Giriş
Elektrik kelimesi Antin Yunan kelimesi olan ve amber taşı (fosilleşmiş ağaç reçinesi) anlamı taşıyan elektron kelimesinden türemiştir. Amber aynı zamanda ışık saçan anlamında kullanılmaktadır. İlk elektriklenme olayı amber taşının hızlı bir biçimde törpülenmesi esnasında gözlemlenmiştir. Işık saçan ve küçük kıvılcımlar ile birlikte güçlü elektriklenme ilk defa Von Guericke tarafından yaklaşık 300 yıl önce gözlemlenmiştir.
Katı ve sıvılar da dahil tüm maddeler farklı şekilde sıralanmış atomlardan oluşur. Atomlar onlara kütlelerini veren pozitif yüklü nükleer bileşenlerden oluşur ve negatif yüklü elektronlar tarafından çevrelenmişlerdir. Atomlar normal durumlarında elektriksel olarak nötraldir ve eşit sayıda negatif ve pozitif yük içerirler. Ancak elektronlarda eksilme veya fazlalaşma yaşadıklarında yüklü hale gelirler. Elektronlar hareketlidir ve ihmal edilebilecek kadar küçük kütlelere sahiptir. Bu sebeple elektronlar yük taşıyarak statik elektrikten sorumludurlar.
Metaller gibi iletken maddelerde elektronlar serbestçe hareket edebilirler. Ancak yalıtkan maddelerde elektronlar çekirdeğe daha sıkı bağlı olduklarından serbestçe hareket edemezler. Yalıtkan cam, kauçuk, plastik reçineler, kuru gazlar, kağıt, petrol ürünleri yalıtkan maddelere örnek verilebilir [2].
En iyi bilinen statik elektrik deneyleri kurutucudan çıkmış kumaşların küçük elektrik atlamaları ile sesler çıkarması veya halı olan bir zeminde yürüdükten sonra bir metale dokunmamız ile yaşadığımız küçük elektik şokudur. Herkes bu durumun tamamen kuru hava şartları altında (genellikle kış aylarında) meydana geldiğini bilir. Çünkü kuru olan hava yalıtkan özelliktedir ve yük birikmesine olanak sağlar. Özellikle yanıcı maddelerin elleçlendiği pek çok endüstride statik elektrik yangınlara ve patlamalara sebep olabilir.
Statik elektrik nedir?
Statik elektrik, bir maddenin içerisindeki ya da yüzeyindeki elektrik yüklerinin oransızlığı olarak tanımlanmaktadır. Yük, elektrik akımı ya da elektriksel deşarj tarafından uzağa hareket etmeye başlayacağı zamana kadar aynen kalır. Statik elektrik, elektrik telleri ya da diğer iletkenler boyunca akan ve enerji aktaran elektrik akımının tam aksi olarak adlandırılmaktadır. [1]
Elektrostatik alan ile indüklenme veya direk temas sebepli farklı elektrostatik potansiyele sahip birimler arasında yük transferine elektrostatik boşalım denir. [3]
Statik elektrik kaynaklı kıvılcımlar ciddi tutuşma kaynaklarıdır. Bir statik elektrik kıvılcımının tutuşturucu kaynak olması için aşağıdaki dört koşulun bulunması gerekir:
Elektrostatik yük oluşumu maddelerin hareketi sonucunda oluşur. Birbirine çok yakın temas halinde bulunan maddelerin birbirinden ayrılması veya birbiri üzerinde çekilmesi sonucunda oluşur. Aynı zamanda sürtünmesel yüklenme adını alır. İki farklı malzemeli kütle birbirine yakın şekilde fiziksel temas halinde ise çoğunlukla aralarında serbest elektron transferi gerçekleşir. İki maddeden birinin veya ikisinin malzemeleri zayıf iletken özellikte ise dengesiz yükler hızlıca dengeye gelemezler. Maddelerin ani bir şekilde birbirinden ayrılmaları biri üzerinde fazla elektron bulunmasına diğerinde ise eksik elektron bulunmasına sebep olacaktır. Bu maddeler bulundukları ortamdan uzaklaştırılması durumunda üzerlerinde yüke eşit ve ters yükte oluşum eğilime girerler. Fazla elektron yüklü olan negatif yüklü, eksik elektron yüklü olan ise pozitif yüklüdür. Yüklü kütleler arasında elektriksel potansiyel farkı kolayca birkaç bin volt değerinde gerilim yaratabilir. Ortamda bulunan nem yaratılan gerilimi doğrudan etkilemektedir. Tablo 1’de günlük faaliyetlerimiz esnasında oluşan statik elektrik verilmiştir.
Tablo 1. Elektrostatik yük oluşumu voltaj seviyeleri [4]
Endüstride genellikle yaşanan elektrostatik yük oluşumu sağlayan ayırma ve sürtünme örnekleri:
Elektrostatik yük yüklü kısımdan dışarıya doğru sürekli hareket halindedir. Bu mekanizma, yani statik elektriğin dağılımı (dissipation), yük oluşmaya başladıktan itibaren süregelir ve yüklenme bittikten sonra da devam edebilir. Eğer elektrostatik yük oluşumu hızı dağılımı hızından yüksek ise elektrostatik yük birikimi meydana geliyor demektir.
Maddelerin elektrostatik yük dağılımı hızı aşağıdakiler ile orantılıdır:
1pS/m’den yüksek elektriksel iletkenliğe sahip sıvılar için yük dağılımı için gerek duyulan süre (gevşeme süresi) operasyona müdahale edilmeden beklenmesi tavsiye edilmektedir. Gevşeme süresi içerisinde beklenilen bir zamandaki elektrostatik yük aşağıdaki denklem ile hesaplanabilmektedir.
Burada:
Q=Yük yoğunluğu (Coulomb/m3)
Q0=İlk yük yoğunluğu (Coulomb/m3)
t=süre (saniye)
ε=dielektrik geçirgenliği (Farad/m)
σ=sıvının elektriksel iletkenliği (S/m)
Sıvıların gevşeme süresine bağlı olarak elektrostatik yük değişimi Şekil 1’de verilmiştir. Tablo 2’de ise bazı kimyasalların elektriksel iletkenlik verileri ve gevşeme süreleri verilmiştir.
Şekil 1. Sıvıların gevşeme süresine bağlı olarak elektrostatik yük değişimi
Tablo 2. Bazı temel kimyasalların elektriksel iletkenlik verileri ve gevşeme süreleri
Bazı durumlarda ise sıvının elektriksel iletkenliği yüksek olduğu halde kabın elektriksel iletkenliği düşüktür (örneğin, polipropilen bir tank içerisindeki depolanan sıvılar veya plastik bir kova ile numune alınan sıvılar). Bu gibi durumlarda elektriksel iletkenliği düşük olan kap sebepli topraklama sıvıda biriken elektrostatik yükü dağıtamaz ve elektrostatik yük birikimi gerçekleşir.
Elektrostatik deşarj mekanizmaları
Biriken elektrostatik yük ile birlikte malzemede elektriksel alan ve voltaj da artar. Elektriksel alanın atmosferin yalıtkanlık özelliğini aşması durumunda elektrostatik yük deşarjı gerçekleşir.
Beş farklı deşarj türü vardır ve bunlardan ilk ikisi petrol endüstrisinde özellikle tedbir alınması gereken türlerdir:
Şekil 2. Elektrostatik deşarj türleri
Herhangi bir kıvılcım deşarjından transfer edilecek olan enerjinin hesaplanması mümkündür. Bunun için kapasitans (farad) ve potansiyel farkının (volt) bilinmesi yeterlidir. Şekil 3’te kapasitans ve potansiyel farkı ile açığa çıkacak olan enerjinin belirlenebileceği bir nomogram verilmiştir. [2]
Şekil 3. Kıvılcım deşarjı sonucu açığa çıkan enerjinin tahmini için nomogram [2]
Burada:
W: Enerji (Joule)
C: Kapasitans (Farad)
V: Potansiyel farkı (Volt)
Q: Yük (Coulomb)
Kıvılcım kışkırtıcıları
Kapalı kaplarda elektrostatik deşarj ihtimalini artıran önemli bir unsur kıvılcım kışkırtıcılardır. Kıvılcım kışkırtıcıları, kıvılcımın meydana geleceği boşluğu yaratan topraklanmış veya topraklanmamış iletkenlerdir. Kıvılcım kışkırtıcılar genellikle tehlikeli deşarj meydana gelme ihtimalini ciddi bir şekilde artırırlar. En tehlikeli kıvılcım kışkırtıcılar, elektrostatik yüklü sıvıların yüzeyine yakın yerlerdeki iletken nesnelerdir.
Kıvılcım kışkırtıcılara verilebilecek örnekler:
Şekil 4. Kıvılcım kışkırtıcı örnekleri
Yanıcı buhar hava karışımları
Meydana gelecek olan elektrostatik deşarjın tehlike yaratması için ortamda yanıcı buhar, yanıcı gaz veya yanıcı toz ve bunların hava gibi bir yakıcı karışımı olması gerekmektedir.
Bir buhar hava karışımının yanıcı olup olmadığı onun buhar basıncı, parlama noktası, sıcaklığı ve basıncına bağlıdır. Elektrostatik riskler değerlendirilirken kimyasallar düşük buhar basıncına sahip, orta buhar basıncına sahip ve yüksek buhar basıncına sahip olmak üzere üçe ayrılır. Tablo 3’te kimyasalların buhar basıncına göre sınıflandırılması verilmiştir [5].
Tablo 3. Kimyasalların buhar basıncına göre sınıflandırılması
Düşük buhar basınçlı kimyasallar genellikle parlama noktalarının altında kullanılırlar. Bu koşullarda buharları parlayıcı karışım oluşturmaz. Ancak aşağıdaki koşulların olduğu durumlarda:
Parlama noktasının ± 8,5 °C yakınında veya üzerinde yapılan elleçlemelerde,
Orta veya yüksek buhar basınçlı kimyasallar ile kontamine olması,
Daha önceki kullanımlarında aynı kap içerisinde yanıcı buharlar var ise parlama meydana gelebilir.
Orta ve yüksek buhar basınçlı kimyasallar bulunduğu ortam şartlarında içerisinde bulunduğu kap içerisinde yanıcı ortam oluşturur. Şekil 5’te kimyasal sıcaklığı ve reid buhar basıncı ile parlayıcı buhar limitlerini veren bir grafik verilmiştir [5].
Orta ve yüksek buhar basınçlı kimyasallar bulunduğu ortam şartlarında içerisinde bulunduğu kap içerisinde yanıcı ortam oluşturur. Şekil 5’te kimyasal sıcaklığı ve reid buhar basıncı ile parlayıcı buhar limitlerini veren bir grafik verilmiştir [5].
Şekil 5. Parlayıcı buhar limitleri
Önleyici tedbirler
Elektrostatik riskleri önlemenin yolu elektrostatik deşarjın gerçekleşmesini engellemektir. Burada bahsi geçen tedbirler her proses için uygulanabilir olmayabilir ancak temel prensip statik elektriğin temel dört koşulunu ortadan kaldırmaktır. Elektrostatik riskleri önleyici tedbirler Tablo 4’te verilmiştir [5].
Tablo 4. Elektrostatik riskleri önleyici tedbirler
Proseslerdeki statik elektrik sebepli tutuşma ihtimalini belirlemek için kullanılabilecek örnek bir akım şeması Şekil 6’da verilmiştir.
Bu akım şeması yardımıyla proseslerde tutuşma beklenip beklenmediği ve tutuşmanın önlenmesi için değerlendirilmesi gereken verilerin bahsi geçmektedir [2].
Şekil 6. Statik elektrik sebepli tutuşma ihtimalini belirlemede kullanılabilecek bir akım şeması
Kaynaklar
[1] Dhogal, Basic Electrical Engineering, Volume 1. McGraw-Hill. p. 41. 1986.
[2] NFPA 77, Recommended Practice on Static Electricity, 2000 Edition, 2000.
[3] IEC 61340-5-1 Electrostatics, Part 5-1: Protection of electronic devices from electrostatic phenomena – General requirements, 1998.
[4] ITECO, Protection from Electrostatic Discharges in the Electronic Environments, 2004.
[5] API RP 2003, Protection Against Ignitions Arising Out of Static, Lightning, and Stray Currents, Sixth Edition, 1998.
kaynak
Elektrik kelimesi Antin Yunan kelimesi olan ve amber taşı (fosilleşmiş ağaç reçinesi) anlamı taşıyan elektron kelimesinden türemiştir. Amber aynı zamanda ışık saçan anlamında kullanılmaktadır. İlk elektriklenme olayı amber taşının hızlı bir biçimde törpülenmesi esnasında gözlemlenmiştir. Işık saçan ve küçük kıvılcımlar ile birlikte güçlü elektriklenme ilk defa Von Guericke tarafından yaklaşık 300 yıl önce gözlemlenmiştir.
Katı ve sıvılar da dahil tüm maddeler farklı şekilde sıralanmış atomlardan oluşur. Atomlar onlara kütlelerini veren pozitif yüklü nükleer bileşenlerden oluşur ve negatif yüklü elektronlar tarafından çevrelenmişlerdir. Atomlar normal durumlarında elektriksel olarak nötraldir ve eşit sayıda negatif ve pozitif yük içerirler. Ancak elektronlarda eksilme veya fazlalaşma yaşadıklarında yüklü hale gelirler. Elektronlar hareketlidir ve ihmal edilebilecek kadar küçük kütlelere sahiptir. Bu sebeple elektronlar yük taşıyarak statik elektrikten sorumludurlar.
Metaller gibi iletken maddelerde elektronlar serbestçe hareket edebilirler. Ancak yalıtkan maddelerde elektronlar çekirdeğe daha sıkı bağlı olduklarından serbestçe hareket edemezler. Yalıtkan cam, kauçuk, plastik reçineler, kuru gazlar, kağıt, petrol ürünleri yalıtkan maddelere örnek verilebilir [2].
En iyi bilinen statik elektrik deneyleri kurutucudan çıkmış kumaşların küçük elektrik atlamaları ile sesler çıkarması veya halı olan bir zeminde yürüdükten sonra bir metale dokunmamız ile yaşadığımız küçük elektik şokudur. Herkes bu durumun tamamen kuru hava şartları altında (genellikle kış aylarında) meydana geldiğini bilir. Çünkü kuru olan hava yalıtkan özelliktedir ve yük birikmesine olanak sağlar. Özellikle yanıcı maddelerin elleçlendiği pek çok endüstride statik elektrik yangınlara ve patlamalara sebep olabilir.
Statik elektrik nedir?
Statik elektrik, bir maddenin içerisindeki ya da yüzeyindeki elektrik yüklerinin oransızlığı olarak tanımlanmaktadır. Yük, elektrik akımı ya da elektriksel deşarj tarafından uzağa hareket etmeye başlayacağı zamana kadar aynen kalır. Statik elektrik, elektrik telleri ya da diğer iletkenler boyunca akan ve enerji aktaran elektrik akımının tam aksi olarak adlandırılmaktadır. [1]
Elektrostatik alan ile indüklenme veya direk temas sebepli farklı elektrostatik potansiyele sahip birimler arasında yük transferine elektrostatik boşalım denir. [3]
Statik elektrik kaynaklı kıvılcımlar ciddi tutuşma kaynaklarıdır. Bir statik elektrik kıvılcımının tutuşturucu kaynak olması için aşağıdaki dört koşulun bulunması gerekir:
- Elektrostatik yük oluşumu
- Tutuşturucu kıvılcım çıkarabilecek elektrostatik yük birikimi
- Kıvılcım aralığı
- Kıvılcım aralığı içerisinde tutuşabilir buhar-hava karışımı
Elektrostatik yük oluşumu maddelerin hareketi sonucunda oluşur. Birbirine çok yakın temas halinde bulunan maddelerin birbirinden ayrılması veya birbiri üzerinde çekilmesi sonucunda oluşur. Aynı zamanda sürtünmesel yüklenme adını alır. İki farklı malzemeli kütle birbirine yakın şekilde fiziksel temas halinde ise çoğunlukla aralarında serbest elektron transferi gerçekleşir. İki maddeden birinin veya ikisinin malzemeleri zayıf iletken özellikte ise dengesiz yükler hızlıca dengeye gelemezler. Maddelerin ani bir şekilde birbirinden ayrılmaları biri üzerinde fazla elektron bulunmasına diğerinde ise eksik elektron bulunmasına sebep olacaktır. Bu maddeler bulundukları ortamdan uzaklaştırılması durumunda üzerlerinde yüke eşit ve ters yükte oluşum eğilime girerler. Fazla elektron yüklü olan negatif yüklü, eksik elektron yüklü olan ise pozitif yüklüdür. Yüklü kütleler arasında elektriksel potansiyel farkı kolayca birkaç bin volt değerinde gerilim yaratabilir. Ortamda bulunan nem yaratılan gerilimi doğrudan etkilemektedir. Tablo 1’de günlük faaliyetlerimiz esnasında oluşan statik elektrik verilmiştir.
Tablo 1. Elektrostatik yük oluşumu voltaj seviyeleri [4]
| Aktivite | % 10-25 Nemli Hava | % 65-90 Nemli Hava |
| Halıda yürümek | 35.000 Volt | 1.500 Volt |
| Vinil zeminde yürümek | 12.000 Volt | 250 Volt |
| Tezgahta çalışan işçi | 6.000 Volt | 100 Volt |
| Tezgah üzerinden polietilen torbanın alımı | 20.000 Volt | 1.200 Volt |
| Üretan köpük sandalyede oturmak | 18.000 Volt | 1.500 Volt |
- Sıvıların veya gazların hortum, nozul, vana veya dökme ucu ile ayrılması.
- Diğer maddeler kaynaklı sıvı, gaz veya katı partiküllerin hareketi: Boruda akış, karıştırma, dökme, pompalama, filtreleme, harmanlama ve diğer elleçleme yöntemleri.
- Birbirinden farklı maddelerin turbulent temasları: sıvı hidrokarbonların içerisinden geçen su veya gaz.
- Katı partiküller veya damlacıklar içeren hava, gaz veya buharlar borulardan veya jetlerden deşarj olurken. Örneğin: karbondioksitli yangın söndürücü boşaltılırken, kum püskürtme, buhar lansları ve katıların pnömatik transferi.
- Yalıtkan tahrik kayışları ve konveyör bantlarının hareketi veya makara ve bobinlerden ayrıldığı anlarda elektrostatik yük oluşur.
Elektrostatik yük yüklü kısımdan dışarıya doğru sürekli hareket halindedir. Bu mekanizma, yani statik elektriğin dağılımı (dissipation), yük oluşmaya başladıktan itibaren süregelir ve yüklenme bittikten sonra da devam edebilir. Eğer elektrostatik yük oluşumu hızı dağılımı hızından yüksek ise elektrostatik yük birikimi meydana geliyor demektir.
Maddelerin elektrostatik yük dağılımı hızı aşağıdakiler ile orantılıdır:
- Elleçlenen maddenin elektriksel iletkenliği,
- Kabın (tank, tanker, kolon, vb.) elektriksel iletkenliği,
- Kabın topraklamaya yük iletme kabiliyeti.
1pS/m’den yüksek elektriksel iletkenliğe sahip sıvılar için yük dağılımı için gerek duyulan süre (gevşeme süresi) operasyona müdahale edilmeden beklenmesi tavsiye edilmektedir. Gevşeme süresi içerisinde beklenilen bir zamandaki elektrostatik yük aşağıdaki denklem ile hesaplanabilmektedir.
Burada:
Q=Yük yoğunluğu (Coulomb/m3)
Q0=İlk yük yoğunluğu (Coulomb/m3)
t=süre (saniye)
ε=dielektrik geçirgenliği (Farad/m)
σ=sıvının elektriksel iletkenliği (S/m)
Sıvıların gevşeme süresine bağlı olarak elektrostatik yük değişimi Şekil 1’de verilmiştir. Tablo 2’de ise bazı kimyasalların elektriksel iletkenlik verileri ve gevşeme süreleri verilmiştir.
Şekil 1. Sıvıların gevşeme süresine bağlı olarak elektrostatik yük değişimi
Tablo 2. Bazı temel kimyasalların elektriksel iletkenlik verileri ve gevşeme süreleri
| Kimyasal | İletkenlik (pS/m) | Gevşeme Süresi (saniye) |
| Benzen | 0,005 | >> 100 |
| Ksilen | 0,1 | 210 |
| Toluene | 1 | 21 |
| Siklohekzan | < 2 | > 8,8 |
| Bütil Stearat | 21 | 1,3 |
| Dietil Eter | 30 | 1,4 |
| Etil benzen | 30 | 0,68 |
| Stearik Asit | < 40 | 0,5 |
| Stiren monomeri | 10 | 2,2 |
| Benzin | 1 – 3000 | 1,8 – 0,006 |
| Jet Yakıtı | < 50 | > 0,36 |
| Motorin | 0,5 – 50 | 36 – 0,36 |
| Gazyağı | < 50 | > 0,36 |
| Baz yağ | 0,1 – 1000 | 180 – 0,018 |
| Motor Yağları | 50 – 1000 | 0,36 – 0,018 |
| Fuel Oil | 50 – 1000 | 0,36 – 0,018 |
| Asfalt | > 1000 | < 0,018 |
| Ham Petrol | > 1000 | < 0,018 |
Bazı durumlarda ise sıvının elektriksel iletkenliği yüksek olduğu halde kabın elektriksel iletkenliği düşüktür (örneğin, polipropilen bir tank içerisindeki depolanan sıvılar veya plastik bir kova ile numune alınan sıvılar). Bu gibi durumlarda elektriksel iletkenliği düşük olan kap sebepli topraklama sıvıda biriken elektrostatik yükü dağıtamaz ve elektrostatik yük birikimi gerçekleşir.
Elektrostatik deşarj mekanizmaları
Biriken elektrostatik yük ile birlikte malzemede elektriksel alan ve voltaj da artar. Elektriksel alanın atmosferin yalıtkanlık özelliğini aşması durumunda elektrostatik yük deşarjı gerçekleşir.
Beş farklı deşarj türü vardır ve bunlardan ilk ikisi petrol endüstrisinde özellikle tedbir alınması gereken türlerdir:
- Kıvılcım deşarjı: Kıvılcım deşarjı farklı voltajda yüklü iletken maddeler arasında gerçekleşir. Deşarjın yaşandığı maddelerden birisi genellikle iyi bir şekilde topraklanmamıştır. Örneğin, kara tankerin gözlerinden birinde statik yük biriktiren yakıt üzerinde yüzen metal bir parçanın bulunması sonucunda bu metal ile tank sacı arasında kıvılcım deşarjı olabilir. Kıvılcım deşarjını önlemenin en etkili yolu hiç topraklanmamış veya uygunsuz topraklanmış metallerin tasarım, kurulum, bakım ve işletme esnasında araştırılması ve topraklanmasının sağlanmasıdır. Kıvılcım deşarjı yanıcı buhar ve hava karışımları, gazlar ve tozları tutuşturabilecek enerjiye sahiptir. Yaklaşık olarak 10.000 mJ’ün üzerinde enerji transferi gerçekleşir.
- Fırça deşarjı: Fırça deşarjı topraklanmış bir iletken ile elektrostatik yüklü haldeki iletkenliği düşük malzeme arasında gerçekleşir. Örneğin, iletkenliği düşük bir sıvının sıçratmalı bir şekilde gerçekleştirilen kara tankeri dolumu esnasında dolum kolunun alt noktası ile sıvı yüzeyi arasında deşarj gerçekleşir. Fırça deşarjını önlemek için, gerekli rahatla süreleri beklenmeli, maksimum akış hızı sınırlamaları getirilmeli ve ekipmanlarda çıkıntılı iletken tasarımlardan kaçınılmalıdır. Fırça deşarjı yanıcı buhar ve hava karışımları tutuşturabilecek enerjiye sahiptir.
- Yayılan fırça deşarjı: Yayılan fırça deşarjının enerjisi yüksek ve tehlikelidir. 8mm kalınlığa kadar bir yalıtkan yüzey (örneğin teflon veya cam kaplı boru veya reaktör), büyük alana sahip iki zıt yüzey arasında, büyük bir yük birikimine maruz kalırsa, yayılan fırça deşarjı gerçekleşir. Yayılan fırça deşarjı yanıcı buhar ve hava karışımları, gazlar ve tozları tutuşturabilecek enerjiye sahiptir. Yaklaşık olarak 100.000 mJ’ün üzerinde enerji transferi gerçekleşir. Statik elektrik tutuşmalarının temel sebebidir.
- Koni deşarjı: Diğer adıyla bulking fırça deşarjı, yüklü tozların üzerindeki yüzeyde 1010 ohm üzerinde özdirenç ile ya da derin toz kütlesi boyunca oluşur. Koni deşarjı, 1 m3‘ün altındaki toz hacimlerinde genellikle görülmez. İlgili enerji, tozun tanecik boyutuna ve yükün büyüklüğüne bağlıdır ve 20 mJ’e kadar ulaşabilir. Daha yüksek hacimli tozlar, daha yüksek enerji üretir. Koni deşarjı yanıcı buhar ve hava karışımları, gazlar ve tozları tutuşturabilecek enerjiye sahiptir. Yaklaşık olarak 1.000 mJ’ün üzerinde enerji transferi gerçekleşir.
- Korona deşarjı: Korona deşarjı bir sıvının ya da elektriksel olarak yüklü bir iletkeni saran gazın iyonizasyonu tarafından oluşturulan elektriksel bir deşarjdır. Kendiliğinden meydana gelen korona deşarjı doğal olarak eğer elektrik alan şiddetinin limiti sonsuza gitmiyorsa yüksek voltajlı sistemlerde açığa çıkar. Korona deşarjı düşük minimum tutuşma enerjisine (MIE) sahip gazları tutuşturabilecek enerjiye sahiptir. Yaklaşık olarak 0,1 mJ’ün üzerinde enerji transferi gerçekleşir. Bu sebeple genellikle tehlikesiz olarak düşünülürler. Elektrostatik deşarj türleri Şekil 2’de gösterilmiştir
Şekil 2. Elektrostatik deşarj türleri
Herhangi bir kıvılcım deşarjından transfer edilecek olan enerjinin hesaplanması mümkündür. Bunun için kapasitans (farad) ve potansiyel farkının (volt) bilinmesi yeterlidir. Şekil 3’te kapasitans ve potansiyel farkı ile açığa çıkacak olan enerjinin belirlenebileceği bir nomogram verilmiştir. [2]
Şekil 3. Kıvılcım deşarjı sonucu açığa çıkan enerjinin tahmini için nomogram [2]
Burada:
W: Enerji (Joule)
C: Kapasitans (Farad)
V: Potansiyel farkı (Volt)
Q: Yük (Coulomb)
Kıvılcım kışkırtıcıları
Kapalı kaplarda elektrostatik deşarj ihtimalini artıran önemli bir unsur kıvılcım kışkırtıcılardır. Kıvılcım kışkırtıcıları, kıvılcımın meydana geleceği boşluğu yaratan topraklanmış veya topraklanmamış iletkenlerdir. Kıvılcım kışkırtıcılar genellikle tehlikeli deşarj meydana gelme ihtimalini ciddi bir şekilde artırırlar. En tehlikeli kıvılcım kışkırtıcılar, elektrostatik yüklü sıvıların yüzeyine yakın yerlerdeki iletken nesnelerdir.
Kıvılcım kışkırtıcılara verilebilecek örnekler:
- Gevşek bir şekilde sıvı yüzeyinde yüzen iletken nesneler veya tank içerisindeki atık veya hurda nesneler.
- Tankın içerisine sarkıtılmış ancak tankın tabanına ulaşmayan dikey inen borular.
- Tank tabanına monteli olmayan ölçüm çubukları veya tank yan çeperine monteli ölçüm probları.
- Tank buhar alanına indirilen ölçüm şeritleri, numune kapları veya termometreler.
- Tank içerisindeki topraklanmamış bağlantı elemanları.
Şekil 4. Kıvılcım kışkırtıcı örnekleri
Yanıcı buhar hava karışımları
Meydana gelecek olan elektrostatik deşarjın tehlike yaratması için ortamda yanıcı buhar, yanıcı gaz veya yanıcı toz ve bunların hava gibi bir yakıcı karışımı olması gerekmektedir.
Bir buhar hava karışımının yanıcı olup olmadığı onun buhar basıncı, parlama noktası, sıcaklığı ve basıncına bağlıdır. Elektrostatik riskler değerlendirilirken kimyasallar düşük buhar basıncına sahip, orta buhar basıncına sahip ve yüksek buhar basıncına sahip olmak üzere üçe ayrılır. Tablo 3’te kimyasalların buhar basıncına göre sınıflandırılması verilmiştir [5].
Tablo 3. Kimyasalların buhar basıncına göre sınıflandırılması
| Kimyasal Sınıflandırma | Özellikleri |
| Düşük Buhar Basınçlı Kimyasallar | Kapalı kap parlama noktası 38 °C’den yüksek. |
| Orta Buhar Basınçlı Kimyasallar | Kapalı kap parlama noktası 38 °C’den düşük ve Reid buhar basıncı 4,5 psi (31 kPa)’dan düşük. |
| Yüksek Buhar Basınçlı Kimyasallar | Reid buhar basıncı 4,5 psi (31 kPa)’dan yüksek. |
Parlama noktasının ± 8,5 °C yakınında veya üzerinde yapılan elleçlemelerde,
Orta veya yüksek buhar basınçlı kimyasallar ile kontamine olması,
Daha önceki kullanımlarında aynı kap içerisinde yanıcı buharlar var ise parlama meydana gelebilir.
Orta ve yüksek buhar basınçlı kimyasallar bulunduğu ortam şartlarında içerisinde bulunduğu kap içerisinde yanıcı ortam oluşturur. Şekil 5’te kimyasal sıcaklığı ve reid buhar basıncı ile parlayıcı buhar limitlerini veren bir grafik verilmiştir [5].
Orta ve yüksek buhar basınçlı kimyasallar bulunduğu ortam şartlarında içerisinde bulunduğu kap içerisinde yanıcı ortam oluşturur. Şekil 5’te kimyasal sıcaklığı ve reid buhar basıncı ile parlayıcı buhar limitlerini veren bir grafik verilmiştir [5].
Şekil 5. Parlayıcı buhar limitleri
Önleyici tedbirler
Elektrostatik riskleri önlemenin yolu elektrostatik deşarjın gerçekleşmesini engellemektir. Burada bahsi geçen tedbirler her proses için uygulanabilir olmayabilir ancak temel prensip statik elektriğin temel dört koşulunu ortadan kaldırmaktır. Elektrostatik riskleri önleyici tedbirler Tablo 4’te verilmiştir [5].
Tablo 4. Elektrostatik riskleri önleyici tedbirler
| Elektrostatik Deşarj Koşulları | Önleyici Tedbirler |
| Elektrostatik yük oluşumu |
|
| Tutuşturucu kıvılcım çıkarabilecek elektrostatik yük birikimi |
|
| Kıvılcım aralığı |
|
| Kıvılcım aralığı içerisinde tutuşabilir buhar-hava karışımı |
|
Bu akım şeması yardımıyla proseslerde tutuşma beklenip beklenmediği ve tutuşmanın önlenmesi için değerlendirilmesi gereken verilerin bahsi geçmektedir [2].
Şekil 6. Statik elektrik sebepli tutuşma ihtimalini belirlemede kullanılabilecek bir akım şeması
Kaynaklar
[1] Dhogal, Basic Electrical Engineering, Volume 1. McGraw-Hill. p. 41. 1986.
[2] NFPA 77, Recommended Practice on Static Electricity, 2000 Edition, 2000.
[3] IEC 61340-5-1 Electrostatics, Part 5-1: Protection of electronic devices from electrostatic phenomena – General requirements, 1998.
[4] ITECO, Protection from Electrostatic Discharges in the Electronic Environments, 2004.
[5] API RP 2003, Protection Against Ignitions Arising Out of Static, Lightning, and Stray Currents, Sixth Edition, 1998.
kaynak