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靜電環(huán)境與電爆裝置的安全性研究

文檔作者：魏光輝劉尚含文檔來(lái)源：軍械工程學(xué)院靜電技術(shù)研究所		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年09月26日
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《靜電》季刊13卷1期
靜電環(huán)境與電爆裝置的安全性研究
7一lD 、塑 望 ．型堂窒
軍械工程學(xué)院靜電技術(shù)研究所
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。關(guān)鍵詞!皇堡薹邑靜電防護(hù)室全望堡， 電 冼 寶隆，
但但是是 ，它們對(duì)靜電敏感的特性，叉使其靜I U愛(ài)壘性受到了普遍關(guān)注。在電發(fā)火和電起墓爆 彈藥的螅r 擴(kuò)
1 電爆裝置生產(chǎn)、儲(chǔ)運(yùn)和使用過(guò)程中的靜電環(huán)境 靜電產(chǎn)生于物體
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簡(jiǎn)有時(shí)可產(chǎn)生7KV-10KV的靜電．而在相對(duì)濕艘低的環(huán)境中．包裝材料的靜電電位可高達(dá)
30KV。從現(xiàn)有資料給出的數(shù)據(jù)可以確定包裝材料屬于靜電非導(dǎo)體．在上述帶電水平上它們產(chǎn)
生靜電放電只能給出幾十到敬百徽焦耳的能量。一般不會(huì)直接 『爆電火工品+但是，刷形放電
產(chǎn)生的電磁脈沖有可能使電子線路損壞或無(wú)法正常工作。從防靜電危害工作和國(guó)防現(xiàn)代化的
長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展來(lái)看，研制性能良好的防靜電塑料包裝材料是一項(xiàng)十分重要的工作。
2 靜電源與EED之間的能量藕合模式及安全閾值 在電爆裝置制
造、儲(chǔ)運(yùn)和使用過(guò)程中，危險(xiǎn)靜電源主要來(lái)自人體干仃絕緣材料。ESD對(duì)電爆裝置作用的能量藕
合模式主要可歸納為兩種：
A 傳導(dǎo)方式為主通過(guò)直接的電氣接觸向EED注入靜電能量；
B 空問(wèn)電磁輻射為主向EED輸入電磁脈沖(EMP)能量。
靜電能量直接注入電爆裝置，可導(dǎo)致其意外發(fā)火、爆炸 ESD能量注入或ESD產(chǎn)生的電
磁脈沖可引起電爆裝置中的微電子器件過(guò)熱擊穿或產(chǎn)生干擾使電路無(wú)法正常工作口]，必須引
起高度重視。
靜電能量注入對(duì)電爆裝置安全性的影響可通過(guò)ESD鎮(zhèn)型來(lái)研究，ESD模型口 把靜電源歸
結(jié)為一個(gè)充電的電容器c通過(guò)一個(gè)電阻R對(duì)EEl')放電．(：和R分別代表靜電源的對(duì)地電容
和放電損耗電阻。在理想情況下．靜電源fif}存?zhèn)兡芰縀與放電時(shí)藕合到電爆裝置上的能量e之
比就等于放電回路中的總電阻與電爆裝置的等效電阻值r之比。即
e=E·r／(R+r)=0．5CV：·r(R十r)
實(shí)驗(yàn)中．無(wú)論是靜電源的放電損耗電阻It、電爆裝置的等效電阻r，還是靜電源的對(duì)地電容C．
它們一般隨實(shí)驗(yàn)電壓而變化．其取值與其際 值或蠊壓下 測(cè)量值有較大的不同．因而能量耦
臺(tái)系數(shù)也是實(shí)驗(yàn)電壓的函數(shù)。理論計(jì)算時(shí)．為方便起 ．一般從安全角度出發(fā)．以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)選
擇恒定的參數(shù)值。
對(duì)于確定的ESD模型，c、R值是選定的．只 繚出靜電源的電壓瞧V即可計(jì)算出來(lái)耦合
到電爆裝置上的靜電能量。若此能量小 ：川真實(shí)靜電感度測(cè)試方法確定的試品最小靜電點(diǎn)火
能，則電爆裝置對(duì)該電位以下的靜電放電是 盤(pán)的．否則．需要進(jìn)行靜電防護(hù)。反之，只要測(cè)定
試品的最小靜電點(diǎn)火能，即可由上式確定不 靜電源的安全閑值。近幾年我所測(cè)試了多種電爆
裝置的真實(shí)靜電感度，取置信度為0．95．喪l給出丁其中四種電爆裝置的最小靜電點(diǎn)火能的
置信區(qū)聞“ 和凡體直接對(duì)其放電時(shí)的安全閶值。根據(jù)測(cè)試分析結(jié)果．計(jì)算時(shí)人體電容c取值
為500pF、人體電阻R取為100fl口]。
表1 電爆裝置的最小靜電點(diǎn)火能與人體靜電安全閾值
電爆裝置 橋絲電阻 最小靜電點(diǎn)火能 人體靜電
最大他 的援信區(qū)聞 安全闞值
JD—l1電點(diǎn)火具 2．25n 【J．()9～J．45)mJ l4．JkV
JD一1電點(diǎn)火具 J、80n (9t O～J『】．9)盯lJ 67．3kV
DD一4．5電點(diǎn)火管 4。5n (S34～921-) 8。8kV
DD～17電點(diǎn)火管 l 7n fJ88，～208) 2．3kV
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對(duì)于第二種能量耦臺(tái)方式．即靜電放電產(chǎn)生的空間電磁輻射向EED輸入EMP能量問(wèn)
題，需要用電磁輻射模型來(lái)研究，目前還沒(méi)有成熟的模型可供理論計(jì)算．我們以JD—l】電點(diǎn)
火具為例，主要通過(guò)球一球火花放電輻射模型進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)。
試驗(yàn)中，以5OOpF電容來(lái)模擬靜電源的參數(shù)，在各種電壓下通過(guò)不同長(zhǎng)度的導(dǎo)線以不同
形狀的電極進(jìn)行放電．測(cè)試130火箭彈電點(diǎn)火回路中的感應(yīng)電壓信號(hào)。試驗(yàn)結(jié)果表明：放電線
越短，感應(yīng)信號(hào)越強(qiáng)，而且振蕩頻率高，渡形規(guī)則，信號(hào)持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。受電容器兩電極間距的操
作靈活性的限制，試驗(yàn)中所用放電線最短為18cm 另外．感應(yīng)信號(hào)隨放電電極曲率半徑的增加
而增強(qiáng)．當(dāng)曲率半徑大于2ram時(shí) 信號(hào)變化不大 所以．我們采用％o18球形電極進(jìn)行試驗(yàn)。
試驗(yàn)中，130火箭彈以不同的方式、距放電球不同的距離進(jìn)行測(cè)試，當(dāng)電容器電壓為士
30KV時(shí)，其中 強(qiáng)的感應(yīng)信號(hào) 在導(dǎo)電蓋與彈體兩端的感應(yīng)電壓峰值為380V}在JD一1l電
點(diǎn)火具引線兩端(長(zhǎng)度約2×loom)的感應(yīng)電壓峰值為65VI而點(diǎn)火頭兩端(引線總長(zhǎng)度約
5cm)的感應(yīng)電壓峰值僅l1v，持續(xù)時(shí)間僅0．60#S。由此可以推斷．火箭彈接收的感應(yīng)信號(hào)主要
由引線電感引起，不能有效地使點(diǎn)火具發(fā)熱。假 火頭上的電壓信號(hào)都用來(lái)產(chǎn)生焦耳熱，其
能量也不超過(guò)20 ．遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于JD—ll等電爆裝置的最小靜電點(diǎn)火能的置信下限口“】。因此可
說(shuō)，在危險(xiǎn)靜電源與電爆裝置的相互作肘中．靜電放電產(chǎn)生的電磁輻射對(duì)其靜電安全性沒(méi)有
影響
上述測(cè)試結(jié)果表明I對(duì)于地面上制造、 運(yùn)和陡用過(guò)程中的電爆裝置而言．ESD危害的主
要途徑是靜電能量直接注入 在同樣的條件下，靜電導(dǎo)體形成的ESD比靜電非導(dǎo)體形成的
ESD危害性要大得多。人體靜電是電爆裝置最危險(xiǎn)的靜電源。
3 一般防護(hù)措施 在電爆裝置的生產(chǎn)、皓運(yùn)和使用過(guò)程中， 種靜電源普遍存
在，靜電源與電爆裝置之間的能量耦臺(tái)無(wú)法完全澄免．因此．防靜電危害的關(guān)鍵是根據(jù)真實(shí)靜
電感度的測(cè)試結(jié)果和能量耦合關(guān)系——ESD模型，采取相應(yīng)的防靜電措施，把各種靜電源的
電壓峰值控制在其安全閩值以下 對(duì)于不同的環(huán)境，不同的防護(hù)對(duì)象，有不同的防護(hù)方法。一
般的防護(hù)措施是： ’
①控制靜電起電率．減少靜電的產(chǎn)生。
在靜電危險(xiǎn)場(chǎng)所，對(duì)物體的操作應(yīng)穩(wěn)阜輕放．禁止各種迅猛動(dòng)作，尤其是高速剝離；對(duì)需要
頻繁接觸一分離的物體表面．盡量選擇防靜電材料豉合理搭配使用“帶電序列 接近的材料．
② 提高電荷泄漏速率，防止靜電積聚．避免能量集中的火花放電。
在靜電危險(xiǎn)場(chǎng)所．金屬設(shè)備一般應(yīng)靜電直接接地．對(duì)一些活動(dòng)的金屬設(shè)備根據(jù)具體情況可
靜電間接接地I金屬設(shè)備，管道法蘭 活接頭等連接拙應(yīng)用金屬導(dǎo)體跨接。提高環(huán)境相對(duì)濕度．
利用抗靜電劑或靜電消除器，控制靜電非導(dǎo)體的靜電電位 處理靜電感度很高的火炸藥、電火
工品時(shí)．金屬工裝、設(shè)備的表面應(yīng)鋪、貼防扮電材料．控制放電電流
⑧控制人體靜電，減少危陵靜電源
人體靜電是電發(fā)火裝置最經(jīng)常遇到的危險(xiǎn)靜電源．許多靜電事故是由人體靜電引起的．必
，項(xiàng)引起高度重視。在靜電危險(xiǎn)場(chǎng)所．所有人是應(yīng)穿防靜電鞋和防靜電工作服并采用防靜電地
面；禁止跑跳等一切與操作無(wú)關(guān)的活動(dòng){禁止脫換衣服和鞋帽 在操作較敏感的電火工品(如引
信用電雷管)時(shí)，人員應(yīng)戴防靜電腕帶或腳帶，以保證^員始終可靠地靜電接地。
① 對(duì)含有電子線路的電爆裝置，除采取接地、搭接之外．還要進(jìn)行屏蔽、濾波和加固設(shè)計(jì)．
預(yù)防ESD產(chǎn)生的電磁脈沖對(duì)其產(chǎn)生的損f；j或誤動(dòng)．乍。
⑤ 除此之外，盡量采用抗靜電電發(fā)火裝置或電子部件；加強(qiáng)靜電安全管理和靜電撿測(cè)工
9
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作，使其規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化。
總之，防靜電危害工作是個(gè)系統(tǒng)工程，防護(hù)措施要符合靜電配套工程的要求才能達(dá)到預(yù)期
的目的。
4 結(jié)論 在電爆裝置的制造 儲(chǔ)運(yùn)葶1『使用過(guò)程中+危險(xiǎn)靜電源主器來(lái)自人體和絕
緣材料，應(yīng)作為重點(diǎn)進(jìn)行防護(hù)；機(jī)器設(shè)備和金屬工具等物體一旦積聚靜電，放電比較集中，但只
要通過(guò)可靠的接地即可消除靜電積聚，產(chǎn)生靜電危害的幾率較小；在危險(xiǎn)靜電源與電爆裝置的
相互作用中，靜電危害主要來(lái)自靜電能量直接注入 靜電放電產(chǎn)生的電磁輻射對(duì)其安全性沒(méi)有
直接影響，但由電子線路的損傷或誤動(dòng)作引起的早炸、瞎火等問(wèn)題應(yīng)進(jìn)一步深入研究
參考文獻(xiàn)
l 魏光輝等， 靜電動(dòng)態(tài)測(cè)試儀的探刊”《雷電與靜電~1989，4(4)：46_5O
2 劉尚合《高技術(shù)戰(zhàn)爭(zhēng)與電磁環(huán)境》總參謀部兵種部軍械技術(shù)局，1996
3 O~．ven J， MeAteer，《Electrostatic f)[scharge eontro]》 New York： Mc—
Graw—Hill，1990，169~ 202
4 魏光輝，劉尚合．徐義根，“靜rU放IU對(duì)也點(diǎn)火管安全性的影響”《火工品M996，(4) 46
～ l 8
5 魏光輝，劉尚臺(tái)+武占成．”靜電放{U1f_ft 發(fā)火火箭彈贅全性n0影響”《靜電》1 997+(12)
1：20— 23
防靜電阻燃劑產(chǎn)品簡(jiǎn)介
率劑是一種無(wú)毒透明或略帶黃包的半途叫被體。經(jīng)天津市消防產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)站按國(guó)
家標(biāo)準(zhǔn)GB／5454-85檢測(cè)氧指數(shù)為大于5O．0 。經(jīng)天律市物理學(xué)會(huì)靜電專業(yè)委員會(huì)按部頒標(biāo)
準(zhǔn)FZ／T01 o44—1996紡織材料靜電性能、泄麗電阻的測(cè)定．處理后的泄漏電阻值為：純棉織物
4．78×10 n、純滌織物2．84×lO n。使用 可以通過(guò)噴酒 漬浸、涂布等方式與紡織物材料吸
附反應(yīng)進(jìn)行防靜電阻燃整理處理?？扇∈覝刈匀煌L(fēng)干燥也可取40—45C熱風(fēng)吹干。
本劑屬于季胺類化合物，溶干水．形成m離于分散液。當(dāng)其與棉纖或化纖織物(c。H 0 P。)
纖維索接觸反應(yīng)交鏈后，睫紡織物本體氧指數(shù)得到改善調(diào)整。這就使本劑具備一定的清冼、消
除靜電、阻燃整理功效。
本劑可應(yīng)用于棉纖、化纖等防靜電， 燃臨 l!處理
生產(chǎn)單位：天滓市嘴源靜電技術(shù)中心
地 址：天津市河北區(qū)中紡前街78 川 II~l；編 300241
電 話：(022)26432813 電掛：()771 10其：(022)26438070
聯(lián)系人：焦貴生 傳呼：1278850855

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