Ocena zagrożenia rażeniem elektrostatycznym

Zagrożenie rażeniem elektrostatycznym występuje w trzech przypadkach:

1. pracownik nadmiernie naelektryzowany na skutek kontaktu z syntetycznymi pokryciami siedzisk lub podłóg, dotyka obiektu przewodzącego


2. pracownik dotyka naelektryzowanych obiektów przewodzących lub dielektrycznych


3. pracownik odizolowany od podłoża, eksponowany na pole elektrostatyczne, dotyka obiektu przewodzącego.

We wszystkich przypadkach zagrożenie wystąpieniem odczuwalnego przez pracownika wyładowania, można ocenić dokonując pomiaru ładunku elektrycznego przepływającego między pracownikiem lub imitującym go modelem i dotykanym obiektem.
Ponieważ brak jest obecnie przepisów określających dopuszczalną wartość ładunku przenoszoną przy wyładowaniu z/do ciała człowieka, przyjęto poniżej autorskie kryteria. Z powodu dużych różnic osobniczych we wrażliwości na rażenie oraz trudnych do przewidzenia reakcji odruchowych osób rażonych, wskazane jest utrzymanie potencjalnych wyładowań na poziomie nieodczuwalnym, czyli poniżej 80 nC, natomiast przekroczenie progu bólu (500 nC) nie powinno być dopuszczalne.

Skutki rażenia	Minimalny ładunek powodujący wymieniony skutek, nC
Próg odczuwania	80
Próg uciążliwości	350
Próg bólu	500
Próg poważnego rażenia	800
Próg utraty przytomności	8 000

Pomiaru ładunku można dokonać dowolnym kulombomierzem, którego obwód wejściowy jest odporny na uszkodzenie przez wyładowanie elektrostatyczne, a zakres pomiarowy jest nie mniejszy niż 0 ± 1 000 nC, a w przypadku naelektryzowania dużych obiektów (kubatura mierzona w metrach sześciennych)
0 ± 10 000 nC.

Przed wykonaniem pomiaru jedno gniazdo wejściowe kulombomierza należy uziemić, a do drugiego dołączyć elektrodę metalową o średnicy krzywizny nie mniejszej od 10 mm (dla uniknięcia wyładowania ulotowego). Następnie należy obiekt naelektryzowany (także ciało człowieka) dotknąć tą elektrodą na chwilę i po odsunięciu elektrody możliwe szybko odczytać wskazanie przyrządu.

Pomiar wykonany w ten sposób będzie obarczony ujemnym błędem rzędu kilkunastu do kilkudziesięciu procent, z powodu indukowania w obwodzie miernika prądu przesunięcia.
Błędu tego można uniknąć stosując specjalistyczny miernik ładunku przenoszonego w trakcie wyładowań elektrostatycznych, którego elektroda pomiarowa jest ekranowana. Prototyp takiego miernika opracowano w CIOP-PIB w Laboratorium Elektryczności Statycznej. Rozpoczęcie jego produkcji jest planowane na rok 2013. Miernik pokazano na rysunku 1 i 2.


Rys.1. Prototypowy miernik ładunku elektrycznego przenoszonego w czasie wymuszonych wyładowań elektrostatycznych i kontaktowych,
opracowany w CIOP-PIB


Rys.2. Ekranowana elektroda do wymuszania wyładowania i zbierania ładunku przenoszonego przez wyładowanie elektrostatyczne lub kontaktowe
UWAGA !  Pomiaru ładunku opisaną metodą nie wolno wykonywać w obecności atmosfer wybuchowych oraz na obszarze wyznaczonych stref zagrożonych wybuchem atmosfer wybuchowych.


Ocena zagrożenia inicjacją zapłonu atmosfer wybuchowych przez wyładowania elektrostatyczne

Uwaga ogólna. Ocena zagrożenia zapłonem atmosfery wybuchowej lub materiału wybuchowego powinna być wykonywana przez ekspertów w dziedzinie ochrony antystatycznej. Odpowiednie kompetencje w tym zakresie posiadają następujące instytucje krajowe:

- Instytut Przemysłu Organicznego,
- Główny Instytut Górnictwa,
- Centralny Instytut Ochrony Pracy – Państwowy Instytut Badawczy,
- Politechnika Białostocka – Wydział Elektryczny.

Ocena zagrożenia inicjacją zapłonu atmosfer wybuchowych przez wyładowania elektrostatyczne polega na wyznaczeniu wartości wielkości kryterialnych w miejscu pracy i porównaniu ich z wartościami krytycznymi tych wielkości. Ponieważ pomiary wielkości związanych ze zjawiskami elektrostatycznymi, w warunkach zakładów pracy zazwyczaj obarczone są dużą niepewnością, przy ocenie zagrożenia stosuje się pewien margines błędu. Wg Polskich Normach jako wartość krytyczną parametru kryterialnego przyjmuje się zazwyczaj wartość 10-krotnie mniejszą od wartości teoretycznej.

Wartości wielkości kryterialnych wyznacza się na podstawie pomiarów wielkości fizycznych związanych z poziomem naelektryzowania obiektów oraz z własnościami środowiska i materiałów do rozpraszania ładunku elektrostatycznego i zapobiegania występowania istotnych różnic potencjałów między obiektami przewodzącymi.

Metoda oceny stopnia zagrożenia wg PN-E-05202:1992

Do oceny zagrożenia stosowany jest wskaźnik zagrożenia, α:


N_max - maksymalna wartość wielkości kryterialnej, zmierzona lub wyznaczona
          w danych warunkach
N_{k max} - wartość krytyczna wielkości kryterialnej, której przekroczenie jest
            warunkiem wystąpienia zagrożenia.
Zagrożenie zapłonem jest możliwe, jeśli wskaźnik  α przekracza wartość 1, a stan zagrożenia jest bardzo duży, jeśli wskaźnik przekracza wartość 10.

Wielkości kryterialne:

Wielkość kryterialna	Wartość krytyczna	Warunki
Czas relaksacji - τ	τk ≤ 1 ms	-
Ładunek przenoszony przez kanał plazmowy w czasie wyładowania -  Qd (wg PN-EN 60079-0, jednak metoda ta na skutek dużego błędu powodowanego przez ładunki indukowane w obwodzie sondy obarczona jest bardzo dużym błędem pomiaru, obecnie w CIOP-PIB opracowuje się miernik wykorzystujący tę metodę, wyposażony w odpowiednie ekranowanie zapobiegające tym błędom)	Qd k  ≤ 10-8 MEZ	W obecności mieszanin wybuchowych gazów albo par cieczy palnych z powietrzem
	Qi k  ≤ 10-9 MEZ	W obecności mieszanin wybuchowych pyłów z powietrzem
Energia wyładowania Ww (brak możliwości bezpośredniego pomiaru, można ją obliczyć dla obiektu przewodzącego, mierząc pojemność elektryczną obiektu i jego potencjał elektrostatyczny)	Ww < 0,1 MEZ	-
Gęstość ładunku elektrostatycznego zgromadzonego na płaskiej powierzchni materiału nieprzewodzącego (brak odpowiedniej normy, stosuje się metodę pośrednią, przez pomiar natężenia pola elektrostatycznego przy powierzchni naelektryzowanego materiału)	< 2,7 μC/m2	-
Wartość potencjału ładunku powierzchniowego zgromadzonego na płaskiej powierzchni (brak odpowiedniej normy, stosuje się młynkowy miernik potencjału ładunku powierzchniowego, umieszczany w określonej przez producenta odległości od materiału)	≤ 1 000 V	MEZ  ≤ 0,1 mJ
	≤ 3 000 V	0,1 mJ ≤ MEZ ≤ 0,5 J
	Bez ograniczeń	0,5 J < MEZ
Potencjał elektryczny odizolowanego obiektu przewodzącego o pojemności elektrycznej C względem ziemi (brak normy, należy zastosować bezkontaktowy (zazwyczaj młynkowy) miernik potencjału elektrostatycznego)		-
Względny stopień naelektryzowania materiału sypkiego qm = Q/m (pomiar wg PN-92/E-0523)	.	Poziom zagrożenia
	qm ≤  0,1 μC/kg	Mały
	0,1 μC/kg ≤  qm< 1,0 μC/kg	Średni
	1,0 μC/kg ≤  qm< 5,0 μC/kg	Duży
	5,0 μC/kg ≤ qm	Bardzo duży

Wartości krytyczne parametrów opisujących stopień naelektryzowania obiektów płaskich w obecności mediów palnych, wg PN-92-E-05201

Minimalna energia zapłonu, MEZ	Powierzchniowa gęstość ładunku σkr	Potencjał powierzchni naładowanej, Vp kr przy podanej MEZ	Wartość ładunku przemiesz-czanego w czasie wyładowania Qi kr, dla palnych mieszanin z powietrzem	Natężenie pola elektrycznego, Ekr przy podanej MEZ
MEZ  ≤ 0,1 mJ	≤ 2,7 μC/m2	≤ 1 000	-	≤ 100 000
0,1 mJ ≤ MEZ ≤ 0,5 J		≤ 3 000	-	≤ 150 000
0,5 J < MEZ	-	Bez ograniczeń	-	Bez ograniczeń