第七章静电与电磁辐射防护(张园园)

7 静电与电磁辐射防护 ................................................................................................................. 2

7.1 静电危害及防护 .............................................................................................................. 2

7.1.1静电及危害 .............................................................................................................. 2 7.1.2静电防护措施 .......................................................................................................... 6 7.2 电磁危害及防护 .............................................................................................................. 19

7.2.1 电磁辐射的产生 ................................................................................................... 19 7.2.2 电磁辐射危害 ....................................................................................................... 20 7.2.3 电磁辐射防护 ....................................................................................................... 24

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7 静电与电磁辐射防护

随着社会的不断发展与进步，工业、农业生产加工中静电技术的应用已日益广泛，电子电气设备的使用也已基本普及，但它们为人类生活和社会发展带来极大便利的同时也对人体健康和环境安全带来了一定的危害。例如：静电技术应用过程中可能发生的火灾、电击等静电事故，电子设备使用过程中也可能引起电子设备干扰、人体心律异常等电磁辐射危害。由于静电和电磁辐射都具有的其危害性，为确保人们的生活与环境安全，需要了解静电和电磁辐射的特点、危害机理等相关知识，并掌握相应的防护措施。

7.1 静电危害及防护

当静电电荷超过一定的限度，且在其客观环境适宜时，便会以其特有的不同模式对生产环境、产品和人身产生危害。静电的产生几乎是难以避免的，但可以通过各种行之有效的措施加以防护，以使其降低到可以接受的程度，并尽可能地减少危害。 7.1.1静电及危害 一、静电的产生及特点

⑴ 静电的产生

所谓静电，是在宏观范围内暂时失去平衡的相对静止的正电荷和负电荷。试验证明，只要两种物质紧密接触，再分离时，就可能产生静电，静电的产生是同接触的电位差和接触面上的双电层直接相关的。

① 接触—分离起电。

两种物质相接触，其间距离小于25×10-9cm时，由于不同原子得失电子能力不同，不同原子（包括原子团和分子）外层电子的能级不同，其间即发生电子的相对转移。因此，两种物质紧密接触，界面两侧会出现大小相等、极性相反的两层电荷。这两层电荷称为双电层，其间的电位差称为接触电位差。

根据双电层和接触电位差的理论，可以推知两种物质紧密接触，若再分离时，即可能产生静电。两种物质相互摩擦之后，之所以能产生静电，其中就包括通过摩擦实现较大面积的紧密接触，在接触面上产生双电层的过程。

导体与导体之间虽然也能产生双电层，但由于分离时所有互相接触的各点不可能同时分离，接触面两边的正负电荷将通过尚未脱离开的那些点迅速中和，致使两导体都不带电。

② 破断起电。

不论材料破断前其内电荷分布是否均匀，破断后均可能在宏观范围内导致正、负电荷的分离，即产生静电，这种起电称为破断起电。固体粉碎、液体分离的过程的起电属于破断起电。

③ 感应起电。

图7.1所示为一种典型的静电感应起电过程。当B导体与接地体C相连时，在带电体A的感应下，端部出现正电荷，但B导体对地电位仍然为零。当B导体离开接地体C时，虽然中间不放电，但B导体成为带电体。

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图7.1静电感应起电 （a）分离前 （b）分离后

④电荷迁移

当一个带电体与一个非带电体接触时，电荷将重新分配，即发生电荷迁移而使非带电体带电。当带电雾滴或粉尘撞击在导体上时，会产生有力的电荷迁移。

⑵ 静电的特点 ① 电量小，电压高 静电的电位一般较高，如人体在穿脱衣服的时候可以产生一万多伏的电压，但其总能量却很小，在生产和生活中的静电虽然可以使人受到电击，但是不会直接危害人的生命。

② 持续时间长

在绝缘体上静电泄漏很慢，这样就使带电体保留危险状态的时间比较长，危险程度相应增加。

③ 一次性放电

处于绝缘状态带有静电电荷的导体，遇上放电对象，其自由电荷将一次经放电点放掉，因此带有相同数量静电荷的导体要比非导体危险性大。

④ 远端放电

若某处产生了静电，其周围与地绝缘的金属导体就会在感应下将静电扩散到远处，并可能在预想不到的地方放电。

⑤ 静电屏蔽

静电场可以用导电的金属加以屏蔽，避免放电对外界产生危害。屏蔽在生产中被广泛应用。

二、静电的类型及危害

⑴ 静电的类型 静电可以按起电方式、带电体、电荷性质进行分类。

按照起电方式可以分为：接触摩擦分离起电，静电感应起电，电磁感应起电，射线电离空气起电，物质三态变化起电，分子分裂起电，极化起电，场致发射起电。

按带电体分类可以分为：固体带电，液体带电，气体带电，人体带电，生物带电。 按电荷性质分类可分为单极性电荷、双极性电荷。 ⑵ 静电的危害 构成静电危害的基本条件：

一是产生并积累足够的静电，形成了“危险静电源”，以至于局部电场强度达到或超过周围介质的击穿场强，发生静电放电；

二是危险静电源存在的场所有易燃易爆气体混合物并达到爆炸浓度极限，或有电火工品、炸药之类爆炸危险品，或有静电敏感器件及电子装置等静电易爆、易损物质；

三是危险静电源与静电易爆、易损物质之间能够形成能量耦合并且静电放电能量等于或大于前者最小点火能或静电敏感度。

形成静电危害的这三个条件是缺一不可的，只要控制其中一个条件不成立，就不会有静电危害发生。

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静电造成的危害通过多种模式表现出来。对于不同的对象，不同的环境，静电造成的危害也不同。

① 静电库伦力造成的危害 积聚于物体上的静电荷，将在其周围空间产生电场，其中的物体将会受到静电库仑力的作用。当置于电场中的物体是一个非带电体时，如果是导体，则将在其上产生静电感应；如果是绝缘体，则将在其上产生极化。无论何种情况，都会使物体受到力的作用，并在该力的作用下使物体转动。

例如，在纺织行业，化纤及含水分极少的棉纱，在梳棉、纺纱、整理和漂染等工艺过程中因摩擦产生静电，在静电库仑力的作用下，可造成根丝飘动、纱线松散等，影响生产的正常进行；在橡胶工业，合成橡胶从苯槽中出来时，静电电位可达250千伏，压延机压出的产品静电电位高达80千伏，胶机静电电位达30千伏，由于静电库仑力作用可造成吸污，使产品质量下降。

② 静电放电造成的危害

a． 静电放电热效应造成的危害。

一般说来，静电火花放电或刷形放电都是在微秒或纳秒量级完成的，是种绝热过程。放电瞬间回路通过数安培的大电流使空气电离、击穿、发光、发热，形成局部的高温热源。这种局部的热源可以引起易燃、易爆气体燃烧、爆炸；也可以使火炸药、电雷管等各种电发火装置意外发火，引起爆炸事故。

在石化工业中静电放电多次使汽油着火爆炸，如2010年1月7日17时30分，中国兰州石化罐区爆炸起火，6人遇难，1人重伤，5人轻伤。事故原因系罐体泄漏，致使现场可燃气体浓度达到爆炸极限，溢出可燃气体产生静电，引发着火爆炸酿成惨剧。

b． 静电放电的电磁效应造成的危害。 静电放电过程是电位、电流随机瞬时变化的电磁辐射过程，无论是放电能量较小的电晕放电，还是放电能量比较大的火花式放电，都可以产生电磁辐射。在航空、航海领域和各种现代化电子装备中，静电放电电磁辐射的危害是很普遍的。

静电放电电磁干扰属于宽带干扰，从低频到几个吉赫兹以上。其中，电晕放电是出现在飞机机翼、螺旋桨及天线和火箭、导弹表面等尖端或细线部位，产生电磁干扰，使飞机、火箭等空间飞行器与地面的无线通讯中断，导航系统不能正常工作，使卫星姿态失控，造成严重后果。另外，电晕放电产生的噪声，对某些家用电器和电信号检测工作也会产生电磁干扰。

传播型刷形放电和火花放电都是静电能量比较大的静电放电过程，其峰值电流可达几百安培，它可以形成电磁脉冲串，对微电子系统造成强电磁干扰及浪涌效应，引起电路错误翻转或致命失效。即使采取完善的屏蔽措施，当电路屏蔽盒上发生静电火花放电时静电放电的大电流脉冲仍会在仪器外壳产生大压降。这种瞬时的电压跳变，会使被屏蔽的内部电路出现感应电脉冲而引起电路故障。另外，日本人通过模拟实验已证实，静电放电产生的磁场也能够使控制设备发生误动作，影响设备的正常工作。

③ 静电感应放电引发的事故

人体和金属之类静电导体，在静电场中可以发生静电感应现象，造成意外的火花放电。 三、静电的影响因素

了解和掌握静电产生和积累的影响因素，对于控制静电的危害是十分必要的。其中静电的产生和积累与材质、工艺设备参数、环境条件等因素相关。

⑴ 材质和杂质的影响

对于固体材料，电阻率为1×l0Ω·m以下者，由于泄漏较强而不容易积累静电；电阻率为1×l0Ω·m以上者，容易积累静电，造成危害。对于液体，在一定范围内，静电随着电阻率的增加而增加，但超过某一范围以后，随着电阻率的增加，液体静电反而下降。实验证明，

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