آن کاهشراهکارهای و تخلیه بار الکترواستاتیکارزیابی خطر 3، سید محمدجواد حسینی2، سید قربان حسینی*1منوچهر فتح اللهی

تهراندانشگاه صنعتی مالک اشتر، دانشجوی کارشناس ارشد -3دانشیار -2استادیار -1Email: fathollahimanoochehr@gmail.com

(23/2/26، تاریخ پذیرش: 22/8/26)تاریخ وصول:

مواد پرانرژی و سایر صنایع فرایندهای مرتبط باترین خطرات بالقوه در بررسی و شناسایی اصول و مبانی تخلیه بار الکترواستاتیک به عنوان یکی از مهم. در به منظور جلوگیری از بروز خطراتی مانند انفجار و همچنین برای در نظر گرفتن راهکارهای عملی کنترل و کاهش این خطرات بسیار ضروری است

استاتیک مورد مطالعه نرژی به تخلیه بار الکتروو میزان حساسی انواع مختلف مواد پرا ، انواع آناین مقاله ابتدا مبانی و مکانیزم تخلیه بار الکترواستاتیکروش ارزیابی پدیده تخلیه بار ساکن از تولید، جدایی و تجمع بارهای ساکن تا شرایط الزم برای بروز تخلیه بار الکترواستاتیک و سپساس . قرار گرفته

مبانی و اصول کنترل و کتاهش خطترات الکتریستته و در انتها نیز ارائه شده تخلیهپذیر موجود و نهایتا بروز یک انفجار بر اثر آغازگری ترکیبات اشتعال های کار با مواد پرانرژی بیان شده اس .محیط در ساکن به منظور افزایش ایمنی

.ارزیابی، تخلیه الکترواستاتیک ،ایمنی، آغازگری، انرژی بار ساکنکلیدی: الکتریسته ساکن، تخلیه هایواژه

Risk Assessment of Electrostatic Discharge and its Mitigations M. Fathollahi

*, S.GH. Hosseini, S.M.J. Hosseini

Maleke Ashtar University of Technology, Tehran, Iran. (Received: 11/19/2016, Accepted: 12 /13/2016)

Abstract

The investigation and identification of principles and basics for electrostatic discharge is one of the most important

possibly hazards in the field of high- energetic materials and other industries, in order to prevent the risk of explosions, as

well as to consider effective solutions to control and reduce these risks. In this paper, the principles and mechanisms of

electrostatic discharge, its types and the sensitivity of various types of high-energetic materials to electrostatic discharge

have been studied first. Then, the method of assessing the electrostatic discharge phenomenon from the production,

separation and accumulation of static charges to the requirements for occurrence of electrostatic discharge and the

initiation of the existing combustible compounds and, finally, the occurrence of an explosion by ESD, and at the end the

basics and principles of control and Reducing the dangers of static electricity to enhance safety in environments that work

with high energeticavi materials.

Keywords: Static Charge, Electrostatic Discharge, Ignition Energy, Safety, Electrostatic Discharge, Evaluation.

1991بهار و تابستان -29شماره پیاپی -1شماره -دهمسیزسال

چکیده

Dow

nloa

ded

from

isae

m.ir

at 2

3:43

+03

30 o

n S

atur

day

Dec

embe

r 5t

h 20

20

1991بهار و تابستان -29شماره پیاپی -1شماره -سیزدهمسال -تحقیق و توسعه مواد پرانرژي

4

قدمهم -1

های مختلف الکتریسته ساکن یک بار الکتریکی اس که در اثر مکانیزم

متالش در یتک متاده بوجتود آمتده و مانند تماس، القاء و اصطکاک یا

مسیری برای تخلیه و انتقال به زمین ندارد. تولید الکتریسته ساکن در

بندی، نگهداری مراحل مختلف کار با مواد پرانرژی از قبیل تولید، بسته

به همین دلیل آشنایی ناپذیر اس .ها یک امر اجتنابو حمل و نقل آن

تترین ساکن به عنوان یکتی از مهتم با اصول و مبانی تخلیه الکتریسته

خطراتی که ممکن اس در هنگتام کتار بتا متواد پرانترژی ر دهتد و

ناپذیر مالی و جانی فراوانی به بار آورد ضروری به نظتر خسارات جبران

1991در جهان در ستال ESD1 از یخسارات ناشبرای نمونه رسد.می

ر استاس یتک بت همچنتین .ده است رآورد شت دالر ب یلیونب 11حدود

یتک انفجتار در در حدود منتشر شده اس 1991تحقیق که در سال

آلمان ر داده که یتک دهتم از ایتن انفجارهتا کشور هر روزه در غبار

کته در دیگتر . در گزارشتی ی ساکن بتوده است مربوط به الکتریسیته

انجمن بهداش و ایمنی در محیط کار در آمریکا منتشر شده اس ، بتا

التی 1991های بررسی حوادث نظامی اتفاق افتاده در آمریکا بین سال

، انفجار ناشی از جرقه تخلیه الکتریسته ساکن به عنوان یکتی از 1991

.[1]علل اصلی وقوع حوادث مشخص گردید

از این رو در این مقالته مکتانیزم تخلیته بتار الکترواستتاتیک و انتواع

ه قترار گرفتته و ستپس حساستی انتوع مختلف تخلیه بار مورد مطالع

ارزیابی مختلف مواد پرانرژی در برابر تخلیه بار الکترواستاتیک و روش

بیان شده اس . بته منظتور جلتوگیری از بتروز حتوادث ESD خطرات

برای کنترل و کاهش حوادث ناشی از آن بایتد اقتدامات ESDناشی از

مواد پرانرژی لحاظ شوند. ایمنی و کنترلی در نظرگرفته و هنگام کار با

الکتریستته ستاکن های کنتترل ترین روشبه همین دلیل در انتها مهم

بیان شده اس .

با توجه به حساسی باالی مواد پرانرژی به تخلیه بار الکترواستاتیک و

ها، تحقیتق و بررستی لزوم در نظر گرفتن موارد ایمنی هنگام کار با آن

ها قبل آغاز گردیده اس . در از سالاین مواد ESDدر مورد حساسی

کارها و تحقیقات انجام گرفته در زمینه تجمع و تخلیه مروری بر ادامه

شده اس .بیان این مواد ESDبار الکترواستاتیک و حساسی

سابقه تحقیق خطرات الکترواستاتیک در مواد پرانرژی -2

حمل و نقتل ب مواد منفجره نارسانا هستند و در فرآیندهای تهیه واغل

کنند به آسانی بارهای ستاکن ها، زمانی که با سایر مواد تماس پیدا آن

ها تولید و تجمع پیدا خواهد کرد. از طرفی ایتن دستته از متواد در آن

بسیار نیز به تخلیه الکتریسته ساکن حساس هستند. به منظور کاهش

روی مواد منفجتره، مطالعتات ESDتعداد حوادث ناشی از آغازگری با

ها ضروری اس . به همین دلیتل بررستی و خطرات الکترواستاتیک آن

1- Electrostatic Discharge

هتا قبتل آغتاز گردیتده است . خطترات پژوهش در این زمینه از ستال

و قابلی بتاردار ESDالکترواستاتیک مواد منفجره به وسیله حساسی

ها مشخص شده اس که هر دو مقادیر نسبی تجربی هستتند شدن آن

اری از عوامتتل از جملتته روش و شتترایط و ممکتتن استت توستتط بستتی

آزمایش، شکل فیزیکی نمونه، دمای محیط و رطوب نسبی تح تأثیر

، فلیچتتر و بارتتتل تتتأثیرات بارهتتای 1999قتترار بگیرنتتد. در ستتال

الکترواستتتاتیکی بتتر روی انتتواع آزیتتد ستترب را بتتا استتتفاده از یتتک

هتتای هتتا ولتتتاژ ناشتتی از تجمتتع بارالکتروستتکوت تعیتتین کردنتتد. آن

های مختلف آزید سرب را قبل و بالفاصله الکترواستاتیک بر روی نمونه

گیتری هتا انتدازه ها و تجمع بارهای ساکن در آنبعد از بهم زدن نمونه

گیتری شتده افتزایش یافتته کردند. در تمامی موارد مقدار ولتاژ انتدازه

.[1]بود

حساستتی الکترواستتتاتیکی و ، راتبتتورو و اشتتمیتز 1999در ستتال

کردنتد و دریافتنتد گیری را اندازه و آغازگراحتراقی مواد منفجره اولیه

این مواد حساسی بسیار زیادی نسب به تخلیه بار ستاکن دارنتد. در

، پیس به تولید بارهای الکترواستاتیک در حین الک کردن 1911سال

داد در و نشتان متی هتای ا پودرهای انفجاری اشاره کرد. نتتای بررستی

حین الک کردن متواد پتودری انفجتاری مقتداری بتار ستاکن بتر اثتر

باردارشدن تریبوالکتریک مواد پودری تجمتع خواهتد یافت . در ستال

دامتتون و وانتتدوال حساستتی الکترواستتتاتیک برختتی از متتواد ، 1919

منفجره را مورد آزمایش قرار دادند و نتای تس حساسی تخلیه بتار

.[1]های انفجاری گزارش کردندتاتیک را برای این نمونهالکترواس

را برای کی واستاتیالکتر نتای تس حساسی 1991جکسون در سال

نمونه از ترکیبات انفجتاری گتزارش کترد و نتتای حاصتل از ایتن 19

متواد نمونته از 9هتا بترای با نتای حاصل از ستایر بررستی آزمایش را

داد مقتدار حساستی مقایسته کترد. نتتای نشتان متی منفجره ثانویه

ها با توجه به متفاوت بودن شترایط محیطتی الکترواستاتیک این نمونه

.[9]در هر آزمایشگاه تا حدودی با یکدیگر اختالف دارند

هتتتای استتتتاندارد تعیتتتین حساستتتی کلیتتتر روش 1991در ستتتال

الکترواستتتاتیک و نیتتز پایتتداری متتواد منفجتتره، آغازگرهتتا، ترکیبتتات

ها، سعی ها را بررسی کرد و با تجدید نظر در آنپیروتکنیکی و پیشرانه

ها بر این اساس وی دستورالعمل ها را بروز رسانی نماید.نمود این روش

.[1]ها را اصالح کردو جزئیات برخی از این روش

هنگام الکترواستاتیک را در هایتجمع بار هانا و پالسون 1999در سال

نتد و مورد مطالعه قترار داد با انجام آزمایشاتی حمل و نقل آزید سرب

متوجه شدند در هنگام حمل و نقل این مواد بارهای الکترواستاتیک در

مونتسی دستگاه تس حساستی 1999یابد. در سال ها تجمع میآن

ESD مواد منفجره با روش فاصله ثاب ارائه نمود. در این روش الکترود

یک فاصتله ثابت از شود در باالیی که تخلیه بار از طریق آن انجام می

. پتس از تنظتیم شتده است نمونه که در محفظه نگهدارنده قرار دارد

شارژ خازن در ولتاژ مورد نظر برای اعمال جرقه با سطح انترژی متورد

Dow

nloa

ded

from

isae

m.ir

at 2

3:43

+03

30 o

n S

atur

day

Dec

embe

r 5t

h 20

20

کاهش آن يو راهکارها یکبار الکترواستات یهخطر تخل یابیارز

5

گیرد و نتای حاصل از آن مورد بررسی قرار خواهد انجام مینظر، تس

گرف .

گونه که از نتای رخدادهای بزرو ناشی از تخلیه الکترواستاتیک همان

هایی جه تس حساسی متواد پرانترژی بته روش باید مشخص بود،

. به همین منظور چند ستازمان دشمیتخلیه الکتریسیته ساکن تعیین

داره معتادن ایتاالت متحتده، آزمایشتگاه ملتی لتوس دولتی از جمله: ا

آالموس، مرکز سالح و ایستگاه مهمات نیرویی دریایی آمریکتا و چنتد

ای به منظور تست حساستی های گستردهسازمان دولتی دیگر تالش

وستگت و 1991الکترواستاتیک مواد منفجتره انجتام دادنتد. در ستال

متواد ESD حساستی تست هتای جتاری شیوههمکارانش مروری بر

. روش تستت نتتدنمود را ارائتته هتتاستتازمانایتتن منفجتتره در برختتی از

ها با توجه به دستگاه تست در هر یک از این سازمان ESDحساسی

مورد استفاده و شرایط محیطی آزمایشگاه ممکن بود با یکدیگر تفاوت

رود داشته باشد. مثال مقدار نمونه مورد استفاده برای تس یا نوع الکتت

ها و ولتاژ اعمال شده در مورد استفاده و همچنین مقدار ظرفی خازن

توانس با یکدیگر متفتاوت های بکار برده شده در هر سازمان میروش

.[1]باشد

استتیفنات ESDساستی لی و وانگ به طور جامعی ح 1991در سال

سرب و باروت سیاه را مطالعه کردند و اثرات شرایط محیطتی از قبیتل

هتا را متورد بررستی دما و رطوب نسبی بر حداقل انترژی اشتتعال آن

هتا و متفتاوتی بتا دستتگاه MIE1قراردادند. در طی این بررسی مقادیر

های مختلف و تح شرایط محیطتی گونتاگون بدست آمتد. بتر روش

کته توستط یتک MIEاس این نتای ، مشتخص شتد فقتط مقتادیر اس

دستگاه و با همان روش مشابه و تح شرایط بهینته احتتراق یکستان

تواند جهت برای هر ماده اشتعال پذیر یا ماده منفجره بدس آید، می

این مواد استفاده شود. همچنین تاثیر شترایط ESDمقایسه حساسی

اقل انترژی اشتتعال بتاروت ستیاه محیطی دما و رطوب نسبی بر حتد

بررسی و مشخص شد یک رابطه خطی بین حداقل انرژی اشتعال ایتن

ماده و دمای محیط و رطوب نسبی برقرار اس . طبتق ایتن رابطته بتا

این متاده ESDافزایش رطوب نسبی و دمای محیط مقدار حساسی

. ایتتن رابطتته خطتتی در تحقیقتتات ستتامنر و [9]کتتاهش خواهتتد یافتت

همکارانش در مطالعه تاثیر دما و رطوب نسبی محیط بر تجمع بارهای

هتا تحقیقتات الکترواستاتیک مواد منفجره اولیه نیتز بدست آمتد. آن

لیه از قبیل آزید سترب و استتفنات زیادی روی اشتعال مواد منفجره او

انجام دادند و تأثیرات دما و رطوب نستبی را بتر تجمتع ESDسرب با

هتا بارهای الکترواستاتیک روی مواد منفجره اولیه بررسی کردنتد و آن

نیز دریافتند که این رابطه خطی بین دما و رطوبت نستبی بتا تجمتع

.[11-9]اس بارهای الکترواستاتیک در مواد منفجره برقرار

راهتا و همکتارانش نحتوه توستعه بارهتای 1991و 1991های در سال

هتا ساختار کریستالی و تقارن آناستاتیک در مواد منفجره را بر اساس

1- Minimum Ignition Energy

هتتا دو مکتتانیزم فیزوالکتریتتک و متتورد مطالعتته قتترار دادنتتد. آن

پیروالکتریسیته را برای بارهای استاتیک در برخی از متواد منفجتره در

هتا در ها را بر اساس ستاختار کریستتالی و تقتارن آن نظر گرفتند و آن

ای الکتریستیته پدیتده پیروبندی کردنتد. یکی از این دو مکانیزم طبقه

به یک ماده، آن ماده الکتریسیته اثر آن هنگام دادن گرماکه در اس

هاست کته فیزوالکتریک نیتز ویژگتی برختی کریستتال .کند تولید می

کننتد هنگام قرار گرفتن در معرض فشار مکانیکی یک ولتاژ تولید متی

ای در نظتر زیرا اطالع از نحوه توسعه بارهای ساکن در مواد منفجره بر

هتا گرفتن اقدامات ایمنی هنگام تولیتد، نگهتداری و حمتل و نقتل آن

.[11 و11]بسیار مهم اس

، راکس و همکارانش با انجام آزمایشتاتی 1991و 1991های بین سال

ختالص و HMXگزارش دادند که مکانیزم انتقال انترژی جرقته بترای

HMX گرافی متفاوت اس و میزان انرژی اشتتعال 1شامل %HMX

-برابر کاهش می 11خالص تقریبا HMX% گرافی نسب به 1شامل

یابد که به دلیل تغییر مکانیزم انتقال انرژی جرقه به درون نمونه اس .

در این تحقیق برخی پارامترهای دیگر مانند تأثیر شکل الکترود، اندازه

ESDه و همچنین شرایط محیطی روی حساستی و شکل ذرات نمون

.[19 و11]نیز بررسی شد

برختی از متواد ESDالوار و همکتارانش حساستی تتا 1119در سال

منفجره اولیه و همچنین رابطه بتین حترارت و انترژی جرقته و رابطته

ها این مواد منفجره را بر انفجار و خواص مکانیکی را بررسی کردند. آن

ها مرتب کردند و همچنین حساسی آن ESDحسب میزان حساسی

ESD برای این مواد منفجره را با افزودن مقداری پلی وینیل پیرولیدون

هتا متورد مطالعته قترار آن ESDبررسی تاثیر این ماده بتر حساستی

.[11]دادند

تجمتع بارهتای ، لو مینگ و همکارانش، میزان تولیتد و 1119در سال

ترکیتب نیتز و RDXالکترواستاتیک ناشی از اصطکاک متاده منفجتره

هتا بته کردنتد. آن ناودان تس یک با استفاده از را RDX/Al انفجاری

این نتیجه رسیدند که با افزایش میزان جرم نمونه مورد تست میتزان

تجمع بارهای الکترواستاتیک نیتز افتزایش خواهتد یافت . بتا افتزودن

کتاهش یافت . میتزان تجمتع بارهتا RDXمقداری پودر الومینیوم به

حالل های آلی از قبیتل اتتر نفت و اتیتل % 9تا 1همچنین با افزودن

هتا میتزان تجمتع بارهتای الکترواستتاتیک افتزایش یافت . آن استتات

RDXهمچنین تاثیر اندازه ذرات را بر میزان تجمع بارهای ستاکن در

بررسی و مشخص کردند با کاهش اندازه ذرات میتزان تجمتع بارهتای

.[19]یابداتیک افزایش میالکترواست

آزمتتایش تجمتتع 1111در ستتال [19]ژانتتگ تتتانگولی و همکتتارانش

استیفنات سرب، آزید از قبیل الکتریسته ساکن مواد منفجره آغازگر رای

را بتا استتفاده از روش ستطح سرب و پرکلریک استید کتربن هیدرازیتد

، نستبی رطوب تأثیرات عوامل مختلف شامل دما، م دادند وانجادار شیب

باردار ذرات را بر میزانو اندازه م نمونه شیب ناودان، جر و طول ،جنس

Dow

nloa

ded

from

isae

m.ir

at 2

3:43

+03

30 o

n S

atur

day

Dec

embe

r 5t

h 20

20

1991بهار و تابستان -29شماره پیاپی -1شماره -سیزدهمسال -تحقیق و توسعه مواد پرانرژي

1

ها همچنین در سال کردند. آن بررسی هاشدن الکترواستاتیک این نمونه

و قابلی باردار شتدن ترکیتب پرانترژی تتریس ESD، حساسی 1119

دار آزمایش و )کربوهیدرازید( روی پرکلرات را با همان روش سطح شیب

تاثیرات عوامل مختلف از قیبل دما و رطوب نسبی را بتر میتزان تجمتع

.[19]بارهای الکترواستاتیک در این مواد مورد آزمایش قرار دادند

ESDبررسی مکانیزم آغازگری با -3

های آغازگری به وسیله تخلیه الکتریستیته برای بحث در مورد مکانیزم

های انتقال بار و انرژی را میان دو ماده و یا دو ساکن، ابتدا باید مکانیزم

متورد مکتانیزم رستیدن انترژی سطح بررسی کرد. پس از مطالعته در

توسط انتقال بار، باید نحوه و مکانیزم جاری شدن این انرژی در سطح

ماده را بررسی کرد.

یونیزاسیون -1-3

شوند، کنند و سپس از هم جدا میزمانی که دو ماده با هم برخورد می

شتوند. بتار هر دو جسم دارای بار الکتریکی از نتوع تریبوالکتریتک متی

ی ایجاد شده در میان سطوح به صورت ناهمنام اس . با نگاهی الکتریک

کلی به اجزای موجود، دو سطح رسانا با بارهای مخالف و یتک فاتای

تتوان مجموعته نارسانا )هوا( میان این دو سطح رسانا وجتود دارد. متی

فوق را به صورت یک خازن بتا ظرفیت مشتخص در نظتر گرفت کته

یکی را داراس . تجمع بارهای ناهمنام در توانایی ذخیره کردن بار الکتر

شود. زمانی کته اختتالف خازن فوق موجب ایجاد اختالف پتانسیل می

پتانسیل ایجاد شده به حدی برسد که قدرت میدان ایجاد شده ناشتی

برستتد، تخلیتته MV/m 1از آن بتته مقتتدار شکستت هتتوا در حتتدود

افتد.الکتریسیته ساکن اتفاق می

سانا( میان دو سطح رسانا موجتب ایجتاد دو ستطح وجود هوا )ماده نار

دهند. شود. به عبارتی دو سطح با یکدیگر انتقال بار انجام نمیعایق می

کنتد، بتدون وجتود هتوا هوا نقش اساسی را در این مجموعه ایفتا متی

ممکن اس بار الکتریکی ایجاد شده میتان دو ستطح از همتان زمتان

نتقتال یابتد. بته ایتن ترتیتب بتار ایجاد شدن بالفاصله میان دو سطح ا

الکتریکی در همان ابتدا میان دو سطح برابر شده و در نتیجه اختتالف

تواند باعث تخلیته الکتریستیته شود که نمیپتانسیل ناچیزی ایجاد می

(1) ساکن شود. بار الکتریکی ایجتاد شتده میتان دو ستطح از رابطته

شود.محاسبه می

(1)

بار الکتریکی ایجاد شده در مجموعه )بر حسب کولن(، Qدر این رابطه

C الکتریکی مجموعه )بر حسب فاراد( که به صتورت ظرفی خازنی یا

اختالف پتانسیل ایجاد شتده در مجموعته Vخازن فرض شده اس و

، زمانی که تجمع بار بر روی دو (1) )بر حسب ول ( اس . طبق رابطه

آن نیتز اختالف پتانسیل بوجتود آمتده ناشتی از یابد سطح افزایش می

رستد و تخلیته تا به ولتاژ شکست مجموعته متی افزایش خواهد یاف

یتون در هتر 11-11111هوا در حال عتادی دارای گیرد.صورت می

متر مکعب اس با شروع باردار شدن سطوح و افزایش تجمع بار، سانتی

شود. زمانی که قتدرت اختالف پتانسیل باالیی میان دو سطح ایجاد می

از اختالف پتانسیل ایجتاد شتده بتین دو ستطح بته حتد میدان ناشی

رسد، هوای اطتراف دو ستطح بته شتدت شکس گاز بین دو سطح می

متتر مکعتب بته چنتد شود و میزان تجمع یون در هر سانتییونیزه می

ها در هوا که طبیعت نارستانا رسد. افزایش تراکم یونمیلیون یون می

رسانا میان دو ستطح ایجتاد دارد موجب رسانا شدن هوا شده و کانالی

گیرد. معموال در شرایط شود و در نتیجه تخلیه الکتریکی صورت میمی

با ضخام ناچیز از هوا، MV/m1 استاندارد با اعمال اختالف پتانسیل

در این فرآیند شود.موجب شکس دی الکتریک و رسانا شدن هوا می

الکتریتک کست دی اختالف پتانسیل ابتدا افزایش یافته تا به سطح ش

مجموعه برسد و در قله نمودار شکس اتفاق افتتاده و تخلیته صتورت

گیرد. در این لحظه به سرع در حد چند میکرو ثانیه سطح انرژی می

شود.دو سطح برابر شده و اختالف پتانسیل صفر می

زنی تونل -2-3

مکتانیکی است کته در آن یتک الکتترون -تونل زنی فرآیندی کوانتو

تواند از سد انرژی بزرگتر از انرژی جنبشی خود عبور کند. بنابراین می

ها به صورت یک ساندویچ اگر دو ماده رسانا و هوای موجود در میان آن

تتر فرض شود در واقع الکترون از پتانستیل بتاالتر بته پتانستیل پتایین

تواند نفوذ کند. این الکترون شامل بسته انترژی بتاالیی است و بتا می

کند و انرژی ختود را ن به سطح ماده دیگر در داخل آن نفوذ میرسید

کند. در مواردی که سطح انترژی بستیار بتاال است ، به ماده منتقل می

کنتد. الکترون در ماده نفوذ پیدا کرده و انرژی خود را به آن منتقل می

معموال مسیر حرک الکترون در داخل ماده به صورت مستقیم نبوده و

شتود. ها و تحلیتل انترژی، مستیر آن منحترف متی ا حفرهدر برخورد ب

باشتد فرآینتد تونتل معموال زمانی که فاصله دو سطح از هم بسیار کم

هتای الیته افتد. فرآیند تونل زنی معموال بترای الکتترون زنی اتفاق می

افتد. همچنین انرژی موجود در این الکترون موجتب ظرفی اتفاق می

شود. بسته به انترژی همتراه سطح مقابل می ایجاد میدان الکتریکی در

الکترون، مسیر نفوذ الکترون در فرآیند تونل زنی محدود اس .

ESDشروع واکنش با انرژی ناشی از مکانیزمبررسی -3-3

افتتد. با توابع کار مختلف اتفاق متی دو مادهتخلیه ناشی از جرقه میان

رسد در حتالی پتانسیل میها به حد باالیی از مادهدر عمل یکی از این

که به زمین هم متصل نیس . تقریبا کل انرژی ذخیتره شتده در ایتن

ای شود و تولید یک جریان تخلیته ها تنها در یک جرقه آزاد میسیستم

غیتر مواد با توجه به اینکه استفاده از کند. با تراکم قدرت نسبتا باال می

هتر روزه بیشتتر هتا و تجهیتزات گاهتپالستیکی در ساخ دست هادی

ها نسب به زمین عایق شوند احتمال اینکه قسمتی از دستگاه، شود می

و بارهتای الکترواستتاتیک شود. شتارژهای ایجتاد شتده هم بیشتر می

Dow

nloa

ded

from

isae

m.ir

at 2

3:43

+03

30 o

n S

atur

day

Dec

embe

r 5t

h 20

20

کاهش آن يو راهکارها یکبار الکترواستات یهخطر تخل یابیارز

7

های ایجاد شده در صتنع روی مواد عایق مسئول اشتعال تجمع یافته

هستتند. در تمتام متوارد تجمتع بتار الکترواستتاتیک تخلیهبه واسطه

ساکن به محض اینکه ولتاژ به حد کافی از تخلیه برسد، امکتان بارهای

دارد تخلیه اتفاق افتد.

پس از اینکه انرژی ناشی از تخلیه بار به دو روش یونیزاستیون و تونتل

زنی به سطح ماده رسید، باید این موضوع مورد بررسی قرار گیترد کته

شود. انرژی ناشتی این انرژی چگونه باعث آغازگری و ادامه واکنش می

از تخلیه الکتریسیته ساکن، معموال بته صتورت گرمتا بته ستطح متاده

ای حاوی ذرات توسط جرقه حترارت داده رسد و یک حجم استوانه می

شود. برای ذرات منیزیم مشاهده می (1شکل ) شود. این حال درمی

افتد. ایندر حقیق نوعی واکنش گرمازا در حین وقوع جرقه اتفاق می

گرما از طریق سطح ذرات به هم پیوسته منتقل شده و به سرتاسر ماده

رسد. به مرور زمان با انتقال گرما میان ذرات واکنش سوختن شکل می

کننتد. گرفته و در داخل متاده گازهتایی شتروع بته تولیتد شتدن متی

دانیم میان ذرات مختلتف فاتاهای بستیار کتوچکی گونه که می همان

ن گازهای تولید شده در این فاتاهای کوچتک، وجود دارد. جاری شد

ها و تولید موجب ایجاد فشار باال، باال رفتن بیش از حد دمای این حفره

نقاط داغ در یک حجم کوچک شتده و در نتیجته ذرات متاده متتراکم

-شده و گرادیان فشار باال موجب ایجاد موج شوک در سرتاسر ماده می

سرتاسر ماده گسترش یافتته شود. موج شوک ایجاد شده به سرع در

شود.و باعث شروع سوختن ذرات می

بتار مکانیزم آغازگری در ذرات منیتزیم توستط تخلیته -1 شکل

. [19]الکترواستاتیک

1شود از نتوع ستوزش واکنش سوختن ابتدایی که موجب تولید گاز می

گیری سوزش، واکنش دارای سرع کم اس . در مراحل ابتدایی شکل

1- Deflagration

بوده و همچنین حجم گاز تولید شده در اثر واکنش کم خواهد بود. بتا

واکنش افزایش یافته و حجم گاز تولید شتده نیتز گذش زمان سرع

یابتد. انتقال می 1یابد و واکنش سوختن از سوزش به انفجارافزایش می

گیترد. این انتقال موجب پرتاب ذرات ماده شده و انفجتار صتورت متی

انتقال انرژی ناشی از تخلیه بار در ماده به شدت به اندازه ذره بستتگی

کته ستطح تمتاس بیشتتری را ایجتاد به این دارد، ذرات ریزتر با توجه

-بته متاده را ستریعتر منتقتل متی کنند، لذا انترژی منتقتل شتده می

.[19]کنند

الکترواستاتیک هایبار تخلیهانواع -4

عالوه بر تخمین شدت واستاتیکبا تشخیص دادن مکانیزم تخلیه الکتر

توان به موثر بودن و منجر شدن یا انرژی اعمال شده بر روی جسم می

متورد نظتر کته انترژی نمونته به احتراق واستاتیکنشدن تخلیه الکتر

ایتن در شود نیز پتی بترد. تخلیه الکترواستاتیک بر روی آن اعمال می

هتا و مکانیزم نحوه انجام آن واستاتیکانواع مختلف تخلیه الکتر قسم

افتتد بته انتواع ی باری که در عمتل اتفتاق متی شده اس . تخلیه بیان

قدرت و میزان انترژی ناشتی از شود. بار طبقه بندی می مختلف تخلیه

. ختتواص الکتریکتتی محصتتوالت و ایتتن تخلیتته بارهتتا متفتتاوت استت

کند که چته عملیات، تعیین مینوع ها و تأسیسات، آرایش هندسی آن

ی یک تخلیه میزان قدرت اتش زنیباری اتفاق خواهد افتاد. نوع تخلیه

و شتود ناشتی از آن تخلیته بتار تخمتین زده متی کل بار توسط انرژی

بتا ناشی از آن ی انرژی با مقایسه اشتعال توسط این تخلیه باراحتمال

بترآورد پتذیر موجتود اشتتعال نمونه یتا محتیط اشتعال حداقل انرژی

.[11 و11]شود می

ایبار جرقه تخلیه -4-1

های مختلف بته محتض پتانسیل بابین دو هادی 1ایی بار جرقه تخلیه

شرایط اتمستفری بین دو هادی دری اینکه میدان الکتریکی در فاصله

اتفتاق ،برستد MV/m 1حتدود خود یعنی بته نرمال به مقدار شکس

ها زمانی که به زمین وصل نیستند افتد. در عمل، یکی از این هادی می

هتادی ماده و رسد می ناشی از تجمع بار بر روی آن به پتانسیل باالیی

. اس دیگر معموال در پتانسیل زمین

ی تواننتد بته واستطه بار متی در عمل، گازها، بخارات و ابرهای گرد و غ

زمین و اتصال همه قطعتات به اتصال .دمشتعل شون ایبار جرقه تخلیه

هایی که تشکیل جتو د در ناحیهنرسانا، که ممکن اس شارژ شده باش

مقدار معموال رود، الزامی اس . سط این مواد انتظار میقابل اشتعال تو

برای Ω 119 تجهیزات و مقدار برای Ω 119 کمتر از مقاوم به زمین

.[11-11]، کافی اس ایی بار جرقه جلوگیری از تخلیهجه پرسنل،

2- Detonation

3- Spark Discharge

Dow

nloa

ded

from

isae

m.ir

at 2

3:43

+03

30 o

n S

atur

day

Dec

embe

r 5t

h 20

20

1991بهار و تابستان -29شماره پیاپی -1شماره -سیزدهمسال -تحقیق و توسعه مواد پرانرژي

8

جارویی بار تخلیه -4-2

شتده بتر ستطح تجهیتزات و تاسیستات بارهای مثب یا منفی انباشته

های الکتریکی بسیار باال در ناحیه اطراف ختود توانند میداننارسانا می

زمتین بته ی متصتل بته ایجاد کنند. به محض آنکه یک الکترود رستانا

نزدیک شتود، میتدان الکتریکتی در محتل تغییتر کترده و باردار سطح

MV/m 1الکتریک هوا در سطح الکترود ممکن اس بته استحکام دی

نتیجه، تخلیه اصطالحا جتارویی ( برسد. دری نرمالدر شرایط اتمسفر)

افتتد هایی تخلیه کرونا اتفاق میاینکه در چنین موقعی افتد.اتفاق می

در عمل، عموما اینگونه .یا جارویی به پارامترهای بسیاری بستگی دارد

میلیمتتر 1گیرند که اگر شتعاع انحنتای الکتترود بزرگتتر از فرض می

افتد.باشد، تخلیه جارویی اتفاق می

مختلتف حققتین توسط م 1زنی تخلیه جاروییآتش قدرتمشخصات و

9/1تا 1 مقادیر گزارش شده در محدوده .اس مورد بررسی قرار گرفته

محاستبه شتده اساس مقتادیر آزمایشتگاهی بر گیرد.ژول قرار میمیلی

رود که بیشتر گازها یا های جارویی، انتظار میانرژی معادل تخلیه برای

ایتن نتوع و ترکیبات هیبریدی بوستیله محیطپذیر در بخارات اشتعال

.[11 و11 ،11]شوندمشتعل بار تخلیه

ایهاله بار تخلیه -4-3

تح شرایط مشابه تخلیه جارویی امتا ترجیحتا در ،1ایهاله بار تخلیه

میلیمتر(. 1/1ز افتند )شعاع انحنا کمتر اتیز اتفاق میالکترودهای نوک

هتای جتارویی است و بسیار کمتتر از تخلیته ایهالههای انرژی تخلیه

اشتعال یک جوتوزیع انرژی نسب به فاا و زمان کامال متفاوت اس .

-ژول توسط تخلیهمیلی 1/1پذیر با حداقل انرژی احتراق باالی اشتعال

ز با ایتن هوا نی پذیر غبار/محتمل نبوده و ترکیبات اشتعال ایهالههای

شتوند. هرچنتد، احتتراق گازهتای بستیار مشتتعل نمتی بار تخلیهنوع

ژول اجتنتتاب ناپتتذیر میلتتی 111/1حستتاس بتتا حتتداقل انتترژی زیتتر

.[11-11]اس

ویی انتشاریجار بار تخلیه -4-4

چنانچه بارها به شکل یک الیه تنها از یک نوع بار )مثب یا منفی( بتر

روی سطح نارسانا نباشند، بلکه به شکل یک الیته دوتتایی از بارهتا بتا

باشتند، ایهورقت ییک ماده نارسانا مخالفقطبی متفاوت در سطوح

ستطح در صورتی که یک محتمل خواهد بود. 1یتخلیه جارویی انتشار

باردار شود )مثبت یتا 9/1×11-1 اندازه تامعرض هوا نارسانا در

الکتریتک هتوا استحکام دیمیزان میدان باالی سطح به قدرت منفی(

کننتد. رسیده و همه بارهای اضافی شروع به تخلیه شتدن در هتوا متی

ورق نارستانا بتا یتک وقتی یک الیه دوتایی از بارهای مخالف در سطح

شوند، بارهای بیشتتری در هتر ستطح میضخام چند میلیمتر ایجاد

1- Brush Discharge 2- Corona Discharge 3- Propagating Brush Discharges

گیرند. عل آنس که میدان الکتریکی تولیدی در هتوا در اثتر قرار می

یک الیه از بارها تا حد زیادی بوسیله میدان الکتریکی الیه دیگر خنثی

سطح یک ورقه های جارویی انتشاری با اتصال کوتاه دوشود. تخلیهمی

یتک تصال کوتاه الکتریکتی بتا اتصتال شوند. این ابا بار زیاد شروع می

آید. اگتر یکتی از ستطوح در سطح بدس می یک از دوالکترود به هر

زمین باشتد، تخلیته بتا نزدیتک به تصل متماس با یک صفحه رسانای

شتده در انترژی آزاد شتود. کترود به سطح دیگر آغاز متی نمودن یک ال

-ازهای اشتعالتخلیه جارویی انتشاری برای مشتعل نمودن بخارها و گ

.[11-11]ر پودرهای قابل احتراق کافی اس پذیر و بیشت

مخروطیبار تخلیه -4-5

وقتتی کته [19]رروتوسط متا 1999اولین بار در 9مخروطی بار تخلیه

ده بودند، مشاهده شد. نتای منتشتر اتیلن پر شهای پلیسیلوها با دانه

های الکترواستاتیکی ضتمن پرکتردن شده در همان سال درباره تخلیه

FIBC دهد که تخلیه های پالستیکی نشان میبر( با دانههای فله)کیسه

پتودری بوستیله متاده وقتی یک افتد.مخروطی در اینجا نیز اتفاق می

-بزرو یا سیلوها منتقل متی هایهوماتیکی به محفظپنسیستم انتقال

انتقال و نیز خود ذرات پودری های های لولهشود در اثر مالش با دیواره

، این مستاله تولید شده بار میزان . بسته بهبا یکدیگر باردار خواهد شد

وقتوع بار بتاال در سیستتم انتقتال شتود. چگالیایجاد تواند موجب می

قتوی میتدان الکتریکتی یتک تخلیه مخروطی به این بستگی دارد کته

قدرت آن و آن تشکیل شده پر شدن بتواند در داخل سیلو و در هنگام

دهتد کته . تجربه نشان متی برسد هوا الکتریکدی شکس به محدوده

افتتد کته ستیلوها بتا سیستتم انتقتال این مساله بویژه زمانی اتفاق می

ستیلو درون ه در تجمتع یافتت وماتیکی پر شده باشند و بتارالکتریکی پن

.[11]زمین تخلیه شود اتالف یا بهسرع نتواند ب

حساسیییم مییواد پرانییرژی در برابییر تخلیییه بییار -5

الکترواستاتیک

گری به ستوزش یتا صورت آغاز حساسی مواد پرانرژی ممکن اس به

انفجار توسط یک محترک فیزیکتی شتامل اصتطکاک، ضتربه، تخلیته

الکترواستاتیکی و شوک گرمایی تعریف شتود. متواد پرانترژی بته سته

شتوند بندی متی ها تقسیمها و پیروتکنیکدسته مواد منفجره، پیشرانه

که مواد منفجره، خود به دو دسته مواد منفجره اولیه و ثانویته تقستیم

حساسی مواد منفجره در برابر تخلیه بتار الکترواستتاتیک در شود.می

ادامه آمده اس .

4- Cone or Bulking Discharges

Dow

nloa

ded

from

isae

m.ir

at 2

3:43

+03

30 o

n S

atur

day

Dec

embe

r 5t

h 20

20

کاهش آن يو راهکارها یکبار الکترواستات یهخطر تخل یابیارز

9

مواد منفجره -5-1

1مواد منفجره اولیهحساسی زیادی به عوامل محترک ختارجی نظیتر

گرما، ضربه، اصطکاک، شتوک و الکتریستیته ستاکن دارن. فولمینتات

( از جمله 1AgNو آزید نقره ) 1Pb(N)1، آزید سرب 1Hg(CNO)جیوه

آیند. حساسی این مواد در برابر تخلیه حساب میمواد منفجره اولیه به

ها بتا انترژی کمتتر از بار الکترواستاتیک بسیار زیاد بوده و برخی از آن

ژول نیز منفجر خواهند شد. برای نمونه، حساسی استیفنات میلی 11

ه و بتا انترژی در سرب در مقایسه با سایر مواد منفجره اولیه بیشتر بود

شود. ژول ناشی از تخلیه بار الکترواستاتیک منفجر میمیلی 9/1حدود

ژول و میلتی 9همچنین حساسی تخلیه الکترواستاتیک آزیتد سترب

.[11]ژول اس میلی 11فولمینات جیوه در حدود

راحتتی اند، بهنیز معروف 1که به مواد منفجره قوی 1مواد منفجره ثانویه

شتوند، بنتابراین از مواد منفجره اولیه، توسط گرما و شوک منفجر نمی

حساسی کمتری برخوردار هستند و عموما قدرت بیشتری نسب بته

هتا ، نیتترو آروماتیتک NQو NC،NGها دارند. نیترات استرها نظیر آن

از جمله HMXو RDXها نظیر ، نیترآمینTATBو TNT،HNSنظیر

مواد منفجره ثانویه نسب به مواد روند.شمار میمواد منفجره ثانویه به

ها از خود نشتان منفجره اولیه حساسی بسیار کمتری در برابر محرک

در برابتر تخلیته بتار دهند. لذا حساسی این دسته از مواد پرانرژیمی

الکترواستاتیک نیز در مقایسه با مواد منجره اولیه کمتتر خواهتد بتود.

و 111در حتدود RDXمتاده منفجتره ESDبترای نمونته حساستی

HMX [11]میلی ژول اس 111در حدود.

هاپیشرانه -5-2

ای از مواد پرانرژی هستند کته تحت شترایط در واقع دسته هاپیشرانه

شتوند کته سوزند. لیکن منفجتر نمتی بینی شده میسریع و قابل پیش

نتیجه آن، آزاد شدن مقادیر زیادی گازهای داغ خواهد بتود. همچنتین

هتا و بیشتر از پیروتکنیکها ها کمتر از منفجرهسرع سوزش پیشرانه

ور کلی حساسی این دسته از . بط[19]بوده و در حد متر بر ثانیه اس

ها و همچنین تخلیته بتار الکترواستتاتیک مواد پرانرژی در برابر محرک

پیشرانه ESDحساسی نسب به مواد منفجره ثانویه کمتر اس . مثال

.[19 و11]میلی ژول اس 911های دو پایه باالتر از

مواد پیروتکنیک -5-3

های پیروتکنیکی بر پایه مخلتوطی از ستوخ و اکستیدکننده مخلوط

تشکیل شده که بر حسب موارد استفاده بتا فرموالستیون ویتژه جهت

ها بسیار شبیه به مواد منفجره و روند. پیروتکنیککار میتولید انرژی به

ها هستتند و اختالفشتان تنهتا در سترع واکتنش و سترع پیشرانه

1- Primary Explosives 2- Secondary Explosives 3- High Explosives

باشد. این دسته از مواد پرانرژی نسب به مواد منفجره اولیه سوزش می

حساسی کمتر اما نسب به مواد منفجره ثانویه حساسی بیشتری در

نمونته ای از ESD حساستی برابر تخلیه بار ساکن دارند. برای مثتال

البته باید به ایتن نکتته میلی ژول اس . 91در حدود MTVفلیرهای

ها حساسی کمتری از مواد منفجره توجه کرد که برخی از پیروتکنیک

.[11]ثانویه دارند

های تخلیته بتار الکترواستتاتیکی بترای تعیتین حساستی متواد تس

بنتدی و ها بترای دستته روند. نتای این تس بکار می ESD منفجره به

شتود. استفاده می ESDتعریف اقدامات کنترلی برای این مواد در برابر

ها، این مواد به سه دستته آن ESDبر این اساس و بر حسب حساسی

شوند:میبندی تقسیم

911مواد با حتداقل انترژی اشتتعال بیشتتر از : مواد نسبتا غیرحساس

توانند با بارهای ساکن ناشی از افراد مشتعل شتوند، ژول. این مواد نمیمیلی

اما ممکن اس به تخلیه بارهای الکترواستاتیک شدید حساس باشند.

میلی ژول قترار 911تا 1انرژی اشتعال این مواد بین : مواد حساس

دارد. بدون اقدامات کنترلی کافی و مناسب، این مواد ممکتن است بتا

ها مشتعل شوند.تولید بارهای ساکن و تخلیه آن

ایتن متواد دارای انترژی اشتتعال کمتتر از یتک مواد بسیار حساس:

متواد بته احتمتال این ،ژول هستند. بدون اقدامات کنترلی دقیقمیلی

بسیار زیاد توسط بار ساکن تولید شده توسط افتراد مشتتعل خواهنتد

.[19]شد

ارزیابی خطرات الکترواستاتیک از تجمع بیار تیا نحوه -6

احتراق

برای ارزیابی خطرات ناشی از تخلیه بتار الکترواستتاتیک بایتد شترایط

در الزم برای بروز آغازگری ناشی از تخلیه الکترواستاتیک فراهم شتود.

های صتنعتی بته تمام مواردی که یک آتش سوزی یا انفجار در محیط

دهد، ترتیب اتفاقات از طریق مراحتل ی ساکن ر می دلیل الکتریسیته

نشان داده شده اس . (1شکل )در که گذرد مشابهی می

تولید و جدایی بارهای ساکن -6-1

نخستین شرط اینکه باید مکانیزمی برای تولید و جتدایش الکتریستته

هتای مزجدایی بار ممکن اس توسط مکتانی ساکن وجود داشته باشد.

توانتد در . همانطور که بیان شد، الکتریسته ساکن متی مختلف ر دهد

، 1مخلتوط کتردن ، 9ستایش های مختلف صنعتی از قبیل حین عملیات

و یا بر اثر القای بارهای الکتریکی 9ی موادماتیکو انتقال پنو 9الک کردن

توسط یتک متاده بتاردار در یتک متاده رستانای زمتین نشتده تولیتد

. [11]شود

4- Grinding

5- Blending 6- Sieving

7- Pneumatic Transfer

Dow

nloa

ded

from

isae

m.ir

at 2

3:43

+03

30 o

n S

atur

day

Dec

embe

r 5t

h 20

20

1991بهار و تابستان -29شماره پیاپی -1شماره -سیزدهمسال -تحقیق و توسعه مواد پرانرژي

11

ارزیتتابی مراحتتل مختلتتفشتتماتیک طتترح -2شییکل

تتتا هتتاتجمتتع بارجتتدایی و از الکترواستتتاتیکخطتترات

.[19]شتعالا

نرخ اتالف و تجمع بارهای ساکن -6-2

به صتورت خودکتار منجتر بته وضتعی های ساکنجدایی بارتولید و

شود. مقدار تجمع بار و در نتیجه توزیع میدان الکتریکی خطرناکی نمی

در ارزیابی خطرات الکترواستتاتیکی ای عامل تعیین کننده ناشی از آن

دهد. تجمع بار توستط نتر جتدایی بتار و اتتالف بتار تعیتین ارائه می

.شود می

های مختلتف در صتورتی کته پس از تولید بارهای ساکن بر اثر مکانزم

نر تولید و جدایش بارهای ساکن بیشتر از نر اتالف آن باشد، تجمع

از سیستتم ر خواهتد داد. ایتن تجمتع هتایی در مکتان ارهای ساکن ب

بر روی یک ستطح ،تواند بر روی یک رسانای متصل نشده به زمین می

مواد و تمام در واقع نارسانا و یا در بدنه یک ماده نارسانا صورت پذیرد.

شتوند به صورت تریبوالکتریک باردار متی قطع نظر از مقاومتشان ذرات

دارای مقاوم بیشتر سطح بتاالیی از بارهتا را موادایق یعنی ع مواداما

خطتترات تجمتتع بارهتتای ستتاکن و ستتطح کننتتد. ختتود حفتت متتی در

ا توجه ب ها وآنبار در اقام زمان در مواد نیز بر اساس الکترواستاتیک

ر بنتدی کته د بر اساس طبقهو ها یا قابلی هدای آن ویژه مقاوم به

ی عتامل مقاوم مواد مشخص خواهد شد. ،شودمشاهده می (1جدول)

در .کنتد اس که میزان زمان رسیدن بارهتا بته زمتین را تعیتین متی

ناشتی از تجمتع بتار ESD، ستطح خطترات Ω ρ 107 ≥صورتی که

یتن خطترات باشتد ا Ω ρ 1013 ≤در صورتی کته و پایین خواهد بود

هتا در که مقاوم ویتژه آن موادیبسیار افزایش خواهد یاف . اما برای

هتا حمتل و نقتل آن نحتوه با توجه به شرایط و داردمحدوه میانی قرار

هنگام کار و استتفاده از ایتن ESDمشخص خواهد شد که آیا خطرات

؟وجود دارد یا خیر مواد

ناشی از باردارشدن پودرها با توجه به مقاومت ویتژه ESDخطرات -1جدول

.[11]هانآ

بار مخصوص ESDسطح خطر q/m (µC/kg)

زمان اقام τ (s)

مقاوم ویژه (Ω )

≥119 >9-11 1-11 پایین

1111تا 119 111تا 1-11 11-1تا 1-11 متوسط

≤1111 <111 <1-11 باال

شدن و اتالف بارها به زمین ممکن اس به صورت مستتقیم و پراکنده

باشد. برای هرکدام از بار کروناهای جریان مانند تخلیه یا از سایر مسیر

هنگامی ه اتالف بار از مسیر ها یک ثاب زمانی وجود دارد.این مکانیزم

تعریف (1)به صورت رابطه زمان اقام مستقیم اتصال به زمین باشد،

شود.می

(1) τ 0

0

قابلی هدای یا رسانایی ، Ωویژه با واحد مقاوم در این رابطه

ای که بترای هتر متاده الکتریک )بدون بعد(ثاب دی ، S/mبر حسب

گتذردهی ثاب 0 فرق دارد و برای هوا و خالء تقریبا برابر یک اس و

باشد.می 919/9× 11-11 اس که برابر با خالء

در مواردی که مواد هادی از لحاظ الکتریکی از زمتین جتدا هستتند و

توانتد شوند، سایر مسیرهای اتالف و پراکنده کردن بارها متی باردار می

1سطح خطرات الکترواستاتیکی کمک کند. زمان اقامت بتار به کاهش

(1)بصورت رابطه در چنین مواردی ثاب زمانی مدار ظرفیتی اس که

ود:شبیان می

(1) τ

بر حسب فاراد اس . ظرفی Cبر حسب اهم و مقاوم Rکه

عایق نباشد و یک مستیر رستانای متصتل بته مادهدر صورتی که یک

ه بت زمین نیز وجود داشته باشد، بارهای الکتریکی تجمتع یافتته در آن

سرع اتالف و به زمین تخلیته و در نتیجته از تجمتع بارهتای ستاکن

تالف بار الکتریکی به طور ا موادجلوگیری خواهد شد. برای بسیاری از

خواهد بود. (9)رابطه به صورتو طبیعی بر اساس یک رابطه نمایی

(9) (

τ)

و tمیزان بار در زمان Qکه در این رابطه

هتر دو میزان بار اولیته،

زمان اقام هر دو بر حسب ثانیه هستتند. 𝜏و زمان tبر حسب کولن،

1- Charge Residence Time

Dow

nloa

ded

from

isae

m.ir

at 2

3:43

+03

30 o

n S

atur

day

Dec

embe

r 5t

h 20

20

کاهش آن يو راهکارها یکبار الکترواستات یهخطر تخل یابیارز

11

ρمناسب است کته زمانی برای این رابطه نمایی اغلب تترین ها و تجهیتزات یکتی از مهتم . روش اتصال به زمین دستگاهباشد

ها برای جلوگیری از تجمع بارهای ساکن در سیستتم و اتتالف و روش

.[11-11]ها به زمین خواهد بودتخلیه سریع آن

بروز تخلیه بار الکترواستاتیک و اشتعال -6-3

باشد، زمان اقام بتار Ωm ≤ همانطور که ذکر شد در صورتیکه

افزایش خواهد ESDدر سیستم موجود باال خواهد بود و سطح خطرات

هایی برای تخلیه و انتقتال بارهتای ستاکن بته یاف . در صورتی که راه

زمین وجود نداشته باشد، این موضوع منجر به ایجاد پتانستیل بتاالیی

دو شترط شتود. ناشی از تجمع بارهای ساکن در تجهیزات یا مواد متی

تخلیه بار الکترواستاتیک منجر بته آغتازگری ترکیتب مجزا برای اینکه

زمتتانی کتته یتتک تخلیتته بتتار ، متتورد نیتتاز استت .شتتودقابتتل اشتتتعال

الکترواستاتیک با انرژی حرارتی کافی، در مدت زمان بته انتدازه کتافی

کوتاه و در یک حجم کم آزاد شود، میتواند منجر به بروز اشتعال شود.

ت و گترد و اهتای بختار % از اشتتعال 91تخلیه بار خارنی عامل حداقل

غبارها براثر تخلیه بار الکترواستاتیک اس . الزامات مورد نیاز برای این

هتا یتک امر دو جسم رسانای جدا از هم )معموال فلزی که یکتی از آن

دیگتر باشد. جسم فلتزی لوله متصل به زمین یا دیواره ظرف اس ( می

د یک ابزار زمین نشده، مانند یک قیف یا یک بیل مکانیکی، یتا توانمی

یک لوله فلزی یا یک کابلی که به عل قطع اتصال الکتریکی از زمتین

جدا شده اس ، باشد. باید اختالف پتانسیل و بار کتافی وجتود داشتته

ایتن دو جستم باشد تا شکس الکتریکی ناگهانی )جرقه( در هوا بتین

تواند رسانش الکتریکی یا القتاء نیزم باردار شدن میرسانا ر دهد. مکا

توانند مثب یا منفی باشند. تخلیه بار خازنی الکتریکی باشد و بارها می

-تواند بسرع منجر به اشتعال بسیاری از گرد و غبارهتای اشتتعال می

شود.تخلیه بار خازنی مشاهده می (1شکل)در پذیر شود.

. [11]تخلیه بارالکترواستاتیک -3شکل

طبق رابطه زیر به انترژی Ueتخلیه بار خازنی با انرژی الکترواستاتیکی

شود. در حالیکه اندازه گیری دقیق انرژی آزاد حرارتی جرقه تبدیل می

این انرژی بتا شده در یک جرقه خازنی تا حدودی دشوار اس ، معموال

شود:برآورد می (1)استفاده از رابطه

1

⁄ 1

ولتتاژ بتین دو فلتز رستانا است . Vظرفیت ، و در این رابطته،

زمین ها، شکل، و فاصله از سطحظرفی اجزای قابل شارژ به اندازه آن

توان از رواستاتیک، میشده بستگی دارد. به منظور ارزیابی خطرات الکت

مقادیر ظرفی وسایل مختلف استفاده نمود. یبرا (1جدول)های داده

.[11]مقادیر ظرفی برای اجزای مختلف -2جدول

(PF)محدوه ظرفی وسیله

11تا 11 ها، و غیره(ها، بیلبزار فلزی کوچک )قیفا

111تا 11 لیتر( 11های فلزی کوچک )تا محدوده ظرف

111تا 11 های با اندازه متوسطظرف

1111تا 111 اجزای گوناگون کارخانه

111تا 111 هایی که پوشیده(بدن انسان )بسته به کفش

111تا 11 قطعات گیرنده فیلتر

1111تقریبا حمل و نقل بزرو کامیون

111111تقریبا متر( 9ای )با قطر ظروف استوانه

ای برای اینکه یک مخلتوط گترد و دو شرط مجزا برای تخلیه بار جرقه

اختتالف باید نخس غبار قابل اشتعال را مشتعل کند، مورد نیاز اس .

ز تخلیته به اندازه کافی برای برو پتانسیل ناشی از تجمع بارهای ساکن

پتانسیل جرقه تابعی از هندسه خازن و طتول شتکافی کته بار باال رود.

در شترایط استتاندارد .تخلیه بار باید در طول آن تخلیته شتود، است

طبتق اس . V 111 ≈ Vminمحیطی، حداقل پتانسیل جرقه در حدود

گتر یا کوچکتر از ایتن های بزرقانون پاشن، پتانسیل جرقه برای فاصله

وابستگی پتانسیل جرقه بته حاصلاترب (9شکل)تر اس . یشمقدار، ب

دهد.فشار در فاصله را نشان می

به طور کلی، شرط زیر برای ولتاژ نیاز اس تا یک جرقه ر دهد:

V > Vmin

Vminولت بترای 111در شرایط معمولی، مقدار نسبتا محافظه کارانه

شود.برای تامین حاشیه امنی توصیه می

اشتعال الزم اس ، این اس که انرژی آغازگری وشرط دومی که برای

ترکیتب قابتل باید از حداقل انرژی متورد نیتاز Ueآزاد شده در جرقه

تا این جرقته قتادر بته بیشتر باشدنمونه MIEیا همان حاضراشتعال

آغازگری و اشتعال ترکیب مورد نظر شود.

Ue > MIE

دادن تخلیه بتار الکترواستتاتیک و بتا فتراهم در این صورت پس از ر

تواند خطرناک بوده و شدن تمامی این شرایط تجمع بارهای ساکن می

.[11]منجر به بروز یک انفجار شود

Dow

nloa

ded

from

isae

m.ir

at 2

3:43

+03

30 o

n S

atur

day

Dec

embe

r 5t

h 20

20

1991بهار و تابستان -29شماره پیاپی -1شماره -سیزدهمسال -تحقیق و توسعه مواد پرانرژي

12

، حاصلاترب فشتار در pdپتانسیل جرقه در هوا به عنوان تتابعی از -4شکل

.[11]فاصله

شامل یک نمودار محاسباتی مناسب بترای ارزیتابی خطترات (1شکل)

ناشی از تخلیه بار خازنی اس . بتا تخمتین مقتادیر ظرفیت و اشتعال

با رسم یک خط مستتقیم بتین نقتاط روی Ue ولتاژ یک وسیله، مقدار

این دو مقیاس و سپس خواندن مقدار انرژی در محل برخورد بتا ختط

چندین پتودر MIEبدس خواهد آمد. برای راحتی، مقادیر Ueانرژی،

بترای mJ 1 داده شده اس . مثال مقدارمهم بر روی این مقیاس نشان

پودرهای پلیمری مشخص شده اس . توجه داشته باشتید کته عمومتا،

تر خواهد بود.برای بخارات بسیار پایین MIEمقادیر

ییا کنتیرل اقدامات ایمنی و احتیاطی مورد نیاز بیرای -7

الکتریسته ساکن کاهش خطرات

گیترد نفجره صتورت متی هایی که فرآیندی روی مواد مدر کلیه محیط

باید تالش شود که الکتریسته ساکن به خوبی کنترل و یا حذف شتود.

هتا، متواد این مسئله شامل مواد منفجره حستاس بته جرقته، پیشترانه

ها و گازهای قابل اشتعال اس . مقررات الزم بخارات حالل ،پیروتکنیک

ستایر برای کنترل الکتریسته ساکن در مورد مواد منفجتره نستب بته

تر اس ، چرا که هرگونه حادثته ناشتی از تر و دقیقگیرانهصنایع سخ

الکتریسته ساکن در رابطته بتا متواد منفجتره ممکتن است خستارات

میزان اقدامات احتیتاطی کته متورد نیتاز بار آورد.هناپذیری را بجبران

بیشتر اس ، بستگی به حساسی مواد منفجره موجود در محیط دارد.

نترل الکتریسیته ساکن راهکارهایی برای اتالف بدون خطتر اقدامات ک

ند. معمتوال سته دهبارهای ساکن قبل از اینکه جرقه ر دهد، ارائه می

سطح از اقدامات احتیاطی مورد نیاز با توجه به حساسی موادی که با

شوند:بندی میشود به صورت زیر دستهها کار میآن

:ایق و یا رساناهایی که از لحاظ عدم استفاده از مواد ع سطح اول

اند.الکتریکی از زمین جدا شده

:اقدامات سطح نخس بعالوه استفاده از مواد آنتتی سطح میانی

استاتیکی برای کاهش تجمع و نگهداری بارهای ساکن

:اقدامات سطح نخس بعالوه استفاده از مواد هتادی سطح دوم

برای کاهش تجمع و نگهداری بارهای ساکن.

نمودار محاستباتی بترای محاستبه ظرفیت انترژی -5شکل

.[11]تخلیه بار الکترواستاتیکی

برای مواد منفجره نسبتا غیر حساس )آن دسته از سطح اولاقدامات

ها بیشتر از ای که حداقل انرژی مورد نیاز برای اشتعال انمواد منفجره

mJ 911 . اس ( مناسب اس

برای متواد منفجتره حستاس )آن دستته از متواد میانیسطح اقدامات

ژول و کمتر با حداقل انرژی اشتعال مورد نیاز بیشتر از یک میلی منفجره

( مورد نیاز است . عتالوه بتر اقتدامات احتیتاطی ستطح اول، mJ 911از

اقدامات ویژه شامل موارد زیر نیز برای مواد منفجره حساس نیاز اس :

استاتیک و ارتینتگ مناستب های آنتیپوشاستفاده از مواد و کف

هتا یتا ستایر هتا، جعبته تجهیزات، محیط کار، صتندلی برای تمام

ها و سایر اجزاء محرک و قابل حملنگهدارنده

ها و ها، الستیککنترل دقیق مواد با مقاوم باال مانند پالستیک

ها. جایی که الزم اس از این مواد استفاده کنیم، این مواد شیشه

.داشته باشند cm2 91نباید سطحی بیشتر از

با مقاوم سطح به زمین بین های رساناپوشتهیه کفkΩ 11 و

MΩ 1

مناسب موردنیاز استاتیک مطابق با مقاوم های آنتیتهیه کفش

یتا بتاالتر. ممکتن است در 91حف رطوب نسبی محتیط در %

هتتا نشتتان دهتتد امکتتان تجمتتع بارهتتای متتواردی کتته بررستتی

Dow

nloa

ded

from

isae

m.ir

at 2

3:43

+03

30 o

n S

atur

day

Dec

embe

r 5t

h 20

20

کاهش آن يو راهکارها یکبار الکترواستات یهخطر تخل یابیارز

19

مقتداری الکترواستاتیک وجتود نتدارد، بتتوان رطوبت نستبی را

% حتداقل مطلتق 91کاهش داد، اما در هر صورت رطوب نسبی

اس که باید حف شود.

تهیتته و استتتفاده از لبتتتاس کارهتتای مناستتتب کتته بارهتتتای

هتا بته جتای الیتاف الکترواستاتیک تولید نکنند. بهتر اس لباس

مصنوعی از پنبه مقاوم در برابر آتش ساخته شده باشند.

بنتد و پابنتد بته عنتوان های مچه از تسمهدر صورت نیاز به استفاد

استاتیکی، باید این وستایل امکتان بخشی از اقدامات مورد نیاز آنتی

هتا و هتا، کابتل ؛ مقاوم تستمه یرون آمدن سریع را داشته باشندب

ها بایتد باشد. اتصاالت تسمه MΩ 11و kΩ 911اتصاالت باید بین

ی در دسترس باشد.برای هر محیط کار اختصاصی بوده و به راحت

زمانی مورد نیاز اس کته بتا متواد منفجتره بستیار سطح دوماقدامات

حساس )آن دسته از مواد منفجره با حداقل انرژی اشتعال کمتر از یک

ژول( سر وکار داریم. عالوه بر اقدامات سطح نخس ، اقدامات زیر میلی

هم مورد نیاز اس :

ارتینتگ مناستب بترای تمتام استفاده از متواد رستانا و هتادی و

هتا و ها یا سایر نگهدارنتده ها، جعبهتجهیزات، محیط کار، صندلی

و قابل حملسایر اجزاء محرک

هتا، اجتناب از استفاده از مواد با مقاومت بتاال ماننتد پالستتیک

هاها و شیشهالستیک

11با مقاوم سطح به زمتین کمتتر از های رساناپوشتهیه کف

kΩ

مطابق با مقاوم مناسب موردنیازاستاتیک های آنتیتهیه کفش

در )نصب نمایشگرهای مقاومت افتراد و پرستنل در هتر ورودی

، µJ 111هنگام حمل و نقل ترکیبات با انرژی اشتتعال کمتتر از

شود(استفاده از نمایشگرهای مقاوم پرسنل توصیه می

یا باالتر91سبی محیط در مقدار حف رطوب ن %

گیرینتیجه -8

تولید و تجمع بارهای الکترواستتاتیک یکتی از خطترات بتالقوه در صتنایع

مختلف و بویژه در زمینه مواد پرانرژی اس . به دلیل حساسی باالی متواد

پرانرژی به تخلیه بار ساکن همیشه باید مالحظات الزم بترای جلتوگیری از

در نظتر گرفت . بته هتا آنبروز حوادث ناشی از این پدیده را هنگام کار بتا

نحتوه ر شناسایی مکانیزم ومطالعه و بررسی این پدیده برای همین دلیل

الکترواستتاتیک بترای اینکته انواع تخلیه بار دادن آن و همچنین شناسایی

ز مشخص شود در هر مکانی چه نوع تخلیه باری احتمال دارد ر دهد و نی

حتمتال وقتوع و میتزان تعیین میزان انترژی حاصتل از آن بترای بررستی ا

. برای شناستایی میتزان حساستی ضروری اس تخلیه بارخطرناک بودن

ESDهتای استتاندارد حساستی توان با استفاده از روشمی ،مواد منفجره

و بتا توجته بته میتزان حساستی آن متاده، ستطح ها را مشخص نمودآن

بترای . آن در نظر گرفت ESDاقدامات ایمنی الزم را برای کنترل خطرات

پیشگیری از خطرات ناشی از تخلیه الکترواستاتیک باید در ابتدا مواد متورد

استفاده از لحاظ تولید، تجمع و تخلیه الکتریستیته ستاکن ماننتد مقاومت

ها و همچنین نوع عملیتات تعیتین شتود و در صتورتی کته ستطح ویژه آن

هتایی بود، راهها به لحاظ حف و تجمع بارهای ساکن باال آن ESDخطرات

. سپس اقتداماتی لکتریسیته ساکن در نظر گرفته شودبرای اتالف و تخلیه ا

جه پیش گیری نمودن از وقوع حوادث احتمالی تعریف و به اجرا در آید.

-بهترین روش برای جلوگیری از وقوع اینگونه حوادث استفاده از روش هتم

رد استتفاده بترای پتانسیل کردن و اتصال به زمین تجهیزات و وستایل متو

تخلیه بارهای ساکن تولید شده و بررسی مداوم این روش بته لحتاظ ستالم

بودن سیستم ارتینگ جه اطمینان از تخلیه بارهتا بته زمتین است . هتر

چند در نظرگرفتن و انجام یکسری اقدامات کنترلتی دیگتر ماننتد کنتترل

سیستتم دمای محیط و رطوب نستبی در میتزان استتاندارد و استتفاده از

پذیر مانند بخارات و گترد تهویه مناسب جه جلوگیری از جوهای اشتعال

و غبار که حساسی بسیار باالیی به تخلیه الکتریسته ستاکن دارنتد، بترای

حصول اطمینان از جلوگیری و پیشگیری از وقوع حوادث احتمالی بتر اثتر

ا رعایت توان بت آنچه که مشخص اس میتخلیه بار ساکن مورد نیاز اس .

با توجه بته حساستی متوادی نکات ایمنی و در نظرگرفتن تمهیدات الزم

ESDاز بروز بسیاری از حوادث خطرنتاک ناشتی از شودها کار میکه با آن

جلوگیری نمود.

مراجع[1] Glor, M.; Thurnherr, P. "Ignition Hazards Caused by Electrostatic Charges in Industrial Processes"; Thuba. 2010.

[2] Fleischer, J.; Burtle, J. G. "Initiating Explosives"; US Patent 2,421,778, 1947.

[3] Dahn, C. J.; Jennings, D. A.; Kashani, M. "New Concepts in Studying Electrostatic Discharge Hazards of Propellants"; Pyrotech. Explos. 1990.

[4] Jackson, H. J. "A Study of the Electrical Characteristics of Some Explosives and Explosive Mixtures"; DTIC Document. 1963.

[5] Clear, A. J. "Standard Laboratory Procedures for Sensitivity Brisance, and Stability of Explosives"; DTIC Document. 1961. [6] Guoxiang, L.; Changying, W. "Comprehensive Study on Electric Spark Sensitivity of Ignitable Gases and Explosive Powders"; Journal of

Electrostatics. 1982, 11, 319-332. [7] Hammant, B.; Sumner, J.; Wyatt, R. "Assessing The Electrostatic Behaviour of Clothing for Use in an Explosive Environment"; Journal of

Electrostatics. 1981, 10, 343-350. [8] Cleves, A.; Sumner, J.; Wyatt, R. "The Effect of Temperature and Relative Humidity on the Accumulation of Electrostatic Charges on Fabrics and

Primary Explosives"; DTIC Document, 1971.

Dow

nloa

ded

from

isae

m.ir

at 2

3:43

+03

30 o

n S

atur

day

Dec

embe

r 5t

h 20

20

1991بهار و تابستان -29شماره پیاپی -1شماره -سیزدهمسال -تحقیق و توسعه مواد پرانرژي

14

[9] Wyatt, R.; Moore, P.; Adams, G.; Sumner, J.; "The Ignition of Primary Explosives by Electric Discharges"; Proceedings of the Royal Society of

London. 1958, 189-196.

[10] Sumner, J. "Ignition of Primary Explosives by Electrostatic Discharges"; Dechema Monographien. 1974, 72, 409-417. [11] Raha, K.; Chhabra, J. "Static Charge Development and Impact Sensitivity of High Explosives"; Journal of Hazardous Materials. 1993, 34, 385-391.

[12] Raha, K.; Chhabra, J. "Static Charge Development on Explosives"; Defence Science Journal. 2013, 41, 21-25. [13] Roux, M.; Auzanneau, M.; Brassy, C. "Electric Spark and ESD Sensitivity of Reactive Solids"; Propellants, Explosives, Pyrotechnics. 1993, 18, 317-

324.

[14] Auzanneau, M.; Roux, M. "Electric Spark and ESD Sensitivity of Reactive Solids"; Propellants, Explosives, Pyrotechnics. 1995, 20, 96-101. [15] Talawar, M.; Agrawal, A.; Anniyappan, M.; Wani, D.; Bansode, M.; Gore, G. "Primary Explosives: Electrostatic Discharge Initiation, Additive

Effect and Its Relation to Thermal and Explosive Characteristics"; Journal of Hazardous Materials. 2006, 137, 1074-1078. [16] Lu, M.; Zhao, S. x.; Chen, J. "Measurement and Analysis of The Frictional Static Electricity Characteristics of Composite RDX"; Chinese Journal of

Energetic Materials. 2008. [17] Zhou, M. r.; Li, Z. m.; Zhang, T. l.; Wu, B. d.; Yang, L.; Zhang, J. g.; Zhou, Z. n. "Electrostatic Accumulation Test of Initiating Explosives"; Chinese

Journal of Energetic Materials. 2013, 2, 1-22. [18] Li, Z.; Zeng, D.; Zhou, Z.; Zhou, M.; Zhang, T.; Huang, H.; Zhang, J.; Yang, L. "A Comprehensive Study of the Electrostatic Discharge Sensitivity

and Chargeability of Tris Zinc Perchlorate"; Central European Journal of Energetic Materials. 2014, 11, 553-573.

[19] Beloni, E. "Study of the Heating and Ignition of Metal Powder by Electrostatic Discharge"; New Jersey Institute of Technology. 2011.

[20] Glor, M. "Ignition Hazard Due to Static Electricity in Particulate Processes"; Powder Technology. 2003, 135, 223-233.

[21] Siwek, R.; Cesana, C. "Ignition Behavior of Dusts: Meaning and Interpretation"; Process Safety Progress. 1995, 14, 107-119.

[22] Glor, M. "The Big Bang and How to Avoid Trouble"; Metal Powder Report. 2004, 59, 33-39. [23] Glor, M. ''Electrostatic Ignition Hazards Associated With Flammable Substances in the Form of Gases, Vapours, Mists and Dusts ''; Conferance

Series-Institute of Physics 1999, 199-206. [24] Glor, M.; Thurnherr, P. "Ignition Hazards Caused by Electrostatic Charges in Industrial Processes"; Swiss Institute of Safety and Security. 2010, 1-

24.

[25] Maurer, B. "Discharges Resulting From Electrostatic Charging in Large Storage Silos"; Chemie Ingenieur Technik. 1979, 51, 98-103.

( 1)پیاپی 1, مجله تحقیق و توسعه مواد پرانرژی, سال دوم، شماره ʼʼر با مواد منفجرهمبانی تخلیه الکتریسیته ساکن و مهار آن در کا'' ؛خسرو کشن زارع، ؛داریوش رضایی نژاد، [19]

(1191 )11-11.

[27] Akhavan, J. "The Chemistry of Explosives, 3rd Edition ed"; Royal Society of Chemistry: UK, 2011.

[28] Davenas, A. "Solid rocket propulsion technology"; Newnes, 2012. [29] Skinner, D.; Olson, D.; BlockBolten, A. "Electrostatic Discharge Ignition of Energetic Materials, Propellants, Explosives, Pyrotechnics"; 1998, 23,

34-42. [30] Larson, T. E.; Dimas, P.; Hannaford, C. E.; "Electrostatic sensitivity testing of explosives at Los Alamos"; 1989. [31] Group, E. I. "Guidance for Electrical Installation and Equipment Within Explosives Manufacturing and Storage Facilities Including Fireworks";

Health and Safety Executive: London, 2009.

[32] Glor, M. "Hazards Due to Electrostatic Charging of Powders"; J. Electrost. 1985, 16, 175-191.

[33] Kiyoshi, O. "Evaluation and Prevention of Electrostatic Hazards in Chemical Plants"; Sumitomo Kagaku Tokushugo. 2004, 55-64.

[34] Yang, W. C. "Fluidization, Solids Handling, and Processing: Industrial Applications"; Elsevier. 1998.

[35] Pratt, T. H. "Electrostatic Ignitions of Fires and Explosions"; Wiley. 2010.

[36] Britton, L. G. "Avoiding Static Ignition Hazards in Chemical Operations"; Wiley. 2010.

Dow

nloa

ded

from

isae

m.ir

at 2

3:43

+03

30 o

n S

atur

day

Dec

embe

r 5t

h 20

20