Wyładowania elektrostatyczne (ESD) w hali przemysłowej. Przyczyny występowania zagrożeń i sposoby ich zapobiegania
Na liście potencjalnych zagrożeń, jakie mogą wystąpić w hali przemysłowej, znajdziemy m.in. wyładowania elektrostatyczne (ElectroStatic Discharge – ESD). Wprawdzie szkody, jakie to zjawisko może spowodować, często nie są widoczne gołym okiem albo są odsunięte w czasie, ale mogą doprowadzić do poważnych strat związanych z uszkodzeniem różnych urządzeń elektronicznych. Dlatego tak ważne jest przestrzeganie odpowiednich procedur postępowania, stosowanie odpowiednich środków ochrony ESD, a nawet zorganizowanie specjalnych stref ochronnych.
Spis treści
- Na czym polega ESD?
- Jak chronić się przed ESD?
- Odzież antystatyczna
- Powłoki i farby ESD
- Strefa ochronna EPA
Na czym polega ESD?
Wielu z nas nie będzie w stanie dokładnie zdefiniować zjawiska wyładowania elektrostatycznego, ale zapewne większość miała z nim do czynienia. To lekkie porażenie prądem podczas np. dotykania metalowej klamki, wyjmowania ubrań z pralki, a nawet przy podawaniu sobie ręki.
Przyczyną zjawiska ESD jest niekontrolowany przepływ prądu między dwoma powierzchniami o różnym potencjalne elektrycznym (dochodzi wówczas do wyrównania poziomu ładunków elektrycznych). Najczęściej dzieje się to w wyniku pocierania, stykania czy rozłączania się dwóch powierzchni, choć nie zawsze jest konieczny bezpośredni kontakt między tymi powierzchniami. Wyładowanie elektrostatyczne może wystąpić nawet w wyniku chodzenia po dywanie czy ściągania lub zakładania ubrania.
Zjawisko ESD w kontakcie z człowiekiem nie stanowi większego zagrożenia, jednak urządzenia i podzespoły elektroniczne, poddane wyładowaniu elektrostatycznemu, mogą zostać całkowicie uszkodzone. Dlatego też we wszystkich zakładach przemysłowych, w których produkuje się elektronikę, ale również korzysta z urządzeń elektronicznych, odpowiednia ochrona przed wyładowaniami elektrostatycznymi jest koniecznością.
Jak chronić się przed ESD?
W praktyce stosuje się różne techniki ochrony przed wyładowaniami elektrostatycznymi. Konkretny dobór środków zależy od miejsca, gdzie takie wyładowania mogą się zdarzyć, znajdujących się tam urządzeń czy realizowanych czynności. Ważne też, żeby wdrożona w danym zakładzie produkcyjnym, ochrona była kompleksowa i spójna oraz aby wszyscy pracownicy znali jej założenia i się do nich stosowali. Istotne jest także, żeby ochrona przed ESD obejmowała wszystkie etapy związane z danym produktem, a więc od jego produkcji aż do przekazania odbiorcy.
Ogólne wymagania dotyczące ochrony przed ESD znajdują się w normie PN-EN 61340-5-1 „Ochrona przyrządów elektronicznych przed elektrycznością statyczną. Wymagania ogólne”. Ma ona zastosowanie do wielu czynności związanych z elektrycznymi lub elektronicznymi częściami, zespołami i wyposażeniem wrażliwym na uszkodzenia przez wyładowania elektrostatyczne.
Do podstawowych sposobów ochrony przed ESD zaliczamy:
- uziemianie przewodzących elementów,
- stosowanie ekranowania pól,
- stosowanie produktów antyelektrostatycznych,
- utrzymywanie odpowiedniej wilgotności powietrza,
- jonizowanie powietrza,
- stosowanie środków ochrony antyelektrostatycznej pracowników.
Kluczowe dla ochrony przed ESD są różnego rodzaju urządzenia i przedmioty antystatyczne stosowane w pomieszczeniach, w których istnieje ryzyko wystąpienia wyładowania elektrostatycznego. Ich wspólnym celem jest zapobieganie gromadzeniu się elektryczności statycznej lub jej rozpraszanie. W wielu sytuacjach wystarczającą ochronę ESD można osiągnąć poprzez uziemienie elektryczne.
Odzież antystatyczna
Ze względu na fakt iż bardzo często do wyładowań elektrostatycznych dochodzi w momencie, gdy to człowiek przeprowadza różne czynności z urządzeniami elektronicznymi, stosuje się specjalnie dostosowaną do takich sytuacji odzież roboczą. Odprowadza ona ładunki elektryczne, które gromadzą się na pracowniku, w bezpieczny sposób do ziemi. Odzież antystatyczna może być konieczna w różnych obszarach funkcjonowania przedsiębiorstwa: produkcji, pracach badawczo-testowych, serwisowaniu, a nawet przy czynnościach związanych z wysyłką produktu.
Odzież ochronna przed ESD ma wszyte nici przewodzące, które tworzą specyficzną klatkę Faradaya. Wykonana jest najczęściej z naturalnej bawełny lub sztucznych materiałów t.j. poliamid, wiskoza, modakryl czy aramid. Często dominujący materiał uzupełniany jest kilkuprocentowym dodatkiem włókna węglowego. W praktyce stosuje się różnego rodzaju bluzy lub kurtki, kombinezony, spodnie, rękawice i buty antystatyczne. Ważne, żeby pokrywały one całe ubranie pracownika, które może być w teorii przyczyną wyładowania elektrostatycznego.
Niezwykle ważnym elementem antystatycznej odzieży roboczej są szczególnie buty ochronne. Pracownik cały czas bowiem się przemieszcza, przy okazji pocierając spodem obuwia o podłoże. W sytuacji takiej dochodzi do powstawania napięcia, które może kumulować się na odzieży czy na ciele człowieka. Co istotne, nie chroni przed tym standardowe obuwie robocze, którego podeszwy zwykle są wykonane z gumy syntetycznej lub tworzywa sztucznego. Buty ESD często mają również dodatkową wkładkę antyprzebiciową wykonaną z różnych materiałów przewodzących.
Żeby jednak działanie odzieży antystatycznej było w pełni skuteczne, należy stosować dodatkowo opaskę antystatyczną, którą najczęściej nosi się na nadgarstku lub na nodze. Opaska jest elastyczną tkaniną z wplecionymi w nią drobnymi włóknami przewodzącymi (zazwyczaj z gumy lub włókna węglowego) i jest podłączona za pomocą kabla uziemiającego do listwy uziemiającej.
Powłoki i farby ESD
Wśród często spotykanych sposobów zapobiegania szkodliwemu gromadzeniu się ładunków elektrostatycznych znajdują się również farby w wersji ESD, które mają właściwości przewodzące i powinny mocno przylegać do malowanych powierzchni. Można je stosować na powierzchniach metalowych, z tworzyw sztucznych, ze szkła i z wielu innych materiałów. Otrzymana za pomocą takiej farby powłoka powinna być trwała i elastyczna, nie może się rozwarstwiać i odklejać. Każda tego typu wada może bowiem oznaczać, że powłoka traci swoje właściwości ochronne.
Farby ESD mogą być wykonane z różnych składników. Są to np. farby epoksydowe na bazie wody, farby poliuretanowe na bazie rozpuszczalnika, wyprodukowane na bazie żywic poliestrowych. Bardzo często podstawowy skład uzupełniany jest o różne specjalne dodatki, które nadają farbie dodatkowych właściwości. Pomalowana taką farbą powierzchnia może charakteryzować się np. lepszą odpornością na niekorzystne warunki atmosferyczne, a tym samym może być stosowana na zewnątrz obiektów.
Farbami antystatycznymi można malować różne powierzchnie. Bardzo często pokrywane są nimi powierzchnie stanowisk pracy, obudowy urządzeń elektronicznych, szaf czy serwerów, regały, wózki czy krzesła. Najczęściej stosuje się je na podłogach w zakładach wytwarzających urządzenia elektroniczne, serwerowniach, laboratoriach, salach komputerowych i operacyjnych, a także w hangarach lotniczych czy pomieszczeniach zagrożonych wybuchem.
Strefa ochronna EPA
W obiektach, w których występuje wiele urządzeń czułych na wyładowania elektrostatyczne i istnieje realne ryzyko wystąpienia zjawiska ESD, często tworzy się całe strefy ochronne EPA (ang. Electrostatic Protected Area). Charakteryzują się one kompleksową ochroną przed wyładowaniami elektrostatycznymi. Istotne, żeby wszystkie znajdujące się tam materiały odprowadzały ładunki elektrostatyczne i były uziemione takim samym potencjałem. Stosuje się w niej wiele różnych metod ochrony przed ESD. Pracownicy są np. zobowiązani do noszenia obuwia ESD, a często także specjalistycznej odzieży ochronnej.
Bardzo często w strefach EPA cała posadzka ma właściwości antystatyczne. Dzięki uziemieniu i w połączeniu z butami antystatycznymi zapewnia na bieżąco odprowadzanie w bezpieczny sposób ładunku elektrostatycznego. Podłogi ESD zazwyczaj mają postać specjalnej wykładziny albo płytek antystatycznych. Często też wykonane są z kilku warstw – przy czym warstwa zewnętrzna ma wówczas właściwości rozpraszające, a warstwa wewnętrzna – właściwości przewodzące.
Przeczytaj również:
- Oświetlenie awaryjne w halach przemysłowych i innych obiektach. Gdzie jest wymagane oświetlenie awaryjne?
- Jak obniżyć koszty utrzymania hali magazynowej?
- Jak inteligentne rozwiązania w branży przemysłowej mogą pomóc w zmniejszeniu zużycia energii?
W niektórych sytuacjach nie ma potrzeby (albo możliwości), żeby cała podłoga w pomieszczeniu była antystatyczna. Wówczas w konkretnych tylko miejscach roboczych stosuje się maty antystatyczne lub maty z uziemieniem.
Maty ESD można podzielić na dwie główne kategorie: maty podłogowe i maty stołowe. Te pierwsze mogą mieć zabezpieczenia antypoślizgowe, większą wytrzymałość na uszkodzenia czy dodatkową amortyzację, dzięki której dłuższa praca w pozycji stojącej jest mniej męcząca.
Maty stołowe ESD z reguły są cieńsze niż maty podłogowe. Stosuje się je głównie w tych miejscach roboczych, w których wykonuje się czynności związane z montażem elektroniki (np. maty do lutowania). Maty ESD najczęściej wykonane są z gumy lub winylu.
Olbrzymi wpływ na prawdopodobieństwo wystąpienia wyładowań ESD ma również wilgotność powietrza w danym pomieszczeniu. W przypadku niskiej wilgotności ryzyko to znacznie wzrasta. Gdy jest ona stosunkowo wysoka, przewodność powierzchni urządzeń, różnych materiałów i powietrza wzrasta, dzięki czemu ładunki elektryczne są sprawniej odprowadzane. Dlatego też w strefach EPA powinno się zapewnić wilgotność na poziomie minimum 30%, choć optymalny poziom to 40–50%. Naturalnie poziom tego współczynnika musi uwzględniać również inne czynniki (np. związane z wykonywanym w danym pomieszczeniu procesem) i nie wszędzie istnieje możliwość uzyskania takiej wilgotności.
Lista możliwych rozwiązań może być dużo dłuższa. W wersji ESD może być np. całe stanowisko robocze, w tym wszystkie krzesła, stoły, biurka, szafy i regały, jakie znajdują się w strefie EPA. Również używane przez pracowników w tych pomieszczeniach narzędzia powinny spełniać wymagania w zakresie ochrony ESD. Także wszystkie wózki transportowe, jakie poruszają się w strefie EPA, powinny mieć odpowiednie rozwiązania, które zapewnią skuteczne odprowadzanie ładunków elektrostatycznych.
Kluczowe dla właściwej ochrony urządzeń elektronicznych przed ESD są także różnego rodzaju standardy postępowań w konkretnych pomieszczeniach. Żeby jednak przyniosły one odpowiedni efekt, konieczne jest, aby stosowali się do nich wszyscy pracownicy. I to nie tylko związani bezpośrednio np. z produkcją elektroniki czy jej montażem, ale również odpowiedzialni za transport urządzeń elektronicznych, a nawet osoby sprzątające w strefie EPA.
