УСТРОЙСТВО СНЯТИЯ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ЗАРЯДА

Предлагаемая полезная модель относится к устройствам снятия электростатического заряда, т.е. для отвода и/или выравнивания потенциалов, образуемых зарядами статического электричества, между оборудованием и персоналом, обслуживающим оборудование.
В процессе производства, транспортировки, хранений оборудования, при движении и перемещении операторов, создающих трибоэлектрические заряды, при наличии потоков содержащих пылевые частицы, в том числе снег, при технологических операциях сепарирования (прокачки частиц), пулеверизации (выпрыскивания капелек жидкости), ускоренной прокачки жидких продуктов (прежде всего органического происхождения - бензина, керосина, нефти и т.п.) и парогазовых смесей, которые могут находиться как в жидкой, так и в газообразной фазе в технологическом процессе (диоксид углерода, пропан-бутановые смеси и т.п.), а также при наличии устойчивых электростатических полей, на оборудовании (прежде всего диэлектрических фрагментах, а также ином оборудовании, покрытом пылью), на операторе и на фрагментах рабочего помещения накапливаются электростатические заряды.
Приближение указанных источников электростатического заряда к проводящим первоначально незаряженным частям оборудования и помещения вызывают под действием носителей зарядов образование в последних наведенных зарядов противоположного знака соизмеримой величины.
Образующиеся разницы потенциалов при сближении объектов противоположно заряженных или заряженных объектов с заземленными
объектами приводят к разряду статического электричества, сопровождающегося искровым разрядом.
Это особенно опасно при проведении работ газопламенной обработки, в химико-технологическом производстве, при газо- и топливозаправке, где вероятность воспламенения и взрыва от искры наиболее высока.
Чаще всего разряд происходит как результат приближения персонала к оборудованию или манипуляций персонала около оборудования.
Поэтому необходимо портативное устройство для безискрового выравнивания потенциалов между оборудованием.
Известно устройство снятия электростатического заряда, включающее электроизолирующий корпус, закрепленный в нем первый контакт, принимающий потенциал руки, второй контакт, выполненный остроугольным, для контакта с заземленным объектом и размещенное между ними высокоомное сопротивление, предназначенное для разрешения передачи тока разряда. (Патент US №6459560, кл. H 05 F 3/02, 2002).
Известное устройство применяют для снятия электростатического заряда между человеком и заземленным объектом, т.к. при его использование разряд тока становится достаточно низким, в отличие от ударного тока, что предотвращает неприятный человеку электростатический удар
Данное устройство может быть реализовано в виде портативного элемента (типа ключевого брелка), где электрическую связь с человеком осуществляют через ключи и ключевое кольцо, фигурную скобку, ручку или подобный элемент, который имеет вспомогательную функцию такую, чтобы было удобно для носки человека.
Недостатки данного устройства являются:
- контакт устройства с заземленным объектом осуществляется вторым контактом, выполненный остроугольным, (в данном случае ключами), поэтому при приближении заостренной части и заряженной потенциалом человека второго контакта устройства приводит к искровому коронному разряду,
- устройство изначально заряжено потенциалом человека, так как электрическая цепь «первый контакт - ограничительное сопротивление -второй контакт» не разорвана, а разрыв цепи, где и будет искровой разряд, определяется зазором между острым ключом и заземлением.
Таким образом, устройство всегда будет осуществлять разряд статического электричества, сопровождающийся искрой (коронным разрядом).
Известно устройство снятия электростатического заряда, включающее состоящий из двух частей металлический корпус, размещенную в одной из частей диэлектрическую вставку, внутри которой установлена неоновая лампа, один конец которой электрически соединен с металлической частью корпуса, причем вторая часть корпуса меньшего диаметра вмонтирована в диэлектрическую часть и имеет электрический контакт со вторым концом неоновой лампы (Патент DE №19822409, по кл. H 05 F 3/02, 1998).
Известное устройство реализовано в виде ключа автомашины. Ключ имеет одну или более газоразрядных ламп, которые соединяют металлическую часть ручки-держателя с металлическим ключом. При открытии, например двери, разница потенциалов статического электричества между человеком и объектом (дверью) становится достаточной для газового разряда внутри лампы, что вызывает свечение последней.
Недостатками данного устройства являются:
- при разряде через неоновую лампу без ограничительного сопротивления ток при электростатическом разряде достаточен, чтобы вызвать неприятные ощущения у человека,
- контакт устройства с заземленным объектом осуществляется острым фрагментом устройства (бородка ключа), поэтому при приближении заостренной части устройства к объекту приводит к искровому коронному разряду при превышении потенциала зажигания неоновой лампы,
Таким образом, устройство всегда будет осуществлять разряд статического электричества, сопровождающийся искрой (коронным разрядом).
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является устройство устранения электростатического удара, включающее прозрачный непроводящий корпус, первый наконечник для контакта с объектом, ограничительное сопротивление, световой сигнальный элемент (неоновая лампа или другая индикаторная лампа для указания тока разряда), второй металлический наконечник для захвата рукой, причем внутри корпуса расположены ограничительное сопротивление и световой сигнальный элемент, а снаружи него установлены оба наконечника, причем первый наконечник для контакта с объектом, ограничительное сопротивление, световой сигнальный элемент соединены между собой электрически (см. патент СА №2087870, по кл. A 61 N 1/14, 1994)
В известном устройстве увеличена площади контакта руки с устройством.
Достоинствами известного устройства являются наличие: - ограничительного сопротивления, уменьшающего тока разряда,
- светового сигнального элемента в виде неоновой лампы, который кроме индикации разряда сам по себе является элементом, который не
позволяет до некоторой разности потенциалов (порогового напряжения разряда-зажигания) постоянно стекать заряду, особенно, учитывая заостренный металлический наконечник для контакта с незаряженным проводником.
Однако, известное устройство не позволяет исключить искровой (коронный) характер разряда статического электричества, так как имеет заостренный наконечник для контакта с объектом при замкнутой электрической цепи от рук человека через электрическую цепь устройства, заостренный контакт, воздушный зазор, объект, с потенциалом которого должен быть выровнен потенциал человека.
Задачей предлагаемой полезной модели является создание устройства снятия электростатического заряда, которое позволяет создавать безискровой разряд статического электричества и исключить возможность искрового (коронного) разряда.
Технический результат в предлагаемой полезной модели достигают созданием устройства снятия электростатического заряда, включающего, прозрачный диэлектрический корпус, в одном из концов которого установлен токосъемник, а в другом - металлический наконечник для захвата рукой, и установленные внутри корпуса ограничительное сопротивление, световой сигнальный элемент, причем токосъемник, ограничительное сопротивление и световой сигнальный элемент образуют электрическую цепь, которое, согласно полезной модели, снабжено замыкателем электрической цепи, размещенным между световым сигнальным элементом и вторым металлическим наконечником, при этом токосъемник выполнен в виде токопроводящей щетки.
Установка токосъемника в корпусе с возможностью возвратно поступательного перемещения позволяет предохранять его от деформации и загрязнения.
Полезная модель характеризуется также тем, что токопроводящая щетка выполнена в виде основания и закрепленных на нем проводников, которые могут быть выполнены или из тонких металлических стержней, или из углеродных нитей
Это позволяет создать условия для снятия заряда с объекта не виде «искрового», а в виде щеточного разряда малой концентрации тока.
Выполнение сигнального элемента в виде двух параллельно соединенных сигнальных цепочек, состоящих из диода и неоновой лампы, в которых диоды подключены встречно, позволяет точно определять направление разряда.
Снабжение токопроводящей щетки защитным, съемным кожухом, установленным на корпусе устройства позволяет предохранить щетку от деформации и загрязнения.
При проведении патентных исследований не обнаружены решения идентичные заявленному, а, следовательно, заявленная полезная модель соответствует критерию «новизна».
Считаем, что сведений, изложенных в материалах заявки, достаточно для практического осуществления полезной модели.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется нижеследующим описанием и чертежами, где
на фиг.1 представлена схема устройства снятия электростатического заряда
на фиг.2 электрическая схема предлагаемого устройства;
на фиг.3 представлена электрическая схема одной из реализации сигнального элемента;
на фиг.4 представлена схема устройства снятия электростатического заряда с защитным кожухом в виде колпачка;
на фиг.5 представлена схема предлагаемого устройства, в которой токосъемник установлен в корпусе с возможностью возвратно поступательного перемещения
Устройство снятия электростатического заряда состоит из, прозрачного диэлектрического корпуса 1, в одном из концов которого установлен токосъемник, выполненный в виде токопроводящей щетки 2, а в другом - металлический наконечник 3 для захвата рукой, и установленных внутри корпуса ограничительного сопротивления 4, светового сигнального элемента 5 и замыкателя 6 электрической цепи,
Токосъемник 2, ограничительное сопротивление 4 и световой сигнальный элемент 5 образуют электрическую цепь.
При этом замыкатель 6 электрической цепи размещен между световым сигнальным элементом 5 и вторым металлическим наконечником 3.
Замыкатель 6 электрической цепи может быть выполнен или в виде кнопки, или тумблера или иных переключателей.
Токосъемник может быть установлен в корпусе 1 с возможностью возвратно поступательного перемещения.
Перемещение токосъемника, т.е. токопроводящей щетки, может быть или с помощью линейного механизма перемещение, например, в корпусе выполнены пазы, а на токосъемнике ответные выступы (на чертеже не показано), или по винтовой линии.
Токопроводящая щетка 2 выполнена в виде основания 7 и закрепленных на нем проводников 8, которые могут быть выполнены или из тонких металлических стержней, или из углеродных нитей, в частности на основе нитей UVIS N22 100tex.
Количество проводников может быть любым и зависит от необходимых технологических условий.
Наиболее подходящим конструктивным решением является токопроводящая щетка с проводниками, которой чем тоньше проводники и чем их больше, тем лучше.
Тонкие проводники 8 не позволяют образовываться каналу достаточно широкому для образования канала мощной ионизации газа приводящей к искре, а образуется так называемый щеточный разряд при котором заряды переходят с одного объект на другой, но их прохождение не успевает создать условия для ударной ионизации газа -коронного разряда.
Для увеличения площади контакта проводников с поверхностью съема на концах проводников выполняют под угол срезы 9 (чем больше угол среза, тем больше площадь контакта)
Это позволяет снимать щеточный разряд малой концентрации тока.
Сигнальный элемент 5 может быть выполнен или выполнен в виде неоновой лампы 10 или в виде двух параллельно соединенных сигнальных цепочек, состоящих из встречно подключенных диодов 11 и неоновой лампы 10.
Выполнение сигнального элемента зависит от технологических условий и технических возможностей.
Токопроводящая щетка может быть снабжена защитным, съемным кожухом 11, установленным на корпусе 1 устройства.
Предлагаемая полезная модель работает следующим образом:
При подходе персонала, который чаще всего несет определенный заряд, накапливаемый в процессе деятельности на руках и на одежде, к оборудованию необходимо выровнять потенциалы человека и оборудования, но так, чтобы в процессе разряда статического электричества не произошло искрение (коронного разряда).
Кроме того, в процессе разряда необходимо:
1) уменьшить ток разряда до величины не вызывающей боль у человека (нижний порог чувствительности человека по постоянному току - 6 мА),
2) уменьшить плотность тока, чтобы исключить вероятность образования условий искрового разряда через воздушное пространство,
3) просигнализировать о свершении акта разряда.
В исходном состоянии электрическая цепь устройства с помощью замыкателя 6 электрической цепи разомкнута. Человек, держась за второй металлический наконечник 3, при этом, имея какой-то накопившийся электростатический заряд, автоматически этот заряд формирует на этом наконечнике 3.
При подносе устройства токопроводящей щетки 2 к поверхности объекта плоскостью среза 9 проводников 8, а не заостренной, за счет множественности и равнодоступности контактов передачи тока (проводники щетки) создают условия для перетекания заряда от объекта не виде «искрового», а в виде щеточного разряда малой концентрации тока.
В том случае, если на объекте находится какой-то начальный заряд статического электричества, то через токопроводящую щетку 2 произойдет безискровая передача заряда объекта на замыкатель 6.
При включение замыкателя 6 замыкают электрическую цепь между человеком и объектом.
При этом разница потенциалов статического электричества, оказавшаяся на контактах замыкателя 6 электрической цепи разряжается внутри, прозрачного диэлектрического корпуса 1.
Поэтому возможный искровой разряд будет происходить внутри корпуса устройства, что безопасно, а не снаружи, где появление искрового разряда опасно для технологии, помещений (особенно тех, где
есть пары взрывоопасных смесей), оборудования и, как следствие - для человека.
Наличие ограничительного сопротивления 4 в электрической цепи уменьшает плотность тока до величины, при которой прохождение тока от объекта до человека у человека не будет вызывать болевых ощущений.
Наличие светового сигнального элемента 5 в электрической цепи позволяет индицировать акт свершения разряда статического электричества, то есть выравнивания потенциалов между человеком и оборудованием. Так как, величина потенциала статического электричества может варьироваться от 1000 до 25000 В, то наиболее целесообразным является использование в световом сигнальном элементе разрядные неоновые лампы 10, для которых не требуется регулирование ограничительного сопротивления в зависимости от величины потенциала заряда статического электричества.
В зависимости от того, где находится положительный или отрицательный потенциал заряда статического электричества (на человеке или на оборудовании),при разряде ток будет пропускать соответствующий диод 9 в одной или другой цепи и, соответственно, при разряде будет гореть одна или другая неоновая лампа 10.
Предлагаемая полезная модель была реализована в опытном образце и проведены его испытания, которые показали, что:
1. удается избежать самопроизвольного молнеиносного нарастания тока и образования искры;
2 восприятие зарядов от несвязанных друг с другом проводников, воспринимающим - передающим совокупности зарядов, происходит на уровне элементарных зарядов.
1) происходит выравнивание потенциалов без искры в окружающем пространстве, т.к. разряд происходит внутри, прозрачного
диэлектрического корпуса! и осуществляют его по команде (а не при движении наконечника как у прототипа) замыкателем 6 электрической цепи путем ее замыкания