Elektrostatické nabíjení - Problémy a terminologie

DPS 5/2024 | Články
Autor: RNDr. Karel Jurák, Ph.D., Ing. Zuzana Nejezchlebová, CSc.

Článek je zaměřen na terminologii související s elektrostatickými jevy v prostředích běžně dostupných veřejnosti, např. v zařízeních zdravotní péče, zařízeních občanské vybavenosti (kavárny, letiště, nádraží, dětská hřiště atp.) a v prostředích „nedopatřením“ více nebezpečných z pohledu elektrostatických jevů.

Článek navazuje na předchozí terminologická témata: Ochrana elektroniky před elektrostatickými jevy, Aplikace a rizika elektrostatiky. Text vychází z dokumentů komisí IEC/TC 101, IEC/TC 31, Asociace EOS/ESD, právních dokumentů EU, webů českých škol a dále z článků české a anglické wikipedie.

Základní související termíny [61340-1 až 61340-6-2]

antistatický materiál (antistatic material);
disipativní materiál (dissipative material) dovoluje migraci náboje po povrchu a/nebo objemem;
elektrické přetížení (electrical overstress, EOS) – přiložené napětí, resp. protékající proud přesahuje příslušné hodnoty povolené pro součástku;
elektrostaticky vodivá obuv (electrostatic conductive footwear);
elektrostatický výboj (electrostatic discharge, ESD);
hořlavé látky (flammable substances) ve formě plynu, páry, kapaliny, pevné látky nebo jejich směsi;
hořlavý prach (combustible dust) – může pocházet z většiny organických, kompozitních nebo syntetických materiálů a kovů; při dosažení určité koncentrace představuje závažné riziko v řadě prostředí;
jiskra (spark) – výboj z elektricky izolovaného vodivého předmětu;
nebezpečný prostor (hazardous area) – může zde být přítomna hořlavá látka v takovém množství, že jsou nutná zvláštní opatření proti iniciaci;
neuzemněný vodivý předmět (isolated conductor) – patří sem i neuzemněný personál;
osobní ochranný prostředek (personal protective equipment);
potlačování elektrostatiky (electrostatic control);
tester/zkoušeč (checker);
triboelektrické nabíjení (triboelectric charging) – náboj je generován kontaktem a oddělením dvou povrchů;
uzemnitelný bod (groundable point);
zařízení zdravotní péče (healthcare facility);
zdravotnické/medicínské přístroje (medical devices/equipments).

Obr. 1 Vlasy osoby ovlivněné dotykem kovové koule elektrostatického generátoru resp. jízdou na klouzačce [WikiComm]

Narůstání elektrostatického náboje [WIKI] na „osobě/předmětu“ může být důsledkem:

kontaktu a tření (contact and rubbing), tzv. triboelektrické nabíjení;
přenosu náboje vedením (charge transfer);
přenosu náboje „sršením“ – vedením v plynech atp.;
indukce v elektrickém poli (induction in an electric field), nabitý předmět v blízkosti elektricky neutrálního vodivého předmětu;
fotoelektrického jevu (photoelectric effect);
pyroelektrického jevu (pyroelectric effect) – teplem vyvolané oddělení nábojů;
piezoelektrického jevu (piezoelectric effect) na piezokrystalech resp. piezokeramice;
ionizace a adsorpce iontů (ionization and ions adsorption);
elektrochemických procesů (electrochemical processes) – Voltův jev.

Příklady neúmyslného nabíjení [WIKI]:

chůze po plastové podlaze, „silonovém“ koberci atp.;
používání pohyblivých přepravních pásů;
nošení oděvů ze syntetických a směsových materiálů;
přenášení plastových boxů;
tření o syntetické povrchy, oděvy, dětské klouzačky atp.;
úprava lůžkovin nemocniční postele;
vzájemné tření prádla v rotující sušičce.

Příklady prevence nabíjení, resp. odvádění náboje [WIKI; Elektřina.cz]:

ionizace povrchu pomocí antistatických tyčí, ionizačních vzduchových ventilátorů (air ionizers) či ionizačních pistolí a trysek;
obuv s antistatickou úpravou (antistatic boots) – celokožená obuv (opak k izolujícím teniskám);
použití antistatických prostředků (antistatic agents) při praní;
uzemnění vodivého předmětu;
zvýšení vlhkosti vzduchu (humidifier), např. odpařováním vody;
zvýšení vodivosti povrchu izolantu, např. antistatickým chemickým povlakem a uzemněním.

Obr. 2 Elektroskop – odpuzování tenkých kovových plátků se stejným nábojem [WikiComm]

Prostředí v zařízeních zdravotní péče [61340-6-1]

Statická elektřina může být zdrojem řady nebezpečí pro pacienty, personál a přístroje v zařízeních zdravotní péče. Taková nebezpečí zahrnují:

selhání až poruchy medicínských přístrojů a zařízení pro zpracování dat vyvolané elektrostatickým výbojem (ESD) nebo následným elektromagnetickým rušením z výboje;
poruchy elektronických komponent a sestav citlivých na ESD v průběhu servisu a údržby;
kontaminace způsobené elektrostatickým přitahováním (electrostatic attraction) nebo odpuzováním (electrostatic repulsion) patogenů, které se vyskytují ve vzduchu;
nepříjemné pocity až elektrostatické šoky (electrostatic shocks) pro pacienty i pro personál;
vznícení hořlavých plynů, par, které mohou být přítomny v atmosféře.

Příklady medicínských přístrojů ohrožených elektrostatickými jevy:

kardiostimulátor (pacemaker) – implantovatelné bateriové zařízení zajišťující správný srdeční rytmus;
nitrožilní dávkovač léků (intravenous drip controller) usnadňující řízené dávkování léků.

Adekvátní potlačování elektrostatiky může tato nebezpečí eliminovat nebo alespoň snížit zbytkové riziko na přípustnou úroveň.

Obr. 3 Pacient na lůžku připojený na medicínské přístroje [WikiComm]

Prostředí v zařízeních občanské vybavenosti [61340-6-2]

Na veřejných místech (letiště, nádraží, kavárny, dětská hřiště atp.) včetně kancelářských prostorů je žádoucí péče o potlačování statické elektřiny. Statická elektřina může být zdrojem následujících rizik a nepříjemností:

elektrostatické šoky (electrostatic shocks) pro lidi;
narušení nebo poškození elektronických přístrojů, audiovizuálních sestav, počítačů a mobilních zařízení, jako jsou telefony, tablety, laptopy, vyvolané elektrostatickým výbojem (electrostatic discharge) nebo následným elektromagnetickým rušením (electromagnetic interference).

Prostředí „nedopatřením“ více nebezpečná, kde ke vzniku nebezpečí výbuchu dochází náhodným únikem hořlavých plynů, par, kapalin, aerosolů, vznětlivých (rozptýlených) prachů, např.:

blízká okolí čerpacích stanic pohonných hmot pro vozidla;
blízká okolí doplňování paliva do letadel atp.;
„téměř prázdné“ statické kontejnery pohonných hmot;
prostory pro nakládání/vykládání sypkých materiálů.

Další související termíny

EOS/ESD Association, Inc. – nezávislé obchodní a normalizační sdružení zaměřené na ochranu před elektrickým přetížením a před elektrostatickým výbojem. Sdružuje významné nadnárodní organizace. Velmi důležité aktivity Asociace EOS/ESD jsou pravidelná sympozia a rovněž sestavování a vydávání norem (ESD) z oblasti ochrany před EOS/ESD. Řada norem ESD se postupně, přes organizace ANSI, IEC a CENELEC, stává normami ČSN.

Elektrický šok (electric shock) – při kontaktu člověka se zdrojem elektřiny, který vyvolá dostatečně silný proud pronikající kůží, svaly či vlasy. Malý proud je téměř nepostřehnutelný, zatímco silnější způsobuje neschopnost postiženého upustit vodivý předmět a velmi silný proud působí závažná zranění.

Studium související problematiky

ČVUT v Praze, FEL, Elektrostatické odlučovače (electrostatic precipitators) jsou studovány např. v rámci předmětu Výkonová elektronika 2 (Power Electronics 2).
VUT v Brně, FEKT, bak. práce, 2020, l. Kratochvíl, Tkalcovský stav Dornier, 4.1.1 Odvádění elektrostatického náboje z osnovy stavu.
ZČU v Plzni, FEL, bak. práce, 2023, D. Krabec, Návrh a realizace experimentů pro výuku elektromagnetizmu, mj. popis a realizace pokusů z elektrostatiky.

Související směrnice EU

Směrnice 2014/34/EU o zařízeních a ochranných systémech určených k použití v prostředí s nebezpečím výbuchu (equipment and protective systems intended for use in potentially explosive atmospheres).

Tato směrnice se nevztahuje na prostředí, která se mohou stát výbušnými v důsledku nevhodných místních, resp. provozních podmínek.

Související technická komise IEC/TC 101 Elektrostatika (Electrostatics) zahrnuje aktuálně následující subkomise/týmy:

WG 5, Ochrana elektronických součástek proti statické elektřině (Protection of electronic devices against static electricity).
WG 16, Potlačování elektrostatiky v zařízeních zdravotní péče a v zařízeních občanské vybavenosti (Electrostatic control in healthcare, commercial and public facilities).
TC 31/JWG 29 Společná pracovní skupina s IEC/TC 101, Zařízení pro výbušná prostředí (Equipment for explosive atmospheres).

Související normy

ČSN EN IEC 61340-6-1, Elektrostatika – Část 6-1: Potlačování elektrostatiky ve zdravotní péči – Obecné požadavky pro zdravotnická zařízení (Electrostatics – Part 6-1: Electrostatic control for healthcare – General requirements for facilities).

IEC TS 61340-6-2: 2023 Electrostatics – Part 6-2: Electrostatic control in healthcare, commercial and public facilities – Public spaces and office areas (6-2: Potlačování elektrostatiky v zařízeních zdravotní péče, obchodních a v zařízeních občanské vybavenosti – Veřejné a kancelářské prostory).

Literatura:

61340-1,

csnonlinefirmy.agentura-cas.cz/html_nahledy/34/92521/92521_nahled.htm

61340-6-1,

https://csnonlinefirmy.agentura-cas.cz/html_nahledy/34/507740/507740_nahled.htm

61340-6-2,

https://cdn.standards.iteh.ai/samples/107873/1d73d02845bc442f982c3882575b086f/IEC-TS-61340-6-2-2023.pdf

Hořlavý prach, https://www.nederman.com/cs-cz/applications/combustible-dust

Statický náboj, Vznik a eliminace, Meech, https://www.limex-technik.cz

The effect of static charge generated on hospital bedding, Holdstock, P.

[csWiki] csWikipedia: