Ehkäise staattisen sähkön riskejä hyvällä ilmankosteudella
Staattisen sähkön aiheuttamat riskit lisääntyvät, jos ilmankosteus on matala. Riskit voivat saada aikaan vahinkoa sekä tuotantoon että henkilöstön hyvinvointiin. Ilmankosteuden säätäminen on usein kannattava investointi.
Staattinen sähkö tarkoittaa käytännössä materiaalien sähkövarauksen epätasapainoa. Epätasapainon tila muodostuu taasen, jos elektroneista on joko yli- tai alijäämää. Ilmankosteuden säätö voi olla ratkaisuna staattiselle sähkölle ja kerromme tässä artikkelissa tarkemmin, kuinka poistaa staattinen sähkö tuotannosta.
Tribosähkönen ilmiö ongelman alkutekijä
Tribosähköinen ilmiö on staattisen varauksen yksi suurimpia aiheuttajia. Se muodostaa tietyille materiaaleille sähkövarauksen muodostumisen. Esimerkkejä löytyy varsin arkisista tilanteista, kuten ukkosmyrkystä. Joka kesän sääilmiö syntyy silloin, kun maan ja pilvien välille tulee sähköstaattinen varaus.
Kun materiaalit koskettavat toisiaan, syntyy niiden välille valenssielektroneja. Sähkönjohtavuutta voidaan lisätä ilmankosteutta lisäämällä. Tällöin sähköjohtavuus voi sitoa ja jakaa ylimääräisen varauksen tasaisemmin.
Ilmankosteuden säädöllä suuri vaikutus
Muistamme koulutunneilta, että vesi johtaa hyvin sähköä. Tämä tarkoittaa, että koste ilma saa aikaan sen, että sähköisesti varautunut kappale luovuttaa sähkövaraustaan. Tämä vähentää äkillisen sähköstaattisen purkautumisen todennäköisyyttä. Sähköstaattisen purkauksen yhteydessä käytetään usein ESD-lyhennettä. Se tulee englannin kielen sanoista electrostatic discharge.
Jos puhtaan veden sähköjohtavuutta verrataan esimerkiksi metalleihin, on sen vaikutus melko vähäinen. Kosteampi ilma ei myöskään poista täysin sähköstaattisen varauksen todennäköisyyttä, mutta asia saadaan huomattavasti tehokkaammin hallintaan.
Potentiaalieroja epätasapainossa olevien varauksien välissä voidaan tasoittaa, kun ne ovat toisiinsa kosketuksissa. Tämä vaatii matalahkon ilman suhteellisen kosteuden. Jos kosteuden taso on korkea, voi purkautuminen tapahtua turvallisemmin.
Yksittäisten vesimolekyylien sähkönjohtavuus on korkeampi verrattuna ympäröivään ilmaan. Varaus purkautuu tällöin ilmassa olevaan veteen. Tämä tarkoittaa, että varaus pirstaloituu moniin vesimolekyyleihin, vaikka purkautumista tapahtuu edelleen. Korkeampia varauksia ei synny, jos suhteellinen ilmankosteus saavuttaa tietyn raja-arvon.
Sähköstaattisen purkautumisen vaarat
Staattista sähköä ei voida ainakaan vielä täysin ehkäistä minkään teknologian avulla. Sitä esiintyy aina jossakin muodossa tuotantoympäristössä ja ongelman juuret juontavat paikkaan, jossa varaus purkautuu. Jos tuotannossa keskitytään erityisesti elektroniikkaan, voi pienikin purkaus olla kohtalokas: puolijohteet voivat vaurioitua käyttökelvottomiksi.
Myös sähköstaattisten varausten epätasapaino kappaleiden pinnoilla tuo omat ongelmansa peliin. Jos suhteellisen ilmankosteus alittuu 40 prosentin, voi staattisen sähkön riski kasvaa huomattavasti.
Hankaus muodostaa sähköstaattisen varauksen. Kahden materiaalin hankautuessa toisiaan vasten, niiden välillä alkaa siirtyä valenssielektroneja. Useimpien tuotantoympäristöjen puitteet staattiselle sähkölle ovat valitettavan otolliset. Jos tuotannossa esiintyy lämpötilaa nostattavia lämmönlähteitä, alkaa ilmankosteus auttamatta laskea.
Onneksi ongelmaan löytyy usein ratkaisu suhteellisen ilmankosteuden riittävästä ylläpidosta. Jos se pystytään pitämään 40 prosentin yläpuolella, ovat asiat usein paremmin. Taso saa olla reippaammallakin tolalla ja optimaalinen arvo onkin usein noin 60 prosenttia. Ilmankostutusjärjestelmistä voi olla hyvää apua riittävän ilmankosteuden takaamiseen kaikkina aikoina.