通信行業(yè)中靜電的產(chǎn)生與預(yù)防.doc

畢業(yè)設(shè)計（論文）2008級無線電通信技術(shù)專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文）課 題 通信行業(yè)中靜電的產(chǎn)生與預(yù)防 姓 名 指導(dǎo)教師 年 月 日通信行業(yè)中靜電的產(chǎn)生與預(yù)防【摘要】討論通信局房中靜電的產(chǎn)生原因，以及如何預(yù)防靜電對通信設(shè)備產(chǎn)生的危害，使之在局房內(nèi)維護(hù)、操作時避免因靜電導(dǎo)致的事故發(fā)生?！娟P(guān)鍵詞】靜電、防靜電、接地、通信、通信設(shè)備故障、火災(zāi)。目錄通信行業(yè)中靜電的產(chǎn)生與預(yù)防序言.5正文.51、靜電的產(chǎn)生.52、靜電的基本理論.63、靜電的分類.64、靜電的釋放類型.75、靜電的危害.85.1、靜電危害的安全界限.95.1.1.靜電放電點燃界限.95.1.2物體帶電安全管理界限.105.1.3引起人體電擊的靜電電位.105.2 通信局房靜電危害的類型.115.2.1 火災(zāi)危險性.115.2.2通信設(shè)備損壞.115.2.3監(jiān)控系統(tǒng)紊亂.126.靜電控制措施.126.1靜電屏蔽.126.1.1封閉導(dǎo)體殼內(nèi)部電場不受殼外電荷或電場影響.126.1.2、接地封閉導(dǎo)體殼外部電場不受殼內(nèi)電荷的影響.126.2、靜電中和.126.3、防止人體帶靜電.126.4、接地.136.5、靜電消除器.146.6、增濕.156.7、抗靜電劑.157. 靜電問題在其他行業(yè)中的應(yīng)用.15【采用術(shù)語的含義】.16【參考文獻(xiàn)】.19【致謝】.20【序言】2001年，中國電信進(jìn)行了南北分拆，希望以此增加中國電信業(yè)內(nèi)的競爭。重組后的兩大集團(tuán)公司仍擁有中國電信已有的業(yè)務(wù)經(jīng)營范圍，允許兩大集團(tuán)公司各自在對方區(qū)域內(nèi)建設(shè)本地電話網(wǎng)和經(jīng)營本地固定電話等業(yè)務(wù)，雙方相互提供平等接入等互惠服務(wù)。通過電信拆分重組后，國內(nèi)電信市場的建設(shè)力度空前旺盛，同時對防靜電需求也更加嚴(yán)格。【正文】所謂靜電并不是靜止不動的電，而是在空間緩慢移動的電荷，是一種相對穩(wěn)定電荷。我們通過以下幾個分節(jié)了通信行業(yè)靜電的產(chǎn)生、靜電的危害以及靜電的控制措施等，通過這些來系統(tǒng)地了解靜電方面的知識。1. 靜電的產(chǎn)生物質(zhì)是由原子組合而成的，而原子基本結(jié)構(gòu)為質(zhì)子、中子及電子。質(zhì)子與中子質(zhì)量較高，結(jié)合力強(qiáng)，不易分離，緊密地形成原子核，而電子質(zhì)量小，環(huán)繞原子核外，在正常情況下，質(zhì)子數(shù)與電子數(shù)相等，質(zhì)子帶正電，電子帶負(fù)電，稱不帶電電中性。當(dāng)受到某種外力、摩擦、光電作用或各種能量（動能、位能、熱能、化學(xué)能等）的作用，使圍繞原子核周圍的電子脫離軌道，破壞了原子電中性狀態(tài)，使原子的正負(fù)電失衡，電子逃逸于某一介面，如遇低電位介面，產(chǎn)生放電現(xiàn)象而產(chǎn)生。圖 1.1 原子的結(jié)構(gòu)2. 靜電的基本理論靜電的產(chǎn)生過程可基本歸納為：接觸電荷轉(zhuǎn)移偶電層形成電荷分離。電的產(chǎn)生的機(jī)理：接觸一電荷轉(zhuǎn)移，當(dāng)兩種物體接觸面距達(dá)到埃級時（10-8cm），就發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移，在界面形成“雙層電”，而“雙層電”的厚薄大小是隨材料電阻率大小而異，當(dāng)固體分開時帶走電荷，摩擦雙方各自帶上極性相反的電荷。靜電電位：可高達(dá)幾千幾萬伏，電流卻很?。?0-9a）毫微安。歐姆定律：r=v/i ，然而靜電釋放電路很難適用此定律。靜電的能量：最大一般不超過45焦?fàn)?米2，在電磁空間積蓄的能量密度，卻很容易達(dá)到106焦?fàn)?米2，二者相差105倍。3. 靜電的分類： （1）按起電的方式分：接觸摩擦分離起電、靜電感應(yīng)起電、電磁感應(yīng)起電、射線電離空氣起電、物質(zhì)三態(tài)變化起電、分子分裂起電、極化起電、場致發(fā)射起電。 （2）按帶電體分類：固體帶電、液體帶電、氣體帶電、粉體帶電、人體帶電、生物帶電。 （3）按電荷性質(zhì)分類：單極性電荷、雙極性電荷、正電荷、負(fù)電荷。4. 靜電的釋放類型如果兩個（或兩個以上）物體帶電不平衡或兩當(dāng)兩個（或兩個以上）帶不同的電荷，他們相互接觸時就會使得一個（或一個以上）物體失去一些電荷如電子轉(zhuǎn)移到另一個（或一個以上）物體使其帶正電，而另一個體(或一個以上得到一些剩余電子的物體而帶負(fù)電。若在分離的過程中電荷難以中和，電荷就會積累使物體帶上靜電。任何兩個不同材質(zhì)的物體接觸后再分離，即可產(chǎn)生靜電。當(dāng)兩個不同的物體相互接觸時就會使得一個物體失去一些電荷如電子轉(zhuǎn)移到另一個物體使其帶正電，而另一個體得到一些剩余電子的物體而帶負(fù)電，若在分離的過程中電荷難以中和，電荷就會積累使物體帶上靜電。所以物體與其它物體接觸后分離就會帶上靜電。固體、液體甚至氣體都會因接觸分離而帶上靜電。為什么氣體也會產(chǎn)生靜電呢？因為氣體也是由分子、原子組成，當(dāng)空氣流動時分子、原子也會發(fā)生“接觸分離”而起電。所以在我們的周圍環(huán)境甚至我們的身上都會帶有不同程度的靜電，當(dāng)靜電積累到一定程度時就會發(fā)生放電。 各類靜電放電的特點和其相對引燃能力表放電種類發(fā)生條件特點及引燃性電暈放電當(dāng)電極相距較遠(yuǎn)，在物體表面的尖端或突出部位電場較強(qiáng)處較易發(fā)生。有時有聲光，氣體介質(zhì)在物體尖端附近局部電離，不形成放電通道。感應(yīng)電暈單次脈沖放電能量小于20j，有源電暈單次脈沖放電能量則較此大若干倍，引燃能力甚小。刷開放電在帶電電位較高的靜電非導(dǎo)體與導(dǎo)體間較易發(fā)生。有聲光，放電通道在靜電非導(dǎo)體表面附近形成許多分叉，在單位空間內(nèi)釋放的能量較小，一般每次放電能量不超過4mj，引燃能力很強(qiáng)?；鸹ǚ烹娭饕l(fā)生在相距較近的帶電金屬導(dǎo)體間。有聲光，放電通道一般不形成分叉，電極上有明顯放電集中點，釋放能量比較集中，引燃能力很強(qiáng)。傳播型刷形放電僅發(fā)生在具有高速起電的場合，當(dāng)靜電非導(dǎo)體的厚度小于8mm其表面電荷密度大于等于2.710-4c/m2時較易發(fā)生。放電時有聲光，將靜電非導(dǎo)體上一定范圍內(nèi)所帶的大量電荷釋放，放電能量大，引燃能力很強(qiáng)。大型料倉內(nèi)的粉堆放電發(fā)生在氣流輸送經(jīng)過管道和滑槽進(jìn)入大型料倉時。放電時有聲光，將靜電非導(dǎo)體上一定范圍內(nèi)所帶的大量電荷釋放，放電能量大，引燃能力很強(qiáng)。雷狀放電發(fā)生在火山爆發(fā)的塵埃中。放電時有聲光，將塵埃在空氣中高速上升所產(chǎn)生的大量電荷釋放，放電能量大，引燃能力很強(qiáng)。電場輻射放電常發(fā)生在陰雨天氣下的變電場等高電場強(qiáng)度下環(huán)境。放電時有聲光以及電弧等現(xiàn)象，在高電場強(qiáng)度下將周圍氣體電離后放電。5. 靜電的危害在我們的日常生活中可以說靜電現(xiàn)象是無處不在，我們的自身所帶的靜電以及周圍則經(jīng)常有很高的靜電電壓，幾千伏甚至幾萬伏。平時可能感覺不到，比如人走過化纖的地毯靜電電壓大約是35kv，翻閱塑料說明書靜電電壓大約7kv，對于一些敏感儀器或元器件來講，這個靜電電壓將會使其產(chǎn)生致命的傷害。靜電放電引起的元器件擊穿損害是電子工業(yè)最普遍、最嚴(yán)重的靜電危害，它分硬擊穿和軟擊穿。磨擦起電和人體靜電是電子、微電子工業(yè)中的兩大危害源，但產(chǎn)生靜電并非危害所在，危害在於靜電積累及由此產(chǎn)生的靜電電荷放電，帶電的物體，在其周圍形成靜電場，會產(chǎn)生力學(xué)效應(yīng),放電效應(yīng)和靜電感應(yīng)效應(yīng)。5.1. 靜電危害的安全界限5.1.1. 靜電放電點燃界限（1）導(dǎo)體間的靜電放電能量按下式計算：式中：w放電能量，j； c導(dǎo)體間的等效電容，f； v導(dǎo)體間的電位差，v。當(dāng)其數(shù)值大于可燃物的最小點燃能量時，就有引燃危險。（2）當(dāng)兩導(dǎo)體電極間的電位低于1.5kv時，將不會因靜電放電使最小點燃能量大于或等于0.25mj的烷烴類石油蒸氣引燃。（3）在接地針尖等局部空間發(fā)生的感應(yīng)電暈放電不會引燃最小點燃能量大于0.2mj的可燃?xì)狻?.1.2. 物體帶電安全管理界限物體帶電安全管理界限表環(huán)境條件最大表面類、類a及b組爆炸性氣體100cm2類a及b組爆炸性氣體、外露靜電非導(dǎo)體周邊具有接地導(dǎo)體作邊界400cm2類c組爆炸性氣體20cm2類c組爆炸性氣體、外露靜電非導(dǎo)體周邊具有接地導(dǎo)體作邊界100cm2（1）固體靜電非導(dǎo)體平面(背面15cm內(nèi)無接地導(dǎo)體)的不引燃放電安全電位對于最小點燃能量大于0.2mj的可燃?xì)馐?5kv。（2）輕質(zhì)油品裝油時，油面電位低于12kv。（3）輕質(zhì)油品安全靜止電導(dǎo)率應(yīng)大于50ps/m。（4）對于采用了基本防護(hù)措施的，內(nèi)表面涂有靜電非導(dǎo)體的導(dǎo)電容器，若其涂層厚度不大于2mm，并避免快速重復(fù)灌裝液體，則此涂層不會增加危險。5.1.3. 引起人體電擊的靜電電位（1）人體與導(dǎo)體間發(fā)生放電的電荷量達(dá)到210-7c以上時就可能感到電擊。當(dāng)人體的電容為100pf時，發(fā)生電擊的人體電位約3kv，不同人體電位的電擊程度。（2）當(dāng)帶電體是靜電非導(dǎo)體時，引起人體電擊的界限，因條件不同而變化。在一般情況下，當(dāng)電位在30kv以上向人體放電時，將感到電擊。人體帶電電位與靜電電擊程度的關(guān)系人體電位，kv電擊程度備 注1完全無感覺2手指外側(cè)有感覺，但不疼發(fā)出微弱的放電聲2.5有針觸的感覺，有哆嗦感，但不疼3有被針刺的感覺，微疼4有被針深刺的感覺，手指微疼見到放電的微光5從手掌到前腕感到疼指尖延伸出微光6手指感到劇疼，后腕感到沉重7手指和手掌感到劇疼，稍有麻木感覺8從手掌到前腕有麻木的感覺9手腕子感到劇疼，手感到麻木沉重10整個手感到疼，有電流過的感覺11o手指劇麻，整個手感到被強(qiáng)烈電擊12整個手感到被強(qiáng)烈地打擊注：人體的靜電容量約為100pf。5.2. 通信局房靜電危害的類型5.2.1. 火災(zāi)危險性當(dāng)物體產(chǎn)生的靜電荷越積越多，形成很高的電位時，與其他不帶電的物體接觸時，就會形成很高的電位差，并發(fā)生放電現(xiàn)象。當(dāng)電壓達(dá)到300伏以上，所產(chǎn)生的靜電火花，即可引燃周圍的可燃?xì)怏w、粉塵。此外，靜電對工業(yè)生產(chǎn)也有一定危害，還會對人體造成傷害。固體物質(zhì)在搬運或生產(chǎn)工序中會受到大面積摩擦和擠壓，如傳動裝置中皮帶與皮帶輪之間的摩擦產(chǎn)生靜電。而且隨著轉(zhuǎn)速加快。所受壓力的增大，以及摩擦。擠壓時的接觸面過大、空氣干燥且設(shè)備無良好接地等原因，致使靜電荷聚集放電，出現(xiàn)火災(zāi)危險性。5.2.2. 通信設(shè)備損壞機(jī)房維護(hù)人員機(jī)房內(nèi)操作時，人體所帶電荷通過手臂與設(shè)備外殼或主板直接接觸，與電子元件間放電時的電壓很高，很容易擊穿晶體管或主板上的元器件，將導(dǎo)致通信系統(tǒng)干擾甚至使通信系統(tǒng)損壞而癱瘓。靜電吸附灰塵，改變線路間的阻抗，影響產(chǎn)品的功能與壽命。因電場或電流破壞元件的絕緣或?qū)w，使元件不能工作（完全破壞）。因瞬間的電場或電流產(chǎn)生的熱，元件受傷，仍能工作，壽命受損。5.2.3. 監(jiān)控系統(tǒng)紊亂靜電通過導(dǎo)體傳至傳感器，使系統(tǒng)主機(jī)的邏輯元件產(chǎn)生錯誤信息。也可以直接讓計算機(jī)死機(jī)或重起。由于靜電放電時的接觸部分產(chǎn)生的電磁波給于信號的輻射噪聲。6. 靜電控制措施6.1. 靜電屏蔽將帶電體進(jìn)行局部或全部靜電屏蔽，同時屏蔽體應(yīng)可靠接地。在靜電平衡狀態(tài)下，不論是空心導(dǎo)體還是實心導(dǎo)體；不論導(dǎo)體本身帶電多少，或者導(dǎo)體是否處于外電場中，必定為等勢體，其內(nèi)部場強(qiáng)為零，這是靜電屏蔽的理論基礎(chǔ)。6.1.1. 封閉導(dǎo)體殼內(nèi)部電場不受殼外電荷或電場影響。6.1.2. 接地封閉導(dǎo)體殼外部電場不受殼內(nèi)電荷的影響。綜上，封閉導(dǎo)體殼不論接地與否，內(nèi)部電場不受殼外電荷與電場影響；接地封閉導(dǎo)體殼外電場不受殼內(nèi)電荷的影響。這種現(xiàn)象，叫靜電屏蔽。6.2. 靜電中和絕緣體上的靜電不能用接地的方法來消除，但可以利用極性相反的電荷來中和，目前“中和靜電”的方法是采用感應(yīng)式消電器。消電器的作用原理是：當(dāng)消電器的尖端接近帶電體時，在尖端上能感應(yīng)出極性與帶電體上靜電極性相反的電荷，并在尖端附近形成很強(qiáng)的電場，該電場使空氣電離后，產(chǎn)生正、負(fù)離子在電場作用下，分別向帶電體和消電器的接地尖端移動，由此促使靜電中和。6.3. 防止人體帶靜電人在行走、穿、脫衣服或座椅上起立時，都會產(chǎn)生靜電，這 也是一種危險的火花源，經(jīng)試驗，其能量足以引燃石油類蒸氣。因此，在易燃的環(huán)境中，最好不要穿化纖類衣物，在放有危險性很大的炸藥、氫氣、乙炔等物質(zhì)的場所，應(yīng)穿用導(dǎo)電纖維制成的防靜電工作服和導(dǎo)電橡膠做成的防靜電鞋。6.4. 接地靜電導(dǎo)體與大地間的總泄漏電阻值在通常情況下均不應(yīng)大于106。每組專設(shè)的靜電接地體的接地電阻值一般不應(yīng)大于100；在山區(qū)等土壤電阻率較高的地區(qū)，其接地電阻值也不應(yīng)大于1000。接地是消除靜電最簡單最基本的方法，它可以迅速地導(dǎo)走靜電。但要注意帶靜電物體的接地線，必須連接牢固，并有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，否則在松斷部位可能會產(chǎn)生火化。圖 5.1靜電探測器裝置將上述探測器置于微機(jī)房適當(dāng)位置，就可以隨時觀察機(jī)房的靜電狀況，還可以及時將靜電自動泄放掉，消除其危害，不失為一效果良好的實用裝置。6.5. 靜電消除器 不能有效地泄放靜電荷的場合，可采用電離器通過空氣中的正負(fù)離子來防止和中和元器件和其它物體上電荷積累，電離能力大于250v/s。在某些特寫場所中，濕度不宜過大，就可以設(shè)置“靜電消除器”。它的工作原理是造成大量的帶電離子，它們的電性與由于摩擦帶上的靜電電性相反，把摩擦起電的電荷中和掉。利用空氣電離原理靜的電消除器有多種型式。以空氣電離原理生產(chǎn)的靜電消除器類型表消電器種類特點主要應(yīng)用場所外接高壓電源式通用型消電能力強(qiáng)薄膜、紙、布送風(fēng)型作用距離較運、范圍較廣配管內(nèi)、局部空間防爆型不會成為引火源，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜有防爆要求的場所感應(yīng)型結(jié)構(gòu)及使用簡單，不易成為火源，當(dāng)帶電體電位在2-3kv以下時，難以消電薄膜、紙、布、某些粉末放射源式不會成為引火源，要注意安全使用密閉空間等6.6. 增濕增濕器可使潮濕空氣流，防止靜電荷積累，此法不適；增濕后產(chǎn)生有害影響的場地。6.7. 抗靜電劑為了防止塑料、化纖制品等絕緣體上聚積靜電電荷，使用各種抗靜電劑，就可以大大增強(qiáng)它們的導(dǎo)電性能。7. 靜電問題在其他行業(yè)中的應(yīng)用（1）靜電集塵。（2）靜電噴涂。（3）靜電攝影。（4）靜電選別。（5）直流高壓的產(chǎn)生。（6）高壓測量。（7）燃料氣體的點火?！静捎眯g(shù)語的含義】電暈放電帶電體表面在氣體或液體介質(zhì)中局部放電的現(xiàn)象，常發(fā)生在不均勻電場中電場強(qiáng)度很高的區(qū)域內(nèi)（例如高壓導(dǎo)線的周圍，帶電體的尖端附近）。其特點為：出現(xiàn)與日暈相似的光層，發(fā)出嗤嗤的聲音，產(chǎn)生臭氧、氧化氮等。刷形放電發(fā)生于導(dǎo)體與絕緣體之間的一種放電形式。其一端具有放電集中點，另一端放電通道不集中，呈分枝狀，有“啪”的較強(qiáng)破壞聲。帶電量大的非導(dǎo)體與數(shù)公分以上的較平滑的接地導(dǎo)體之間易產(chǎn)生刷形放電。刷形放電能量密度比電暈放電大，易于成為造成危害的原因。傳播型刷形放電傳播型刷形放電又稱沿面放電，舊稱利登彼格（lichtenberg）放電。只有當(dāng)絕緣體的表面電荷密度大于2.7 c/ 時才可能發(fā)生。但在常溫、常壓下，如此高的電荷面密度較難出現(xiàn)，因為在空氣中單極性絕緣體表面帶有不同電荷密度的極限值約為2.7 c/ ，超過時就會使空氣電離?；鸹ǚ烹姰?dāng)靜電電位比較高的帶電導(dǎo)體或人體靠近其它導(dǎo)體、人體或接地導(dǎo)體，便會引發(fā)靜電火花放電。靜電火花放電是一個瞬間的過程，放電時兩放電體之間的空氣被擊穿，形成“快如閃電”的火花通道，與此同時還伴隨著噼啪的爆裂聲，爆裂聲是由火花通道內(nèi)空氣溫度的急劇上升形成的氣壓沖擊波造成的。大型料倉內(nèi)的粉堆放電當(dāng)把絕緣性很高的粉粒由氣流輸送經(jīng)過管道和滑槽進(jìn)入大型料倉時，在沉積的粉堆表面可能發(fā)生強(qiáng)烈的放電，放電能量可達(dá)10mj。粉料沉積后，其它電荷密度迅速增加，表面的場強(qiáng)也相應(yīng)地增強(qiáng)。雷狀放電這是一種大范圍的空間放電形式最初在火山爆發(fā)的塵埃中曾觀察到過，近年來在實驗中也得到證實。電場輻射放電電場輻射放電依賴于高電場強(qiáng)度下氣體的電離，當(dāng)帶電體附近的電場強(qiáng)度達(dá)到3mv/m時，這種放電就可能發(fā)生。偶電層當(dāng)液體與固體接觸時，在其界面處，固體表面或因表面分子電離或選擇吸附液中某種離子而帶電，由于接觸面電化學(xué)的作用，液體中與罐壁相反符號的離子，將被吸引而濃聚在界面附近。這樣在液固表面就形成了符號相反的兩層電荷，稱為偶電層。作為偶電層的整體來說是電中性，但是當(dāng)一相物體與另一相物體作相對運動時，滑動不是直接發(fā)生在固體表面上，而是在液體內(nèi)部，距固體表面有一定距離的滑動面發(fā)生滑動的，滑動面與界面地距離大約一個分子大小。滑動面內(nèi)的那些液體中的離子，一樣是不隨液體流動而帶走的，這一部分叫吸附層，另一部分（即滑動面左邊的部分）叫活動層。硬擊穿是一次性造成元器件介質(zhì)擊穿、燒毀或永久性失效；軟擊穿則是造成器件的性能劣化或參數(shù)指標(biāo)下降。靜電導(dǎo)體在任何條件下，體電阻率等于或小于1106m(即電導(dǎo)率等于或大于110-6sm)的物料及表面電阻率等于或小于1107的固體