电气安全技术第三章精选文档.ppt
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1、电气安全技术第三章课件本讲稿第一页,共四十二页v你知道吗,你身上和你周围就带有很高的静你知道吗,你身上和你周围就带有很高的静电电压,几百伏、几千伏甚至几万伏。特别电电压,几百伏、几千伏甚至几万伏。特别是在干燥的季节当你脱衣服或用手去触摸金是在干燥的季节当你脱衣服或用手去触摸金属体时会产生电击感,此时你带静电达几千属体时会产生电击感,此时你带静电达几千伏至几万伏以上。伏至几万伏以上。v静电学静电学是十八世纪以前以库仑定律为基础建是十八世纪以前以库仑定律为基础建立起的以研究静止电荷及场作用规律的学科,立起的以研究静止电荷及场作用规律的学科,是物理学中电磁学的一个重要组成部分。是物理学中电磁学的一个
2、重要组成部分。本讲稿第二页,共四十二页v第三章第三章 静电及其防护静电及其防护v第一节第一节 静电及危害静电及危害v第二节第二节 静电防范静电防范本讲稿第三页,共四十二页v大约在公元前大约在公元前600600年的时候,希腊哲学家泰利斯就曾经叙年的时候,希腊哲学家泰利斯就曾经叙述过用毛织物摩擦过的琥珀具有一种能吸引轻小物体的述过用毛织物摩擦过的琥珀具有一种能吸引轻小物体的能力,也就是我们现在常说的静电起电现象。能力,也就是我们现在常说的静电起电现象。v到了到了16001600年,一位名叫威廉年,一位名叫威廉.吉尔伯特的英国学者对上吉尔伯特的英国学者对上述现象在深入研究后指出,用丝绸摩擦玻璃或许多
3、其述现象在深入研究后指出,用丝绸摩擦玻璃或许多其它物质同样也会观察到类似现象。它物质同样也会观察到类似现象。v为了区别直流电、交流电,人们通常把相对于观察者宏为了区别直流电、交流电,人们通常把相对于观察者宏观上不发生定向流动的电荷称为观上不发生定向流动的电荷称为静电静电。本讲稿第四页,共四十二页第一节第一节 静电及危害静电及危害v一、静电及其特点一、静电及其特点v1 1、静电、静电v静电放电(静电放电(-Electro Static Discharge-Electro Static Discharge)问题是本世纪中)问题是本世纪中期以来形成的以研究静电的产生与衰减、静电放电效应和电磁效应等期
4、以来形成的以研究静电的产生与衰减、静电放电效应和电磁效应等的学科。的学科。v当两种不同性质的物体相互摩擦或紧密接触后迅速剥离时,由于它们对当两种不同性质的物体相互摩擦或紧密接触后迅速剥离时,由于它们对电子的吸引力大小各不相同,就会发生电子的吸引力大小各不相同,就会发生电子转移电子转移。一物失去部分电子。一物失去部分电子而带正电,另一物而带正电,另一物获得获得部分电子而带负电。如果该物体与大地绝缘,部分电子而带负电。如果该物体与大地绝缘,则电荷无法泄漏,停留在物体的内部或表面呈相对静止状态,这则电荷无法泄漏,停留在物体的内部或表面呈相对静止状态,这种种电荷电荷就称静电。就称静电。本讲稿第五页,共
5、四十二页一、静电及其特点一、静电及其特点v日常生活中日常生活中,特别是在冬天特别是在冬天,我们常常会碰到这种现象我们常常会碰到这种现象:晚上脱衣服睡觉时晚上脱衣服睡觉时,黑暗中常听到噼噼啪啪的声响黑暗中常听到噼噼啪啪的声响,而且伴有蓝光而且伴有蓝光;见面握手见面握手,手指刚一接触到手指刚一接触到对方的手对方的手,会突然感到指尖刺痛会突然感到指尖刺痛,令人大惊令人大惊;早上起来梳头时早上起来梳头时,头发会经常头发会经常“飘飘”起来起来,越理越乱越理越乱;拉门把手、开水龙头时都会拉门把手、开水龙头时都会“触电触电”,时常发出啪时常发出啪啪的声响啪的声响,这就是发生在人体的静电。这就是发生在人体的静
6、电。v人体静电的存在影响着我们的生活、生产、工作等方方面面人体静电的存在影响着我们的生活、生产、工作等方方面面,所以我们深所以我们深入探讨人体静电的知识入探讨人体静电的知识,以防止人体静电带来的损害以防止人体静电带来的损害,有着重要的现实意有着重要的现实意义。义。本讲稿第六页,共四十二页v因为大多数损害发生在人的感觉以下因为大多数损害发生在人的感觉以下,因为人体对静电放电因为人体对静电放电的感知电压约为的感知电压约为3 3,而许多电子元件在几百伏甚至几十伏时就,而许多电子元件在几百伏甚至几十伏时就会损坏,通常电子器件被损坏后没有明显的界限,把元件会损坏,通常电子器件被损坏后没有明显的界限,把元
7、件安装在安装在PCBPCB上以后再检测,结果出现很多问题,分析也相当困难。上以后再检测,结果出现很多问题,分析也相当困难。v特别是潜在损坏,即使用精密仪器也很难测量出其性能有明显的变化,特别是潜在损坏,即使用精密仪器也很难测量出其性能有明显的变化,所以很都电子工程师和设计人员都怀疑所以很都电子工程师和设计人员都怀疑ESDESD,近年但实验证实,这种潜,近年但实验证实,这种潜在损坏在一定时间以后,电子产品的可靠性明显下降。在损坏在一定时间以后,电子产品的可靠性明显下降。本讲稿第七页,共四十二页2、静电的特点、静电的特点v设备或人体上的静电最高可达数万伏为至数十万伏设备或人体上的静电最高可达数万伏
8、为至数十万伏,要正常要正常操作条件下也常达数百至数千伏操作条件下也常达数百至数千伏,人体由於自身的动作及与人体由於自身的动作及与其它物体的接触其它物体的接触分离、磨擦或感应等因素分离、磨擦或感应等因素,可以带上几千可以带上几千伏甚至上万伏的静电伏甚至上万伏的静电.静电是正、负电荷在局部范围内失去静电是正、负电荷在局部范围内失去平衡的结果平衡的结果.它是一种电能它是一种电能,留存在物体表现。留存在物体表现。v1.高电位:可达数万至数十万伏,操作时常达数百和数千伏高电位:可达数万至数十万伏,操作时常达数百和数千伏(人通常对(人通常对3.5KV以下静电不易感觉到)以下静电不易感觉到)v2.低电量:静
9、电流多为微安级(尖端放电例外)低电量:静电流多为微安级(尖端放电例外)v3.绝缘体上的静电消失很慢绝缘体上的静电消失很慢.4.作用时间短:微秒作用时间短:微秒v5.受环境影响大:特别是湿度,湿度上升则静电积累受环境影响大:特别是湿度,湿度上升则静电积累减少,静电压下降,如下表。减少,静电压下降,如下表。本讲稿第八页,共四十二页表一表一:人体运动产生的静电人体运动产生的静电v人体运动方式人体运动方式静电电压静电电压(V)v相对湿度相对湿度10%-20%相对湿度相对湿度65%-90%v在地毯上行走在地毯上行走35,0001,500v在乙烯地板上行走在乙烯地板上行走12,000250v在工作台上工作
10、在工作台上工作6,000100v乙烯基包装产品乙烯基包装产品7,000600v从工作台上检起聚乙烯从工作台上检起聚乙烯20,0001,200v坐在带有垫子的操作台上坐在带有垫子的操作台上18,0001,500v从上面的表格可以看出从上面的表格可以看出:在不同的相对湿度下在不同的相对湿度下,相同的运动方式产生的静电相同的运动方式产生的静电电压相差一个数量级电压相差一个数量级本讲稿第九页,共四十二页v随着微电子工业制造技术的飞速发展,集成电路的集随着微电子工业制造技术的飞速发展,集成电路的集成度不断提高,采用成度不断提高,采用 0.1 50.25mm 0.1 50.25mm制造工艺的制造工艺的CM
11、OSCMOS和和GaAsGaAs(砷化镓)器件被广泛使用,其耐击穿电压下限(砷化镓)器件被广泛使用,其耐击穿电压下限通常只有通常只有50V100V50V100V。v有着更高集成度的超高速、高频有着更高集成度的超高速、高频ICIC器件,采用了特殊的器件,采用了特殊的制造工艺,如薄膜技术、浅制造工艺,如薄膜技术、浅PNPN结、结、GaAsGaAs材料、微小封装材料、微小封装等,其对等,其对ESDESD、电浪涌、机械应力、热应力等更为敏感,、电浪涌、机械应力、热应力等更为敏感,有的有的VMOSVMOS器件耐压只有器件耐压只有30V30V。v这就给含有上述静电敏感器件产品的生产制造过程提出了这就给含有
12、上述静电敏感器件产品的生产制造过程提出了更严格的静电防护要求。更严格的静电防护要求。本讲稿第十页,共四十二页二、静电的产生二、静电的产生v静电的产生静电的产生物质都是由分子组成,分子是由原子组成,原子中有物质都是由分子组成,分子是由原子组成,原子中有带负电的电子和带正电荷的质子组成。带负电的电子和带正电荷的质子组成。v在正常状况下,一个原子的质子数与电子数量相同,在正常状况下,一个原子的质子数与电子数量相同,正负平衡,所以对外表现出不带电的现象。正负平衡,所以对外表现出不带电的现象。v但是电子环绕于原子核周围,一经外力即脱离轨道,离开但是电子环绕于原子核周围,一经外力即脱离轨道,离开原来的原子
13、核而侵入其他的原子原来的原子核而侵入其他的原子B,A原子因缺少电子数原子因缺少电子数而带有正电现象,称为阳离子、而带有正电现象,称为阳离子、B原子因增加电子数而呈原子因增加电子数而呈带负电现象,称为阴离子。带负电现象,称为阴离子。本讲稿第十一页,共四十二页v造成不平衡电子分布的原因即是电子受外力而脱离轨道,这个外力包造成不平衡电子分布的原因即是电子受外力而脱离轨道,这个外力包含各种能量含各种能量(如动能、位能、热能、化学能如动能、位能、热能、化学能等等)在日常生活中,任在日常生活中,任何两个不同材质的物体接触后再分离,即可产生静电。何两个不同材质的物体接触后再分离,即可产生静电。v当两个不同的
14、物体相互接触时就会使得一个物体失去一些电荷如电子转当两个不同的物体相互接触时就会使得一个物体失去一些电荷如电子转移到另一个物体使其带正电,而另一个体得到一些剩余电子的物体而带移到另一个物体使其带正电,而另一个体得到一些剩余电子的物体而带负电。若在分离的过程中电荷难以中和,电荷就会积累使物体带上静电。负电。若在分离的过程中电荷难以中和,电荷就会积累使物体带上静电。所以物体与其它物体接触后分离就会带上静电。所以物体与其它物体接触后分离就会带上静电。v通常在从一个物体上剥离一张塑料薄膜时就是一种典型的通常在从一个物体上剥离一张塑料薄膜时就是一种典型的“接触分接触分离离”起电,在日常生活中脱衣服产生的
15、静电也是起电,在日常生活中脱衣服产生的静电也是“接触分离接触分离”起电。起电。本讲稿第十二页,共四十二页v静电的产生方式静电的产生方式v摩擦、接触(传导)、分离、感应、冲流、辐射、压电、温差、摩擦、接触(传导)、分离、感应、冲流、辐射、压电、温差、电解等都可能产生静电电解等都可能产生静电v固体、液体、粉末流体都可能产生静电固体、液体、粉末流体都可能产生静电v因为气体也是由分子、原子组成,当空气流动时分子、因为气体也是由分子、原子组成,当空气流动时分子、原子也会发生原子也会发生“接触分离接触分离”而起电。所以在我们的周围而起电。所以在我们的周围环境甚至我们的身上都会带有不同程度的静电,当静电环境
16、甚至我们的身上都会带有不同程度的静电,当静电积累到一定程度时就会发生放电。积累到一定程度时就会发生放电。v静电产生的基本过程可归纳为:接触静电产生的基本过程可归纳为:接触电荷电荷转移转移偶电层形偶电层形成成电荷分离电荷分离本讲稿第十三页,共四十二页v摩擦静电序列摩擦静电序列v(正极)(正极):空气空气人手人手石棉石棉兔毛兔毛玻璃玻璃云母云母人发人发尼龙尼龙羊羊毛毛铅铅丝绸丝绸铝铝纸纸棉花棉花钢铁钢铁木木琥珀琥珀蜡蜡硬橡胶硬橡胶镍、铜镍、铜黄铜、银黄铜、银金、铂金、铂硫黄硫黄人造丝人造丝聚酯聚酯赛璐珞赛璐珞奥轮奥轮聚氨酯聚氨酯聚乙稀聚乙稀聚丙稀聚丙稀聚氯乙稀聚氯乙稀(PVC)二氧化硅二氧化硅聚四
17、氟乙稀聚四氟乙稀:(负极)(负极)v上述任意两种介质摩擦后前者带正电,后者带负电,且相距较远的上述任意两种介质摩擦后前者带正电,后者带负电,且相距较远的两种介质通常比相距较近的两种介质所产生的摩擦电量大。但也不是绝两种介质通常比相距较近的两种介质所产生的摩擦电量大。但也不是绝对的,与材料表面清洁程度、环境条件、接触压力、光洁程度、表面大对的,与材料表面清洁程度、环境条件、接触压力、光洁程度、表面大小、分离速度等有关。小、分离速度等有关。本讲稿第十四页,共四十二页v当液体流动时,流动层的带电粒子随液体流动形成流动当液体流动时,流动层的带电粒子随液体流动形成流动电流,异性带电粒子留在管道中,如管道
18、接地则流入大电流,异性带电粒子留在管道中,如管道接地则流入大地,流动的电荷形成电流。稳态时,带电粒子不断被流地,流动的电荷形成电流。稳态时,带电粒子不断被流动液体所带走,固定层电荷经接地管道而被中和,此现动液体所带走,固定层电荷经接地管道而被中和,此现象有点像电解。象有点像电解。v不同的亲和力,扩散与液体流动的综合作用取代了电解中的不同的亲和力,扩散与液体流动的综合作用取代了电解中的电场作用。电场作用。v影响电量大小与极性的因素有:影响电量大小与极性的因素有:1、液体种类及特性;、液体种类及特性;2、管、管道材料及表面光滑度;道材料及表面光滑度;3、流速、温度、含水量和空气、混、流速、温度、含
19、水量和空气、混合物及杂质微粒。合物及杂质微粒。本讲稿第十五页,共四十二页v静电产生的方式静电产生的方式v1.摩擦生电摩擦生电:v如阳离子失去电子而带负电如阳离子失去电子而带负电,阴离子获得电子而带正电阴离子获得电子而带正电.v2.剥离生电剥离生电:v剥离前电性呈阳性的物质剥离后带正电剥离前电性呈阳性的物质剥离后带正电,剥离前电性呈阴性的物质剥剥离前电性呈阴性的物质剥离后带负电离后带负电.v3.感应带电感应带电:v接近带电物体时接近带电物体时,接近正极带电的物体接近正极带电的物体,金属表面负极会被感应金属表面负极会被感应.也就容也就容易产生高电位参低电位接触放电的过程易产生高电位参低电位接触放电
20、的过程.v同时也告诉我们要消除这种现象的方法就是实现零电位差同时也告诉我们要消除这种现象的方法就是实现零电位差.本讲稿第十六页,共四十二页v人体是最主要的静电源之一人体是最主要的静电源之一v人体的活动使部分机械能转换为电能,每日耗热量:人体的活动使部分机械能转换为电能,每日耗热量:4.18107J10KWh,瞬间放电功率达,瞬间放电功率达90KW。v人体对地电阻主要由鞋、袜、地面决定人体对地电阻主要由鞋、袜、地面决定v人体等效电容:人体等效电容:100PF(电容有充放电效应)(电容有充放电效应)v人体等效电阻:人体等效电阻:1KW(1.5KW)v安全静电电压:安全静电电压:100V(国标(国标
21、SJ/T1063095)。)。本讲稿第十七页,共四十二页v静电的可利用之处:力学效应静电的可利用之处:力学效应 异性相吸,同性相异性相吸,同性相斥斥 v 静电吸附特性已被静电吸附特性已被 广泛用于静电成像、复印、广泛用于静电成像、复印、喷涂、植绒、除尘等实践中。喷涂、植绒、除尘等实践中。本讲稿第十八页,共四十二页本讲稿第十九页,共四十二页三、静电的危害三、静电的危害v1、静电火花引起燃烧爆炸、静电火花引起燃烧爆炸v如果在接地良好的导体上产生静电后,静电会很快如果在接地良好的导体上产生静电后,静电会很快泄漏到大地中,但如果是绝缘体上产生静电,则电荷会泄漏到大地中,但如果是绝缘体上产生静电,则电荷
22、会越聚越多,形成很高的电位。越聚越多,形成很高的电位。v当带电体与不带电体或静电电位很低的物体接近时,如电位当带电体与不带电体或静电电位很低的物体接近时,如电位差达到差达到300V以上,就会发生放电现象,并产生火花。以上,就会发生放电现象,并产生火花。v静电放电的火花能量达到或大于周围可燃物的最小点静电放电的火花能量达到或大于周围可燃物的最小点火能量,而且可燃物在空气中的浓度或含量也已在爆火能量,而且可燃物在空气中的浓度或含量也已在爆炸极限范围以内时,就能立即引起燃烧或爆炸。炸极限范围以内时,就能立即引起燃烧或爆炸。本讲稿第二十页,共四十二页v实践证明由橡胶带、皮革或合成材料制成的传动皮带与实
23、践证明由橡胶带、皮革或合成材料制成的传动皮带与皮带轮或导向轮间发生摩擦和接触分离时,不论皮带轮皮带轮或导向轮间发生摩擦和接触分离时,不论皮带轮或导向轮是用非金属材料制成的还是金属材料制成的,或导向轮是用非金属材料制成的还是金属材料制成的,都会在皮带和轮子上产生等量异号的静电电荷。都会在皮带和轮子上产生等量异号的静电电荷。v在橡胶、塑料、造纸、纤维等行业生产中的静电有时在橡胶、塑料、造纸、纤维等行业生产中的静电有时可高达几万伏甚至十几万伏,如不采取适当消除措施,可高达几万伏甚至十几万伏,如不采取适当消除措施,则很容易导致电击和火灾。则很容易导致电击和火灾。本讲稿第二十一页,共四十二页v2 2、电
24、击、电击v人在活动过程中,由于衣着等固体物质的接触和分离及人在活动过程中,由于衣着等固体物质的接触和分离及人体接近带电体产生静电感应,均可产生静电。人体接近带电体产生静电感应,均可产生静电。v当人体与其它物体之间发生放电时,人即遭到电击。因当人体与其它物体之间发生放电时,人即遭到电击。因为这种电击是通过放电造成的,所以电击时人的感觉与为这种电击是通过放电造成的,所以电击时人的感觉与放电能量有关,也就是说静电电击严重程度决定于人体放电能量有关,也就是说静电电击严重程度决定于人体电容的大小和人体电压的高低。电容的大小和人体电压的高低。v由于静电能量较小,所以生产过程中产生的静电所引起的由于静电能量
25、较小,所以生产过程中产生的静电所引起的电击不会对人体产生直接危害,但人体可能因电击坠落或电击不会对人体产生直接危害,但人体可能因电击坠落或摔倒而造成所谓的二次事故。电击还可能使工作人员精神摔倒而造成所谓的二次事故。电击还可能使工作人员精神紧张,妨碍工作。紧张,妨碍工作。本讲稿第二十二页,共四十二页v3 3、妨碍生产、妨碍生产v在某些生产过程中,如不消除静电,将会妨碍生产或降低产品在某些生产过程中,如不消除静电,将会妨碍生产或降低产品质量。质量。v随着涤纶、腈纶和锦纶等合成纤维的应用,静电问题变得十分随着涤纶、腈纶和锦纶等合成纤维的应用,静电问题变得十分突出。例如,在抽丝过程中,每根丝都要从直径
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