# Основи статики

https://fraser-ukraine.com/tsentr-znan/osnovy-statyky/

[Головна](https://fraser-ukraine.com/) / [Центр знань](https://fraser-ukraine.com/tsentr-znan/) / Основи статики

Що таке статична електрика, звідки вона береться, чим шкодить на виробництві та якими методами її контролюють — коротко й зрозуміло.

Центр знань

- [Основи статики](https://fraser-ukraine.com/tsentr-znan/osnovy-statyky/)
- [Таблиця трибоелектричного ряду](https://fraser-ukraine.com/tsentr-znan/tryboelektrychna-seriya/)
- [Усунення статики: Правила](https://fraser-ukraine.com/tsentr-znan/pravyla-usunennia/)
- [Вимірювання статики](https://fraser-ukraine.com/tsentr-znan/vymiryuvannia/)
- [Часті питання](https://fraser-ukraine.com/tsentr-znan/chasti-pytannia/)
- [Словник термінів](https://fraser-ukraine.com/tsentr-znan/glosariy/)
- [Завантаження](https://fraser-ukraine.com/tsentr-znan/zavantazhennia/)
- [Відео](https://fraser-ukraine.com/video/)

## Чим можемо допомогти?

Fraser надає швидку, ефективну й компетентну підтримку. Щоби отримати технічну консультацію або обговорити рішення під вашу задачу — зв’яжіться з нами.

[Зв’язатися](https://fraser-ukraine.com/zapyt/)

Статична електрика — явище, з яким ми стикаємося щодня: легкий «удар», коли торкаєшся дверної ручки, пасмо волосся, що тягнеться за гребінцем, плівка чи пінопласт, які «чіпляються» до рук. На виробництві ті самі сили діють значно відчутніше — вони сповільнюють виробничу лінію, псують продукцію, притягують пил і б’ють струмом операторів. Розберімося просто: що це за явище, звідки воно береться і як тримати його під контролем.

## Що таке статична електрика

Один і той самий електричний заряд може поводитися двояко. **Електричний струм** — це впорядкований рух зарядів провідником, те, що живить прилади. **Статична електрика** — це заряд, який не тече, а «стоїть» на поверхні матеріалу й не має куди стекти.

Будь-який матеріал складається з атомів, у яких позитивно заряджених протонів рівно стільки ж, скільки негативних електронів, — тому за звичайних умов тіло електрично нейтральне. Проте електрони порівняно легко переходять з одного тіла на інше. Коли поверхня втрачає частину електронів, вона набуває позитивного заряду; коли отримує надлишкові — негативного. Саме цей надлишок або дефіцит електронів і називають статичною електрикою.

Атом нейтральний, коли протонів (+) у ядрі стільки ж, скільки електронів (−) на орбітах. Втратив електрон — стає позитивним, отримав зайвий — негативним. Цей розбаланс і є статикою.

Ключова відмінність від струму: статичний заряд утримується на поверхні **ізоляційних** (непровідних) матеріалів — полімерної плівки, пластику, паперу, тканини — і не стікає самостійно. Тому заряд накопичується, і напруга на поверхні сягає десятків кіловольтів.

Однойменні заряди відштовхуються, різнойменні — притягуються, і що ближче вони один до одного, то сильніша взаємодія (**закон Кулона**, 1785). Саме тому заряджена плівка так чіпко тягнеться до сусідньої поверхні, а порошинки «стрибають» на екран.

Статична електрика виникає майже в усіх галузях промисловості — у друці, з пластиком і плівкою, у пакуванні та литві.

## Основні причини статики

Статика на виробництві виникає з кількох причин, і найпоширеніша — **контакт і розділення** матеріалів.

Найчастіше це трапляється там, де плівка чи полотно розмотуються й проходять по валах. Коли матеріал торкається вала, невеликий заряд перетікає з нього на вал — виникає розбаланс. А коли матеріал **відходить** від вала, напруга різко зростає — як у конденсаторі, у якого механічно розсувають пластини. Саме тому інколи чути легкий тріск: заряд досяг межі пробою повітря. Скільки заряду виникне і якого знака, залежить від пари матеріалів — їхнього місця в трибоелектричному ряду (див. «[Таблицю трибоелектричного ряду](https://fraser-ukraine.com/tsentr-znan/tryboelektrychna-seriya/)»).

Матеріал підходить нейтральним — «+» і «−» порівну. На валу заряди розділяються: «+» лишаються на валу, «−» ідуть із матеріалом (знак залежить від пари матеріалів). Що далі поверхні розходяться, то вища напруга — аж до тріску (пробою повітря).

Для фахівців той самий процес зручно показати як просту електричну схему:

Заряд поводиться як RC-коло: **C** — ємність (поверхня матеріалу накопичує заряд, як конденсатор); **R** — стікання заряду (у провідних матеріалів іде в землю, у діелектриків залишається); **іскровий проміжок** — межа, за якою настає пробій; **зарядний струм** — заряд від руху матеріалу по валу. Струм заряджає ємність, напруга росте (V = I·R), доки не встановиться рівновага.

Заряд утворюється всюди, де матеріал рухається, а тертя й розділення поверхонь неминучі: плівка й полотно на валах бобінорізок і намотувальних машин, папір у друкарських машинах, екструзія та роздув ПЕТ-тари, лиття пластмас, конвеєрні та пакувальні лінії.

Крім контакту й розділення, статику породжують:

- **Швидка зміна температури.** Пластикові вироби заряджаються, поки охолоджуються після лиття (піроелектрика); електрично «стабільними» вони стають лише при 40–50 °C.
- **Різання й розкрій.** Слітери, ножі, різання листів; коли заряджені аркуші складають у стос, спрацьовує «батарейний ефект» — сумарний заряд стає значним.
- **Опромінення.** УФ, рентген, коронна обробка плівки для друку, а також сильні електричні поля (у промисловості трапляються рідко) — усе це додає небажаної статики.
- **Індукція.** Оператор у полі зарядженого процесу сам набирає заряд і розряджається, торкнувшись заземленого обладнання.

І два підсилювачі, що діють завжди: **швидкість** (що швидша виробнича лінія, то більший заряд) і **суха атмосфера** (за низької відносної вологості повітря поверхневий опір матеріалів зростає й заряду немає куди стікати; тому в опалюваних цехах проблеми загострюються).

Розряди на валах бобінорізальної машини: заряд, набутий плівкою під час контакту й розділення з валами, стікає на найближчі металеві частини (художня візуалізація)

## Чим статика шкодить на виробництві

- **Порушує поводження з матеріалом.** Плівка й пакети притягуються один до одного або розлітаються, аркуші не формують рівного стосу, полотно притягується до валів.
- **Дає брак і забруднення.** Заряджена поверхня притягує пил і частинки — страждають друк, фарбування, ламінування.
- **Б’є струмом операторів.** Людина накопичує заряд і розряджається, торкнувшись заземленого обладнання.
- **Створює ризик займання.** Там, де є пари розчинників чи горючий пил, іскровий розряд здатний їх запалити.
- **Пошкоджує електроніку.** Чутливі компоненти виходять з ладу навіть від незначних розрядів.

Накопичений заряд розряджається на оператора — типовий наслідок неконтрольованої статики.

## Як статику тримають під контролем

Передумова будь-якого методу — заземлення провідних частин обладнання й стабільний мікроклімат ділянки (детально — «Мікроклімат і заземлення — обов’язкові передумови»). Основний метод — **нейтралізація іонізацією повітря**. Іонізатор створює біля робочої зони хмару позитивних і негативних іонів; заряджена поверхня притягує іони протилежного знаку — і заряд згасає. Залежно від задачі застосовують кілька типів обладнання:

- **Активні іонізатори** (шини-іонізатори) — створюють високу напругу на емітерах — від зовнішнього блока живлення (AC) або вбудованого перетворювача (24 В DC) — і активно генерують іони. Вирішальний чинник — відстань: що ближче до матеріалу, то вища ефективність.
- **Пасивні розрядники** (антистатичний шнур, мідна мішура) — працюють без живлення, нейтралізуючи частину заряду за рахунок індукції.
- **Генерація статики** (пінінг) — навпаки, контрольований заряд для тимчасової фіксації матеріалу: притискання крайки плівки, утримання етикетки.
- **Вимірювання** — прилади визначають, де саме і якої величини заряд, щоб точно підібрати рішення.

Іонізатор насичує повітря позитивними й негативними іонами. Заряджена поверхня притягує іони протилежного знаку — і заряд згасає до нуля.

## П’ять базових правил

1. **Що ближче — то краще.** Ефективність іонізатора швидко зростає зі зменшенням відстані до матеріалу.
2. **Матеріал має бути у вільному просторі.** Поки плівка притиснута до вала, її заряд «зв’язаний» з валом і не піддається нейтралізації — потрібно щонайменше 50 мм від точки контакту.
3. **Нейтралізувати перед проблемною ділянкою.** Далі по виробничій лінії заряд може відновитися, тож іонізатор ставлять в останній можливій точці перед місцем, де статика заважає.
4. **Враховувати швидкість.** Зі зростанням швидкості виробничої лінії заряд збільшується; на швидкісних виробничих лініях може знадобитися кілька іонізаторів.
5. **Прибирати пил одразу.** З часом електростатично притягнутий пил переходить у стійке зчеплення з поверхнею, і згодом його вже не видалити обдувом.

Це базові принципи.

## Мікроклімат і заземлення — обов’язкові передумови

У виробничому процесі статичний заряд виникає під час контакту й розділення матеріалів на виробничій лінії (зокрема під час тертя) — коли плівка, папір і картон, листи, рулонні матеріали, пластикові вироби, текстиль чи порошки проходять по валах, напрямних і стінках обладнання або відокремлюються один від одного. Один із ключових чинників — сама сировина: її електростатичні властивості, тобто місце в [трибоелектричному ряду](https://fraser-ukraine.com/tsentr-znan/tryboelektrychna-seriya/), в конкретних виробничих умовах. Що далі в ряду матеріал і поверхня, з якою він контактує, то більший заряд; багато промислових пластиків заряджаються легко й негативно.

Потім заряд накопичується: на матеріалі й обладнанні лишається те, що не встигло стекти. Заземлення й мікроклімат визначають, скільки заряду стече, а скільки накопичиться. Іонізатор нейтралізує накопичене. Якщо передумови не виконано, іонізатору доводиться нейтралізувати більший заряд, ніж той, під який його підбирали.

### Заземлення

Усі провідні частини обладнання — рами, вали, напрямні, столи, бункери, трубопроводи, корпуси вузлів — і оператор мають бути заземлені. Тоді заряд, який вони отримують від матеріалу, одразу стікає в землю. Рекомендований опір заземлювального пристрою — менше 4 Ом: це норма Правил улаштування електроустановок (ПУЕ, глава 1.7). Заміри опору й облаштування заземлення професійно виконують компанії, що спеціалізуються на блискавкозахисті й заземленні.

Слід також брати до уваги, що кваліфіковане заземлення обладнання не гарантує, що заземлені всі металеві деталі. Наприклад, рухомі вали машин та обладнання, як правило, не заземлені, якщо це не спеціалізоване обладнання: їхня конструкція і навіть мастило не проводять струм. Тобто навіть на заземленому обладнанні вали та інші рухомі елементи відновлюватимуть заряд на матеріалі, що проходить повз них.

Кожен прилад Fraser — шини-іонізатори, блоки живлення, пасивні нейтралізатори, іонізуючі пістолети, генератори статики — під’єднують до заземлення: цього вимагають інструкції виробника.

Для іонізаторів і систем іонізації заземлення — умова працездатності, а не лише захисний захід. Шина змінного струму заземлюється через екранований високовольтний кабель і корпус роз’єму на блок живлення, а сам блок — на заземлення установки. Шини 24 В постійного струму мають окрему жилу заземлення в штатному кабелі або заземлюються через 0 В живлення, тому мінус живлення 24 В підключають до захисного заземлення. Штатні блоки живлення Fraser підключають до мережі із заземленням і з’єднують їхній провід заземлення з землею.

Незаземлена металева частина накопичує заряд і віддає його іскровим розрядом — в оператора або в електроніку керування; на ділянках з розчинниками такий розряд може запалити їхні пари.

Заземлення працює лише на провідниках. Більшість матеріалів, з якими працює виробництво, — плівка, папір і картон, пластик, синтетичні тканини, порошки — ізолятори: заряд по них не стікає, і заземлення його не відводить. Його нейтралізує іонізатор. Пасивні нейтралізатори — щітки, антистатичний шнур, мішура — без надійного заземлення не працюють.

### Вологість

Від відносної вологості повітря залежить поверхневий опір матеріалу: що він нижчий, то легше заряд розтікається поверхнею й стікає. Fraser наводить поріг: за поверхневого опору нижче 10¹⁰ Ом/□ заряд стікає, і електростатичного притягання не виникає. Приклад — папір: сухий є ізолятором, зволожений проводить.

На виробничій ділянці, де проявляється статика, рекомендовані температура 18–22 °C і відносна вологість повітря 50–70 %. За гірших параметрів статичний заряд накопичується сильніше.

### Температура

Температура повітря визначає його відносну вологість: якщо повітря нагріти, відносна вологість повітря падає, хоча води в ньому стільки ж. Тому заряду більше на ділянках з підвищеною температурою і там, де температура коливається. В опалювальний сезон це може проявлятися сильніше: листи притягуються один до одного й подаються по два, шари рулонного матеріалу притягуються між собою й до валів, порошок і гранулят притягуються до стінок бункерів, труб і тари, пил налипає на поверхню матеріалу й виробів, оператори отримують розряди. Зі зміною температурного режиму ці прояви пов’язують не завжди.

Окремо — температура самого матеріалу. За правилами Fraser пластик електрично нестабільний, доки не охолоне до 40–50 °C, і після нейтралізації заряджається знову. Тому іонізатор ставлять там, де матеріал уже охолов.

### Як це перевіряють

Коли статики у виробничому процесі стало більше, спершу перевіряють передумови: опір заземлення провідних частин, температуру й відносну вологість повітря на ділянці. Потім вимірюють заряд на матеріалі до і після нейтралізації та поверхневий опір матеріалу — як це роблять, описано в статті «[Вимірювання статики](https://fraser-ukraine.com/tsentr-znan/vymiryuvannia/)». Без вимірювання підбір і налаштування нейтралізації — вгадування.

Далі в Центрі знань

[Таблиця трибоелектричного ряду](https://fraser-ukraine.com/tsentr-znan/tryboelektrychna-seriya/) [Вимірювання статики](https://fraser-ukraine.com/tsentr-znan/vymiryuvannia/) [Усунення статики: Правила](https://fraser-ukraine.com/tsentr-znan/pravyla-usunennia/)