Новая технология позволила снять опасный заряд с каски за две секунды

Ежегодно на промышленных предприятиях по всему миру регистрируются десятки тысяч серьезных аварий и пожаров. Они происходят по разным причинам: короткое замыкание, перегрев оборудования, искры от ударов и трения, самовозгорание веществ. Все это может привести к гибели работников, травмам, разрушению производственных объектов и многомиллиардным убыткам.

Одна из наиболее опасных и трудно контролируемых причин возгорания — электростатические разряды. При трении или перемещении материалов, не проводящих ток, на их поверхности накапливается статический заряд. Когда он становится слишком большим, возникает искра, которая может поджечь горючие газы, легковоспламеняющиеся жидкости или пыль. Такая опасность сохраняется на нефтеперерабатывающих и химических заводах, угольных шахтах, металлургических предприятиях, деревообрабатывающих цехах и в фармацевтическом производстве.

Особенно интенсивно статический заряд накапливается на элементах спецодежды и защитного снаряжения, выполненных из синтетических и полимерных материалов. Куртки, костюмы, перчатки, обувь — все это в процессе движения, трения о тело и окружающие предметы создает электростатический потенциал.

Один из уязвимых элементов защитной экипировки — каска. В процессе надевания или снятия при контакте с волосами и внутренней поверхностью накапливается электростатический заряд. В итоге, когда человек приближается к оборудованию или касается другого сотрудника, может возникнуть разряд, которого будет достаточно для воспламенения многих взрывопожароопасных веществ. 

Для решения этой проблемы создаются специальные антистатические виды одежды, обуви и тканей. Однако в отношении защитных касок основное внимание исследований и разработок сосредоточено на механических свойствах — ударопрочности, устойчивости к деформациям, снижении веса, улучшении эргономики.

Сегодня существуют единичные варианты антистатических касок, в материале которых используются специальные токопроводящие добавки. Однако для отвода заряда нужно заземление, которое сейчас отсутствует в обычных касках. Это значит, что заряду некуда стекать, и он продолжает накапливаться на поверхности, сохраняя риск искрового разряда.

Ученые Пермского Политеха впервые предложили новый способ улучшения электростатических характеристик защитной каски. Такое решение позволит безопасно отводить опасный заряд и тем самым предотвращать взрывы на производствах, где используются горючие газы и легковоспламеняющиеся жидкости. Статья опубликована в журнале «Безопасность труда в промышленности». 

Для экспериментов исследователи выбрали алюминиевую и медную фольгу, поскольку они легкие, пластичные, хорошо проводят электрический ток и широко используются в электротехнике, а также практически не увеличивают вес. Кроме того, это доступные и недорогие материалы, что важно для возможного массового применения разработки.

На внутреннюю поверхность каски исследователи нанесли слой металлической фольги, подключили ее к заземлению и с помощью прибора замеряли, как быстро падает потенциал. Заряд создавали простым способом: терли париком из натуральных волос о детали экипировки, как если бы человек надевал и снимал ее. 

— В ходе испытаний мы выяснили, что медная фольга оказалась эффективнее: заряд снизился до нуля всего за две секунды. Этого времени достаточно, чтобы предотвратить искровой разряд. Алюминию для такого же результата потребовалось на несколько секунд больше. Кроме того, мы установили, что скорость стекания заряда напрямую зависит от площади заземленной поверхности: чем большая часть каски покрыта фольгой, тем быстрее он уходит. Эти результаты подтвердили, что предложенный нами способ работает и может использоваться для защиты от взрывов на производствах, — отметил Константин Черный, заведующий кафедрой «Безопасность жизнедеятельности» ПНИПУ, доктор технических наук.

Константин Черный, доктор технических наук, заведующий кафедрой «Безопасность жизнедеятельности» ПНИПУ / © Пресс-служба ПНИПУ

Главное отличие предложенного способа от существующих антистатических касок в том, что исследователи не просто добавили токопроводящие материалы, а создали полноценный путь для отвода заряда через заземление. При его отсутствии опасное напряжение все равно нарастает, и риск искры сохраняется. При новом способе заряд непрерывно стекает в землю и не накапливается ни на каске, ни на человеке, что делает этот элемент спецодежды более безопасным во взрывоопасной среде.

Важно понимать, что проведенный эксперимент только подтвердил работоспособность принципа заземления. Для его дальнейшего применения ученые разработали математическую модель, которая учитывает начальное напряжение, площадь заземленного покрытия и материал.

— Таким образом, зная, например, удельное электрическое сопротивление выбранного покрытия, специалист сможет с помощью модели рассчитать, через сколько секунд заряд упадет до безопасного уровня. Применять ее могут как сами промышленные предприятия для дооснащения купленных защитных касок, так и производители средств индивидуальной защиты для выпуска новой экипировки, — дополнил Константин Черный.

Кроме того, опираясь на конкретные задачи, инженеры могут использовать модель для оценки других покрытий (например, токопроводящих сетчатых материалов или напыляемых составов) и способов заземления, подбирая оптимальное решение без дополнительных испытаний.

Результаты исследования открывают возможности для дальнейшего совершенствования спецодежды от статического электричества. Это особенно важно для предприятий нефтехимической, газовой, фармацевтической и горнорудной промышленности, где работа персонала связана с взрывопожароопасными веществами.