-
Izrada: TAK Hazardous Areas, Beograd
Duga AD
Beograd Pravilnik o zatiti od
statikog naelektrisanja Str. 1 od 41
1. Osnove statikog naelektrisanja
1.1 Nastanak statikog elektriciteta
Jedan od najeih uzroka nastanka statikog elektriciteta je tzv
kontaktno naelektrisanje, kod
koga se dva nejednaka materijala dovode u kontakt i zatim
razdvajaju, pri emu oni dobijaju i esto
zadravaju, po iznosu jednaka, a po znaku razliita elektrina
naelektrisanja. Kontaktno naelektrisanje
se moe desiti dinamikim kontaktom dva vrsta ili dva tena, ali
razliita materijala, ili meusobnim
kontaktom vrstih i tenih materijala. Naelektrisanje moe
nastupiti i kada su dva materijala ista po
fiziko hemijskom sastavu, ali ako su im povrine u kontaktu
razliite zbog prisutva vrstih ili tenih
kontaminanata. Generisanje naelektrisanja moe se desiti i kod
tenosti iste vrste, ili oblaka praine
istog sastava, kod koje se molekule ili estice kreu jedna u
odnosu na drugu. Meutim pod tim
uslovima moe doi do razdvajanja jednakih koliina naelektrisanja
razliitog znaka i na taj nain moe
doi do stvaranja unutranjeg naelektrisanja u tenosti ili oblaku
praine. Meutim ukupno
naelektrisanje tenosti ili gasa nije se promenilo u ovom sluaju
i posmatrano iz vana ono je nula,
odnosno koliina pozitivnih estica jednka je broju negativnih.
isti gasovi ne mogu biti naelektrisani
na ovaj na.in, osim ako sadre vrste estice ili kapljice tenosti
u suspenziji. (L1).
Slika 1. Kontaktno naelektrisanje dva cvrsta materijala
Slika 1a. Dva materijala u medusobnom kontaktu
oko 1V
1V
vie kV
Slika 1b. Materijali nakon razdvajanja
vie kV
Kod kontakta vrstih materijala razliitog sastava, koji su na
poetku bez naelektrisanja i na
normalnom potencijalu zemlje, mala koliina naelektrisanja se
prenosi sa jednog na drugi materijal.
Tako se izmeu ovih, sada suprotno naelektrisanih materijala
stvara potencijalna razlika reda veliine
1V. Ako se sada materijali razdvajaju mora se utroiti dodatni
rad da se savlada privlana Kulonova sila
meu njima i potencijalna razlika meu njima raste. Poveana
potencijalna razlika tei da izjednai
naelektrisanja, odnosno da ih neutralie dok god je preostao bilo
kakav fiziki kontakt. Ako su oba
materijala elektrino vodljivi rekombinacija naelektrisanja je
praktino trenutna, te nakon razdvajanja
ne preostaje praktino nikakvo naelektrisanje ni na jednom od
njih. Meutim ako je bar jedan od ova
-
Izrada: TAK Hazardous Areas, Beograd
Duga AD
Beograd Pravilnik o zatiti od
statikog naelektrisanja Str. 2 od 41
dva materijala elektriki nevodljiv, rekombinacija nije potpuna i
razdvojeni materijali zadravaju bar
deo od ovog naelektrisanja. Kako je stvarno rastojanje
materijala, koje je kad su u kontaktu ekstremno
malo, ali ne i nula, potencijal koji se generie kod razdvajanja
moe dostii znaajne iznose, bez obzira
na to to je koliina naelektrisanja mala. Takoe je utvreno da se
koliina naelektrisanja poveava kad
kontakt materijala ukljuuje i njihovo trenje. Za ovo ne postoji
dobro fizikalno obrazloenje mada je
ovo za praksu veoma bitna injenica.
Kontaktno naelektrisanje tenosti nastaje zbog postojanja jona
ili, sa manjim znaajem,
submikroskopskih naelektrisanih estica. Joni ili estice jednog
polariteta adsorbuju se na povrini cevi
koja vodi tenost i one privlae jone suprotnog polariteta, te
formiraju difuzan sloj nelektrisanja u
blizini povrine. Ovaj sloj esto se naziva dvojni sloj. Ako je
tenost vodljiva dolazi do brze
rekombinacije jona ili naelektrisanih estica, ali ako je ona
dovoljno nevodljiva, raznoimena
naelektrisanja se odravaju relativno dugo. Ako sada dolazi do
relativnog kretanja tenosti u odnosu na
vrstu povrinu generie se visoka razlika potencijala koja je
posledica rada koji je utroen na
razdvajanje naelektrisanja suprotnog znaka. Ovakav se proces
deava kod kontakta vrstih povrina i
tenosti, ali kod kontakta tenost / tenost.
Slika 2. Kontaktno naelektrisanje kod kretanja tecnosti
Dvojni sloj
Slika 2a. Tecnost u stanju mirovanja Slika 2b. Tecnost u stanju
kretan
Dvojni sloj
Vodljivi materijali mogu biti naelektrisani i indukcijom od
drugog naelektrisanog objekta u
njegovoj blizini. Pod delovanjem polja naelektrisanog objekta
dolazi do razdvajanja suprotnih
naelektrisanja na vodiu koji se nalazi u zoni tog polja. Ako je
vodi u zoni elektrinog polja izolovan od
zemlje, on dobija odreeni potencijal koji je zavisan od
intenziteta polja i poloaja vodia u polju.
Zahvaljujui ovom potencijalu i razdvojenim naelektrisanjima koje
vodi sadri, on je u stanju je da
prouzrokuje elektrostatiko pranjenje kada se ostvare uslovi za
to. Ako, dok je u elektrinom polju,
vodi bude kratkotrajno uzemljen, njegov potencijal se anulira,
ali se pojavljuje neravnotea
naelektrisanja na njemu zbog toga to je deo naelektrisanja
suprotnog znaka od naelektrisanja primarnog
objekta odveden u zemlju. Izvoenje vodia iz elektrostatikog
polja, odnosno odmicanje od primarno
naelektrisanog objekta stvara mogunosti da preostalo
naelektrisanje produkuje varnicu. Primer
naelektrisanja indukcijom mogao bi biti kretanje oveka u blizini
naelektrisanog tela. Pri ovome se na telu
oveka indukuje izvesna koliina naelektrisanja koja je srazmerna
jaini polja, rastojanju od naelektrisane
mase i kapacitivnosti tela oveka u odnosu na zemlju. Kada
naelektrisana osoba doe u kontakt sa
-
Izrada: TAK Hazardous Areas, Beograd
Duga AD
Beograd Pravilnik o zatiti od
statikog naelektrisanja Str. 3 od 41
osobom koja je nenaelektrisana, naelektrisanje se raspodjeli
izmeu njih u meri u kojoj to dozvoljava
prelazna vodljivost.
Jedan od moguih naina naelektrisanja je i prenos naelektrisanja
sa jednog naelektrisanog tela
na drugo. Kod kontakta naelektrisanog tela sa onim koje nije
naelektrisano, naelektrisanje se podeli meu
njima saglasno njihovim kapacitetima, ali do mere do koje to
dozvoljavaju njihove vodljivosti. Primer
ovakvog naelektrisanja je kada naelektrisani mlaz, maglica ili
prah udaraju u vrsti objekat, ili kad mlaz
gasovitih jona pada na nenaelektrisani objekat.
Nakon razdvajanja naelektrisanja u pomenutim procesima ona e se
brzo rekombinovati bilo
direktno, ili preko zemlje osim ako se ova rekombinacija na neki
nain zaustavili ili uspori. Ako je neki
provodnik izolovan od zemlje ili od drugih uzemljenih provodnika
ili ako je bar jedno od naelektrisanih
tela od nevodljivih (loe vodljivih materijala) naelektrisanje
moe da se zadri due vreme.
Veoma je vana injenica da kod procesa kod kojih se stvara
statiki elektricitet postoji
istovremeni proces stvaranja naelektrisanja i njegovog odvoenja.
Ako je proces odvoenja naelektrisanja
jednak po intenzitetu procesu stvaranja, tada akumulacije
naelektrisanja nema i time nema ni akumulacije
naelektrisanja, niti poveanja potencijala i eliminie se mogunost
elektrostatikog pranjenja. Na slici 3
prikazan je jedan ekvivalentni strujni krug elektrostatiki
nabijenog provodnika. Ovaj strujni krug i
razmatranje koje sledi provedeno je pod pretpostavkom da je
proces naelektrisanja i proces odvoenja
konstantan u vremenu.
Potencijal naelektrisanog provodnika u ovom sluaju jednak
je:
pri emu je: U - Potencijal provodnika u voltima; C - Kapacitet
provodnika prema zemlji (F); R - Otpornost odvoenja prema zemlji
(); I - Struja elektrostatikog naelektrisanja (A); t -Vreme od
poetka punjenja (s).
)1...(................................................................................1
= RCt
eIRU
-
Izrada: TAK Hazardous Areas, Beograd
Duga AD
Beograd Pravilnik o zatiti od
statikog naelektrisanja Str. 4 od 41
Kod velikog vremena t maksimalni potencijal iznosi:
Umax=IR
............................................................................................(2)
Maksimalna energija koja se akumulie na provodniku iznosi:
Emax=1/2CU2max
.................................................................................(3)
Ukoliko je struja odvoenja Io jednaka struji naelektrisanja,
akumulacije naelektrisanja nema i
dostignuti potencijal e biti beznaajan. Maksimalna otpornost
koja je dovoljna da sprei opasnu
akumulaciju statikog elektriciteta naelektrisanog provodnika
zavisi naravno o koliini naelektrisanja
kojom se provodnik elektrie, odnosno o struji naelektrisanja I
koja odreuje struju odvoenja Io koja
treba da odvede nastalo naelektrisanje (strujom I) sa tela prema
zemlji.
Elektrostatika varnica moe nastati ako elektrino polje koje
nastaje od naelektrisanja
provodnika premai u bilo kojoj taki dielektrinu vrstou vazduha,
koja iznosi oko 30kV/cm kod ravnih
povrina ili povrina velikog radijusa zakrivljenja, na rastojanju
veem od 10mm. U nekim drugim
uslovima ova vrstoa vazduha moe biti sasvim razliita od ove
vrednosti. Ova varnica e proizvesti
paljenje zapaljive atmosfere u kojoj moe da se razvije, samo ako
je njena energija vea ili eventualno
jednaka minimalnoj energiji paljenja prisutne atmosfere. Da bi
dolo do paljenja elektrostatikom
varnicom neophodno je da se zadovolje uslovi da istovremeno
elektrino polje u bilo kojem delu prostora
oko naelektrisanog objekta premai dielektrinu vrstou vazduha
(ime e biti produkovana varnica), da
je u okolini te varnice formirana eksplozivna smea unutar
granica eksplozivnosti (LEL-UEL) i da je
energija razvijena varnicom vea ili jednaka od energije paljenja
gasne smee. Dakle, da bi dolo do
paljenja statikim elektricitetom neophodno je da su istovremeno
zadovoljeni svi sledei uslovi:
Moraju postojati uslovi za nastanak (generisanje) elektriciteta;
Mora postojati akumulacija naelektrisanja, odnosno koliina
rekombinovanih naelektrisanja mora biti
manja od koliine razdojenih naelektrisanja;
Moraju biti ostvareni uslovi za nastanak pranjenja, odnosno mora
doi do proboja dielektrinog okruenja;
Pranjenje mora nastati unutar ili na zapaljivom materijalu.
Energija pranjenja mora biti vea od energije paljenja prisutne
zapaljive smee.
Tako, ako je maksimalni potencijal naelektrisanog telaUmax=IR
manji od potencijala koji je u
stanju da proizvede varnicu do paljenja nee doi. Relevantna
istraivanja u citiranoj literaturi pokazuju
se da je granica minimalnog potencijala nastalog usled
elektrostatikog naelektrisanja u industrijskim
uslovima, koji je u stanju da produkuje varnicu dovoljne
energije za paljenje zapaljivih gasova ili para
iznosi 300V. Za paljenje u pogonima za proizvodnju eksploziva
opasan potencijal smatra se ve i onaj od
100V. Uzimajui 100V kao zaista najnii opasni potencijal, otpor
uzemljenja zajedno sa otporima koji
postoje izmeu naelektrisanog provodnika i zemlje treba da
bude:
100 R< ------------- (, A)
..................................................................
(4) I
-
Izrada: TAK Hazardous Areas, Beograd
Duga AD
Beograd Pravilnik o zatiti od
statikog naelektrisanja Str. 5 od 41
Iz relevantne literature (L1) se moe uzeti da je struja
elektrisanja izmeu 10-11 do 10-4A. Iz
ovoga sledi da se ukupan otpor izmeu naelektrisanog vodia i
zemlje mora kretati u granicama 1013 do
106. Ako se uzme kao najvea mogua struja kojom se elektrie
izolovani provodnik oko 10-4A, sledi da bi otpor od 106 od mesta na
kome se akumulie naelektrisanje prema zemlji ovek omoguavao
bezbednu disipaciju naelektrisanja. Ovaj granini otpor uzemljenja
vodia promovie i pozitivna
jugoslovenska regulativa (L4). Meutim drugi izvori kau da kod
veine industrijskih situacija struja
nabijanja ne premauje 10-6, emu bi odgovarao otpor uzemljenja od
108. Jasno je da provodnici koji imaju dobar kontakt sa zemljom
imaju otpor prema zemlji mnogo manji od 106, pa se preporuuju mnogo
manje vrednosti otpora uzemljivaa. Zna se da je otpornost metala
koji imaju dobar meusobni
kontakt praktino uvek manja od nekoliko oma. Stoga se vrednost
od 100 veoma lako postie i moe se smatrati da ona kod metalnih masa
koji imaju bilo kakav kontakt sa zemljom, ak ni u sluajevima
veoma
snane korozije ne moe dostii maksimalnih 106. U svakom sluaju
zahtevi za otpornosti veze sa zemljom za sve ureaje koji se
napajaju iz elektroenergetske mree, kao i zahtevi koje postavlja
zatita
od atmosferskog pranjenja, mnogo su otriji od zahteva koje se
postavljaju za zatitu od statikog
elektriciteta i malo je verovatno da glavni metalni delovi
postrojenja nemaju dovoljnu otpornost prema
zemlji sa aspekta statikog elektriciteta, ako je uzemljenje
uopte provedeno. Meutim ipak postoji
izvesna mogunost da veza sa zemljom nekog ureaja ili njegovog
dela bude u pogonu izgubljena i tada
nastaje radikalna opasnost. Naime elektrino vodljiv, a od zemlje
i uzemljenih predmeta izolovan deo
moe biti uzrok stvaranja veoma velikih potencijala i varnica
relativno velike energije koje mogu biti
uzronnik paljenja eventulano prisutnih zapaljivih smea. Stoga je
veoma znaajna povremena kontrola
uzemljenja svih metalnih masa koje mogu potencijalno primiti
znaajne koliine naelektrisanja. Prema
literaturi L1, a imajui u vidu napred izneseno, moe se smatrati
da sve metalne mase na kojima moe
doi do akumulacije statikog elektriciteta trebalo bi da imaju
otpornost odvoenja prema zemlji izmeu
10 do 100. Ovakve vrednosti, mada mnogo manje od zahtevanih, e
odgovarati i zahtevima za zatitu od atmosferskog pranjenja, ali
ipak treba imati u vidu da su i vrednosti od 106, pa i 108 jo uvek
dovoljne za odvoenje eventualno nastalih naelektrisanja, tako da i
ako se vrednost od 10 premai vie puta, opasnost od akumulacije
naelektrisanja na vodiima jo uvek ne postoji.
Kad se radi o metalnim strukturama koje ne sadre plastine ili
druge loe vodljive delove, kao
to su tehnoloki reaktori, rezervoari, mlinska postrojenja,
cevodni sistemi, itd koji su fiksna postrojenja
sa vijanim ili varenim spojevima izmeu pojedinih komponenti,
ovakvi objekti su obino povezani na
sistem uzemljivaa namenjen zatiti od visokih dodirnih napona
i/ili sistem uzemljivaa namenjen zatiti
od atmosferskog pranjenja i kod njih generalno ne predstavlja
problem da se odri otpornost prema
zemlji manja od 10 i ne postoji praktino nikakav rizik da ovaj
otpor premai 106. Stoga se kod ovakvih postrojenja u najveem broju
sluajeva ne zahtevaju nikakve posebne veze sa zemljom. Ako
postrojenja sadre delove koji nisu u direktnoj galvanskoj vezi
sa zemljom, kao to su delovi koji
-
Izrada: TAK Hazardous Areas, Beograd
Duga AD
Beograd Pravilnik o zatiti od
statikog naelektrisanja Str. 6 od 41
vibriraju i mogu imati vibracione uloke, obino od gume, ili
delovi koji su povezani nevodljivim
fleksibilnim vezama sa ostatkom postrojenja potrebno je
osigurati dodatne veze da bi se obezbedilo da
svaki metalni deo postrojenja ima otpornost prema zemlji reda
10. Tabela 1. Preporuljive vrednosti otpora uzemljivaa za
eliminaciju statikog elektriciteta, prema L1
Tip instalacije Zone Preporuljiva otpornost uzemljivaa prema
zemlji
Komentar
Postrojenje sa velikim metalnim masama
Zone 0,1 i 2 10 Ovakve otpornosti su uglavnom dostine
Veliki fiksni metalni elementi (reaktori, sil- osi za prainu,
itd)
Zone 0, 1, 2, 11, 12
10 Ovakve otpornosti su uglavnom lako dostine. Ponekad ovakve
jedinice mogu biti montirane na nevodljive drae pa je potrebno
dodatno uzemljenje
Metalni cevovodi Zone 0,1,2, 11, 12
10 Ovakve otpornosti su uglavnom lako dostine. Dodatno
premotenje potrebno ako se sumnja da je prelazna otpornost spojeva
vea od 10
Prenosne metalne jedinice burad, vagon i auto cisterne, itd
Zone 0, 1, 2 10 Uglavnom se trae posebni ureaji za
uzemljenje
Metalna postrojenja sa ne- provodeim delovima (rotirajue
osovine, mealice, itd)
Zone 0, 1, 2 106 Ako se ne moe ostvariti ova vrednost potrebni
su posebni spojevi za povezivanjedelova koji su izolovani od
zemlje.
Visoko otporni nevod- ljivi delovi sa ili bez izolovanih
metalnih delova (metalni vijci i nitne na plastinim cevovodima)
Zone 0, 1, 2 Nema generalno prihvatljivih vrednosti
Opasnost od statikog elektri- citeta i poara generalno iskljuuju
upotrebu plastinih materijala, oako se moe dokazati da akumulacija
statikog elektriciteta nije mogua. Samo u ovom sluaju uzemljenje 2
nije potrebno.
Delovi proizvedeni od vodljivog ili antistati- kog
materijala
Zone 0, 1, 2, 11, 1 106-108
Ukoliko su cevovodi izvedeni kao privremene instalacije i nisu
dobro povezani sa masom
postrojenja, ili sadre odreene deonice nevodljivih cevi potrebne
su posebne dozemne veze da bi se
izbeglo postojanje neuzemljenih metalnih masa koje akumuliraju
statiko naelektrisanje. Meutim, mada
u naoj praksi gotovo uvek primenjivana, posebna premotenja
prirubnikih spojeva izvedenih sa
vijcima, saglasno svoj relevantnoj tehnikoj literaturi pa i
regulativi, nisu neophodna, (L1, L5). Naime,
ispitivanjima mnogo vrsta razliitih prirubnikih spojeva utvreno
je da su u svim ispitivanim
sluajevima veze na prirubnikim spojevima bile dovoljno vodljive
i da postavljanje dodatnih spojeva od
bakrenog provodnika ili Fe/Zn traje, kao u naoj tehnikoj praksi,
nisu donele praktino nikavo
poboljanje. Ovo se, naravno, ne odnosi na eventualne izolacione
umetke, postavljene radi galvanskog
odvajanja delova postrojenja, na primer kod realizacije katodne
zatite. U ovakvim sluajevima
predviaju se posebna reenja, kao na primer premotenje ovakvih
izolacionih umetaja preko otpornika
-
Izrada: TAK Hazardous Areas, Beograd
Duga AD
Beograd Pravilnik o zatiti od
statikog naelektrisanja Str. 7 od 41
otpora od 106. Ovakav otpor pretstavlja praktino prekid za
napone koji se koriste kod katodne zatite, ali je dovljan za
odvoenje statikog naelektrisanja.
Neki od delova postrojenja mogu sadravati elemente koji mogu
anulirati galvansku vezu i
eliminisati uzemljenje. Primer je veza preko metalnih delova,
kao to su obrtne osovine preko leajeva u
kojima postoji mast ili ulje za podmazivanje. Reenje za ovakve
probleme se po nekad nalazi u upotrebi
uzemljenih etkica koje dodiruju metalne rotirajue osovine.
Meutim to donosi probleme adekvatnog
podeenja etkica i odravanja odgovarajueg kontaktnog pritiska, te
je efikasnost ovog metoda u
itavom radnom periodu postrojenja, sumnjiva. Saglasno literaturi
L1, otpornost masti za podmazivanje u
leajevima retko moe da premai 103 i stoga ovo moe biti dovoljno
za znaajan broj praktinih situacija, naravno pod uslovom da je
ukupna otpornost rotirajueg dela prema zemlji manja od 106.
Saglasno literaturi L1, preporuljiva otpornost prema zemlji za
eliminaciju statikog elektriciteta treba da
bude u skladu sa tabelom 1.
Materijali koji se generalno smatraju nevodljivim ipak poseduju
veu ili manju vodljivost koja e
omoguiti postepeno odvoenje naelektrisanja saglasno veoj ili
manjoj vodljivosti ovog materijala u
duem ili kraem vremenskom periodu. Odvoenje naelektrisanja e,
nakon zavretka generisanja,
nastupiti u vremenu koje je jednako 5, gde je vreme relaksacije
naelektrisanja. Za vreme naeletrisanje opadne do na 1/e=0,37 od
poetne vrednosti. Vreme relaksacije moe se izraziti kao:
0r = ------------- x1012
.................................................................(5)
k gde je: - vreme relaksacije (s);
0 dielektrina konstanta vakuuma (8,85x10-12F/m); r relativna
dielektrina konstanta nevodia; k vodljivost materijala (pS/m).
-
Izrada: TAK Hazardous Areas, Beograd
Duga AD
Beograd Pravilnik o zatiti od
statikog naelektrisanja Str. 8 od 41
1.2 Pranjenje statikog elektriciteta
Statiki elektricitet predstavlja opasan izvor paljenja samo ako
doe do nekontrolisanog pranjenja prema
nekom drugom telu ili prema zemlji, odnosno kada akumulisani
elektricitet izgubi atribut statiki i bude
doveden u stanje brzog kretanja, odnosno kada doe do pranjenja
naelektrisanja.
Postoji vie oblika pranjenja statikog elektriciteta, mada
razlika izmeu njih nije uvek sasvim
precizno jasna i definisana. Najopasnije pranjenje je pranjenje
u obliku varnice koje nastaje
pranjenjem izmeu vrstih ili tenih provodnika. Ovo pranjenje
karakterie se jasno definisanim i svetlim vidljivim kanalom
pranjenja u kome je visoka gustina struje, prema tome i energije.
Ovo
pranjenje je veoma brzo i karakterie se otrim praskom. Kod ovog
procesa sva akumulisana energija se
isprazni u kratkom intervalu, pa je i snaga koju proces emituje
velika, mada se radi o relativno veoma
malim energijama. Ukoliko se u kanalu pranjenja pojavi izvesna
otpornost produava se trajanje varnice
i smanjuje njena snaga. Proces pranjenja se deava kada elektrino
polje izmeu provodnika prekorai
probojnu vrstou vazduha ili drugog izolatora izmeu njih.
Energija varnice, obzirom da se oslobodi
praktino sva akumulisana energija, iznosi:
E=0,5QU=0,5CU2
.................................................................(5)
pri emu je: E - osloboena energija (J);
Q Koliina naelektrisanja na provodniku (C);
U Potencijal provodnika u trenutku pranjenja (V);
C Kapacitet provodnika (F).
-
Izrada: TAK Hazardous Areas, Beograd
Duga AD
Beograd Pravilnik o zatiti od
statikog naelektrisanja Str. 9 od 41
Tipine vrednosti kapaciteta, kao osnov za procenu, za neke
provodnike date su u tabeli 2 (L1).
Drugi mogui oblik pranjenja sa provodnika karakteristian je za
vrlo male provodnike ili
provodnike sa iljcima, ili otrih ivica, odnosno sve one kod
kojih postoje povrine malog radijusa
zakrivljenja, poznat je kao pranjenje u obliku korone. Ono moe
da bude pranjenje prema drugom telu
ili zemlji, ali moe da bude i disipacija naelektrisanja u
atmosferu. Ovo pranjenje nastaje zbog toga to
je u neposrednoj blizini povrina malog radijusa elektrino polje
veoma visoko, mada se njegov intenzitet
brzo smanjuje sa rastojanjem od otrih ivica. Pod delovanjem
lokalnog polja velikog intenziteta vazduh u
okolini iljka bude jonizovan i na taj nain naelektrisanje moe da
napusti objekat. Meutim ve malo
dalje od provodnika, elektrino polje, pa time i jonizacija nije
izraena, te se uspostavlja mala stabilna
struja koja je ovisna o vodljivosti vazduha u ovom prostoru.
Korona pranjenje moe se prepoznati po
iteem zvuku i slabom svetlu koje se vidi u mraku. Ovo pranjenje
moe biti trajno, a moe se
manifestovati kratkotrajnim diskretnim pranjenjima.
Tabela 2. Tipine vrednosti kapaciteta nekih metalnih masa prema
zemlji Objekat Kapacitet pF (10-12F) Mali metalni delovi (mlaznica
na cevi) 10-20Mali kontejneri (kante, posude od 50dm3)
10-100Kontejneri srednje veliine 250-500dm3 50-300Velike procesne
jedinice (rekacione posude) 100-1000Ljudsko telo 100-300
Gustina energije kod korona pranjenja je mnogo manja od one kod
pranjenja u formi varnice.
Ukoliko potencijal provodnika nastavi da dalje raste, korona
pranjenje moe lako da pree u pranjenje
varnicom.
Pasivni neutralizatori statikog naelektrisanja, o kojima e biti
rei u nastavku, rade na principu
jonizacije prostora u okolini naelektrisanog tela korona efektom
i neutralizacije naelektrisanja na nekom
telu rekombinacijom sa ovako stvorenim jonima.
etkasto pranjenje nastaje kad se naelektrisani materijal niske
elektrine vodljivosti prazni prema provodniku i uglavnom ima oblik
kratkih pranjenja slinih varnici sa diskretnih delova povrine
loe vodljivih materijala. Svako od ovih pranjenja je u stvari
varnica koja je ograniena koliinom
naelektrisanja koja moe da protee kroz povrinu loe vodljivog
materijala, a ako je provodnik prema
kome se pranjenje odvija sa otrim ivicama ili iljcima, pranjenje
na provodniku e imati formu
korone. Energija koja se razvije moe biti dovoljna za paljenje,
mada se smatra da ona retko vea od 4mJ.
Ovo bi znailo da etkasto pranjenje moe izazvati paljenje smea
zapaljivih gasova ili para sa
vazduhom, ali verovatnoa paljenja smee veine zapaljivih praina
sa vazduhom nije velika, jer praine
imaju uglavnom vee energije paljenja.
Propagativno etkasto pranjenje se razvija iz obinog etkastog
pranjenja kod loe provodljivog materijala u obliku ploe sa znaajnim
koliinama naelektrisanja razliitog znaka na
suprotnim povrinama ploe. Ovakav naelektrisani predmet se ponaa
kao dielektrik naelektrisanog
kondenzatora. Ako se sada on primakne vodiu rezultantno
elektrostatiko polje uzrokuje jonizaciju
-
Izrada: TAK Hazardous Areas, Beograd
Duga AD
Beograd Pravilnik o zatiti od
statikog naelektrisanja Str. 10 od 41
znaajnog dela povrine ploe. Tada dolazi do pranjenja kroz
jonizovani gas u okolini pri emu se
naelektrisanje tog dela povrine isprazni kroz taku inicijalnog
etkastog pranjenja. Ovakvo pranjenje
lii na varnicu, moe imati relativno veliku energiju i prema tome
moe biti veoma zapaljivo.
Energije paljenja smea zapaljivih gasova ili para zapaljivih
tenosti sa vazduhom zavise od vrste
gasa i mogu se priblino odrediti iz eksplozione grupe kojoj gas
pripada. Tako gasovi eksplozione grupe
IIC (vodonik, acetilen, ugljen disulfid) imaju energije paljenja
reda 20J, dok minimalne energije paljenja gasova i para eksplozione
grupe B iznose oko 60J, a minimalne energije paljenja para i gasova
eksplozione grupe IIA reda 200J ili vie. Energija paljenja date
gasne (parne) smee sa vazduhom je funkcija i koncentracije gasa
(pare) u smei. Najnia, minimalna, energija paljenja je ona koja se
nalazi u
relevantnim podacima i ona odgovara koncentraciji koja je
jednaka ili vrlo bliska stehiometrijskoj
koncentraciji gasa (pare), odnosno koncentraciji kod koje se,
prilikom paljenja, potroi sav prisutni gas
ali i sav prisutni kiseonik (idealna smea). Dakle koncentracija
kod koje je energija paljenja smee
najnia nalazi se u ili u neposrednoj blizini stehiometrijske
koncentracije ili ba u toj taki. Kod
koncentracija veih ili manjih od ove take, energije paljenja
rastu i u DGE (LEL), odnosno GGE (UEL)
asimptotski tee beskonanosti (Slika 4).
Energije paljenja zapaljivih praina u smei sa vazduhom kreu se
uglavnom u intervalu od 1mJ
do nekoliko J, mada postoje i praine niskih energija paljenja
kao to je praina aluminijuma ili praina
cezijuma. Kad su u pitanju eksplozivi, minimalne energije
paljenja esto je veoma teko odrediti, ali one
prema literaturnim podacima mogu biti i samo 1J. Kako je
pranjenje varnicom najzapaljivije, nije teko zakljuiti da je
pranjenje sa izolovanih
provodnika najvaniji potencijalni uzronik paljenja eksplozivnih
smea. Mogunost paljenja sa
izolovanih provodnika moemo oceniti poreenjem akumulisane
energije po jednaini 5 sa minimalnom
energijom paljenja. Ako bi proveli ovakvo poreenje kod
potencijalnih korona pranjenja to bi dalo
suvie pesimistine rezultate, imajui u vidu da se kod tog oblika
pranjenja akumulisana energija
disipira postepeno i ne dolazi do trenutnog oslobaanja
nakupljene energije.
etkasto pranjenje je relativno manje energije, zbog toga to
protok naelektrisanja ograniava
otpornost materijala. Meutim velika gustina energije uzrokuje
veu opasnost od paljenja u odnosu na
korona pranjenje. Propagativno etkasto pranjenje sa nevodljivih
materijala moe biti veoma opasno,
jer se i ovde oslobaa znaajan deo energije dat relacijom 5,
dakle samo pranjenje moe biti gotovo
jednako opasno kao i pranjenje varnicom.
1.3 Delovanje statikog elektriciteta na ljude
Mada se kod statikog elektriciteta na ljudima moe pojaviti napon
od vie kV, u nekim
sluajevima i vie desetina kV, ukupna energija koja se oslobodi
pranjenjem statikog elektriciteta
relativno je mala. Tako, ako je potencijal ljudskog organizma
10kV, a ako je kapacitet prema zemlji
220pF, tada je energija koja je akumulisana na oveku 11mJ. Po
nekim literaturnim podacima
-
Izrada: TAK Hazardous Areas, Beograd
Duga AD
Beograd Pravilnik o zatiti od
statikog naelektrisanja Str. 11 od 41
maksimalni teoretski potencijal nastao statikim naelektrisanjem
na ljudskom telu je 100kV, dok je
maksimalni izmereni potencijal reda 50kV. Kod ovog potencijala
uz iste pretpostavke maksimalna
akumulisana energija iznosi 0,275J.
Osetljivost na pranjenje statikog elektriciteta individualna je
osobina. Kod pranjenja sa
energijom 10mJ neke osetljivije osobe osete nelagodnost, dok je
kod drugih potrebno pranjenje od vie
stotina mJ da doe do snane miine kontrakcije. Smatra se da
gubitak svesti nastaje kod pranjenja
energije od nekoliko J. Kako je energija pranjenja sa
naelektrisanog ljudskog tela retko iznad 100mJ
ozbiljnije direktne posledice, izuzimajui neprijatne udare koji
mogu izazvati psiholoke efekte, veoma
su retke. Vea opasnost nastaje kod pranjenja sa nekog
naelektrisanog provodnika ili drugog
naelektrisanog materijala vee kapacitivnosti, prema oveku, jer
ovakvo pranjenje moe u odreenim
situacijama imati i energiju koja moe izazvati neto tee
posledice. Ipak generalno se moe rei da
opasnost od ozbiljnog direktnog fiziolokog dejstva pranjenja
statikog elektriciteta na ljudski
organizam nije verovatna. Postoji verovatnoa da delovanje
pranjenja, izazove miine kontrakcije i
proizvede indirektne povrede koje su rezultat, na primer, pada
sa visine. Mnogo tee posledice nastaju
potencijalnim pranjenjem u prostoru u kojem postoje zapaljive
ili eksplozivne smee gasova, para ili ak
praina sa vazduhom i ovim efektima posveen je, pre svega, ovaj
Pravilnik.
1.4 Opasna naelektrisanja
Najverovatniji uzronik paljenja, obzirom na razvijenu eneriju i
nain pranjenja bilo bi
pranjenje izolovanih elektrinih provodnika, meutim za ovakve
situacije je i nain zatite sasvim jasan.
Takve materijale potrebno je meusobno povezati i spojiti na
uzemljiva preko dozemnih veza relativno
lako dostinih iznosa ukupne otpornosti. Kad su u pitanju
nevodljivi materijali, samo uzemljenje u
odreenim situacijama nije dovoljna mera zatite. Meutim i ovde je
uzemljenje neophodno, naime
rekombinacija naelektrisanja preko uzemljenja nije trenutna, ali
ona postoji i bez nje bi bilans stvoreno-
rekombinovano naelektrisanje bio veoma nepovoljan i akumulacija
bi mogla biti veoma velika. Iz tog
razloga mera uzemljenja je neophodna i neizbena, mada u nekim
situacijama nedovoljna mera zatite od
statikog elektriciteta. Uzemljenje se realizuje vezom vodljivih
materijala koji su u kontaktu sa
nevodljivim, sa zemljom. Od ove se mere ne sme odustati, bez
obzira na primenu drugih dodatnih mera
eliminacije naelektrisanja. Sve ostale mere su dopuna, odnosno
poboljanje, ove osnovne mere.
Osim naelektrisanja izolovanih provodnika, opasnosti nastaju kod
svakog kretanja koje ukljuuje
promene u relativnom meusobnom poloaju kontaktnih povrina
razliitih substanci, posebno ako je
jedna od njih ili obe loe vodljiva, kad je rekombinacija
naelektrisanja oteana ili zaustavljena. Najei
ovakvi procesi kojima je imanentno nastajanje opasnih
naelektrisanja su:
Protok loe vodljivih tenosti, naprimer veine tenih
ugljovodonika, velikom brzinom kroz cevovode i pripadajue armature
(spojnice, filtere, itd);
Kretanje nevodljivih traka preko transportnih sistema koje
ukljuuje trenje; Upotreba nevodljivog pogonskog klinastog remenja
ili prenosnika;
-
Izrada: TAK Hazardous Areas, Beograd
Duga AD
Beograd Pravilnik o zatiti od
statikog naelektrisanja Str. 12 od 41
Kretanje usitrnjenog vrstog materijala (praine) kroz levkove ili
pneumatske transportne sisteme; Kretanje vozila za prevoz zapaljih
tenosti; Naelektrisanje na ljudima koji su izolovani od zemlje,
1.4.1 Naelektrisanje na tenostima Naelektrisanje loe vodljivih
tenosti nastaje kontaktnim naelektrisanjem, odnosno stvaranjem
dvojnog sloja, kako je objanjeno u 1.1. Koliina naelektrisanja
tenosti zavisi od mnogih faktora, kao
to je vodljivost tenosti, ali i o uslovima proticanja. Poznato
je da turbulentno kretanje generie mnogo
vie naelektrisanja od laminarnog kretanja. Prema L1 kod
jednofaznih tenosti, struja naelektrisanja
proporcionalna je brzini kretanja tenosti kod laminarnog
kretanja, meutim kod turbulentnog kretanja
ona je proporcionalna kvadratu brzine kretanja tenosti. Ovo
dobro ilustruje predhodno izneseno
zapaanje. Potpuno laminarno kretanje tenosti nije mogue
ostvariti u realnim transportnim sistemima,
ali je potrebno teiti ovom cilju koliko god je to mogue, na
primer izbegavanjem promena pravaca
cevovoda kada je to mogue, koritenjem to vie ravnih deonica,
izbegavanjem postavljanja filtera
posebno na kraju cevovoda, itd. U realnim sistemima sa
cevovodima od vodljivih, na primer metalnih
cevi, struja i koliina naelektrisanja rastu sa poveanjem brzine
tenosti u cevovodu, a opadaju sa
poveanjem vodljivosti tenosti. Jedna od empirijskih jednaina
koja opisuje gustina naelektrisanja loe
vodljive tenosti koja ima vodljivost dovoljno nisku da zadri
naelektrisanje i koja naputa cevovodni
sistem beskonane duine i ulazi u neki rezervoar ili kontejner
moe se izraziti kao:
5v
.......................................................................................
(6) gde je: - gustina naelektrisanja (C/m3);
v linearna brzina tenosti (m/s).
Iz ovoga sledi da je gustina naelektrisanja kod brzine od 1m/s
jednaka 5C/m3, dok je kod brzine od 10m/s ta gustina oko 50C/m3. U
praktinim razmatranjima cev se moe smatrati beskonanom, odnosno
primenjuje se izraz 6,
ako je L>3v (m, m/s, s). (vidi izraz 5) Do poveanja gustine
naelektrisanja dolazi kod viefaznih tenosti. Tako, poveanje
naelektrisanja nastaje ako tenost sadri vodu, mada bi odreena
koliina vode u tenosti mogla izgledati
kao povoljan efekat istina je suprotna. Eliminacijom
nerastvorene vode ili neke druge tenosti u osnovnoj
tenosti postie se redukcija generisanja statikog naelektrisanja.
Do poveanja naelektrisanja dolazi i
kod prolaska tenosti kroz filtere, posebno fine filtere. Grubi
filteri ne utiu bitno na poveanje gustine
naelektrisanja, kod jednofaznih tenosti, meutim kod viefaznih
tenosti oni potpomau disperziju dve
faze (npr. zapaljiva tenost i voda) i time poveavaju gustinu
naelektrisanja. Meutim fini mikronski
filteri mogu poveati naelektrisanje za nekoliko redova veliine.
Iz tog razloga ako su u nekom sistemu
cevovodnog transporta loe vodljivih a zapaljivih tenosti
potrebni ovakvi fini filteri njih treba postaviti
na poetku cevovoda, sa ciljem da se, u njima stvorenom
naelektrisanju, prui ansa za disipaciju
kontaktom sa uzemljenim zidovima cevovoda na ostatku puta prema
rezervoaru. U sluaju postavljanja
-
Izrada: TAK Hazardous Areas, Beograd
Duga AD
Beograd Pravilnik o zatiti od
statikog naelektrisanja Str. 13 od 41
filtera pri kraju cevovoda, odnosno blizu mesta utakanja u
rezervoar mala je verovatnoa da joni
generisani prolaskom kroz pore filtera dou u kontakt sa
uzemljenim zidom rezervoara i da mu predaju
svoje naelektrisanje.
Rasprskavanje mlaza tenosti nakon naputanja cevi dodatno poveava
naelektrisanje iz dva
razloga. Tenost koja neprekinuto tee kroz cevovod predaje deo
svog naelektrisanja preko povrine
cevi, kad doe do rasprenja u kapljice, preostalo naelektrisanje
je distribuirano po toj kapljici i mlaz je
dodatno naelektrisan. Sa druge strane kada mlaz udara u neki
objekat, na primer zid rezervoara dolazi do
dodatnog kontaktnog naelektrisanja i na taj nain naelektrisanje
tenost se moe znaajno poveati.
Posebno je opasno raspenje tenosti koja sadri vodu. Izbacivanje
tenosti iz mlaznica moe takoe
bitno poveati naelektrisanje. Do poveanja naelektrisanja dolazi
i kod meanja tenosti, na primer u
disolverima, perl mlinovima ili meaima. Koliina stvorenog
naelektrisanja takoe je ovisna o brzini
meanja, vodljivosti tenosti i vrsti materijala meaa kojim se vri
meanje.
Kad tenost dospe u kontejner, odnosno rezervoar, ukoliko je ona
loe vodljiva naelektrisanje se
moe zadrati relastivno dugo, sve do isteka vremena 5.
Naelektrisanja istog znaka se meusobno odbijaju i tee da se zadre
na vanjskim povrinama tenosti. Naelektrisanja koja dospeju do
povrina
tenosti koje su ograniene zidom rezervoara bivaju postepeno
predata zidu rezervoara i ako je on vodljiv
i uzemljen, odvedena u zemlju (konano nakon isteka vremena 5).
Naelektrisanja koja dospeju na slobodnu povrinu tenosti formiraju
elektrino polje unutar parnog prostora rezervoara i ako je ovo
polje dovoljnog intenziteta, mogu dovesti do pranjenja unutar
tog prostora. Kako je ovaj prostor
uglavnom zona 0 opasnosti, dakle sadri trajno ili esto
eksplozivne koncentracije, rezultat ovakvog
pranjenja lako moe biti eksplozija. U toku trajanja procesa
punjenja rezervoara imamo istovremeno
dovoenje naelektrisanja sa tenou koja dolazi ve naelektrisana i
do procesa relaksacije naelektrisanja
disipacijom preko uzemljenih zidova rezervoara. Najvee
naelektrisanje je neposredno nakon zavretka
punjenja rezervoara i ono se posle toga smanjuje u vremenu.
Dakle najvee polje i najvei potencijali
nastaju neposredno nakon zavretka istakanja i to je razlog to se
u odreenom vremenu nakon toga ne
sme vriti uzorkovanje, merenje temperature ili koliine tenosti
mernim ipkama, itd. O ovome e biti
vie rei u nastavku.
-
Izrada: TAK Hazardous Areas, Beograd
Duga AD
Beograd Pravilnik o zatiti od
statikog naelektrisanja Str. 14 od 41
Smatra se da kod tenosti ija je specifina vodljivost iznad
50pS/m, emu odgovara vreme
relaksacije od 0,35s, ne moe doi do stvaranja opasnih
potencijala. Ako u tenosti koja dospeva do rezervoara postoji
dovoljno naelektrisanje formira se polje unutar tenosti, ali i
izvan nje prema
vanjskom prostoru. Ako je stvoreno polje dovoljno visoko moe doi
do pranjenja unutar tenosti i do
pranjenja izvan tenosti. Pranjenje unutar tenosti ne moe iz
jasnih razloga produkovati eksploziju,
moe jedino produkovati hemijske promene u tenosti i eventualno
koroziju posude, ali je potencijalno
pranjenje unutar parnog prostora daleko opasnije. Na slici 4a
prikazan je jedan tipian rezervoar
zapaljive tenosti sa definisanim zonama opasnosti, a na slici 4b
raspored naelektrisanja i priblian izgled
elektrinog polja unutar tog rezervoara kod utakanja tenosti.
Nije potrebno posebno objanjavati da
opasnost od paljenja unutar cevovoda pod pritiskom nije izraena,
obzirom na izostanak vazduha.
Moe se videti da se naelektrisanja, pod dejstvom Kulonovih sila,
rasporeuju tako da se nalaze
na to veoj meusobnoj udaljenosti, odnosno tee da dosegnu granine
povrine tenosti. Ovaj proces
nije trenutan, ve zahteva izvesno vreme koje zavisi o
vodljivosti tenosti. Ona naelektrisanja koja
dospevaju do zidova rezervoara koji je metalni i uzemljen,
bivaju pre ili kasnije odvedena u zemlju.
Meutim naelektrisanja koja se koncentriu na slobodnoj povrini
tenosti formiraju elektrino polje,
koje moe u odreenim situacijama uzrokovati varnicu koja bi mogla
postati siguran uzronik paljenja.
Interesantno je da, prema literaturi 3, manji rezervoari imaju
vee iznose elektrinog polja u odnosu na
vee rezervoare. Jasno je da bi rezervoar od nevodljivog
materijala ili izolovani vodljivi rezervoar bitno
smanjili brzinu odvoenja i time radikalno poveali opasnost od
pranjenja. Opisani proces nije statian
jer kod utakanja tenosti postoji istovremeno dovoenje
naelektrisanja sa tenou koja dolazi i njegovo
odvoenje preko zida uzemljenog rezervoara, pa ako bi ovo zadnje
bilo znaajno umanjeno ravnotea bi
se dostigla na znatno viem nivou naelektrisanja i na viem
potencijalu. Ako je ipak neophodno koristiti
rezervoare od nevodljivog materijala (npr. radi korozije kod
visoko korozivnih tenosti) tada se
preporuuje da se pri dnu rezervoara postavi uzemljena metalna
ploa koja e odvoditi naelektrisanje.
Povrina ove ploe treba da bude, prema L2: A=0,04V, pri emu je A
povrina ploe u m2, a V
volumen rezervoara u m3. Meutim mora se voditi rauna da takva
ploa ne sme nikad ostati iznad nivoa
tenosti jer bi u tom sluaju ona bila potencijalni uzrok
pranjenja sa povrine tenosti prema njoj ili
4a. ZONE OPASNOSTI NADZEMNOG REZERVOARA HEKSANA PREMA IEC 79-10,
PRIMER BR. 8
LEGENDAPrema IEC 79-10/87
ZONA 1
ZONA 0
ZONA 2
Slika 4b. SKICA RASPODELE NAELEKTRISANJA I PRIBLI@AN IZGLED
ELEKTRI^ NOG POLJA U REZER
-
Izrada: TAK Hazardous Areas, Beograd
Duga AD
Beograd Pravilnik o zatiti od
statikog naelektrisanja Str. 15 od 41
obrnuto. Stoga ona treba da bude postavljena ispod izlaznog
otvora za tenost tako da nikad ne moe
ostati okruena zapaljivim parama.
Na slici 5a moe se videti da akumulacija naelektrisanja najvea
ako tenost u kontejner pada sa
visine u vidu rasprenih kapljica i ako kontejner nije uzemljen,
ili je izraen od nevodljivog materijala.
Uzemljenjem kontejnera koliina naelektrisanja se neto smanjuje,
ali je smanjenje vee ako cev za
utakanje bude potopljena do dna kontejnera (5c). Ova cev treba
da bude vodljiva (fleksibilna metalna cev
ili cev od vodljive gume) ili eventulano od nevodljivog
materijala sa uzemljenom metalnom mreom
unutar cevi.
Kod zatite od pranjenja naelektrisanja sa tenosti postoje dva
mogua principa, od kojih je prvi
smanjenje generisanja naelektrisanja a drugi je poveanje
odvoenja naelektrisanja. Dakle potrebno je
poduzeti kombinaciju:
uzemljenja i povezivanja svih metalnih delova i odvoenje
naelektrisanja sa ljudi; minimiziranje stvaranja naelektrisanja;
poveanje disipacije naelektrisanja. U cilju smanjenja verovatnoe
pranjenja sa povrine tenosti potrebno je maksimalno izbegavati
da se sa bokova ili krova rezervoara pojavljuju otri metalni
predmeti koji pojaavaju elektrino polje.
Motke za merenje nivoa tenosti, termometri, ureaji za uzimanje
uzoraka, i slini ureaji ne smeju se
uvoditi u rezervoar u toku i neposredno nakon zavretka
transporta tenosti dok naelektrisanje ne
disipira, jer se na ovaj nain pojavljuje mogunost pranjenja
izmeu povrine tenosti i metalne mase
koja se njoj pribliava i koja oko svojih otrih ivica moe dodatno
pojaati polje. Tako se uzimanje
uzoraka, merenje nivoa motkom za merenje i drugi slini procesi
ne smeju obavljati u vremenu kraem
od 3 ili 100s, nakon zavretka utakanja. Ukoliko tenost sadri
primese, na primer vodu, ovaj period
Slika 5. ELEKTROSTATI^ KO NAELEKTRISANJE METALNOG KONTEJNERA KOD
UTAKANJA LO[ E VODLJIVIH TE^ NOSTI
Slika 5b. UTAKANJE LOE VODLJIH TE^ NOSTI SA RASPR[ ENJEM TE^
NOSTI PADOM IZ VISINE - KONTEJNER UZEMLJEN
Slika 5a. UTAKANJE LOE VODLJIH TE^ NOSTI SA RASPR[ ENJEM TE^
NOSTI PADOM IZ VISINE - KONTEJNER NEUZEMLJEN
Slika 5c. UTAKANJE LOE VODLJIH TE^ NOSTI BEZ RASTE^ NOSTI PADOM
IZ VISINE - KONTEJNER UZEMLJEN
-
Izrada: TAK Hazardous Areas, Beograd
Duga AD
Beograd Pravilnik o zatiti od
statikog naelektrisanja Str. 16 od 41
treba da bude 30minuta, da se osigura relaksacija naelektrisanja
pre ovih postupaka.
Ukoliko bi se tenost kod utakanja rasprskavala u maglicu, na
primer utakanjem sa visine,
kapljice formirane na taj nain bi zadrale svoje naelektrisanje
bez mogunosti da ga predaju zidu
rezervoara i dolo bi do novostvorenog naelektrisanja kontaktom
kapljica sa zidom rezervoara i drugim
vrstim preprekama, kao i sa vazduhom, koje bi jo vie povealo
akumulaciju u rezervoaru a u toku
pada potpuno anuliralo disipaciju. Osim toga i sama maglica bi
posedovala izvesno polje unutar oblaka,
ali i izvan njega i to bi moglo biti takoe opasno. Iz tog
razloga utakanje zapaljive tenosti slobodnim
padom sa visine nije dozvoljeno i utakanje treba da bude pri dnu
rezervoara, kako je prikazano na slici
5c. O ovome treba voditi rauna kod punjenja procesnih posuda u
pogonima IBL Duga.
Smanjenje koliine stvorenog naelektrisanja moe se postii na vie
naina, a u najveem broju
situacija kombinacija mera iz jedne i druge grupe daje optimalne
rezultate. Jedan od naina eliminacije
bio bi poveanje vodljivost loe vodljivih tenosti, kad god je to
mogue. Treba jo jednom napomenuti
da dodavanje vode za veinu zapaljivih tenosti daje negativne
rezultate, odnosno poveava
naelektrisanje u istim uslovima. Poveanje vodljivosti tenosti
iznad 50pS/m (specifina otpornost ispod
2x1010m) praktino ponitava mogunost akumulacije naelektrisanja,
samo uz adekvatno uzemljenje kontejnera. Meutim, na alost,
odgovarajui aditivi koji poveavaju vodljivost tenosti a da pri tome
ne
pogoravaju tehnoloke osobine tenosti za mnoge ugljovodonike,
recimo za naftne derivate, nisu
poznati. Neki drugi dodaci i neistoe u tenosti mogu imati takoe
negativan efekat. Poznato je naime
da kontaminanti velike molekularne teine poveavaju akumulaciju
statikog naelektrisanja, a da
istovremeno ne poveavaju znaajno vodljivost tenosti.
Prema literaturi 3 posebno opasan je transport etera i ugljen
disulfida (CS2), a opasnost
respektivno opada kod nekih homologa benzena, benzina, kerozina,
drugih naftnih derivata, nekih
hlorinisanih ugljovodonika, estera, ketona i alkohola. Prema
istom izvoru akumulacija naelektrisanja kod
niih alkohola u metalnim uzemljenim sistemima je zanemarljiva.
Sirova ulja, prema istom izvoru,
takoe ne akumuliu toliko naelektrisanja da mogu uzrokovati
paljenje.
Tabela 3. Raspon vodljivosti nekih tenosti Tenosti Vodljivost
pS/mVisoko rafinisani ugljovodonici 1000Laki destilati 1-100Crna
ulja 1000-10000Destilisana voda 108
Svi teni ugljovodonici nemaju jednaku vodljivost i neki od njih
spadaju u materijale koji,
zahvaljujui dovoljnoj vodljivosti, nisu skloni akumulaciji
naelektrisanja. Kako je reeno, ako tenosti
imaju specifinu vodljivost iznad 50pS/m generalno one ne
akumuliraju znaajne koliine naelektrisanja.
Kako neki relevantni izvori (L1) ovu granicu opasnih tenosti
pomeraju na 10 pS/m, moglo bi se
zakljuiti da je kod tenosti vodljivosti izmeu 10 i 50pS/m
mogunost akumulacije naelektrisanja
umerena. Tenosti ija je specifina vodljivost manja od 10pS/m,
odnosno volumnom specifinom
otpornou iznad 1011m, sklone su stvaranju i akumulaciji
elektriciteta i kod kojih mere uzemljenja i
-
Izrada: TAK Hazardous Areas, Beograd
Duga AD
Beograd Pravilnik o zatiti od
statikog naelektrisanja Str. 17 od 41
izjednaenja potencijala nisu dovoljne za bezbedan rad. Za
orijentaciju moe se oekivati da sve visoko
rafinisane iste zapaljive tenosti imaju nisku vodljivost i mogu
akumulisati znaajne koliine
naelektrisanja, osim ako se merenjem vodljivosti (otpornosti)
utvrdi drugaije. Generalno se vodljivost
moe oceniti iz tabele 3.
Pranje praznih rezervoara u kojima jo uvek egzistiraju zapaljive
pare rasprenom vodom moe
ponekad imati opasne efekte. Kod takvih procesa potrebno je
prethodno eliminisati zapaljive pare iz
rezervoara.
Jedan od naina za smanjenje generisanja statikog naelektrisanja
na tenostima je kontrola
brzine transporta. Generalno se moe rei da je poveanje prenika
cevovoda kod iste brzine kretanja
tenosti akumulacija naelektrisanja vea, meutim poveanje brzine
transporta kod istog prenika
cevovoda takoe poveava naelektrisanje. Dakle smanjenje brzine
transporta povoljno utie na koliinu
akumulisanog naelektrisanja i time direktno i na opasnost od
pranjenja. Naravno da je za tenosti ija
vodljivost manja i ogranienje brzine transporta otrije.
Tako saglasno L3, L6 i L7 ako brzina transporta ne premauje
vrednost iz jednaine 7 koliina
nalektrisanja nije prevelika. Isti izraz daje literatura L6.
V2d0,64, (7) gde je V brzina transporta (m/s), d dijametar cevi
m a sa dimenzijom na drugoj strani jednaine u m3/s2.
Ovo daje vrednosti koje su definisane u tabeli 4.
Tabela 4. Maksimalna brzina nisko vodljivih tenosti u ovisnosti
o dijametru cevovoda.
D (mm) 10 25 30 100 200 400 600 Vmax (m/s) 8 4,9 3,5 2,5 1,8 1,3
1,0 Saglasno izvoru L1, brzinu transporta tenosti ija je vodljivost
manja od 50pS/m treba da se
ogranii na 1m/s sve dok postoji bilo koja druga faza, na primer
voda koja se nalazi u tenosti. Druga
faza najverovatnije postoji u poetku operacije punjenja
rezervoara. Ovaj izvor kae da je brzina
transporta tenost vodljivost manje od 50pS/m brzina ni u kom
sluaju ne sme premaiti 7m/s, a
preporuuje se da brzina ne premai 2m/s. Brzina transporta prema
L2 treba da je nia od ove dve
vrednosti:
v=7 (m/s) i
Vd=N (m/s, m, m2/s) (8)
Za tenosti vodljivosti iznad 5pS/m za N se predlae vrednost od
0,5m2/s, pa druga jednaina ima
oblik:
Vd=0,5 (m/s, m, m2/s) (8a)
Za tenosti vodljivosti manje od 5pS/m neki izvori predlau
N=0,38m2/s, dok je prema
britanskim izvorima vrednost od 0,5m2/s sasvim dovoljna da
osigura malu akumulaciju naelektrisanja.
Prema ovim podacima vrednosti brzine bi bile prema tabeli 5.
Tabela 5. Maksimalna brzina nisko vodljivih tenosti u ovisnosti
o dijametru cevovoda prema BS 5958.
-
Izrada: TAK Hazardous Areas, Beograd
Duga AD
Beograd Pravilnik o zatiti od
statikog naelektrisanja Str. 18 od 41
D (mm) 10 25 30 100 200 400 600
V1max (m/s) za duinu cevi L
-
Izrada: TAK Hazardous Areas, Beograd
Duga AD
Beograd Pravilnik o zatiti od
statikog naelektrisanja Str. 19 od 41
V brzina tenosti u komori (m/s)
- vreme relaksacije (s) Za veinu ugljovodonika vredi 0=18,
odnosno =18/k pa predhodna formula za njih izgleda ovako: L/V =54/k
(9a)
Za tenosti vodljivosti manje od 2pS/m, odnosno >9s, prema
literauri L2, L/V bi trebalo da bude vee od 100 sekundi.
Postoje jo neka pravila kojih se potrebno pridravati da bi se
opasnost od pranjenja redukovala
na prihvatljive vrednosti. Punjenje i pranjenje posuda i
rezervoara treba da se obavlja cevovodnim
sistemima, mada i u tom sluaju postoje opasnosti koje su
pomenute. Ne treba da se koriste kante ili
vedra za pretakanje. Kod utakanja cev treba da bude potopljena
do dna posude (vidi sliku 5c) i tako
postavljena da se minimizira turbulencija. Ukoliko je istakanje
iz cevi koja ne dostie dno posude
neizbeno, ogranienje brzine mora biti jo nie od vrednosti datih
napred. Posude naravno moraju biti
metalne i uzemljene. Generalno se smatra da pretakanje u i iz
metalnih uzemljenih posuda zapremine do
25dm3, ne stvara opasnost, ali se na primer metalne kante koje
su visile na plastinim rukama i na taj
nain bile izolovane od zemlje bile uzrok mnogih poara. Potrebno
je na najmanju meru svesti primenu
nerastvorivih komponenti.
Opasnost postoji takoe kada se neka tenost utae u rezervoar ili
posudu u kojoj je ranije bila
tenost drugaijeg parnog pritiska, odnosno drugaije
isparljivosti. Ovakvi reimi rada u strunoj
literaturi naziva se preklopno punjenje (Switch loading).
Posebna opasnost nastaje i kada se tenost koja
ima nizak pritisak para utae u rezervoar u kojem postoje pare od
predhodne upotrebe. U veini sluajeva
koncentracija unutar rezervoara e, u toku ovog procesa, proi
itav eksplozivni dijapazon koncentracija
(LEL - UEL). Najgora situacija je ako se kad se tenost utae u
rezervoar koji sadri pare ugljovodonika
sa niom takom paljenja, na primer kada se utae kerozin ili nafta
u rezervoar u kome je predhodno bio
benzin, ije se pare jo nalaze u rezervoaru. Slino bi bilo i sa
punjenjem rezervoara ili kontejnera u
kojima je predhodno bila recimo solvent nafta ili vajt pirit u
rezervoar ili kontejner u kome je predhodno
bio recimo aceton ili metil ili etil acetat ili trietilamin. U
ovakvim situacijama da bi se opasnost
kontrolisala neophodno je poduzeti sledee korake:
Tenost nie take paljenja koja je predhodno bila u rezervoaru
mora se u potpunosti isprazniti iz rezervoara;
Tenost koja se utae mora se ubacivati brzinom manjom od 1m/s sve
dok nivo tenosti ne premai nivo ulazne cevi za vrednosti date na
predhodnoj strani. Nakon toga brzina utakanja moe se
poveati do dozvoljenih brzina saglasno napred iznesenom.
Ukoliko je opasnost od pranjenja teko pouzdano eliminisati ovim
metodama mora se pristupiti
inertizaciji (blanketiranju) parnog prostora rezervoara ili
kontejnera. Poznato je naime da svi zapaljivi
materijali radikalno menjaju svoju zapaljivost ako se sadraj
kiseonika (normalno oko 21%) u vazduhu
menja. Koncentracija kiseonika u vazduhu kod koje u
laboratorijskim uslovima materijal ne gori naziva
-
Izrada: TAK Hazardous Areas, Beograd
Duga AD
Beograd Pravilnik o zatiti od
statikog naelektrisanja Str. 20 od 41
se kiseoniki indeks materijala. Kiseoniki indeksi razliitih
gorivih materijala su razliiti, ali se moe rei da, ako se
dodavanjem nekog od inertnih gasova, azota, CO2, ili argona, sadraj
kiseonika svede
ispod 10% praktino ne postoji mogunost paljenja, bez obzira na
eventualno pranjenje varnicom
dovoljne energije.
Iz razloga sigurnosti se ova koncentracija esto odrava ispod 8%.
Ova mera nije jednostavna
niti jeftina, ali je u situacijama kada se stvaranje snanih
elektrinih polja unutar rezervoara za lako
zapaljive tenosti ne moe izbei, mora primeniti.
Treba napomenuti da je svaki izolovani provodnik u unutranjosti
rezervoara veoma opasan. Postoje
podaci da su metalne kantice ili konzerve koje su zaboravljene u
rezervoarima u toku ienja i koje su,
nakon punjenja rezervoara plutale po povrini tenosti bile uzrok
mnogih akcidenata.
Poseban problem je naelektrisanje autocisterni koje nastaje kod
utakanja tenosti i dodatno u
transportu kontaktnim naelektrisanjem radi ega vozilo moe
primiti znaajnu koliinu naelektrisanja
Ovako naelektrisano vozilo predstavlja primer izolovanog
provodnika koji je izolovan pneumaticima
vozila. Kod ovog sluaja pojavljuje se naelektrisanje na tenosti
sa slinim osobinama kao kod
rezervoara na slici 4, ali se pojavljuje i potencijal izmeu
metalnih masa cisterne i zemlje. Pokuaj
odvoenja naelektrisanja postavljanjem traka od vodljive gume,
ili lancima, saglasno iskustvima iz
Slika 6a. ELIMINACIJA ELEKTROSTATI^ KOG NAELEKTRISANJA SA
CISTERNE ZA PREVOZ ZAPALJIVIH TE^ NOSTI PRI PRETAKANJU
AUTOCISTERNI
Slika 6b. (1) PRINCIPIJELNA [ EMA STEZALJKE SA ODVOJENIM
PREKIDA^ EM (2) PRINCIPIJELNA [ EMA STEZALJKE SA UGRA\ ENIM
PREKIDA^ EM
Slika 6. UZEMLJENJE AUTOCISTERNI
-
Izrada: TAK Hazardous Areas, Beograd
Duga AD
Beograd Pravilnik o zatiti od
statikog naelektrisanja Str. 21 od 41
razvijenih zemalja, nema mnogo efekta na disipaciju
naelektrisanja iz jednostavno razloga to, kada je
asfalt suv, ve on predstavlja prepreku odvoenju naelektrisanja i
ove trake nemaju funkciju. Kada je
asfalt mokar, vlani pneumatici mogu sasvim dobro odvoditi
naelektrisanje sa metalnih masa vozila.
Opasnost od pranjenja sa cisterne prema zemlji nije velika i
toku kada vozilo stoji ili je u pokretu. Osim
toga tada oko cisterne i ne postoje zapaljive smee. Kada meutim
doe do istakanja ili punjenja cisterne
dolazi do spajanja cisterne i ureaja za punjenje ili pranjenje.
Sada je pranjenje sa cisterne prema
zemlji u obliku varnice veoma mogue, a u toku pretakanja oko
vozila postoje eksploziono ugroeni
prostori, prikazani na slici 6. Iz tog razloga neophodno je
odvesti nastali potencijal sa vozila pre poetka
istakanja. Meutim jednostavnim uzemljenjem naelektrisanog vozila
dolazi do varnice u njegovoj
neposrednoj blizini i to moe biti opasno. Stoga je neophodno
spojiti vozilo sa zemljom uspostavljajui
kontakt preko prekidaa koji e svojom konstrukcijom osigurati da
nastala varnica ne moe izazvati
paljenje okolne atmosfere. To se kod nas uobiajeno radi sa
kombinacijom stezaljke za uzemljenje koja
je preko prekidaa u zatiti Exd povezana sa uzemljenjem. Ideja je
da se stezaljka spoji na vozilo uz
otvoren prekida. U ovoj fazi vozilo jo uvek nije uzemljeno i tek
ukljuenjem prekidaa dolazi u vezu sa
zemljom, ali nastala varnica ostaje unutar prekidaa u zatiti Exd
i ne moe izazvati paljenje okolne
atmosfere. Problem je u tome to naelektrisano vozilo moe imati
potencijal od vie desetina kV, a
stezaljke za uzemljenje su obino jednostavne stezaljke za
akumulatore koje su izolovane za neuporedivo
nie napone i moe se sa velikom izvesnou rei da moe doi do
pranjenja preku tela rukovaoca.
Osim toga pogrena manipulacija, odnosno uzemljenje cisterne, uz
ukljuen prekida moe produkovati
varnicu na opasnom mestu. Sa druge strane, ako se prekida ne
ukljui na vreme, pre poetka istakanja,
vozilo moe ostati izolovano iako je na njega spojena stezaljka
za uzemljenje.
Bolje reenje predstavlja stezaljka izolovana za visoke napone sa
prekidaem u ruici koji se aktivira
prikljuenjem stezaljke na vozilo. Ovakve greke u tom sluaju nisu
mogue i ne postoji mogunost
pranjenja naelektrisanja preko stezaljke za uzemljenje. Jedina
mogua greka je sada mogunost da se
stezaljka, odnosno uzemljenje cisterne, uopte ne postavi pri
istakanju. Ako se sumnja u ovakve
mogunosti postoje na tritu ureaji izvedeni u zatiti Exd koji
mere otpornost cisterne prema zemlji i
dok god ta otpornost ne bude manja od 20 ne dozvoljavaju
istakanje, na primer blokadom pumpe za istakanje ili blokadom
ventila koji se postavi na cevi za istakanje.
Na slici 6 je prikazan sluaj autocisterne sa zonama opasnosti i
rasporedom naelektrisanja i
principijelna ema ureaja za uzemljenje autocisterne. Sline
opasnosti postoje i kod punjenja i kod
pranjenja vozila.
1.4.2 Naelektrisanje zapaljivih praina
Pod prainama podrazumevamo usitnjeni vrsti materijal raznih
granulacija poevi od
mikronskih kao kod finih praina, do granulata ili ipsa. Praine
se mogu nalaziti u formi oblaka
rasprene praine ili kao nagomilana praina. Naelektrisanje moe
nastati kontaktnim naelektrisanjem
estica meusobno iako su istog sasatava, zbog razliite povrinske
kontaminacije, kao i zbog kontaktnog
-
Izrada: TAK Hazardous Areas, Beograd
Duga AD
Beograd Pravilnik o zatiti od
statikog naelektrisanja Str. 22 od 41
naelektrisanja praine dinamikim kontaktom sa vrstim povrinama
sistema za pneumatski transport na
primer, ili kod mlevenja, prosejavanja, presipavanja ili
mikronizacije. Vee naelektrisanje dobija se kod
mlevenja i mikronizacije nego kod presipavanja i prosejavanja,
delom i zbog toga to se ovde radi sa
sitnijim esticama. Naelektrisanje praine rasprene u vazduhu nije
dovoljno da se stvori elektrino polje
koje e prouzrokovati jonizaciju gasa oko estice i time omoguiti
neutralizaciju naelektrisanja. Meutim
pribliavanjem estica meusobno, dolazi do poveanja jaine polja na
granicama estica i pranjenja
koje ujedno smanjuje ukupno naelektrisanje oblaka.
Kod sferinih estica naelektrisanje po jedinici mase moe se
izraziti (L1) kao:
3 q=------- (C/kg, C/m2, kg/m3, m) (10)
dr
pri emu je: q masena gustina naelektrisanja (C/kg); - povrinska
gustina naelektrisanja (C/m2) d gustina estica (kg/m3);
r radijus estica (m). Iz ove jednaine vidi se da se vee
naelektrisanje postie kod finijih estica koje su uz to i
zapaljivije, odnosno koje imaju manju energiju paljenja od
estica vee granulacije.
Sa aspekta opasnosti od statikog naelektrisanja praine se mogu
podeliti na tri grupe:
praine male otpornosti, na primer metalne praine sa specifinom
volumnom otpornou do oko 106m;
praine sa srednjom specifinom otpornou, kao mnoge organske
praine, npr brano, sa volumnom otpornou od 106 do 1012m;
praine visoke otpornosti na primer mnogi sintetiki polimeri i
neki minerali kao kvarc, specifine otpornosti iznad 1012m.
Najmanju opasnost predstavljaju dobro vodljive praine, mada se
one ree sreu, jer ak i
metalne praine oksidacijom vremenom gube svoju dobru vodljivost.
U tabeli 6 date su izmerene
vrednosti masene gustine naelektrisanja kod nekih od procesa za
srednje vodljive praine.
Kada se ove praine nagomilaju naelektrisanje se odrava
zahvaljujui otpornosti koju materijal
ima i otpornosti prema zemlji. Ako se praina nakon procesa
skladiti u vodljivom uzemljenom
kontejneru ili je u kontaktu sa uzemljenim metalnim delovima
disipacija naelektrisanja je odreena
volumnom otpornou praine koja, osim otpornosti samog materijala,
ukljuuje i otpornost izmeu
estica. Vreme relaksacije je dato izrazom:
=0 (11) pri emu je: - vreme relaksacije (s); - relativna
dielektrina konstanta praine; 0 - dielektrina konstanta vakuuma
(8,85x10-12F/m); - volumna otpornost praine (m)
-
Izrada: TAK Hazardous Areas, Beograd
Duga AD
Beograd Pravilnik o zatiti od
statikog naelektrisanja Str. 23 od 41
Tabela 6. Gustine naelektrisanja kod nekih tipinih operacija sa
srednje vodljivim prainama Operacija masena gustina dobijenog
naelektrisanja (C/kg) Prosejavanje Presipanje Transport punim
dodavaima Mlevenje Mikronizacija
10-3 do 10-5 10-1 do 10-3 1 do 10-2 1 do 10-1 102 do 10-1
Kod volumne otpornosti od 1012m bez otpornosti izmeu estica ovo
daje vrednost =20s, to znai da i praine srednje otpornosti na
gornjem delu opsega mogu zadrati naelektrisanje relativno dugo.
Naelektrisanje kod praina velike vodljivosti moe odrati dugo
vremena ak i kad su one u metalnom
kontejneru. Vreme relaksacije moe biti reda asova i ak dana.
Jedna od moguih mera zatite,
poveanje relativne vlanosti vazduha ovde esto nema smisla jer su
loe vodljive praine uglavnom
nehigroskopne. Prema L1 pranjenje sa i unutar oblaka praine
retko moe uzrokovati paljenje praina sa
minimalnom energijom paljenja veom od 20 do 30mJ. Najopasnija su
pranjenja sa izolovanih
provodnika koji kontaktnim naelektrisanjem sa prainom, ili
indukcijom, ili podelom naelektrisanja da
oblakom praine mogu biti jako naelektrisani a pranjenje moe biti
sa znaajnom energijom u obliku
varnice koje je u stanju da upali i praine vee energije
paljenja.
Saglasno L1 i L3 generalno se moe rei da, ako postoji opasnost
od statikog naelektrisanja i
istovremeno mogunost paljenja zapaljivih praina, zatita se
generalno svodi na kvalitetno i sigurno
uzemljenje svih vodljivih masa u sistemu i odvoenje
naelektrisanja sa osoblja jer bi pranjenje ovakvih
naelektrisanja imalo formu varnice i time emitovalo veliku
energiju. Pranjenje sa nevodljivih masa,
dakle sa praine imalo bi formu etkastog pranjenja i sa velikom
verovatnoom energija nije dovoljna da
proizvede paljenje praine (L1). Pranjenje sa vodljivih
materijala u formi varnice imalo bi potencijalno
energiju dovoljnu za paljenje i zapaljivih praina veih energija
paljenja. Meutim, opasnost je mnogo
vea ako u istom prostoru postoje i smee para zapaljivih tenosti
ili gasova sa vazduhom, obzirom na
injenicu na mnogo nie energije paljenja ovih materija.
Sistemi za transport, mlevenje, prosejavanje, itd zapaljivih
praina mnogo su manje pogodni za
projektovanje mera smanjenja generisanja naelektrisanja od onih
koji rade sa zapaljivim tenostima, jer
ih je teko prilagoditi tako da to ima znaajan uticaj na
stvaranje naelektrisanja i stoga ovaj pristup retko
moe biti primenjen. Iz literaturnih podataka moe se videti
jedino da je kod pneumatskog transporta loe
vodljivih praina manje naelektrisanje konstatovano kod veih
gustina praine (semi bulked) nego kod
malih gustina transportovane praine.
Poveanje relativne vlanosti vazduha je jedan od potencijalnih
naina poboljanja disipacije
naboja. Ono nije efikasno kod oblaka praine, obzirom da
atmosferski vazduh nije dovoljno vodljiv da
disipira statiko naelektrisanje, bez obzira na stepen njegove
relativne vlanosti. Meutim ovo moe biti
dobra mera disipacije kod nagomilanih praina, tako to poveava
povrinsku vodljivost praina koje
-
Izrada: TAK Hazardous Areas, Beograd
Duga AD
Beograd Pravilnik o zatiti od
statikog naelektrisanja Str. 24 od 41
apsorbuju izvesnu koliinu vlage na povrini estica. Meutim kod
veine loe vodljivih praina koje su
hidrofobne poveanje relativne vlanosti daje slab ili nikakav
rezultat.
Jonizatori, bilo pasivni koji deluju kod korona napona, bilo
aktivni visokonaponski ili
radioaktivni, teoretski se mogu koristiti za poveanje disipacije
naelektrisanja, ali njihova primena nije ni
jednostavna ni dovoljno efikasna. Prema literaturi L1 kod visoko
otpornih praina povoljan efekat na
disipaciju naelektrisanja moe se postii upotrebom pasivnih
eliminatora sa otrim iljcima ili sa icama
postavljenim na mestima gde dolazi do nagomilavanja praine. Ovim
se ne eliminiu etkasta pranjenja,
ali se smanjuje njihova energija.
Dakle kod praina najvanija je konzekventna primena uzemljenja
svih metalnih masa, koritenje
vodljivih uzemljenih kontejnera. Pri ovome se mora voditi rauna
da svi delovi opreme budu adekvatno
uzemljeni, imajui u vidu da je pranjenje sa izolovanih vodia
uvek u formi varnice kojom se oslobaa
relativno velika koliina energije koja moe biti vea od dosta
velikih energija paljenja organskih
praina. Sama parcijalna pranjenja sa loe vodljivih praina imaju
mnogo nie energije i verovatnoa
paljenja nije velika. Meutim ako se zajedno sa prainom u
tehnolokom sistemu nalaze pare, na primer
organskih rastvaraa, tada je opasnost neuporedivo vea. U tim
situacijama poduzimaju se druge mere
koje esto ukljuuju inertizaciju prostora uvoenjem inertnog gasa
i korienje protiveksplozionih
oduaka, ili eventualno rad na temperaturama koje su znaajno nie
od take paljenja datog rastvaraa.
Potrebno je, po mogunosti potpuno, izbei upotrebu nevodljivih
kontejnera i drugih delova
opreme. Ventilatori mogu da imaju plastine delove samo iza
filtera za prainu, na strani istog vazduha.
Filtere po mogunosti izvesti sa metalnim ili grafitnim vlaknima
i fiksno ih uzemljiti. Potrebno je
provoditi eliminaciju naelektrisanja sa ljudi kod rada sa
prainama energije paljenja manje od 10mJ,
imajui u vidu da ljudski organizam moe predstavljati izolovani,
naelektrisani provodnik relativno
velikog kapaciteta. Kod koritenja providnih kontrolnih stakala
njihova povrina treba da je to manja i
ne preporuuje se da veliina pojedinanog okna bude vea od 100mm
po bilo kojoj dimenziji.
1.4.3 Naelektrisanje vrstih materijala Nevodljivi materijali sve
se vie koriste kao delovi opreme ili konstrukcija u mnogim
oblicima
koji ukljuuju cevi, kontejnere, rezervoare, ploe, obloge itd.
Posebno veliku primenu imaju danas
sintetiki polimeri od kojih veina ima volumnu specifinu
otpornost veu od 1012m, i povrinsku otpornost veu od 1012 i zbog
toga su u stanju da akumuliu znaajne koliine naelektrisanja za dugo
vremena (vreme relaksacije vee od 20s). Ovi materijali mogu se
naelektrisati kontaktnim
naelektrisanjem, na primer prolaskom praine ili tenosti kroz
plastine cevovode, ili preuzimanjem
dela naelektrisanja sa drugog naelektrisanog tela, kao kod
sipanja naelektrisane praine u plastini
kontejner, kod koga moe doi do pranjenja sa praine prema
kontejneru. Kako su ovakvi materijali
veoma slabo vodljivi maksimalno naelektrisanje nije odreeno
vodljivou materijala prema zemlji,
nego probojnom vrstoom atmosfere. Ovo naelektrisanje moe dostii
oko 30C/m2 ako je plastini materijal udaljen od metalnih masa.
Meutim ako je plastina ploa na metalnoj ploi, dolazi do
-
Izrada: TAK Hazardous Areas, Beograd
Duga AD
Beograd Pravilnik o zatiti od
statikog naelektrisanja Str. 25 od 41
redistribucije naelektrisanja i sada do proboja dolazi nakon
dostizanja mnogo veih koliina
naelektrisanja nego u predhodnom sluaju. Dakle eventualno
pranjenje ima veu energiju i time je
opasnije.
Slika 7. Elektrostaticko polje naelektrisane ploce od
visokootpornog materijala
Slika 7b. Izolovana nevodljiva ploca i vodljiva uzemljena ploca
u blizini
Slika 7c. Nevodljiva ploca na vodljivoj uzemljenenoj ploci
Uzemljena metalna ploca
Nevodljiva ploca
Uzemljena metalna ploca
Nevodljiva ploca
Nevodljiva ploca
Slika 7a. Izolovana nevodljiva ploca
-
Izrada: TAK Hazardous Areas, Beograd
Duga AD
Beograd Pravilnik o zatiti od
statikog naelektrisanja Str. 26 od 41
Meutim i sam poloaj materijala u odnosu na metalne uzemljene
predmete u njegovoj blizini
odreuje koliinu naelektrisanja. Tako je na slici 7a. prikazan
raspored polja za jednu plou od loe
vodljivog materijala relativno velikih dimenzija. Vidi se da je
polje relativno homogeno i jednako na obe
strane ploe. Kada se toj ploi priblii druga metalna uzemljena
ploa slinih dimenzija dolazi do
redistribucije polja i njegovog smanjenja na slobodnoj povrini
prema otvorenom prostoru, a poveanja
na povrini koja je prema metalnoj ploi. Kad se dve ploe spoje,
kao u sluaju nevodljive presvlake na
metalnoj povrini, redistribucija je jo izraenija i nevodljiva
ploa moe nakupiti mnogo vee
naelektrisanje pre nego to doe do proboja. etkasta pranjenja sa
ovakvih materijala kada su udaljeni
od metalnih uzemljenih masa, saglasno L1, mogu izazvati paljenje
smea ija je energija paljenja manja
od 4mJ, u kakve spadaju gotovo sve smee para ili gasova sa
vazduhom. Meutim ako doe do
povrinske kontaminacije nevodljive ploe nekim materijalima koji
su relativno vodljivi, etkasto
pranjenje se moe pretvoriti u pranjenje varnicom koje je mnogo
opasnije. Meutim jo mnogo
opasnija pranjenja nastaju u sluaju kao na slici 7b, kada je
recimo kontejner od loe vodljivog
materijala montiran blizu uzemljene metalne mase. Ako je
kontejner ispunjen naelektrisanom prainom
pranjenje se moe oekivati sa take gomilanja praine prema
unutranjoj strani kontejnera i sa metalne
mase prema vanjskoj povrini kontejnera. Zid kontejnera se sada
ponaa kao visoko naelektrisani
kondenzator i ovde se mogu oekivati propagativna etkasta
pranjenja kada se uzemljeni vodi, recimo osoba priblii unutranjoj
strani kontejnera, na primer radi uzimanja uzorka.
Visoko otporne obloge na metalnim povrinama, kao na slici 7c,
imaju estu primenu. Energija
pranjenja je to manja to je manja debljina nevodljive prevlake i
saglasno L1 vrlo tanke obloge, kao boja
na metalnoj povrini ili tanka epoksidna prevlaka imaju malu
verovatnou da proizvedu zapaljivo
pranjenje, zbog toga to e pre doi do dielektrinog sloma same
prevlake nego do pranjenja prema
okolini. Meutim ako je nevodljiva ploa vee debljine i ne dolazi
do njenog proboja pre pranjenja
prema atmosferi, pribliavanje uzemljenog vodljivog predmeta moe
produkovati snana propagativna
pranjenja koja oslobode skoro svu nakupljenu energiju.
Razdvajanje visoko otporne obloge od metalne
podloge uzrokuje posebno snano pranjenje izmeu njih dve.
Visoko otporni filmovi od polimera dobijaju znaajne koliine
naelektrisanja kada se sa njima
radi, recimo kada se premotavaju u tubu. Oni mogu produkovati
snane udare osoblju, ali takvo
pranjenje moe zapaliti i eventualno prisutnu zapaljivu smeu.
Ovakva pranjenja mogu uzrokovati i
oteenja povrine filma poznata kao Lihtenbergove figure. Ponekad
se mogu stvoriti i polarizaciona
naelektrisanja, odnosno suprotna naelektrisanja na suprotnim
stranama filma.
Smanjenje opasnosti moe se postii na primer poveanjem
vodljivosti loe vodljivih materijala,
na primer gume, odreenim aditivima koji u pomenutom sluaju moe
biti grafit. Poznate su primene
ovih metoda kod proizvodnje antistatikih podova i obue, ili kod
klinastog antistatikog remenja, itd.
Ako se povrinska i volumna otpornost svedu ispod 108, odnosno
106m respektivno moe se smatrati da opasnost od akumulacije opasnih
naelektrisanja vie ne postoji. U veini aplikacija i otpornosti
od
-
Izrada: TAK Hazardous Areas, Beograd
Duga AD
Beograd Pravilnik o zatiti od
statikog naelektrisanja Str. 27 od 41
1011, odnosno 1010m respektivno moe se smatrati dovoljnim. Treba
napomenuti da, ako se prenos snage, u prostoru ugroenom zapaljivim
parama ili gasovima, vri klinastim remenjem, ono mora biti
izvedeno kao antistatiko, odnosno mora imati poveanu vodljivost,
to se postie dodavanjem grafita u gumu. Upotrebu standardnog
klinastog remenja za prenos snage u ugroenim prostorima, zonama 0,
1 i 2
mora se zabraniti.
Poznato je da materijali koji imaju bar izvesnu higroskopnost
kod relativne vlage vazduha od 60-
70% smanjuju svoju povrinsku otpornost do nivoa koji je dovoljan
da najvei deo naelektrisanja disipira
tako da je opasnost od zapaljivog pranjenja relativno mala.
Meutim mnogi od polimera su hidrofobni i
kod njih je izvestan efekat mogue ostvariti tek kod dostizanja
relativne vlage od 80-90%, to je u
realnim pogonskim situacijama praktino neizvodivo.
Dosta dobri rezultati na disipaciji naelektrisanja na visoko
otpornim materijalima mogu se postii
jonizacijom atmosfere u blizini naelektrisanja. Jonizacija se
izvodi na tri naina:
Pasivnim neutralizatorima (slika 8a) koji predstavljaju niz
uzemljenih iljaka, finih metalnih ica, ili metalnih vlakana, koji
po nekad nazivaju elektrostatikim eljevima, kod kojih na
izvesnom
potencijalu dolazi do korona pranjenja radi snanog lokalnog
poveanja elektrinog polja, time do
lokalne jonizacije vazduha koja potpomae disipaciju
naelektrisanja. Loa osobina ovih
neutralizatora je da oni poinju da deluju tek kad stvoreno
naelektrisanje uzrokuje relativno visoke
potencijale, odnosno kad poinje korona pranjenje (korona
naponi). Iz tog razloga ovi ureaji nisu
potpuno sigurni i prema L1 mogu se koristiti u prostorima
ugroenim zapaljivim smeama ija je
energija vea od 200J. U drugim situacijama moraju se postavljati
izvan ugroenog prostora. Ovo nekad ima smisla, recimo kod
nevodljivih traka koje se uvode u mainu za tampanje kod koje se
delomina disipacija moe izvriti izvan eksploziono ugroenog
prostora;
Visokonaponskim neutralizatorima (Slika 8b) kod kojih se efekat
jonizacije iljka pojaava delovanjem snanog izvora naizmeninog
(naizmenini neutralizatori) ili istosmernog napona
(istosmerni neutralizatori). Postoje izvedbe koje su sigurne od
dodira i one koje su atestirane za
primenu u eksploziono ugroenim prostorima, mada kod ovoga treba
biti veoma oprezan. Ameriki
standardi, na primer iskljuuju upotrebu visokonaponskih
neutralizatora u zonama opasnosti, bez
obzira na eventualni atest o protiveksplozionoj zatiti. Naponi
koji se dovode na iljke variraju od 5
do 18kV. Zbog pojaane jonizacije efekti disipacije su znaajno
vei nego kod pasivnih
neutralizatora. Zbog pojaanja efekta neutralizacije jonizovani
vazduh se esto vazdunom strujom
usmerava ka objektu.
Radioaktivni neutralizatori efekat jonizacije ostvaruju
delovanjem radioaktivnog izvora, nekog emitera koji jonizuje vazduh
iznad naelektrisane mase. Zbog potencijalnog ozraivanja i
radioaktivne
kontaminacije ovi neutralizatiori se danas vie ne koriste.
Naravno da je i u ovom sluaju konsekventno uzemljenje svih
metalnih masa od sutinske
vanosti. Opasna pranjenja sa nevodljivih kontejnera mogu se
izbei uzemljenjem njihovog sadraja,
-
Izrada: TAK Hazardous Areas, Beograd
Duga AD
Beograd Pravilnik o zatiti od
statikog naelektrisanja Str. 28 od 41
postavljanjem uzemljene metalne mree na dno kontejnera, a kod
praina postavljanjem uzemljenih ipki
ili ica na mestu gde dolazi do padanja praine. Ovaj metod nije
prikladan kod praina koje se pojavljuju
zajedno sa parama niske energije paljenja zbog jonizacije koje
ovi elementi mogu da produkuju.
Izvesna poboljanja mogu se postii ugradnjom uzemljene metalne
mree u visokootporni
materijal, ili omotavanjem takve mree po njegovoj povrini.
Unutranja mrea odvodi deo
naelektrisanja, ali taj deo nije veliki radi visoke otpornosti
materijala, meutim mrea poveava kapacitet
sistema, te se kod istog naelektrisanja ima manji potencijal,
odnosno nie elektrino polje. Kod mree
omotane na povrini nevodljivog materijala situacija je slina,
ali sada postoji mogunost korona
pranjenja i stoga ovo ne treba primenjivati kada su prisutne
veoma zapaljive smee. I u jednom i u
drugom sluaju prekid veze metalne mree sa zemljom moe biti uzrok
snanih pranjenja.
TRAKA OD NEVODLJIVOG MATERIJALA
Slika 8. Razlicite vrste neutralizatora na bazi jonizacije
vazduha
Slika 8c. Principijelna ema jedne izvedbe radioaktivnog
neutralizatora
Slika 8b. Principijelna ema jedne izvedbe visokonaponskog
neutralizatora
Slika 7c. Radioaktivni neutralizator - a emiter
Slika 8a. Jedna izvedba pasivnog neutralizatora
UZEMLJENI PROVODNIK
1.4.4 Naelektrisanje gasova
Gasovi generalno nisu skloni stvaranju i akumulaciji
naelektrisanja, ali ako sadre neistoe,
vrste estice ili kapljice tenosti, kao ra, kapljice vode, sneg
od CO2, maglice ukapljenih gasova, itd,
oni mogu biti naelektrisanji kontaktnim naelektrisanjem,
kontaktom sa cevovodima i mlaznicama.
Isticanje komprimovanog gasa moe takoe biti opasno jer dolazi do
stvaranja snega. Posebno je
opasno isticanje vodonika ili acetilena koji predstavljaju
gasove veoma male energije paljenja. Kao
ilustraciju navodimo literaturni podatak da su, kod isticanja
tenog ugljen dioksida, mereni potencijali i
-
Izrada: TAK Hazardous Areas, Beograd
Duga AD
Beograd Pravilnik o zatiti od
statikog naelektrisanja Str. 29 od 41
do 20kV. Mere uzemljenja svih metalnih masa i izbegavanje
koritenja nevodljivih elemenata sistema su
dovoljna zatita od statikog naelektrisanja u veini realnih
situacija.
1.4.5 Naelektrisanje na ljudima
Ljudski organizam, ako je izolovan od zemlje, ponaa se kao
izolovani provodnik relativno
znaajnog kapacitet (vidi tabelu 2). Pranjenje dakle nastaje u
obliku varnice i ima relativno veliku
energiju. Telo je izolovano od zemlje preko nevodljivih podova,
ili nevodljive obue koju ovek nosi.
Naelektrisanje nastaje i kontaktom ili preuzimanjem sa drugog
naelektrisanog tela ili eventualno
indukcijom.
SLIKA 9. ELIMINACIJA ELEKTROSTATICKOG NAELEKTRISANJA NA
LJUDIMA
Sl. 9b. Vodljiva podloga i nevodljiva obuca
Sl. 9a. Nevodljiva podloga i nevodljiva obua
Sl. 9c. Vodljiva podloga i vodljiva obuca
Dananji industrijski i drugi podovi, kao i mnogi onovi na obui
izraeni su esto od loe
vodljivih materijala koji izoluju telo oveka od zemlje. Osim
toga, noenje odee od vetakih materijala,
kao od sintetike ili svile, visoke otpornosti pospeuju stvaranje
znaajnih koliina naelektrisanja.
Pranjenja sa ljudskog tela mogu imati eneriju i do 100mJ i prema
tome mogu upaliti sve gasne ili parne
smee sa vazduhom i znaajan broj smea vazduh praina.
Kontaktno naelektrisanje moe nastati na primer ustajanjem sa
stolice, trenjem sa zidom u hodu,
hodanjem po podu od visokootpornog materijala, oblaenjem ili
skidanjem odee, sipanjem tenosti ili
praine iz kontejnera koji dri ovek kada naelektrisanje jednog
znaka biva odvedeno sa materijalom a
naelektrisanje drugog znaka ostaje na oveku, ili kontaktom sa
jako naelektrisanim materijalom kod
uzimanja uzoraka sa naelektrisane praine na primer, itd.
Eliminacija naelektrisanja postie se ostvarenjem dovoljno
provodne staze izmeu ljudskog tela i
zemlje, odnosno koritenjem antistatikih i vodljivih podova i
antistatike ili vodljive obue. Antistatiki podovi su, saglasno naim
propisima, podovi otpornosti ispod 106. Propisi nekih razvijenih
zemalja razlikuju antistatike i vodljive podove, pod prvim
podrazumevajui podove koji imaju otpornost izmeu 108 i 75k (L1),
dok neki drugi izvori antistatikim podrazumevaju podove otpornosti
izmeu 104 i
-
Izrada: TAK Hazardous Areas, Beograd
Duga AD
Beograd Pravilnik o zatiti od
statikog naelektrisanja Str. 30 od 41
108 (L2), a vodljivi podovi nemaju ogranienje minimalne
otpornosti, a maksimalna je ograniena na 104. Po ovim propisima ovi
podovi se mogu koristiti tamo gde ne postoji mogunost udara
dodirnim naponom.
Na slici 9a prikazan je sluaj oveka koji se nalazi na podlozi od
nevodljivog materijala i ima
takvu obuu. Na njemu se akumulie naelektrisanje koje e, u sluaju
na primer dodira sa uzemljenim
predmetom, biti osloboeno u formi varnice. Ukoliko se koristi
vodljivi ili antistatik pod, ali je obua
nevodljiva (Slika 9b), situacija se nije praktino ni malo
promenila. Ovim je jasno pokazano da je
koritenje antistatik podova bez istovremene upotrebe antistatik
obue, to je est sluaj u naoj tehnikoj
praksi, potpuno besmisleno. Tek kombinacija obe ove mere,
koritenje antistatikih podova i antistatike
obue omoguava disipaciju naelektrisanja sa oveka (Slika 9c).
Osobine antistatike obue imaju ve i cipele sa obinim konim onom.
Otpornost obue i
podova mora se periodino kontrolisati jer postoji mogunost da
doe do nakupljanja smole, asfalta,
lakova i boja ili nekih drugih nevodljivih materijala koji bi
znaajno poveali ukupni otpor oveka prema
zemlji, ili poveali prelazni povrinski otpor podova. U posebno
ugroenim prostorima u kojima
egzistiraju smee male energije paljenja potrebno je osigurati da
se nosi posebna odea od prirodnih
materijala, kao svile ili pamuka, koji sadre dovoljno prirodne
masnoe koja osigurava izvesnu
vodljivost.
2. Potencijalne opasnosti od statikog naelektrisanja u IBL Duga
Holding AD Beograd
-
Izrada: TAK Hazardous Areas, Beograd
Duga AD
Beograd Pravilnik o zatiti od
statikog naelektrisanja Str. 31 od 41
2.1 Generalno
Potencijalne opasnosti od statikog elektriciteta u pogonima IBL
Duga mogu se podeliti na
sledei nain:
Opasnosti kod rada i rukovanja sa zapaljivim tenostima. Ove
opasnosti su prisutne u svim pogonima za proizvodnju premaza i
veziva, kao u Pogonu premaza, Pognu Nove sinteze, u Pogonu nitro
lakova
i rastvaraa i u objektu lakova i rastvaraa, kao i u objektima u
kojima se skladite zapaljivi
rastvarai dakle u objektima skladita rastvaraa i monomera,
podzemnom skladitu rastvaraa,
skladitima smola. Statiko naelektrisanje moe nastati kod procesa
istakanja rastvaraa, ak i kod
manipulacije sa rastvaraima u bavama, kod cevovodnog transporta
rastvaraa, kod rada sa
rastvaraima koji se meaju sa vrstim materijama, kao u Pognu
premaza, Pogonu sinteze, nitro
pogonu, itd.
Kod rada i manipulacije sa zapaljivim praina kao Pogonu premaza,
Pogonu lakova i rastvaraa, Pogonu sinteze i Pogonu gustih masa.
Kod rada sa vrstim visokootpornim materijalima. Opasnosti mogu
nastati od pranjenja statikog elektriciteta sa ljudi u svim
pogonima u kojima
egzistiraju eksplozivne smee. Do ovih pranjenja sa najveom
verovatnoom moe doi kod
eventualnog dodira naelektrisane osobe sa metalnim uzemljenim
masama. Stoga je potrebno
definisati prostore odnosno delove prostorija u kojima je
potrebno postaviti antistatike podove u
skladu sa mogunosu akumulacije statikog naelektrisanja i
njegovog pranjenja i sa opasnosu od
eksplozije definisanom u Elaboratu o zonama opasnosti.
Merenja otpora uzemljenja treba da se vre standardnim metodama
merenja i standardnim
instrumentima. Kako uzemljivai imaju ulogu i gromobranskih
instalacija, ova merenja imaju vanost i
kao kontrolna merenja gromobranskih uzemljivaa.
Merenja elektrostatikih polja izvode se meraima elektrinog polja
statometrima. Treba imati na
umu da je merenje elektrostatikih polja samo indikativno iz vie
razloga. Prvo ulaskom oveka i mernog
instrumenta u elektrostatiko polje dolazi do njegove deformacije
u odnosu na polje bez ovih uticaja. Sa
druge strane esto najsnanija polja nastaju unutar uzemljenih
metalnih zatvorenih tehnolokih sistema,
dakle na mestima do kojih je pristup nemogu ili veoma opasan.
Polje se esto ne prostire izvan sistema i
merenje iz vana ne daje rezultat. Osim toga polja koja treba
meriti su esto veoma nehomogena i nije
uvek lako predvideti mesta na kojima je polje najjae. Poznato je
da je, kod ravnih elektroda na
dovoljnom meusobnom rastojanju, probojna vrstoa suvog vazduha
oko 30kV/cm. Meutim iz razloga
koji su napred pomenuti ve i znatno nii izmereni nivoi polja
ukazuju na opasnost. Koje su granice
opasnih merenih polja nije utvreno tehnikom regulativom. Prema
nekim literaurnim izvorima, opasnost
postoji ako se izmeri polje intenziteta od samo 1kV/cm u
prostorima ugroenim zapaljivim parama ili
gasovima (zone 1, 2), odnosno 5kV/cm u prostorima ugroenim
zapaljivim prainama (zone 11 i 12).
-
Izrada: TAK Hazardous Areas, Beograd
Duga AD
Beograd Pravilnik o zatiti od
statikog naelektrisanja Str. 32 od 41
2.2 Zatita od statikog elektriciteta u IBL Duga Beograd
2.2.1 Mere zatite kod rada sa zapaljivim tenostima Kod rada sa
zapaljivim rastvaraima neophodno je da svi elementi opreme budu
metalni i da sve
metalne mase u sistemu budu meusobno povezane i uzemljene tako
da otpor prema zemlji ne premai
podatke date u tabeli 1.
Tabela 7: Karakteristike zapaljivih rastvaraa (grupa 5.1)
Zapaljiva tenost Tp
oC T sp oC DGE-GGE % GGE-
DGE)/100
r Tklj oC Temp.kl. eks.grupa
Ksilol 17,2-25 465-525 1,0-7,6 6,6% 3,66 139-144 T1 A Solvent
nafta 38-43 230-260 1,1-6,0 4,9 >2,5 165-180 T3 A Vajt pirit
30-32 - 0,8-6,0 5,2 >>1 T3 A Aceton
-
Izrada: TAK Hazardous Areas, Beograd
Duga AD
Beograd Pravilnik o zatiti od
statikog naelektrisanja Str. 33 od 41
Kod manipulacije sa rastvaraima neophodno je da se koriste samo
metalne posude, rezervoari,
kazani, kante sa metalnim rukama, kontejneri od metala. Upotrebu
ov