемости диэлектрика - подошвы обуви, ковра, одежды, покрышек колес и т.д., отделяющего заряженный объ­ект от проводящей поверхности;

· электрической емкости объекта, включая человека, относительно земли;

· ритмичности шагов при движении и скорости перемещения человека;

· сопротивления кожи человека (с уче­том потоотделения);

· поверхностного давления между двумя взаимодействующими материалами.

В зависимости от условий окружающей среды потенциал человека может достигать 10-25 кВ, а запасенная энергия— несколько миллиджоулей. Типичные потенциалы приве­дены в табл. 1.12.

На рис. 1.23 приведены зависимости потенциала, обусловленного зарядом ста­тического электричества человека, от отно­сительной влажности воздуха.

Разряд статического электричества с тела человека может вызывать протекание кратковременных импульсов тока (длитель­ностью фронта от сотен пикосекунд до нескольких наносекунд) с амплитудой в несколько десятков ампер и длительностью импульса до 100 не; параметры тока зависят от уровня напряжений и параметров цепи разряда.

Таблица 1.11. Первичные источники статического электричества

Предмет	Материал, изделие
Рабочие столы	Покрытые пластиком, лакированные или натертые мастикой поверхности
Рабочие стулья	Пластик, фибергласс, лакированные деревянные поверхности, дедероновые чехлы, мягкая обивка на основе пенорезины, незаземленные металлические стулья
Полы	Лакированный бетон, натертое дерево, пластиковые покрытия, каменные плиты, ковры из синтетических материалов
Одежда	Рабочая и прочая одежда из синтетических материалов, хлопка, не подлежащая глажению, обувь с креповой или резиновой подошвой
Упаковка, тара	Коробки, кляссеры, футляры, чехлы, кожухи, сумки, пакеты и упаковочные материалы из пластмассы
Инструмент	Инструмент с пластмассовыми ручками, незаземленные работающие паяльники, оксидированные алюминиевые и анодированные металлические поверхности, всасывающие патрубки из пластика, щетки и кисти с синтетической щетиной, изолированные каретки в устройствах поточной пайки, испаряющийся флюс
Документация, бумага, письменные принадлежности	Бумага любого вида, фотокопии, фольга, пишущие приборы из пластика

Таблица 1.12. Потенциалы, обусловленные зарядами статического электричества, измеренные при относительной влажности воздуха 24 % и температуре воздуха 21ºС

Причина возникновения	Производственное помещение	Потенциал, В
Человек, идущий по полу с поливинилхлоридным покрытием	Монтажное	200 - 9000
Человек, работающий за верстаком	»	100 – 3000
Человек, держащий пластмассовую сумку перед верстаком	»	300 – 7000
Человек, заполняющий приемный бункер автоматического сортировочного устройства	»	100 – 2000
Извлечение пластиковой микросхемы из пластикового пакета	»	До 20000
Извлечение пластиковой микросхемы из пенопластовой тары		До 11000
Упаковка керамической микросхемы в пластмассовый футляр и извлечение из него	»	До 4000
Упаковка керамической микросхемы в пенопластовую тару и извлечение из нее	»	До 5000
Манипуляции с паяльными устройством	Ремонтная мастерская	500 – 1500
Размещение отдельных печатных плат в пластиковый чемодан	Испытательное помещение	100 – 800
Человек, идущий по нейлоновому ковру	Канцелярское помещение	10000 - 15000
Полиэфирная натертая сумка, положенная на верстак с поливинилхлоридным покрытием	Лаборатория	100 – 800 (2000 В при подъеме сумки на 10 см)

Рис. 1.23. Зависимости потенциала зарядов статического электричества человека от относительной влажности воздуха:

1 - при проходе по резиновому мету на расстояние б м; 2 - при поднятии пластикового пикета с верстака; 3 - при проходе по виниловому полу на расстояние 6 м; 4 - при вставании со стула

Рис 1.24. Расчетная схема на основе модели электростатического разряда стела человека:

а - модель электростатического разряда на основе двойной -цепочки; б - модель человеческого тела для электростатического разряда (активные сопротивления для простоты опущены)

В процессе накопления заряда статиче­ского электричества человеческое тело проявляет себя как конденсатор емкостью от 100 до 200 пФ. Если человек во время заряда изменяет свое положение, то меня­ется его емкость относительно окружающих предметов и соответственно потенциал. Например, когда человек поднимается со стула, его емкость уменьшается, а потен­циал увеличивается. Запасенная человеком энергия может превысить 1 мДж. Счита­ется, что при разряде статического элект­ричества человек обладает активным сопротивлением от 500 до 1500 Ом.

Схема замещения контура разряда с тела человека представлена в виде упро­щенной модели разрядной цепи (рис. 1.24), суть которой состоит в следующем. Модель основана на разделении составляющих тока с тела человека с параметрами , , и его руки с параметрами , , . Ука­занная - цепь руки вызывает появление первоначальных пиков тока.

Разряд статического электричества с тела человека является чрезвычайно быст­рым процессом. Иногда ток разряда состоит из весьма кратковременных предваритель­ных импульсов, наложенных на начальную часть основного, длительного тока.

Рис. 1.25. Типичный ток разряда оператора через имеющийся в его руке металлический ключ

Это поясняет рис. 1.25, где показана осциллограмма тока разряда с оператора, заряженного до потенциала 8 кВ. Полоса пропускания системы измерения состав­ляла 1 ГГц.

Предварительные кратковременные им­пульсы тока появляются в основном при небольших зарядных напряжениях.

При анализе действия разряда как источ­ника помех очень важно знать, есть ли пред­варительные пики тока. На рис. 1.26 показан спектральный состав полного импульса тока разряда статического электричества (суммы кратковременного и длительного токов). Наличие кратковременных составляющих тока увеличивает спектральную плот­ность в области высоких частот.

Рис. 1.26. Спектральный состав полного тока раз­ряда статического электричества:

П - плотность распределения амплитуд; 1 - дли­тельная составляющая; 2 - полный импульс

Отсюда следует, что первоначальные кратковремен­ные составляющие тока очень важны, так как большинство механизмов передачи помех являются высокочастотными.

Если зарядные потенциалы человека достигают значений, при которых возможен коронный разряд, то крутизна импульса тока разряда в значительной степени определяется скоростью приближения заряженного объекта к объекту разряда. Если сбли­жение происходит достаточно быстро, фронт импульса тока имеет большую крутизну.

Наиболее сильным воздействие разрядов статического электричества получается, когда в руке или на руке имеется металлический предмет (ключ, отвертка, проводящие брас­леты и т.д.). В этом случае крутизна тока, определяющая индуцированные напряже­ния помех, может достигать 100 А/нс.

Основными методами предотвращения вредного воздействия разрядов статического электричества и несанкционированного функционирования средств электроники являются исключение или ограничение накопления зарядов, отвод или нейтрализация неизбежно возникающих зарядов стати­ческого электричества, сведение к мини­муму полевых и разрядных воздействий.

Дата добавления: 2014-01-06