Природа электростатических полей

Природа электростатических полей
Естественные поля
результат действия электрических
зарядов на поверхности земли и в атмосфере.
Проявление - Огни Эльма  коронирование “острых” предметов
- появление и развитие молний   106 В/м
- среднее значение на поверхности земли  = 120150 В/м
Техногенные поля:
- установки с высоким напряжением
- линии постоянного тока
- экраны дисплеев, ТНП
- синтетические материалы (ткани, покрытия).
Источники СЭП в производстве:
Текстильное производство от
Целлюлозно-бумажное производство от
Производство пластических материалов от
Приборы с ЭЛТ до
20 до 60 кВ/м
20 до 60 кВ/м
240 до 500 кВ/м
1000 кВ/м
Источники СЭП в быту:
Электризуемость пола
от 90 до 270 В/м
Электризуемость различных тканей в условиях реальной носки
Капрон
до 640 кВ/м
Нейлон
до 100 кВ/м
Ацетат
до 700 кВ/м
Вискоза
до 2,5 кВ/м
Хлопок
нет
Воздействие электростатических полей
Невротические заболевания – раздражительность, забывчивость, головные боли, метеопатия.
Психосоматические – гипертония, стенокардия, язва, бронхит, астма.
Изменение поля атмосферы от 150  2000 В/м может вызывать у людей ухудшение самочувствия.
Воздействие компьютеров - осаждение пыли на кожу, аллергия
Е может достигать 20  30 кВ/м на расстоянии 30см.
Биологическое воздействие СЭП на молекулярном и клеточном уровнях:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
нарушение молекулярных структур
нарушение проницаемости клеточных мембран
изменение ферментативной активности
при Е=260 кВ/м обнаружены перестройки сухих волокон ДНК
изменение ионного состава крови
снижение активности печени и мозга
наблюдается уменьшение иммунных и розеткообразующих клеток селезенки при Е=200 кВ/м
общее нарушение первичного иммунитета
возможные причины воздействия
поляризация молекул и тканей
биоэлектретные эффекты
Нормативные документы
1. ГОСТ 12.1.045-84.
Электростатические поля. Допустимые уровни на рабочих местах и
требования к проведению контроля.
(При Е < 20 кВ/м – время пребывания не ограничено, Епред = 60 кВ/м – 1 час)
2. СанПиН2.2.4.1191-03 «Электромагнитные поля в производственных условиях»
П.4.3.2. Контроль напряженности ЭСП в пространстве должен проводиться путем покомпонентного
измерения полного вектора напряженности в пространстве или измерения модуля этого вектора.
3. Санитарные нормы допустимых уровней физических факторов при изменении товаров
народного потребления в бытовых условиях. Межгосударственные санитарные правила и
нормы МсанПиН 001-96.
(на поверхности ТНП Е  15 кВ/м)
4. ГОСТ Р 50948-96.
Средства отображения информации индивидуального пользования.
(ранее было Е < 20 кВ/м; теперь введено понятие “поверхностный электростатический
потенциал” не должен превышать 500 В)
5. СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03 («Гигиенические требования к персональным электронновычислительным машинам и организации работы»)
Электростатический потенциал экрана видеомонитора не должен превышать 500В.
Рабочее место- Е < 15 кВ/м;
(ранее СанПиН 2.2.2.542-96.Гигиенические требования к видеодисплейным терминалам,
персональным электронно-вычислительным машинам и организация работы.)
6. Электризуемость материалов
6.1 Приложение1 к СанПиН 2.4.7/1.1.1286-03 «Гигиенические требования к одежде для детей,
подростков и взрослых»
Е <(2-7) кВ/м в зависимости от класса 1-4;
6.2 СанПиН 2.1.2.729-99 “Полимерные и полимерсодержащие строительные материалы,
изделия и конструкции. Гигиенические требования безопасности.”
Уровень напряженности электростатического поля на поверхности полимерных материалов
в условиях эксплуатации не должен превышать 15.0кВ/м (при относительной влажности воздуха
30-60%).
Физико-гигиенические показатели изделий легкой промышленности
Классы
Гигроскопичность, %,
не менее
Воздухопроницаемость,
дм3/м2/с, не менее
трикотажное
полотно
ткани
Электризуемость,
кВ/м, не более
I
14
500
150
2
II
10
430
100
3
III
4
200
70
4,5
IV
не определяется
не определяется
7
Методы измерения напряженности ЭСП
Статический метод
(метод ЗОНДА)
E
Динамический метод
(электростатические генераторы)
E
Пластина
вращается
++
Измерительная
пластина
Элементарная схема измерительного преобразователя ЭСП с неподвижным зондом
Характеристики приборов с неподвижным зондом
Характеристика
ИЭСП-5Ц
ИЭСП-6
ИЭСП-7
Диапазон измерения:
- электростатического потенциала, кВ
- напряженности ЭСП, кВ/м
–
1 – 000
0,1 – 10
–
–
2 – 199,9
Напряжение питания прибора, В
9,0 ± 1
9±1
9±1
Потребляемый ток, мА, не более
2
1,5
1,5
Погрешность, %, не более
± 15
±10
±10
Масса, кг, не более
0,36
0,36
0,36
Определение знака:
- потенциала
- заряда
–
есть
есть
–
–
есть
0 … +30
+10 … +25
+10 … +35
98
80
80
84 … 106
84 … 106,7
70 … 106
Рабочие условия эксплуатации:
- температура окружающего воздуха, 0С
- относительная влажность воздуха, %, не
более
- атмосферное давление, кПа
Измеритель напряженности электростатического поля ИЭСП-5Ц
3
2
12
8
1
4
5
6
11
7
9
10
Прибор имеет автономное питание и
размещен в ударопрочном корпусе из
пластмассы – 1.
Первичный
преобразователь
(датчик)
размещен в гильзе 3, закрепленной на
выдвижном штоке 2. На лицевой части
прибора располагаются: кнопка «сброс» 4;
регулятор установки нуля 6; переключатель
«вкл-выкл» 5; цифровой индикатор 8.
Выдвижение гильзы 3 с первичным
преобразователем,
из
втулки
12,
расположенной
на
торцевой
стенке
корпуса
прибора
осуществляется
с
помощью ручки 7. На обратной стороне
прибора находятся подставка 9 и крышка
10, закрывающая часть корпуса, где
размещается элемент электропитания
прибора. На боковой стороне корпуса
имеются отверстия для шлица точной
регулировочного резистора 11.
Измеритель потенциалов ИЭСП-6
Прибор имеет автономное питание и
размещен в ударопрочном корпусе из
пластмассы – 1.
Первичный преобразователь (зонд)
закреплен на выдвижном штоке – 2 и состоит
из корпуса 13, стоек изоляторов 14,
измерительного электрода, расположенного
внутри корпуса. На лицевой части прибора
находятся: кнопка «сброс» 4; регулятор
установки нуля 6; переключатель «вкл-выкл»
5; цифровой индикатор 8. Выдвижение штока
из корпуса прибора осуществляется с
помощью ручки 7. На обратной стороне
прибора имеются подставка 9 и крышка 10,
закрывающая часть корпуса, где
размещается элемент электропитания
прибора. На боковой стороне корпуса
расположены отверстия для шлица точной
регулировки 11 и гнездо «земля» 12.
Характеристики приборов с механической модуляцией зонда
Характеристика
ИЭЗ-П
СТ-01
ЭСПИ-301А
Диапазон измерения напряженности ЭСП,
кВ/м
4 – 500
0,3 – 180
0,3 – 180
(0,4 – 2,0) 10 -5
–
–
9,0 ± 1,5
8,0 ± 1,5
6,0
0,9
0,6
–
5
± 15
± 15
Масса, кг, не более
1,5
1,1
1,3
Определение знака заряда
есть
нет
нет
0 … + 40
+5 … +40
+5 … +40
80
90
90
86 … 106
70 … 106
84 … 106
Диапазон
измерения
плотности заряда, Кл/м2
поверхностной
Напряжение питания прибора, В
Потребляемая мощность, Вт
Погрешность, %, не более
Рабочие условия эксплуатации:
- температура окружающего воздуха, 0С
- относительная влажность воздуха, %, не
более
- атмосферное давление, кПа
Измеритель электростатических зарядов ИЭЗ-П
1
2
8
3
7
5
6
4
9
10
11
12
14
13
18
15
16
17
В ручке 17 прибора размещены 8 аккумуляторов Д0,25. На тыльной стороне ручки расположена
клавиша 16 для контроля состояния аккумуляторной
батареи; с противоположной стороны на ручке
расположены клавиши 8 (включения прибора) и 7
(включение генератора) для определения знака
заряда. Аккумуляторы вставляются в окно 9 ручки
прибора. В торце ручки расположено отверстие 10,
через которое поджимают аккумуляторы во время
установки их и изъятия. Отверстие 10 закрывается
крышкой 11. На торце прибора находятся
крыльчатки статора и ротора 2. Насадка 3 для
измерения напряженности поля имеет одно
отверстие.
Насадка
13
для
измерения
поверхностной плотности зарядов и юстировки
прибора имеет три отверстия, расположенных под
углом 120˚ и три стойки (изоляторы) 12. В насадке
есть отверстие 14 для подключения провода при
юстировке. На тыльной стороне корпуса расположен
измерительный прибор 15. В нижней части корпуса
находится
гнездо
6
для
подключения
соединительного провода во время юстировки и
поверки прибора. Гнездо 18 – выход усилителя и
два отверстия 4 и 5, позволяют провести юстировку
прибора, не вскрывая его. В отверстии 4
расположен шлиц резистора R21, а в отверстии 5 –
шлиц резистора R20. В верхней части прибора
расположен переключатель диапазона измерения 1.
Приборы для измерения ЭСП
Технические характеристики ЭСПИ-301
Диапазон измерений:
напряженности электростатического поля 0,3 ... 180 кВ/м
Основная погрешность измерения 15 %
Габаритные размеры модуля: 170 х 85 х 45 мм
Технические характеристики СТ-01
Диапазон измерений:
напряженности электростатического поля 0,3 ... 180 кВ/м
электростатического потенциала 0,1 ... 15 кВ
Основная погрешность измерения 15 %
Габаритные размеры измерителя: 500 х 100 х 45 мм
Блок преобразования
ПУ
Микроэлектродвигатель
Блок управления и индикации
Фильтр
ПЗУ
АЦП
Микропроцессор
Регулятор
скорости
Преобразователь
напряжения
Модуль вывода
информации
Сетевой блок питания
Аккумуляторная батарея
Матричный
жидкокристаллический
индикатор
Функциональная схема измерителя ЭСП СТ-01
УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ УРОВНЕЙ
ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ СТ-01
Прибор предназначен для экспрессных измерений в жилых и рабочих помещениях
биологически опасных уровней электростатических полей, источниками которых
являются электроустановки, средства отображения информации (дисплеи
компьютеров, телевизоры, игровые автоматы), а также отделочные строительные
материалы.
ОСОБЕННОСТИ:
Измеритель позволяет оценить эффект электризуемости или антистатической
обработки текстильных и обувных полимерных материалов и изделий из них как в
лабораторных условиях, так и в условиях реального использования одежды и обуви
согласно нормативным документам.
Измеритель выполнен на современной элементной базе с матричным дисплеем и
микропроцессорным управлением, позволяющим автоматизировать процесс обработки
полученных данных. Для измерения поверхностного электростатического потенциала
экрана видеодисплея применяется измерительная пластина, которая устанавливается на
фиксированном расстоянии от экрана.
Предусмотрено использование двух типов измерительных пластин:
измерительная пластина в форме диска диаметром 200 мм для измерения
электростатического потенциала по СаНПиН 2.2.2.542-96;
измерительная пластина 500500 мм для измерений по ГОСТ Р 50949-96 (поставляется
по отдельному заказу).
Измеритель напряженности электростатического поля СТ-01 имеет сертификат об
утверждении типа средства измерений RU.C.35.002.А № 5170 от 01.07.98 г., внесен в
Государственный реестр средств измерений под № 17400-98 и допущен к применению в
Российской Федерации. Рекомендован Госсанэпиднадзором для использования в целях
санитарного надзора по контролю напряженности электростатического поля на рабочих
местах операторов ПЭВМ, электростатического потенциала по СанПиН 2.2.2.542-96, а
также в других сферах производства, регламентированных ГОСТ 12.1.045-84 и
СанПиН 001-96.
Технические характеристики
Характеристика
Значение
Рабочий диапазон измерений напряженности
электростатического поля
0,3  180 кВ/м
Диапазон измерений электростатического потенциала
экрана видеодисплея
0,1  15 кВ
Предел допустимой основной относительной
погрешности
 15%
Масса прибора
1,1 кг
Габаритные размеры укладочного кейса
350х260х120 мм
Рабочие условия эксплуатации
Температура окружающей cреды
+5+40 0С
Относительная влажность при температуре окружающего
воздуха 25 0С
до 90%
Комплетация поставки
Преобразователь напряженности электростатического поля
Аккумуляторная батарея, зарядное устройство
Измерительная пластина для измерения поверхностного электростатического потенциала
экрана видеодисплея по СаНПиН 2.2.2.542-96
Руководство по эксплуатации, паспорт
Свидетельство о поверке ВНИИФТРИ
Укладочный кейс
Срок гарантии 2 года
Последовательность расположения материалов
в ряду по данным различных авторов
ИССЛЕДОВАТЕЛИ
Грюнер
1941
Лемике
1949
Баллоу
1954
Херш и
Монтгомери
1954
Фримон
Ван Кревенн
1976
Шерсть
Слюда
Шерсть
Перлон 3
Стекло
Найлон (ПА)
Перлон 3
Найлон (ПА)
Найлон (ПА)
Найлон (ПА)
Волосы человека
Шерсть
Медно-аммиачное
Шерсть
Шелк
Вискоза
Найлон (ПА)
Шелк
Перлон 2
Шелк
Вискоза
Хлопок
Шерсть
Хлопок
Шелк
Вискоза
Кожа
Шелк
Шелк
Медно-аммиачное
Перлон 1
Хлопок
Хлопок
Терилен Лавсан
Вискоза
Терилен Лавсан
Терилен Лавсан
(полиэтилентетрафталат)
Лубяное волокно
Стекло
Дакрон
(ПЭ-волокно)
Хлопок
Капрон
Сталь
Сталь
Терилен Лавсан
Нитрон Орлон (ПАН)
Бумага
Нитрон Орлон (ПАН)
Стекло
Эбонит
Дакрон
Хлорин (ПВХ)
Сталь
Полистирол
Найлон (ПА)
Медно-аммиачное
Нитрон Орлон
(ПАН)
Полиэтилен
Каучук
Полиэтилен
Хлопок
Терилен Лавсан
Поли-этилен
Тефлон (политетрафторэтилен)
Нитрон Орлон
Полипропилен
Нитрон Орлон (ПАН)
Нитрон орлон
(ПАН)
Саран
Саран
Тефлон (политетрафтор
этилен)
Хлорин (ПВХ)
Саран
Эбонит
Полиэтилен
Полиэтилен
ДИНАМИЧЕСКИЙ МЕТОД ИССЛЕДОВАНИЯ
ТРИБОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ
2
4
1
5
7
8
а
3
6
9
3
б
а – вид спереди
б – вид сверху, без верхней
пластины конденсатора
1 – металлические пластины,
выполняющие функцию
конденсатора;
2 – измеритель ЭСП СТ-01;
3 – испытуемый материал;
4 – планка крепления
контактной пары;
5 – контактная пара;
6 – электромеханический
привод механизма контактной
пары;
7 – стойки;
8 – заземление;
9 – узел крепления образца.
ОБРАЗОВАНИЕ И РЕЛАКСАЦИЯ ЗАРЯДА НА МАТЕРИАЛЕ
Образование и релаксация заряда описывается уравнением:
Q - величина заряда, Кл
t - время натирания, с
 - постоянная времени
релаксации заряда, с
IВХ – ток входной, А
dQ/dt|ОБЩ = dQ/dt|ВХ+dQ/dt|РЕЛАКС
Решение дифференциального уравнения:
Q = IВХ  (1- e-t/)
Типичные кривые накопления и релаксации заряда
на поверхности образцов обувных материалов
25
Напряженность электростатического поля, кВ/м
Напряженность электростатического поля, кВ/м
140
120
100
80
60
40
20
20
15
10
5
0
0
0
5
10
15
20
25
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
Время, мин
Время, мин
хлопчатобумажная ткань
30
смесовая ткань
Зависимость напряженности ЭСП на
поверхности образца овчины натуральной
от времени
хлопчатобумажная ткань
смесовая ткань
Зависимость напряженности ЭСП на
поверхности образца искусственного меха
(ПАН – 60%, ПЭ – 40%) от времени
АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ ЭКСПРЕСС-МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЯ
ВРЕМЕНИ РЕЛАКСАЦИИ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ЗАРЯДА
3
9
1
8
4
5
7
Экранный вид формы снятия данных
2
Аппроксимация данных в Microsoft Office Excel
1000
100
Заряд, мВ
6
1 – пластины конденсатора;
2 – стойки;
3 – вибрационный датчик измерительного
преобразования;
4 – считывающее устройство вибрационного
датчика;
5 – испытуемый образец;
6 – изоляторы;
7 – заземление;
8 – биполярный ионизатор воздуха;
9 – компьютер.
10
1
1
6
11
16
21
26
31
36
41
46
51
56
61
66
71
76
81
86
91
96 101 106 111 116 121 126 131 136 141 146 151 156
Точки снимаемых данных, с/15
Ряд1
Экспоненциальный (Ряд1)
 = (t1 – t2) / ln(Q(t1) / Q(t2))
Q(t1), Q(t2) - величины заряда на поверхности образца
для значений времени t1 и t2
Испытуемый материал
Максимальное значение напряженности
электростатического поля (кВ/м) при
разных материалах на щетке с учетом знака
заряда
хлопковая
ткань
смесовая
ткань
капроновая
ткань
1. Натуральная кожа хромового дубления
+ 6,0
+ 11,0
+ 2,0
2. Искусственная кожа:
- с полиуретановым покрытием
- винилискожа
- 0,15
- 0,42
+ 0,40
+ 0,69
- 0,33
- 0,21
3. Натуральный мех:
- овчина натуральная
- овчина дублированная на коже
+ 46,7
+ 10,0
+ 126
+ 54,5
+ 71,0
- 11,7
4. Искусственный мех (60 ПАН, 40 ПЭ)
- 23,0
- 11,7
- 11,3
5. Текстильная подкладочная ткань (100ПА):
- лицевая сторона
- изнаночноя сторона
+ 22,0
+ 12,0
+ 37,0
+ 3,7
- 55,0
- 40,0
7. Войлок
- тонкошерстный
- тонкошерстный РЭП (толщина - 0,185 см)
- тонкошерстный РЭП (толщина - 0,295 см)
- технический полугрубошерстный
+ 10,6
+ 9,5
+ 15,5
+ 7,0
+ 21,5
+ 22,4
+ 37,0
+ 17,0
+ 3,0
+ 4,0
+ 3,8
+ 4,4
РЕГИСТРАТОР-ИНДИКАТОР "ИРИ-04"
Разработан в целях реализации требований п.2 и п.3
"Правил промышленной безопасности нефтебаз и складов
нефтепродуктов"
Назначение
Регистратор-индикатор предназначен для регистрации
и индикации электромагнитных факторов и условий,
создающих потенциальную искровую угрозу,
вызванных "человеческим фактором", природными
явлениями и техногенными отказами оборудования и
электросетей, с целью предотвращения технических
операций с газонефтепродуктами.
Основные характеристики:
Диапазон регистрации напряженности ЭСП: 0,8-30,0 кВ/м
Диапазон регистрации напряженности ПЭП: 0,01-3,00 кВ/м
Количество дискретных уровней регистрации по каждому каналу:
- уровень напряженности ЭСП - 5;
- уровень напряженности ПЭП - 4;
Время установления рабочего режима после включения не более 1
мин.
Рабочее напряжение питания 4,6-5,0 В
Мощность при питании от источника 2,5 В не более 0,5 Вт
Длительность непрерывной работы без подзарядки аккумуляторной
батареи при нормальных условиях не менее 10 ч.
Масса регистратора с элементами питания не более 0,3 кг
Габаритные размеры - 90x80x36 мм
Внешний вид макетного образца ИРИ-3
Структурная схема ИРИ
АЦП 1
ИЗМЕРИТЕЛЬ E0
ПУ1
ИЗМЕРИТЕЛЬ E50
ПУ2
ИЗБИРАТЕЛЬНЫЙ
ФИЛЬТР
БАЗОВАЯ
СТАНЦИЯ
АЦП 2
МИКРОКОНТРОЛЛЕР
БАТАРЕЯ
ИСТОЧНИК
ПИТАНИЯ
ЗВУКОВОЙ
СИГНАЛ
УСТРОЙСТВО
ИНДИКАЦИИ
УСТРОЙСТВО
СВЯЗИ
УСТРОЙСТВО ХРАНЕНИЯ
ДАННЫХ
ПЕРЕЧЕНЬ ОСНОВНЫХ НОРМАТИВНЫХ ДОКУМЕНТОВ
Нормативный
документ
Название документа
Нормируемый уровень
ЭСП, кВ/м
1. ГОСТ 12.1.045-84
Электростатические поля. Допустимые уровни
на рабочих местах и требования к проведению
контроля
на рабочем месте, в
течение часа
60
2. ГОСТ 12.4.124 – 83
Средства
защиты
от
статического
электричества. Общие технические условия
–
3. Методические
рекомендации СЭВ,
1987
Гигиеническая оценка одежды и обуви из
полимерных материалов
на поверхности
материала
30
4. МСанПиН 001-96
Санитарные нормы допустимых уровней
физических факторов при измерении товаров
народного потребления в бытовых условиях
на поверхности
материала
15
5. СанПиН
2.4.7/1.1.1286–03
Гигиенические требования к одежде для детей,
подростков и взрослых
на поверхности
материала
2-7
6. СанПиН 2.1.2.72999
Полимерные
строительные
конструкции.
безопасности.
и
полимерсодержащие
материалы,
изделия
и
Гигиенические
требования
на поверхности
материала
15
7. ГОСТ 30877-2003
Материалы текстильные. Покрытия и изделия
ковровые машинного способа производства.
Показатели безопасности и методы их
определения
на поверхности
материала
15