Staattinen sähkö
Mitä staattinen sähkö on?
Staattinen sähkö tarkoittaa materiaalin sähkövarauksen epätasapainotilaa. Epätasapaino (elektronien vajaus tai ylimäärä) muodostuu, kun kaksi pintaa ovat kosketuksissa toisiinsa ja elektroneja siirtyy kappaleiden välillä.
Yksi suurin staattisen varauksen aiheuttaja on tribosähköinen ilmiö, jonka seurauksena tiettyihin materiaaleihin muodostuu sähkövarausta niiden koskettaessa toisiaan. Esimerkiksi ukkosmyrskyssä on perimmältään kyse siitä, että pilvien ja maan välille muodostuu sähköstaattinen varaus.
Staattista sähköä muodostuu, kun materiaalit koskettavat toisiaan ja niiden välillä siirtyy valenssielektroneja. Ilmankosteus lisää ilman sähkönjohtavuutta, joten se pystyy sitomaan ja jakamaan ylimääräisen varauksen tasaisemmin.
Staattinen varaus: Epätasapaino syntyy, kun valenssielektronit vaihtavat paikkaa.
Kun ilmankosteus on hyvin korkea, kappaleet eivät pysty pitämään staattista varausta yhtä hyvin.
| Jännitteen kehittyminen arkisissa asioissa (kV) | |
| Matolla käveleminen | 30 |
| Polyeteenistä valmistetun laukun nostaminen | 20 |
| Vinyylilattialla käveleminen | 15 |
| Työpöydän ääressä työskenteleminen | 5 |
Tässä taulukossa on kuvattu jännitteen kehittyminen arkisissa askareissa ja sitä, miten suhteellinen kosteus (RH) vaikuttaa siihen. Yli 40 prosentin suhteellinen kosteus ei poista staattista sähköä, vaan sallii sen purkautumisen vaarattomasti. Lähde: electronics-notes.com
Miksi kosteudella on merkitystä?
Vesi johtaa hyvin sähköä. Sähköisesti varautunut kappale siis luovuttaa sähkövaraustaan, kun ilma on kostea, jolloin äkillinen sähköstaattisen purkautumisen (ESD) mahdollisuus pienenee.
Puhtaan veden sähkönjohtavuus on kuitenkin yllättävän pieni metalleihin verrattuna.
| Sähkönjohtavuus (S/m) | |
| Puhdas vesi (RO) | 5.5 × 10-6 |
| Alumiini | 3.5 × 107 |
| Teräs | 6.21 × 106 |
Sähkönjohtavuus ilmoitetaan siemensinä (S) tai A/V = 1/Ω. Sähköstaattinen varaus hajoaa nopeasti kosteassa ilmassa..
Kosteus ei poista sähköstaattisen varauksen mahdollisuutta, mutta sen avulla sitä voidaan hallita paremmin
Jos ilman suhteellinen kosteus on matala, epätasapainossa olevat varaukset voivat tasoittaa potentiaalieronsa vain olemalla kosketuksissa toisiinsa. Jos kosteustaso on korkea, ilmassa olevan kosteuden ansiosta purkautuminen voi tapahtua turvallisemmalla tavalla.
Yksittäisten vesimolekyylien sähkönjohtavuus on ympäröivää ilmaa korkeampi, joten varaus purkautuu ilmassa olevaan veteen. Sähköstaattista purkautumista tapahtuu siis edelleen, mutta se jakautuu lukemattomiin vesimolekyyleihin tai -pisaroihin.
Korkeampia varauksia ei siis pääse muodostumaan, kun suhteellinen ilmankosteus on tietyn raja-arvon yläpuolella.
Sähköstaattisen purkautumisen aiheuttamat vaarat
Staattista sähköä esiintyy tuotantoympäristöissä aina jossakin muodossa. Tätä ei voida estää minkään teknologian avulla. Ongelmien syy piilee paikassa, jossa sähköstaattinen varaus purkautuu.
Elektroniikkatuotannossa jopa äärimmäisen pieni sähköstaattinen purkaus voi vaurioittaa puolijohteita ja tehdä tuotteen käyttökelvottomaksi.
Jopa vähäisellä sähköstaattisella varauksella voi olla valtava vaikutus herkkiin elektroniikkalaitteisiin ja siten myös tuotantomääriin, laatuun ja prosessien luotettavuuteen. Kaikista näistä aiheutuu huomattavia kustannuksia valmistajille.
Ongelmien taustalla staattinen sähkö
Staattisen sähkön purkautuminen ja sen aiheuttamat sähköiskut eivät kuitenkaan ole ainoa asiaan liittyvä ongelma. Haasteita tuo myös sähköstaattisten varausten epätasapaino kappaleiden pinnoilla.
Kun suhteellinen ilmankosteus on alle 40 prosenttia, staattisen sähkön muodostumisen mahdollisuus kasvaa huomattavasti.
Sähköstaattinen varaus muodostuu hankauksen seurauksena. Kahden materiaalin on hankauduttava toisiaan vasten, jolloin valenssielektroneja siirtyy niiden välillä. Useimmat tuotantoympäristöt luovat puitteet staattisen sähkön muodostumiselle: jos ympäristössä on lämpötilaa nostavia lämmönlähteitä, ilmankosteus laskee.
Ongelma voidaan ratkaista niin, että suhteellinen ilmankosteus ei pääse laskemaan 40 prosentin alapuolelle. Noin 60 prosenttia on optimaalinen arvo useimmissa tilanteissa. Ilmankostutusjärjestelmien avulla riittävä kosteus voidaan varmistaa kaikkina aikoina.
Ratkaisut sähköstaattisen varauksen aiheuttamiin ongelmiin
Tuotantoteknologiassa sähköstaattista varausta pyritään säännönmukaisesti ehkäisemään, ja sen aiheuttamiin ongelmiin tulee suhtautua vakavasti. Sähköstaattiselta purkautumiselta pyritään suojautumaan passiivisilla ja aktiivisilla menetelmillä. Passiivisia menetelmiä ovat esimerkiksi eristävien lattiamateriaalien käyttö, työkalujen maadoitus ja henkilöstön suojatoimenpiteet.
Ilmankosteuden säätö on puolestaan aktiivinen menetelmä sähköstaattiselta purkautumiselta suojautumiseen. Kun optimaalinen ilmankosteus on saavutettu (yleensä 40–60 %), ilman kosteuspitoisuus on riittävän korkea, jotta sähköstaattiset varaukset voivat purkautua ilmaan vaarattomasti. Kosteuden laskeutuessa pinnoille muodostuu lisäsuojaa tarjoava johtava kerros.
Ilmankostutuksen korkeapainejärjestelmä on yksi kustannustehokkaimmista tavoista parantaa tuottavuutta ja ehkäistä sähköstaattisen purkautumisen aiheuttamia vaaroja.
Tutustu asiakkaidemme kokemuksiin
Airtecilla® on vuosikymmenien mittainen kokemus ilmankostutusjärjestelmien suunnittelusta, asennuksesta ja huollosta. Tutustu asiakastarinoihimme