Särtsti! Kõrgepinget sõrmeotsast
MATTI PIRHONEN
Hõõrdumisest tekkivat staatilist elektrit leidub kõikjal. | Rakennusmaailma

Inimestest lähtuvad hõõrdeelektrist tekitatud särtsud ehk elektrostaatilised pursked võivad rikkuda elektroonikaseadmeid, ohtu seada patsienditurvalisuse haiglates või põhjustada plahvatusi. Elektrostaatilised pinged võivad kergesti tõusta kümnete tuhandete voltideni.

Hõõrdumisest tekkivat staatilist elektrit tekib kõikjal, kui üks aine hõõrdub teise aine vastu – juukseid kammides, kingades plastpõrandakattel kõndides, õhupalli vastu tekstiili hõõrudes, õhus olevate tolmuosakeste hõõrdumisel helikopteri rootorilabade vastu või lumehelveste ja raheterade liikumisel äikesepilves koos tugevate õhuhoovustega.

Staatiline elekter ongi oma nimetuselt põhiselt elektri liikumatu seisund – ese või inimene on elektriga laetud, aga see elekter kuhugi väljapoole ei pääse.

Hõõrdeelekter on otseselt väljendudes kontakti puhul tekkiv elekter ehk nõndanimetatud triboelektriline efekt, mille puhul elektriline laeng puutehetkel kandub ühelt kehalt teisele. Kui kehad teineteisest eraldada, võivad nad laetuks jääda juhul, kui vähemasti üks neist on elektrit isoleeriv ehk valmistatud ainest, mis on elektriisolaator.

Laetud kehasid teineteisest eemaldades võib elektripinge tõusta väga kõrgeks, isegi kuni kümnete tuhandete voltideni. Laeng tekib ka pelgalt ühest puutest, ent hõõrdumine suurendab seda veelgi.

Hõõrdeelektril põhineb ka 1929. aastal valmistatud sädememasin ehk Van de Graaffi generaator, mis on oma nime saanud selle looja, Princetoni ülikooli füüsiku Robert J. Van de Graaffi järgi.
Van de Graaffi generaatori väikese lauaseadmega on võimalik tekitada isegi saja tuhande voldist pinget; suurte laboriseadmetega mitme miljoni voldist pinget.
Van de Graaffi generaatoris tekib staatiline elekter, kui elektrit isoleerivast ainest valmistatud rihm liigub hõõret tekitades elektriisolaatorist ja metallist rulli ümber.

 

Lühike, aga võimas vooluimpulss

 

Elektri staatilisele seisundile vastupidist olukorda nimetatakse staatilise elektri purskeks ehk ESD-ks (ingl electrostatic discharge) – hõõrdest tekkinud ja esemesse kogunenud elektrilaeng vabaneb suure vooluhulgana eriti kiiresti.

Võimsaim staatilise elektri purse on välk, mis on elektrotehniliselt tohutult suure võimsusega elektrilöök. Suurtes äikesepilvedes on tohutu suured laengud, mis vallanduvad, kui nende pinge ületab õhu läbilöögitugevuse.

Elektrostaatiline purse algab õhus olevate gaaside ioniseerumisega, mispuhul aatomid ja molekulid saavad laetud. Tekib purskekanal, milles elektrit juhtiv plasma võimaldab suurte elektrivoogude eriti kiire liikumise.

Kõuekõma tekib sellest, et purskekanal kuumeneb elektrivoo mõjul äkiliselt ja selles olev õhk paisub plahvatusliku jõuga. Tehismaterjalist riietuseset seljast võttes on kuulda raginat samal põhimõttel, aga purskekanalid särgi seljastvõtmise puhul on lihtsalt määratumalt väiksemad.

Elektrostaatiline purse ise on ääretult lühiaegne, mille kestus on tavaliselt vaid nanosekunditest (ns) ehk sekundi miljardikest mikrosekunditeni (μs) ehk sekundi miljondikeni.

Kui inimene, kes kannab kunstmaterjalist riideid ning jalas on tal tavalised elektrit isoleerivad  jalanõud või siis elektrit isoleeriva materjaliga kaetud põrandal kõndides tekib inimesesse kergelt tuhandete voltide suurune elektrilaeng, mis tekitab staatilise elektri purske, kui satutakse erinevat laengut omava metallist või muust elektrit juhtivast materjalist eseme läbilöögikaugusesse.

Elektrostaatilise purske puhul võib voolutugevus hetkeliselt tõusta kümnete ja ka sadade ampriteni. Elektrilöögi võimsus purskekanali takistusest sõltuvalt võib tõusta vastavalt kas kümnete või lausa sadade kilovattideni. Selliseid laenguid ei tasu oma sõrmeotstest valimatult ükskõik mille vastu lahendada.

 

Talviti on probleeme enim

 

Elektrostaatilised elektrilöögid tekitavad mitmesuguseid kahjusid. Näiteks elektroonilistele komponentidele võib tekkida hetkelisi töötamishäireid, kvaliteedi halvenemist või ka püsivaid vigu. Staatilise elektri energia võib ületada elektrooniliste komponentide vastupidamisvõime isegi mõnetuhandekordselt.

Haiglates on palju tundlikke seadmeid, mis võivad rikki minna või lausa hävineda kasvõi ühe ESD või pikema aja jooksul mõjunud korduvate staatilise elektri löökide mõjul.

Suurim probleem on staatilise elektri tuvastamisega. Hooldetöötajatel ei ole seadmeid ja oskusteavet, mille abil osataks seadmes ettetulevaid vigu seostada staatilise elektriga. Et viga märgataks üheaegselt ka inimmeeltega tajutavalt, on haruldane ja ka siis ei ole kindel, et teo ja tagajärje seoses veendunud saab olla; ja probleemide õigeid süvapõhjusi ei osata veateatesüsteemidesse märkida.

Haiglate operatsioonisaalides ja muudes ruumides, kus steriilsus on vajalik, tekitab staatiline elekter kontaminatsiooni ehk õhus oleva tolmu ja muude osakeste pindadele kogunemist, see aga tekitab riske puutekontakti puhul.

Kontaminatsioon on probleem ka toiduainete- ja pakenditööstuses, kuna halvendab toiduainete kvaliteeti ja tekitab pakendite määrdumist. Töötlevas tööstuses, kasutades süttivaid gaasisegusid või tolmavaid pulbreid, lisab staatilisest elektrist tekkida võiv säde tulekahju või plahvatuse riski.

Plahvatusoht on olemas ka autotanklates tankimisel, kui tankimispüstolil on sisse lülitatud lukustuskang. Näiteks Soomes on tankimispüstolitel lukustuskang keelatud.

Kui autotankija lukustab tankimispüstoli päästiku ja tankimise ajal läheb oma autosse istuma, võib tankija riiete ja autoistme vahel tekkiv hõõrdumine põhjustada staatilist elektrit, mis võib vallanduda sädemena, kui tankija taas läheb võtma tankimispüstolit.

Vähemasti teoreetiliselt on võimalus, et inimesest lähtunud sädeme puhul võivad auto küttepaagi toru ümber heljuvad gaasid plahvatada ja õnnetu juhuse puhul ka kogu küttepaak. Sedasi võib juhtuda kuiva ilmastikuga maades, kus tankimispüstoli lukustuskangi kasutamine pole keelatud.
Sõiduautode rehvid tekitasid sõitmisel staatilist elektrit niikaua, kui rehve hakati tootma mingil määral elektrit juhtivatest ainetest.

 

Haruldane nähtus troopikas

 

ESD tekitab ka elektromagnetilisi häireid (EMI, electromagnetic interference), mis kergesti võib häirida elektroonikat ja elektriseadmeid.

Väga häirivad on ja lausa töötamist takistavad staatilise elektri (ESD) pidevad särtsud, mille suhtes osa inimesi on tundlikumad kui teised. Staatilise elektri (ESD) nähtusid ei esine peaaegu üldse troopilises piirkonnas, kus õhuniiskus on alati suur. Meil on kuivapoolne mandriline kliima.
Kuiv õhk tekitab meil probleeme just talviti. Enim staatilisest elektrist tekitatud häireid esineb just üldiselt jaanuaris, veebruaris ja märtsis.

 

Abiks on maandus

 

Kõige lihtsam moodus takistada staatilise elektri tekkimist on maandamine. Elektroonikatööstuses on töötajatel näiteks maandusega randmepaelad, on staatilise elektrist kaitstud-maandatud tööalasid  (EPA, ESD protected area) ja staatilist elektrit eristavaid jalanõusid.

Kui jalatsitel kirjas märk “ESD” või “antistatic”, on nad valmistatud elektrit juhtivatest materjalidest, nagu näiteks süsinikkiust, ning inimese kehasse ja riietesse kogunenud staatiline elekter kandub selle materjali kaudu põrandasse. Pelgalt jalatsid aga staatilise elektri probleemide vastu ei aita, kui põrandamaterjal ise pole elektrit juhtiv ja maandatud.
Jalatsid oma materjali poolest ja põrandate materjal omandavad olulise tähtsuse ruumides, kus on palju inimesi liikumas, nagu näiteks haiglates.

 

Uued ained ja materjalid

 

Rahvusvahelise elektrotehnilise komisjoni IEC (International Electrotechnical Commission) töörühm valmistab parasjagu ette rahvusvahelist määrust staatilise elektriga toimetulemise suhtes tervishoiuasutustes. Rahvusvahelisi nõudeid ja soovitusi järgides on võimalik parandada olukorda nii haiglates ja tervisepunktides kui ka muudes avalikes kohtades ja ka korterites.

Staatilise elektriga toimetulemiseks vajalikud materjalid nagu plastist põrandakatted, on üldiselt veidi kallimad, kui tavalised põrandamaterjalid. Pikemas perspektiivis tekib aga õigete põrandamaterjalide kasutamisest märgatavat säästu, kui näiteks tänu korralikule põrandamaterjalile haigla elektroonilised seadmed enam rikki ei lähe staatilise elektri poolt tekitatud lühiste pärast.
Muidu suurepärased isolatsiooniplastid saab muuta ESD-materjalideks, kui neile lisada elektrijuhtivust tõstvaid aineid.

On selliseid elektrit isoleerivaid materjale, mis üllatuslikult võivad juhtida elektrit sellisel määral, et takistavad elektrostaatiliste pingete tekkimist.

Sarnased artiklid