Magyar Elektrotechnikai Egyesület
Napjaink kihívásai az ipari elektrosztatika területén
Dr. Kiss István BME VET tszv. egyetemi docens MEE Ipari elektrosztatika MUBI
Napjaink kihívásai… • Mit értünk kihívás alatt? – Olyan problémát, amelyhez • meglévő ismeretek újszerű alkalmazása • új ismeretek elsajátítása szükséges.
– Ez a definíció túl széles témakört határoz meg • Ezúttal csak az épületvillamossági és biztonsági szempontból fontos problémákra koncentrálunk.
– Néha a megfelelő szabvány alkalmazása is kihívás • A szabályozás jelenlegi helyzete – Következő előadás, Dr Szedenik Norbert
• Ez az előadás a fizikai háttérről szól.
Meglévő ismeretek… Általában a probléma így jelentkezik: Épület, építmény Ipari folyamatok Emberi tevékenység Stb.
Hogyan akadályozzuk meg a káros események bekövetkezését?
Töltésszétválasztás
Nagy térerősség okozta túlterhelés (EOS), Technológiai problémák
Töltésfelhalmozódás (gépek, berendezések, ember, termék)
Gyúlékony környezet
ESD okozta károsodás
Elektrosztatikus kisülés (ESD)
Tűz, robbanás
A jobb érthetőségért… Nagyon hasznos egy jó modell…. … amit sokszor egyszerűsítenünk kell az egyszerűbb elemezhetőség miatt… S
Ich
R
C
Helyettesítő kapcsolás Ir
Ic +
Ich
R
C
S
V
U
Umax számítása Ir Ich
R
Ic C
S
+
V
U
dQ ; Ált. max. 10-4 A i ch = dt U i ch = R
U max = i ch R Q max = i ch RC
T
Időfüggvények…
100.00u
Ic
I[A]; U[V] 0.00 100.00u
R=1MΩ; C=150pF
Ich
0.00 100.00u
Ir
0.00 100.00
U
0.00 0.00
250.00u
500.00u Time (s)
750.00u
1.00m
Időfüggvények… T
100.00u
Ic
I[A]; U[V] 0.00 100.00u
R=1GΩ; C=150pF
Ich
0.00 100.00u
Ir
0.00 100.00k
U
0.00 0.00
250.00m
500.00m Time (s)
750.00m
1.00
Védekezés az elektrosztatikus feltöltődés káros hatásai ellen Töltések szétválásának kiküszöbölése
Feltöltődés mértékének a korlátozása
Feltöltődés következményének a kiküszöbölése Gyúlékony környezet keletkezésének a kiküszöbölése
Töltések felhalmozódásának a megakadályozása földeléssel
Szigetelő testen felhalmozódó töltés elvezetése
Szigetelő testen felhalmozódó töltés semlegesítése
Levezetés idejének megnövelése a mozgási sebesség csökkentésével
Levegő relatív páratartalmának növelése
Disszipatív adalékanyagok használata
Gyújtóképes kisülés keletkezésének a kiküszöbölése
Védekezési módok… Ir
Ic +
Ich
R
C
S
V
U
Ami kimaradt… ∆ C csökkentése… o
változatlan töltőáram mellett csökkenti a kisülési energiát
o de nem befolyásolja a maximális feszültséget o viszont csökkenti az időállandót o általában nem oldható meg
∆ Elvben C növelése is megoldás lehet… o
… de csak akkor, ha a folyamat ideje rövidebb, mint a szikraköz átütési feszültségének eléréséig tartó idő.
o Ha ez nagy biztonsággal nem biztosítható, csak rontunk a
helyzeten, mert megnöveljük a kisülési energiát
Umax csökkentése
US U’max
R csökkentése ∆ A leginkább kézben tartható megoldás o térfogati ellenállás csökkentése
o felületi ellenállás csökkentése
∆ Csökkentés legmegbízhatóbb módja o elektrosztatikailag disszipatív anyagok alkalmazása
∆ Levezetési útvonalak o soros ellenállások (tipikusan lábbeli – padló) → mindegyiknek kis
ellenállásúnak kell lennie! o a biztonság növelése érdekében párhuzamos levezetési útvonalak biztosítása (pl. 1MΩ ellenálláson keresztül földelt csuklópánt)
Ellenőrzés méréssel
• Nem véletlen, hogy az ellenőrző mérések is alapvetően ezt vizsgálják – Anyagtulajdonság minősítésére • Fajlagos térfogati ellenállás • Fajlagos felületi ellenállás • Relatív permittivitás
– Telepítés minősítésére (padló, fal) • Levezetési ellenállás • „Pont-pont” ellenállás • Fémtárgyak földelésének vizsgálata
Ellenőrzés méréssel
• Nem a telepítéshez tartozik, de fontos: – Ruházat, lábbelik vizsgálata – Elektrosztatikus védőeszközök (csuklópántok, lábpántok) vizsgálata – Fémtárgyak földelésének vizsgálata
Fajlagos térf. ellenállás mérése
ρ = U a/(I A) = R a/A
Fajlagos felületi ellenáll. mérése
Fajlagos felületi ellenáll. mérése
SHOCK Kft.
Levezetési ellenállás mérése
Ω
F3
Ω A3
A1
F1
Ω A2 F2
FONTOS!
• Környezeti paraméterek rögzítése – Hőmérséklet – Páratartalom
• Néha ezek biztosítása is kihívás – Egy nem épületvillamossági, de nagyon érdekes példa – Helyszíni mérés esetén legtöbbször „csak” feljegyezni tudjuk, befolyásolni nem
Kihívások • Törekvések a töltésszétválás intenzitásának figyelembe vételére – Bizonyos esetekben a disszipatív anyagok alkalmazása nem oldható meg • Korlátozzuk a töltésszétválást! (pl. sebességcsökk.) – Mit mérjünk ebben az esetben? • Padlón sétáló ember potenciálja • „Töltődési hajlam” (vitatott fogalom)
• Probléma: biztos, hogy azt mérjük, amit akarunk? – Pl. kapacitásváltozás lépéskor
Kapacitásváltozás…
Kapacitásváltozás…
Mi baj a fallal? • A falfelületen töltés halmozódhat fel (pl. tisztítás v. koronakisülés miatt) – Utóbbira példák • Plexire cserélt fémrács DC nagyfesz. vizsgálótérben • Üzemanyagtovábító szivattyú
• Földelt tárgy, személy közeledése esetén kisülhet – Elegendően nagy szikraenergia esetén tűz, v. robbanás
Felületi potenciál mérése • A felületen felhalmozott töltés könnyen kimutatható • Felületi potenciál mérése • RB kivitelű készülékkel is okozható robbanás…
Terjedő kisülés laboratóriumban
h d
Terjedő kisülés laboratóriumban
UHVDC
Terjedő kisülés laboratóriumban
UHVDC
Terjedő kisülés laboratóriumban
UHVDC
Terjedő kisülés laboratóriumban
SWC
C UC
Terjedő kisülés laboratóriumban
SWC
C UC
Terjedő kisülés laboratóriumban
SWC
C UC
Terjedő kisülés laboratóriumban
SWC
C UC
Terjedő kisülés laboratóriumban
SWC
C UC
Terjedő kisülés laboratóriumban
SWC
C UC
Terjedő kisülés laboratóriumban
SWC
C UC
Terjedő kisülés laboratóriumban
SWC
C UC
Terjedő kisülés laboratóriumban
SWC
C UC
Terjedő kisülés laboratóriumban
SWC
C UC
Terjedő kisülés
• Általában az előbb bemutatott energiájú terjedő kisülés nem lép fel – Kivéve • Silók • Fémspirált tartalmazó műanyag csövek • Stb.
– Nagy szikraérzékenységű helyen kisebb energiájú kisülés is veszélyes • Pl. benzingőz – 0,2 mJ MIE
Falak levezetési ell.
• RB környezetben a fal levezetési ellenállása is legyen kellően kicsi – Kellően: ld. szabványokkal foglalkozó ea.
• Ökölszabály – 1 dm2 – nél nagyobb négyzetesen összefüggő felület esetén érdekes a felület anyaga
ELECTROSTATICS 2013 ∆ Konferenciasorozat négy évenként ismétlődő konferenciákkal ∆Köztes időszakban IOP konferencia
∆Nagy érdeklődés o Eddig több, mint 170 regisztráció a jövő évi konferenciára o A korábbi konferenciákon és a 2013. évi jelentkezések között is
épületvillamosság és biztonság szempontjából is érdekes cikkek
∆ WP Static Electricity in Process Industries ∆Elnök: Dr. Berta István
www.electrostatics2013.org
Témák TOPICS 1 - Fundamentals (charged particle physics and chemistry, contact and frictional charging, atmospheric and industrial electricity, electrostatic forces and fields, adhesion and repulsing, modelling and computation) - Applications and Processing (particle control and charging, electrostatic precipitation, painting and flocking, powder coating and pesticide spraying, separation and sorting, displays and printing technology, electrofluidisation, space applications, biological and medical applications, MEMS and BioMEMS) - ESD/EOS (static control in electronic industry, factory level ESD considerations, EMI due to ESD, corona and gas discharge, cleanroom electrostatics, ESD waveforms, ESD protection)
Témák TOPICS 2 - Hazards and Risk (static charging and elimination, electrostatic problems and hazards in industries, ignition measurements and tests, risk assessment and management) - Liquids (flow electrification, electrostatic atomization and droplets, electrohydrodynamics and electroaerodynamics) - Solids and Powders (surface and space charges, electrostatically conductive, dissipative and insulating materials, fibres and textiles, coating and packaging, , aerosols and electrets, microtechnologies and nanomaterials, fibers and nanofibers ) - Measuring Techniques and Equipment (electrostatic instrumentation, novel measuring methods, electrostatic sensors) - Standards and Regulations (new standards and safety regulations, methods and procedures)
Befejezésül…
Köszönöm a figyelmet! Találkozzunk a 2013. évi Nemzetközi Elektrosztatikai Konferencián!
