静电放电现象是一种常见的物理现象,大量地存在于我们的日常生活中,由于静电放电过程中,伴随着能量的释放,当能量足够大时,会引起可燃性环境的点燃或爆炸,因此在GB25285.1列出的13种点燃源中,静电也是一种主要的点燃源。防爆层面来说有必要引起足够的重视并加以控制。
静电的产生
产生静电主要有两种方式,一种是摩擦起电。两个物体发生接触位置相对移动或分离时,一个物体上的电子脱离原子核的束缚而跑到另一个物体上,该物体就显示出正电,如果是绝缘材料,产生的电荷不能传导或被中和,几乎只能停留在产生的地方,大量的电荷积聚在物体表面,当遇到电位不同的导体时,就会迅速转移,形成放电现象。产生静电的物体,不仅仅是固体,高速流动的液体、粉末也能产生静电。
另一种产生静电的方式,是感应起电,例如,物体达到高电势,或由于处在电场中而携带电荷。不过这种由于需要高电势,不在防爆设备相关标准探讨中。
静电的预防
为了避免电荷在表面的积聚,或者避免积聚到高的电位,应当采取有效的措施,防止电荷的积聚,或者尽快将电荷释放,通常可以选用导电材料或加强接地的方式。在GB3836.1标准中提供了多种可供选择的方式。
其中最常用的方式就是控制材料的表面电阻。这就要求能尽量准确地测量出材料的表面电阻相关参数。
目前GB3836.1中是测量表面电阻值。
由于检验手段进步以及标准的更新不同步,各标准之间产生了一些差异,下面将简单比较各标准中表面电阻检验的差异。
表面电阻的检验
目前,国内防爆产品涉及到表面电阻检验的标准为GB3836.1-2010,但防爆标委会也在根据IEC标准更新的情况积极制修订新的标准,涉及到IEC60079-0:2017、IEC60079-32-2:2015。其中IEC60079-32-2 Electrostastic hazards-test是关于静电危险试验的专用标准,该标准中包含了多种试验方法,其中表面电阻试验方法与GB3836.1中类似,但又有多处差异。
要求 |
GB3836.1-2010 |
IEC60079-0:2017 |
IEC60079-32-2:2015 |
环境 |
温度(23±2)℃,湿度(50±5)% |
温度(23±2)℃, 湿度(50±5)%或(30±5)% |
温度(23±2)℃、 相对湿度(25±2)% |
样品 |
外壳或矩形试件 |
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预处理 |
试件应用蒸馏水擦净,然后用异丙基乙醇(或其他任何能与水混合且不影响试样或电极材料性能的溶剂)清洗,在干燥前再用蒸馏水清洗 |
试件应用蒸馏水擦净,然后用异丙基乙醇(或其他任何能与水混合且不影响试样或电极材料性能的溶剂)清洗,在干燥前再用蒸馏水清洗 |
最好只用刷子清理表面; 但是如果表面上有手指印或其它脏污,并且表面上没有采用特殊抗静电剂,应用2-丙醇(异丙醇)或其它不影响试验样品材料的溶剂清洁试样,然后在空气中干燥 |
电极 |
导电漆, 宽度1±0.2mm, 长度100±1m, 间距10±0.5mm |
导电漆, 宽度1±0.2mm, 长度100±1m, 间距10±0.5mm |
a.柔软的条状橡胶导电电极安装在带有弹簧的金属压舌上; b.导电泡沫条安装在绝缘支架上; c.银漆(silver paint) 宽度≥1mm, 长度100±1m, 间距10±0.5mm |
试验电压 |
(500±10)V的直流电压,(65±5)s |
(500±10)V的直流电压,(65±5)s; (10±0.5)V的直流测量电压,历时(15±5)s; 电阻小于10MΩ,测量电压应增至(100±5)V,历时(15±5)s |
如果电阻在1 MΩ和10 MΩ之间,应在(15±5)s内把测量电压增至(100±5)V。 如果电阻在10 MΩ和100 MΩ之间,应用(500±25)V 电压测量,时间(65±5) s。如果表面电阻大于100 MΩ,电压至少(500±25)V,最好是(1000±50)V,时间(65±5)s |
试验过程 |
表面电阻等于施加在电极间的直流电压与流过两极间的电流之比 |
表面电阻等于施加在电极间的直流电压与流过两极间的电流之比 |
在与预处理相同气候条件下进行试验; 把试样放置在表面电阻超过10 TΩ的绝缘垫上; 把电极放置在试样表面上; 在电极上施加20 N的力(如果是涂漆电极则不需要); 对同一试样在不同位置重复测量9 次,或者,如果试样太小重复测量不可行,或者测量结果范围在±10%之内,也可用另外的试样重复测量。对于这种情况,可以减少测量次数,但是应不少于3 次试验 |
合格判定 |
不大于109Ω |
在相对湿度(50+5)%下测量,不大于1GΩ; 在相对湿度(30+5)%下测量,不大于100GΩ |
取各次测量的几何平均值 |
从上表中,我们可以清楚地发现,IEC60079-32-2标准中的内容相比另外两个版本更加细致,测试要求也更多样。主要有以下差异:
首先,测试环境要求比其它版本更苛刻,相对湿度需要控制在(25±2)%,这就要求检验机构严格控制试验室的环境,必要时应在环境试验箱内进行。
第二,样品不再统一要求预先清洗,一般样品用刷子清理表面即可,即使需要清理表面脏污,也应避免溶剂影响材料性能。
第三,电极可以在三种型式中选择,并且电极的宽度由1mm改为大于1mm,便于加工电极或涂漆,但要注意保持电极之间的距离要求。另外,涂漆电极的材料也由原来的导电漆(conducting paint)改为银漆(silver paint)。另外,增加了兆欧表定期用已知电阻(1 MΩ~1 TΩ)进行校准的要求;还需要测量电极的压力,如果电极达到最小电阻值时施加的力大于20 N,则应用更柔软的导电橡胶代替。虽然比GB3836.1增加了要求,但实际更利于检验机构执行。目前的导电漆涂电极的方式在实际操作中很不方便,需要提前涂电极,由于导电漆粘性大,涂出的电极很难满足标准要求,而且漆也可能破坏材料的性能,影响结果。
第四,不同绝缘等级的材料,需要选择不同的试验电压,可以更加准确地测量电阻的值;
第五,明确了试验过程,包括绝缘垫的要求、电极压力、测量次数等。便于各试验机构统一检验要求。
最后,GB3836.1、IEC60079-0中均未明确测量次数,IEC60079-32-2除了明确测量次数,还规定取几何平均值作为结果。
总结
随着测量技术的进步,标准中对检验的要求更加细化,即使是IEC6079-0:2017相对GB3836.1-2010(IEC60079-0:2007)也有明显的变化,而IEC60079-32-2作为专门的静电危险试验的标准,其内容更加详细,目前该标准对应的国标也在制订中,标准对检验设备、设施有了更高的要求,检验机构应当及时跟进,完善设备和检验规程,以更好地开展检验。
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