Электростатические заряды возникают на поверхностях некоторых материалов, как жидких, так и твердых, в результате сложного процесса контактной электризации. Электризация возникает при трении двух диэлектрических или диэлектрического и проводящего материала, если последний изолирован. При разделении двух диэлектрических материалов происходит разделение электрических зарядов, причем материал, имеющий большую диэлектрическую проницаемость заряжается положительно, а меньшую — отрицательно.
Чем больше различаются диэлектрические свойства материалов, тем интенсивнее происходит разделение и накопление зарядов. На соприкасающихся материалах с одинаковыми диэлектрическими свойствами (диэлектрической проницаемостью) зарядов не образуется.
Интенсивность образования электрических зарядов определяется различием в электрических свойствах материалов, а также силой и скоростью трения. Чем больше сила и скорость трения и больше различие в электрических свойствах, тем интенсивнее происходит образование электрических зарядов.
Например, электростатические заряды образуются на кузове двигающегося в сухую погоду автомобиля, если резина колес обладает хорошими изолирующими свойствами. В результате между кузовом и землей возникает электрическое напряжение, которое может достигнуть 10 кВ (киловольт) и привести к возникновению искры при выходе человека из автомобиля — разряд через человека на землю.
На производстве в различных технологических процессах также образуются большие электрические заряды, потенциалы которых могут достигать десятков киловольт. Например:
- при измельчении, пересыпании и пневмотранспортировке твердых материалов,
- при переливании, перекачивании по трубопроводам,
- перевозке в цистернах диэлектрических жидкостей (бензина, керосина и др.),
- при обработке на токарных станках диэлектрических материалов (эбонита, оргстекла,т. д.),
- при сматывании тканей, бумаги, пленки (например, полиэтиленовой).
К примеру, при пробуксовывании резиновой ленты транспортера относительно роликов или ремня ременной передачи относительно шкива могут возникнуть электрические заряды с потенциалом до 45 кВ.
Кроме трения, причиной образования статических зарядов является электрическая индукция, в результате которой изолированные от земли тела во внешнем электрическом поле приобретают электрический заряд. На экранах мониторов и телевизоров положительные заряды накапливаются под действием электронного пучка, создаваемого электронно-лучевой трубкой.
Опасные и вредные факторы статического электричества. При прикосновении человека к предмету, несущему электрический заряд, происходит разряд последнего через тело человека. Величины возникающих при разрядке токов не велики, и они очень кратковременны. Поэтому электротравм не возникает. Однако, разряд, как правило, вызывает рефлекторное движение человека, что в ряде случаев может привести к резкому движению руки, падению человека с высоты или его попаданию в опасную производственную зону.
Кроме того при образовании заряда с большим электрическим потенциалом вокруг них создается электрическое поле повышенной напряженности. Установлено, что электрическое поле повышенной напряженности вредно для человека. При длительном пребывании человека в таком поле наблюдаются функциональные изменения в центральной нервной системе, сердечно-сосудистой и других системах. Для человека, находящегося в электростатическом поле, характерна повышенная утомляемость, сонливость, снижение внимания, скорости двигательных и зрительных реакций.
Наибольшая опасность электростатических зарядов - искровой разряд может обладать энергией, достаточной для воспламенения горючей или взрывоопасной смеси. Искра, возникающая при разрядке электростатических зарядов, является частой причиной пожаров и взрывов. При напряжении 3 кВ искровой разряд может вызвать воспламенение почти всех паро- и газовоздушных смесей; при 5 кВ — воспламенение большей части горючих пылей.
Так, удаление из рабочей зоны пыли из диэлектрического материала с помощью вытяжной вентиляции может привести к накоплению в газоходах электростатических зарядов и отложений пыли. Появление искрового разряда в этом случае может вызвать воспламенение или взрыв пыли. Известны случаи очень серьезных аварий на предприятиях в результате взрывов в системах вентиляции.
При перевозке легковоспламеняющихся жидкостей, при их перекачке по трубопроводам, сливе из цистерны или за счет плескания жидкости в ней накапливаются электростатические заряды, и может возникнуть искра, которая воспламенит пары жидкости.
Наибольшую опасность статическое электричество представляет на производстве и на транспорте, особенно при наличии пожаровзрывоопасных смесей, пыли и паров легковоспламеняющихся жидкостей.