关于静电的知识

一、前言

虽然静电效应是电学中最早用实验证明出来的，但在现代工业制程中静电却还被视为"无名火"。一般业界对静电危害防制技术可谓相当陌生，常常发生许多误解或误用防制方法而不自知，以致未能防范静电危害事故的发生。 在大部份工业制程中都会产生静电荷的累积，轻则使人感到不舒适，重则对人体造成伤害，甚至在易燃性气体、液体和粉尘的装卸与输送过程中，产生火灾爆炸事故。尤其在某些具潜在静电危害的行业，如：化学、石油、涂料、塑料、制药、食品、印刷和电子等行业，容易有静电危害产生的问题。

二、静电危害的产生

在工作环境中，所有因静电引起的火灾爆炸事件都遵循着相同的程序，如下所述：首先发生电荷分离，然后电荷累积，若电荷无法散逸，则将发生静电放电，同时可能引燃周围易燃性物质，而发生火灾爆炸危害事件。 许多工业制程常使用导电性甚差的物质，并常有表面接触、分离和移动的操作，因而产生电荷分离的现象。例如：高电阻值液体的流动或过滤、粉体的研磨、混合或筛选过程、粉体的气动式传输、人员或车辆在绝缘地板上的移动、输送带或薄片状物质在滚轮上的移动等。在上述或类似的制程中都会发生静电的问题。 当电荷在物体上累积到使电场达空气的介电强度3MV/m时，就会产生放电现象，将其所储存的全部或部份能量释放出来，形成具有光与热的放电路径，并可能引燃易爆性物质。根据易燃性物质的最小引火能量 (Minimum Ignition Energy MIE) 数据，可推知静电放电的能量是否足以引燃该易燃性物质。

近来由于许多设备的零件都使用非导电性塑料，使得设备中某部份金属的组件、组件、管路、容器或结构形成电的绝缘体，致使电荷逐渐累积至危险程度。典型的例子包括：在塑料管路上安装金属漏斗、金属管路上因非导电性垫圈而使某段金属管路绝缘、人员因穿绝缘鞋或站在绝缘地板上而使人体被绝缘等。累积在绝缘导体上的电荷产生放电时，会将所有的能量在一次放电中释放，此类静电放电称为火花放电。一般而言，火花放电可引燃易燃性气体、蒸气和尘云。 电荷在绝缘物体表面的移动速率甚慢，然而静电放电的持续时间却极短，因此绝缘物体蓄积的电荷，不易于单次的静电放电中全部释放出来，而可能在绝缘物体表面之邻近区域发生多次静电放电。由于电荷和周围环境几何形状之不同，放电型式可分为：电晕放电、刷状放电，以及射状放电三种。一般而言，刷状放电之能量大于电晕放电。刷状放电能量足以引燃许多易燃性气体、溶剂蒸气及混合物等。在一非导电性薄膜的两面充满正、负极性电荷时将蓄积大量电荷，若发生射状放电其能量足以引燃大多数的可燃性气体和易燃性粉尘。 在一大筒仓或容器中充满高电荷粉粒产品的表面发生之辐射状方式放电，称为大量粉堆放电。若有易燃性气体或具有较低最小引火能量之尘云存在时，则有甚大的潜在危害，因此必须设法排除大量粉堆放电的产生。

三、静电危害防制方法

静电危害防制方法可分为接地、增加湿度、限制速度、抗静电材料、与静电消除器等五种。工业制造过程中，因作业环境、程序及材料的不同，所实施的静电危害防制方法亦会有所不同。选用时必须考量现场制程环境、条件与限制，甚至经费、管理系统与人力素质等因素。没有一种静电危害防制方法可以适用于所有的工业制程或情况，有时同时采用二种或二种以上的静电危害防制方法。

1 接地

静电危害防制方法中，接地是最有效且经济的方法。制程中因摩擦、感应或传导等方式产生静电，若电荷蓄积在对地绝缘的金属设备、导电性产品或人员身体上，则蓄积的电荷会在一次放电中将能量释放。此类静电放电为发生静电危害事故之主要原因。其防制方法就是将所有具导电性的对象实施接地，并保持低的接地电阻，将蓄积在金属设备、导电性产品或人员身体上的电荷迅速向大地散逸，以避免发生静电危害事故。 根据相关研究显示，存在易燃性蒸气的一般作业场所中，被绝缘的金属设备/组件、导电性产品或人员身体本身的电位需达100 V以上，方可能因放电而引燃周围的易燃性物质。因此在工厂中将被绝缘的金属设备/组件、导电性产品等实施接地，保持接地电阻小于106 Ω，就足以将蓄积的电荷迅速向大地散逸，而将本身的静电电位降至100 V以下，以避免发生静电危害事故。

2 增加湿度

增加作业环境中空气的相对湿度，在目前传统产业的制程中亦是常见的静电危害防制方法。在高湿度（R.H. > 65 ?）环境中，若物质表面具亲水性，则容易吸附空气中的水份，进而降低物质的表面电阻值，增加电荷散逸的速率，将电荷蓄积程度降至最低。这类物质包括棉、纸及醋酸纤维素等。工厂制程中通常会采用加湿器、地面洒水、或水蒸气喷出等方法，增加作业环境中空气的相对湿度。 若物质表面为非亲水性，则不易吸附空气中的水份，致无法降低物质的表面电阻值，因此不能增加电荷散逸的速率。这类物质包括部份人造聚合物如：ABS（Acrylonitrile – Butadiene - Styrene，丙烯月青- 丁二烯 – 苯乙烯）、Teflon（铁氟龙，氟碳聚合物）等。这类高斥水性物质需要相对湿度提高至80 ?，甚至90 ?以上，才能有效降低物质的表面电阻值，将电荷蓄积程度降至最低。

3 抗静电材料

制程中物质所蓄积的静电会经传导路径向大地散逸。若传导路径为绝缘性材料（导电性低）则静电散逸率低，若传导路径为导电性材料（导电性高）则静电散逸率高。物质的表面电阻系数小于1011 Ω/m2或体积电阻系数小于1010 Ωm，即可避免物质蓄积过量的静电。该类物质称为抗静电材料。但在含易燃性物质的作业场所中，则抗静电材料的表面电阻系数需小于108 Ω/m2或体积电阻系数需小于106 Ωm。 对于工业制程中使用的各种材料，可经由下列方法使之成为抗静电材料：物质本身具有抗静电能力（如：棉、木材、纸及土壤等）、在绝缘材料的表面涂布抗静电物质（如碳粉、抗静电剂等）、在绝缘材料制造过程中加入导电或抗静电物质（如碳粉、金属、抗静电剂、导电性纤维等）。

4 静电消除器

利用高压电在空气中产生带电离子。由于异性电荷会互相吸引而中和，离子可中和带静电物体的电荷，使其电荷蓄积程度降至最低，因此不会发生静电放电。静电消除器大致可分为被动式、主动式及辐射源式等三种。选择静电消除器时，必须考量作业环境因素才能发挥最大的静电消除效果。一般而言，静电消除器架设位置应接近带静电物体而远离接地金属对象，以发挥最大的静电消除效果。此外，需注意因电离所产生臭氧的工业卫生问题，以及高压电源与带电体产生短路及放电所引发的工业安全问题。

5 限制速度

工业制程中两种物体可能因摩擦而产生静电，并逐渐累积而发生静电危害事故，因此降低摩擦速度可减缓静电的产生，达成防制静电危害事故发生的目的。在工业制程中受限于物质特性与产量要求，限制速度的静电危害防制方法，通常多应用于易燃性液体的输送作业。 将液体原/物料输送至储槽或容器时，若是低导电系数（小于50 pS/m ）的易燃性液体且其中含有悬浮物、水等不兼容物，则在现场作业时应限制易燃性液体流速低于 1 m/s 。若易燃性液体中未含有不兼容物，则液体流速应限制低于 7 m/s。一般工业制程都能依据此原则进行制程设计与生产操作。低导电系数的易燃性液体入料作业时所造成的喷溅亦是制程中潜在静电危害来源之一。可将液体入料管线尽量接近储槽/容器底部，或由储槽/容器底部之入料管线进行液体原物料输送，或降低易燃性液体的流速，主要目的在于减少液体穿过液面时的摩擦以及引起液体的扰动，以避免因过多的摩擦产生大量的静电。