1、1,1,第七讲,静电泄漏和消除方法,2,2,静电接地实际上是使物体所带电荷向大地泄漏的一种措施。仅当物体具有电荷泄漏特性时静电接地才有效。因此，静电接地适用于静电导体和静电耗散材料。,一、静电接地,3,3,一、静电接地,1、静电接地定义（GJB2527-95）,静电接地：物体通过导电、防静电材料或其制品与大地在电气上可靠连接，确保静电导体与大地的静电电位接近。,静电接地与通常意义接地的区别（GJB2527-95）：(1)量值不同。通常的接地,接地电阻在量级，而静电接地电阻可以是106 或108,视具体场合而定，它要求比普通接地电阻量级要宽松得多;(2)接地材料可以不同。通常接地使用金属导体接地
2、，静电接地可以使用静电导体。,4,4,通过金属导体构成的静电接地系统,2、静电接地方式,5,5,通过含有非金属导体、防静电材料或其制品使物体静电接地,通过金属导体构成的静电接地系统,2、静电接地方式,6,6,对于金属导体，一般采用直接接地；对于其它静电导体或静电消散材料，则不能采用直接接地的办法。应该用导电胶液将其表面的局部或全部与金属导体紧密粘和，然后再将金属导体进行接地，这种连接方式就是间接接地；在进行间接接地时，非金属的静电导体或静电消散材料与金属导体紧密粘和的面积应大于20cm2，同时使这两者之间的接触电阻尽量小。,7,7,在静电危险场所通常存在不止一个金属物体时，为了消除金属间电位差
3、、消除静电放电，则需要将所有金属物体都进行直接接地。,对于相距较远的大型设备来说：一般不允许将它们串联以后接入接地回路，而必须采用逐个直接接地的方法。,对于相距很近的小型金属物体：可将这些金属物体串联起来，然后再将其中一个物体进行直接接地，这种金属物体间的连接方式称为跨接（也叫搭接）。,8,8,跨接目的：是使导体与导体之间以及导体与大地之间都保持等电位，防止导体之间以及导体与大地之间有电位差。,跨接（也叫搭接）,9,9,静电接地系统由接地体和接地线共同组成。接地体是直接与大地接触的金属导体或金属导体组；用来连接被接地物体和接地体之间的导线称为接地线。,3、接地电阻、静电接地电阻与静电泄漏电阻,
4、10,10,作为接地体的金属导体本身的电阻与大地之间的电阻叫接地电阻。它等于金属导体本身的电阻加上接地体与大地之间的流散电阻泄漏电流从接地体向周围大地流散时土壤所呈现的电阻。,实验表明：接地体20m以外可以认为是静电接地中的“地”。,（1）接地电阻,3、接地电阻、静电接地电阻与静电泄漏电阻,10,11,11,1)单根垂直接地体（长3m左右）2)单根水平接地体（长60m左右）3)平板形接地体（水平埋设于地下）4)平板形接地体（直立埋设于地下）,式中：土壤的电阻率/cm；S平板的面积/m2。,（1）接地电阻,3、接地电阻、静电接地电阻与静电泄漏电阻,人工接地体流散电阻的简化计算公式:,11,12,
5、12,静电接地电阻是指接地点与大地零电位点之间的电阻，它包括被接地物体接地点与接地极之间的接触电阻、连接接地极与接地体间的连接物电阻和接地电阻等三部分之和。,3、接地电阻、静电接地电阻与静电泄漏电阻,（2）静电接地电阻,对于金属物体以外的静电导体和静电消散材料进行间接接地时，静电接地电阻要比接地电阻大得多。,12,13,13,静电泄漏电阻是指被研究的物体上观测点与大地之间的总电阻，即电荷从该点泄放到大地所经过的总路程上的电阻。,3、接地电阻、静电接地电阻与静电泄漏电阻,（3）静电泄漏电阻,静电泄漏电阻是评价静电接地良好程度的标准，也是判断带电体上的电荷能否顺畅泄漏的主要依据。,13,14,14
6、,为确保静电安全，泄漏电阻的大小主要取决于：一是静电危险场所允许存在的最高静电电位；二是危险场所可能出现的最大静电起电电流。在有易燃易爆气体混合物存在的静电危险场所，一般允许的最大静电电位值即危险电位约为300V；但在火炸药和电火工品及半导体器件行业，或最小点火能在0.1mJ以下的静电危险场所，其危险电位应降至100。在目前的工业水平下，实际生产中静电起电电流的范围为10-11 10-4A。,4、静电接地系统有关电阻的取值范围,14,15,15,关于静电接地、雷电接地及工频电气接地的问题，应作如下考虑：以单纯防静电为目的的接地电阻值要比防雷电和工频电气接地的电阻值大得多。所以，当防静电、防雷电
7、和工频电气三个接地系统共用一个接地体时，接地电阻应按其中的最小值选取，一般为410。在设计静电接地系统尤其是人体接地时，要考虑到人体可能接触工频电源时的人身安全问题。通常认为通过人体的安全电流为0.5mA，对于220V的工频交流电，人体对地应有至少0.44M的电阻，一般选1M。,4、静电接地系统有关电阻的取值范围,15,16,16,在实际生产中，如果静电接地电阻太小，带电体接近静电接地系统时，可能发生火花放电，放电集中，其热效应可能成为危险的点火源，引起燃爆事故，所以，在特殊危险场所也要限制静电泄漏电流。同时，静电泄漏电流过大时会产生磁场，对某些电子装置的工作造成威胁；因此可以采用增大泄漏电阻
8、的方法减小泄漏电流，但也不能使泄漏电阻过大，以至静电泄漏过于缓慢而在物体上积累起足以致害的静电，这就失去了静电接地的作用。,4、静电接地系统有关电阻的取值范围,16,17,17,进行静电接地时，应明确哪些物体可通过静电接地有效地泄漏静电，哪些则不能或效果甚微。静电接地实际上是使物体所带电荷向大地泄漏的一种措施。因此，仅当物体具有电荷泄漏特性时静电接地才是有效的。一般来说，静电导体材料和静电消散材料都具有转移电荷的特性，可使电荷很快泄漏，绝缘体基本上不具有转移电荷的能力。,5、静电接地方式选择,17,18,18,（1）金属导体一般是直接接地的对象；活动的金属导体或特殊的金属导体有时需要间接接地。
9、（2）金属导体以外的静电导体和静电亚导体以及表面电阻率在1012以下的物体是间接接地对象。（3）静电非导体（表面电阻率在1012以上的物体），一般不能作为接地对象。（4）人体作为一种特殊的静电导体，既是直接接地对象（如用腕带等），也是间接接地对象（如通过防静电鞋和防静电地面等达到静电接地的目的）。,5、静电接地方式选择,18,19,19,静电接地的基本设施一般包括：接地系统（接地装置）、导电或防静电工作台、导电或防静电地面等。（1）接地装置接地装置主要由接地体、接地干线和接地支线组成。一般情况下，不需要单独铺设用于静电接地的接地体，只需要将静电接地线接到用于电气安全保护接地装置的接地体上即可。
10、如果场所中没有其它接地装置，需要埋设静电接地体。,6、静电接地设施与实施方法,19,20,20,静电接地所用的接地体，可用一根长度不小于2m的金属导体，水平埋入距地面0.5m以下的土壤中，构成接地体。接地体的选材和最小尺寸为：扁钢40mm4mm，角钢25mm4mm或钢管40mm、壁厚3.5mm。伸入地中的钢筋混凝土建筑物的基础、金属管道和设备等亦可兼作静电接地体使用。,6、静电接地设施与实施方法,20,21,21,接地干线应有足够的机械强度，要经久耐用、便于固定。接地干线可采用镀锌的25mm4mm的扁钢或 8mm以上的圆钢。接地支线可用截面积2mm2到10mm2的多股裸铜线或铜芯电线，也可用多
11、股不锈钢编织带。接地体、接地干线、接地支线之间的连接点均应焊接连接或螺栓连接。埋地部分只许焊接。焊接时，其搭焊长度必须是扁钢宽度的二倍或圆钢直径的六倍。用螺栓紧固连接时，应防止锈蚀、污染、脱落、电化腐蚀。,6、静电接地设施与实施方法,21,22,22,地线埋设示例,6、静电接地设施与实施方法,22,23,23,可移动的金属容器可使用接拆方便的接地夹具直接夹在金属容器的接地极上，使被接地物体与接地线在电气上可靠连接。可移动的机具通过防静电胶轮使其同防静电地面与大地构成静电通路。输送粉体火炸药的输送皮带应为防静电或导电橡胶制品，并通过金属支撑物接地。在静电危险场所输送电发火弹药的链扳机输送带为木板
12、时应刷涂防静电油漆，并通过金属轴等支撑物使其静电接地。,6、静电接地设施与实施方法,23,24,24,（2）防静电工作台工作台的台面应为防静电材料并可靠接地。（3）防静电地面设置防静电（或导电）地面是泄漏人体与活动设备上电荷的基本措施之一。根据场地、任务性质不同，可设置不同的防静电地面。一般在防静电等级不高的情况下，普通水泥地（含水磨石地）可作为防静电地面使用。,6、静电接地设施与实施方法,24,25,25,（3）防静电地面在处理各种火炸药的危险场所及存在易燃易爆气体的区域，需设置不发火地面时，防火花与防静电应兼顾。可使用导电胶板、防静电胶板铺盖地面并可靠接地；也可使用不发火防静电水泥地面或不
13、发火的防静电沥青地面。处理粉体、小粒火炸药和烟火药场所的地面应是无裂缝的整体性防静电地面。防静电胶板等非金属物体的接地，应该选用面积大于20cm2 的金属板作为地线直接焊接的接地板，接地板与非金属物体应该紧密接触，接触面之间应用导电胶液粘接。,6、静电接地设施与实施方法,25,26,26,（1）人体静电接地的基本方法人穿导电或防静电鞋、袜（不准用绝缘鞋垫）并通过防静电地面使人体与大地构成静电通路；操作人员坐的椅子、凳子应静电接地，不应有绝缘衬垫和绝缘脚。在特别危险的场所或操作静电敏感电子器件的场所，操作人员还应该穿防静电工作服。必要时，人体应该使用腕带直接静电接地。,7、人体与典型设备静电接地
14、方法,26,27,27,27,28,28,（2）火箭和飞机的静电接地和跨接,火箭在发射前，必须可靠地静电接地。火箭外壳的各箱段、载入体及弹体结构的各部分之间应该电跨接良好，跨接电阻应小于25m。飞机着陆或停在机场时，应该采用导电轮胎、接地钢索、停机接地线、接地刷、接地棒、接地锥等实施静电接地。直升机接近地面处悬停或装卸货物时，也应使用导电绳索使飞机静电接地，避免静电放电。飞机在飞行时会积累静电电荷，所以飞机的金属构件之间应采用永久性固有的跨接，如焊接、煅压等。使跨接电阻值1。以保证飞机在飞行中不会出现缝隙间的电弧放电。,28,29,29,飞机加油过程中的静电接地,注意：按照圆圈内数字的顺序连接
15、,29,30,30,（3）油罐汽车的静电接地,油罐汽车属于地面上的移动设备，其轮胎应使用导电橡胶轮胎。注意接地时间和场所的选择。以装油为例，装油时先接地后接油管，拆卸油管时先拆油管并经适当的静置时间后再拆地线。接地导线的连接位置尽量取在汽车侧面或后部，特别应避免进油口和出油口等开口部位实行跨接。,30,31,31,油罐汽车与装油系统的跨接,31,32,32,可搬动的装有可燃性液体的金属容器，如油桶、油壶等的接地一般应使用导电性垫或裸露出的金属板实现，但接地时应切实检查容器、地面和垫的表面不应有绝缘性污染和涂膜等。容器在进行作业时，应与注油设备实行跨接。使用带有连接器具的接地导线进行接地操作时，
16、必须在装液体之前进行；装完后，需经过一段静置时间后才能将接地线拆除。,（4）容器类的静电接地,32,33,33,油壶或油桶与注油设备的跨接,33,34,34,火炸药、起爆药、电火工品等易燃易爆介质的体积电阻率一般都较高，即使将它们置于金属容器内将容器接地也不能在短时间内消除其静电；有时，直接接地反而容易造成工装与火药间产生放电火花，更增加了危险性。所以，除了设置静置时间外，应采取间接接地。,（5）火炸药生产设备的静电接地,34,35,35,二、空气加湿,绝大多数高分子材料的表面电阻率和湿度有关，随着空气相对湿度的提高，材料的表面电阻率逐渐下降。,35,36,36,1、湿度对材料静电性能的影响,
17、（1）高分子材料中如果含有-OH、-NH2、-COOH、-OCH3等亲水基和CO键，材料就很容易吸收空气中的水分子。（2）高分子材料的表面缺陷、悬挂键的存在都有吸附空气中水分子的倾向。（3）当相对湿度提高时，水分子容易被物体吸收或附着在表面，形成一层很薄的水膜。（4）由于水分子具有强极性，以及溶解在水中的杂质（如二氧化碳）的导电作用，可以大大降低物体的表面电阻率，显著改善其导电性能。,36,37,37,1、湿度对材料静电性能的影响,实验研究表明：普通楼房墙壁当空气相对湿度由10%变化到60%时，静电泄漏电阻由1010下降到107。物体的静电泄漏率大大提高，使危险静电源难以形成。这就是“增湿消除
18、静电危害”的基本道理。大量实验表明：在相对湿度低于50%的环境中，多数高分子材料的静电泄漏比较缓慢，防静电效果差；当相对湿度达到65%时，静电泄漏速度加快、防静电效果好。,37,38,38,1、湿度对材料静电性能的影响,静电起电率和静电泄漏的快慢，不仅与相对湿度有关，而且与环境的温度也有关系。所以在确定安全相对湿度时，常常将温、湿度一起考虑。实际上，温度较低时很难把空气的含水量提高到安全湿度要求。这正是北方寒冷的冬季发生静电危害较多的原因之一。,38,39,39,2、加湿方法与装置,使用恒温恒湿调节器、加湿器等设备，成本高、费用大。通过喷入水蒸汽或洒水、挂湿布等方法，方法简便、经济，但不能准确
19、控制相对湿度。,（1）整体环境加湿,（2）局部加湿,使用高湿度空气静电消除器在某物体表面形成高湿度，以消除静电危害。,39,40,40,高湿度空气静电消除器的结构原理示意图,基本原理：用略高于介质表面温度的、接近饱和的高湿热空气在介质表面达到露点而凝水，利用凝结水膜的低电阻率而使电荷导走。同时，水膜很快蒸发掉，带走剩余电荷。,2、加湿方法与装置,40,41,41,第一，有些加湿手段本身也能产生静电。第二，高湿度成本昂贵，恶化生产环境；第三，影响产品质量。,3、注意事项,通过加湿消除静电，对以下几种情况无效：（1）表面不易被水润湿的介质，如聚四氟乙烯、纯涤纶；（2）表面水分蒸发极快的静电非导体(
20、高温)；（3）绝缘的带电介质，如悬浮的粉体；（4）与水发生反应的物质。,41,42,42,静电消除器是指：能使空气发生电离、产生消除静电所必要的离子的装置，又称为静电中和器，简称消电器。,三、静电消除器,42,43,43,三、静电消除器,43,44,44,基本原理是：利用空气电离发生器使空气电离,产生正、负离子对，中和带电体上的电荷。消电器具有不影响产品质量、使用方便等优点，因而应用十分广泛。,三、静电消除器,44,45,45,1、直流高压式消电器,2、工频高压式消电器,3、高频高压式消电器,静电消除器的种类：,无源自感应式,外接高压电源式,放射源式,按构造和使用场所不同，还可分为普通型、离子
21、风型和防爆型三种类型。,三、静电消除器,45,46,46,在靠近带电体的上方安装一个接地的针电极，由于静电感应，针尖上会感应出密度很大的异号电荷，从而在针尖附近形成很强的电场。,（1）无源自感应式消电器,1、几种典型的消电器,当局部场强达到或超过起晕电场时，针尖附近的空气被电离、形成电晕放电，在电晕区产生大量的正、负离子。在电场力作用下，异号带电粒子向带电体运动，带电体上的电荷被中和。,46,47,47,两个性能指标：临界电压和电晕电流,（1）无源自感应式消电器,1、几种典型的消电器,临界电压是能够使放电针产生电晕放电的最低电压。由于放电针上的电荷是由带电体感应而来的，所以临界电压越低，留在带
22、电体上的残留电荷就越少，消除静电越彻底。电晕电流越大，表明带电体上单位时间内被消除掉的电荷越多，消电效率越高。,47,48,48,几种无源自感应式消电器的结构,1代表放电针，2代表支架，3代表保护罩，4代表放电刷，5代表放电线，6代表放电锯齿，7为带电体,48,49,49,典型无源自感应式消电器举例：,a.固体平面用锯齿形消电器,适用于带电体为固体平面的情况，如带电橡胶带、塑料薄膜、纸张、各种织物等 材料的体电阻率应在103.m以下。,优点：由于柔软的前端，不需要保护罩，结构简单，可以用于带电体不固定和有轻微震动的情况。,49,50,50,b.管道油品用消电器,用于消除油品在输送、加注等工序中
23、的油品静电。构成:1米的钢管、聚乙烯套管和穿过套管的放电针及镶针螺栓。性能影响因素：绝缘套管厚度、套管长度、油品带电的正负、消电使用时间。,典型无源自感应式消电器举例：,50,51,51,（2）一般高压电源式消电器,51,52,52,与无源自感应式消电器的主要区别：有高压电源直接或间接地向放电针供电，在针尖附近安装有接地电极，外接的高电压在放电针尖端附近产生强电场使空气局部高度电离，与带电体符号相反的离子在电场驱动下移向带电体、并与其上的电荷发生中和作用而消电。,（2）一般高压电源式消电器,52,53,53,（2）一般高压电源式消电器,一般高压电源式消电器按所接高压电源种类的不同，分为直流高压
24、、工频交流高压和高频交流高压三种。从消电效果来说，直流最好，工频交流次之，高频交流最差。,53,54,54,不同高压电源式消电器比较,54,55,55,（2）一般高压电源式消电器,一般高压电源式消电器是非防爆的，所以不能用于有爆炸危险的场所。主要原因有以下三点：第一，这类消电器的放电针尖附近是与环境中可能存在的爆炸性混合物直接接触的，当有源放电的能量较大时，就有可能引爆或引燃。第二，在消电器中，有可能引起放电针与带电体或接地体之间发生足以致害的火花放电。第三，消电器的高压电源或引线本身有可能发生火花放电。,55,56,56,离子风高压电源式消电器是一种将电离了的空气离子用气流输送到远处去消除带
25、电体上静电的有源电晕装置，空间离子随着气流运动构成所谓离子风。,（3）离子风高压电源式消电器,56,57,57,（3）离子风高压电源式消电器,57,58,58,（3）离子风高压电源式消电器,58,59,59,（3）离子风高压电源式消电器,优点：是作用距离大，在正常风压下，距消电器0.3-1.0m处有良好的消电效果，其作用范围也较大，作用的直径大致等于作用距离，电气部分功耗小（约为一般高压源式消电器的十分之一）、安全性能好（可做成防爆、防光照型）；缺点：如结构比较复杂，对气源要求较高等。,59,60,60,应注意以下几点：1）空气要洁净、干燥，最好使用过滤器，使气流干燥、净化，否则影响离子存活寿
26、命，导致消电效率降低；2）环境湿度应保持在70%以下；3）电晕放电器外的压缩空气的正压力不应低于4.91049.8104Pa；4）安装消电器时，带电体附近应无静电导体。,（3）离子风高压电源式消电器,60,61,61,防爆型高压电源式消电器，实际上就是离子风消电器附加上防爆手段制成的。这种消电器可以应用于一切静电危险场所。目前生产的种类较多，结构比较复杂，一般由防爆高压电源和电晕放电器、电极火花检测器、输出电压监视器、压缩空气压力检测器、异常情况报警器等组成。,（4）防爆型高压电源式消电器,61,62,62,（4）防爆型高压电源式消电器,防爆型消电器的原理框图,62,63,63,放射源式消电器
27、也叫同位素静电消除器，它是利用放射性同位素发出的射线使空气电离，产生正负离子对，中和带电体上的静电。射线的电离能力很强，一个粒子在空气中每厘米长度上能产生1万个离子对，但是它穿透物质的能力不强，在空气中只能穿透2.5-8.6cm，一层普通写字纸即可吸收它。射线的电离能力和穿透能力为中等。射线的电离能力很弱（在空气中每厘米长度上只能产生几对离子），穿透能力很强。消电器应选择电离能力强、穿透能力差的放射源。,（5）放射源式消电器,63,64,64,（5）放射源式消电器,64,65,65,放射源式消电器的特点：,结构简单，使用方便；不需要外接电源，工作时不会产生电火花，适用于存在易燃易爆物质的危险场
28、所；电离电流较小，有效作用距离短；使用中应注意射线对人体的伤害和对周围物质的放射性污染。因此，要严格防范放射源外逸和操作者直接接触放射源；因为放射源受到放射性同位素的半衰期的限制，消电器有一定的使用寿命，应按说明书要求及时更换消电器的放射源。,65,66,66,2、消电器的选择与安装,在实际工作中，选用消电器时，主要考虑它的消电效果和现场使用的安全性问题以及适用于什么带电体，同时还要注意经济效益。,66,67,67,2、消电器的选择与安装,67,68,68,消电器安装在带电体的最高电位附近，提高消电效率。消电器的安装角度应垂直于带电体表面，并可靠接地。消电器安装位置和环境原则上应避开以下位置和
29、场所：A、有静电产生源的位置；B、物体背面有接地体；C、邻近接地体；D、有其他消电器的位置;E、易于污染消电器或温度在150以上和相对湿度在 80%以上的环境。,2、消电器的选择与安装,安装注意事项：,68,69,69,2、消电器的选择与安装,A、有静电产生源的位置；B、物体背面有接地体；C、邻近接地体；D、有其他消电器的位置;,69,70,70,3、消电器的残压,在许多领域内科技的发展使消电器的使用更加广泛，并且变得更加重要。随着半导体几何结构的缩小，器件更加密集，I/O针脚数量不断增长，这种趋势使得器件ESD损伤阈值降低。这就需要将消电器的残压保持在低水平下，避免给隔离的敏感性器件充电。不幸的是，还没有一种简单的方法把ESD敏感性同消电器残压的测量联系起来。,70,
