สำหรับคนไทยส่วนใหญ่แล้ว
ปัญหาเรื่องไฟฟ้าสถิตจัดได้ว่าเป็นเรื่องไกลตัว
ทั้งนี้เป็นเพราะอากาศบ้านเรามีความชื้นสูง
ประจุไฟฟ้าสถิตที่เกิดขึ้นจึงกระจายออกไปได้ง่าย
ไม่เกิดการสะสม
เว้นแต่ผู้ที่ทำงานอยู่ในห้องปรับอากาศ
(แถมเดินบนพื้นปูพรม)
ที่อากาศแห้งทั้งวัน
โอกาสที่จะมีปัญหากับไฟฟ้าสถิตจะมากกว่า
เช่นตอนที่ยื่นมือไปจับลูกบิดประตูหรือก๊อกน้ำที่เป็นตัวทำไฟฟ้า
จะรู้สึกสะดุ้งเนื่องจากมีประจุไฟฟ้ากระโดดข้ามจากมือไปยังลูกบิดประตูหรือก๊อกน้ำนั้น
ในประเทศที่มีอากาศหนาว
ภูมิอากาศแห้ง
ปัญหาเรื่องไฟฟ้าสถิตจากการทำงานจะมากกว่า
ประกายไฟที่เกิดจากไฟฟ้าสถิตสามารถจุดระเบิดไอระเหยของเชื้อเพลิงกับอากาศ
หรือฝุ่งผง (ที่ลุกติดไฟได้)
ที่ฟุ้งกระจายอยู่ในอากาศ
ก่อให้เกิดการระเบิดได้
ตัวอย่างหนึ่งที่เพิ่งเล่าไปไม่นานนี้คือเรื่อง
"Switch
loading (น้ำมันเชื้อเพลิง)"
(Memoir ปีที่
๙ ฉบับที่ ๑๓๗๔ วันจันทร์ที่
๘ พฤษภาคม ๒๕๖๐)
ที่ประกายไฟที่เกิดขึ้นระหว่างน้ำมันในถัง
กับอุปกรณ์เก็บตัวอย่างน้ำมันหรือท่อจ่ายน้ำมันเข้าถัง
ทำให้เกิดการระเบิดขึ้นภายในถังน้ำมันได้
ประจุไฟฟ้าสถิตสะสมได้บนวัสดุที่ไม่เป็นตัวนำไฟฟ้า
หรือเป็นตัวนำไฟฟ้าแต่ไม่ได้ถูกต่อลงดิน
(ที่เรามักเรียนแบบอเมริกันว่าต่อ
ground
แต่ถ้าแบบอังกฤษจะเรียกว่า
earth)
เช่นในกรณีของรถบรรทุกน้ำมันที่กล่าวมาข้างต้น
คือถังบรรจุน้ำมันและตัวโครงสร้างรถที่สัมผัสกับถัง
ต่างเป็นตัวนำไฟฟ้า
แต่ส่วนที่สัมผัสกับพื้นนั้น
(คือล้อ)
เป็นยางที่ไม่เป็นตัวนำไฟฟ้า
ทำให้ตัวถังบรรจุน้ำมัน
(รวมทั้งโครงสร้างโลหะที่มีการเชื่อมต่อทางไฟฟ้ากับถังบรรจุน้ำมัน)
ทำหน้าที่คล้ายกับว่าเป็นตัวเก็บประจุขนาดใหญ่
เรื่องที่นำมาเล่าในที่นี้นำมาจากบทความเรื่อง
"Static
Electricity : Rules for Plant Safety" จัดทำโดย
Expert
Commission for Safety in the Swiss Chemical Industry (ESCIS)
ตีพิมพ์เผยแพร่ในวารสาร
Plant/Operation
Progress vol. 7 No. 1 หน้า
1-22
เดือนมกราคม
ปีค.ศ.
๑๙๘๘
จากที่เคยอ่านเห็นว่าบทความนี้ให้ภาพโดยรวมที่ดีของการเกิดไฟฟ้าสถิตในระหว่างการทำงาน
และการแก้ปัญหา
แต่การทำความเข้าใจเนื้อหาจำเป็นต้องมีพื้นฐานด้านการทำงานอยู่บ้าง
จึงได้นำเอาบทความนี้มาขยายความโดยเฉพาะในส่วนที่เห็นว่าสำคัญ
เพื่อให้ผู้ที่กำลังศึกษาอยู่จะได้มีความรู้พื้นฐานเกี่ยวกับปัญหาของการเกิดไฟฟ้าสถิตในการทำงานในอุตสาหกรรม
โดยจะขอเริ่มจากตอนที่ ๑
คือตอนนี้
ที่เป็นการยกตัวอย่างการทำงานที่ทำให้เกิดไฟฟ้าสถิตย์สะสมได้
รูปที่นำมาแสดงเป็นรูปที่ปรากฏในหน้าที่
๑ และ ๒ ของบทความดังกล่าว
เริ่มจากรูปที่
๑
ที่แสดงตัวอย่างที่เกิดจากของเหลวหรือตัวทำละลายที่ไม่เป็นตัวทำไฟฟ้า
(non-conductive
solvent) ไหลออกจากท่อโลหะลงสู่ภาชนะรองรับ
โดยที่ปลายของท่อนั้นอยู่สูงกว่าผิวของเหลว
กรณีนี้จะเกิดไฟฟ้าสถิตจากปรากฏการณ์ที่เรียกว่า
"separation
effect" คือการที่วัตถุสองชิ้นที่สัมผัสกันอยู่นั้นแยกตัวออกจากกัน
(ในกรณีนี้คือของเหลวแยกตัวออกจากพื้นผิวของแข็ง)
"separation
effect" เป็นรูปแบบหนึ่งของการเกิดไฟฟ้าสถิต
คืเมื่อวัตถุสองชิ้นสัมผัสกัน
วัตถุชิ้นที่ยึดเหนี่ยวอิเล็กตรอนได้อ่อนกว่ามีแนวโน้มจะสูญเสียอิเล็กตรอนให้กับวัตถุที่ยึดเหนี่ยวอิเล็กตรอนได้ดีกว่า
แต่ถ้าวัตถุทั้งสองชิ้นเป็นตัวนำไฟฟ้า
ประจุที่มีการถ่ายเทก็จะกระจายออกไปไม่เกิดการสะสม
ของเหลวที่เป็นตัวนำไฟฟ้า
(conductive
solvent) ได้แก่ของเหลวที่โมเลกุลมีขั้วหรือมีไอออนละลายอยู่
ของเหลวที่เป็นโมเลกุลไม่มีขั้ว
(เช่นไฮโดรคาร์บอน)
หรือมีความเป็นขั้วต่ำจัดเป็นของเหลวที่ไม่นำไฟฟ้า
(non-conductive
solvent) อนึ่งในบทความนี้จะใช้คำว่าตัวทำละลาย
(solvent)
หรือของเหลว
(liquid)
ในความหมายเดียวกัน
เว้นแต่จะมีระบุไว้อย่างอื่น
รูปที่
๑
ไฟฟ้าสถิตที่เกิดจากของเหลวหรือตัวทำละลายที่ไม่เป็นตัวทำไฟฟ้า
(non-conductive
solvent) ไหลออกจากท่อโลหะลงสู่ภาชนะรองรับ
ตัวอย่างของการเกิดไฟฟ้าสถิตตามรูปที่
๑
นี้ได้แก่การถ่ายของเหลวหรือตัวทำละลายที่ไม่เป็นตัวนำไฟฟ้าลงสู่ถังบรรจุ
เช่นในกรณีของการเติมน้ำมันจากสถานีจ่ายน้ำมันให้กับรถบรรทุกน้ำมัน
ในกรณีนี้การเกิดไฟฟ้าสถิตจะเกิดได้เร็วขึ้นถ้าอัตราการไหลของของเหลวผ่านท่อนั้นสูงขึ้น
ถ้าหากท่อป้อนของเหลวเป็นท่อโลหะที่นำไฟฟ้า
และท่อนี้ต่อสายดินเอาไว้
ประจุไฟฟ้าที่สะสมบนผิวท่อก็จะรั่วลงสู่ดินไป
เหลือแต่เฉพาะส่วนที่อยู่กับของเหลว
และถ้าภาชนะบรรจุนั้นทำจากวัสดุที่ไม่นำไฟฟ้า
(เช่นถังพลาสติก)
หรือเป็นภาชนะโลหะที่ไม่ได้ถูกต่อสายดิน
(เช่นถังน้ำมันของรถบรรทุกน้ำมันที่ไม่ได้ต่อสายดิน)
ไฟฟ้าสถิตก็จะค้างสะสมอยู่ในของเหลวนั้น
รูปที่
๒
เป็นตัวอย่างการเกิดไฟฟ้าสถิตจากการเทผงอนุภาคที่บรรจุอยู่ในถุงออกจากถุง
(separation
effect เช่นกัน)
ในกรณีนี้จะเกิดไฟฟ้าสถิตสะสมที่ตัวถุงและกองอนุภาคที่เทออกมา
และตัวอนุภาคที่ฟุ้งลอยอยู่
ตัวอย่างการทำงานประเภทนี้ได้แก่การเทส่วนผสมต่าง
ๆ ลงถังผสม (โดยส่วนผสมนั้นอาจเป็นของแข็งอย่างเดียว
หรือมีทั้งของแข็งและของเหลว)
ในกรณีที่พื้นผิวรองรับผงอนุภาคนั้นเป็นพื้นผิวนำไฟฟ้าและมีการต่อลงดิน
(เช่นถังผสมที่เป็นถังโลหะ)
ประจุไฟฟ้าที่สะสมบนอนุภาคที่กองอยู่บนพื้นก็จะกระจายตัวออกไปได้เร็ว
แต่ส่วนที่อยู่กับอนุภาคที่ฟุ้งกระจายอยู่นั้นจะกระจายตัวออกไปได้ช้ากว่า
(ยิ่งเป็นบรรยากาศที่แห้งก็ยิ่งกระจายตัวได้ช้า)
รูปที่
๒ ไฟฟ้าสถิตทีเกิดจากการเทผงอนุภาคออกจากถุงพลาสติก
รูปที่
๓ เป็นกรณีของการลำเลียงของเหลวที่ไม่นำไฟฟ้าหรือผงอนุภาคของแข็ง
(ระบบ
pneumatic
conveyor หรือในรูปแบบ
slurry
ที่เป็นของแข็งแขวนลอยอยู่ในของเหลว)
ด้วยการใช้ท่อพลาสติกหรือท่อแก้ว
ในกรณีนี้จะมีการสะสมประจุไฟฟ้าสถิตที่ตัวท่อและหน้าแปลนและตัวของเหลว
อันที่จริงการเกิดรูปแบบนี้จะว่าไปแล้วไม่ได้จำกัดอยู่เพียงแค่ท่อแก้วหรือท่อพลาสติก
กับท่อโลหะก็เกิดเช่นเดียวกันดังจะเห็นได้จากในโรงงานที่ทำงานเกี่ยวกับสารไฮโดรคาร์บอน
ที่จะต้องมีการทำให้ระบบท่อลำเลียงไฮโดรคาร์บอนนั้นมีการเชื่อมต่อกันทางไฟฟ้าและต่อลงดิน
ดังนั้นอย่าแปลกใจถ้าจะพบว่าทำไมตรงหน้าแปลนจึงมีการใช้แหวนที่เรียกว่า
"Tooth
washer"
รองนอตหรือยังอาจมีสายไฟเชื่อมต่อข้ามตัวหน้าแปลนเพิ่มเข้ามาอีก
ทั้งนี้เป็นเพราะตัวท่อนั้นมักจะมีการพ่นสี
และตัวนอตเหล็กนั้น
(ถ้าไม่มีการเคลือบสังกะสี)
ก็มักจะมีชั้นสนิมบาง
ๆ ปกคลุมอยู่
ซึ่งสองสิ่งนี้ต่างขัดขวางการนำไฟฟ้า
จึงจำเป็นต้องใช้ tooth
washer เพื่อให้ฟันของแหวนรองนี้กัดเข้าไปจนถึงเนื้อโลหะ
เพื่อให้ความมั่นใจว่าระบบมีความต่อเนื่องทางด้านไฟฟ้า
ตัวอย่างของการเชื่อมต่อระบบลงดินที่ดูแล้วสงสัยว่าจะมีปัญหาเคยนำมาเล่าไว้ใน
Memoir
ปีที่
๗ ฉบับที่ ๑๐๑๑ วันเสาร์ที่
๔ กรกฎาคม ๒๕๕๘ เรื่อง
"เก็บตกจากการเดินเล่นรอบโรงงาน"
ที่ต้องบอกว่าสงสัยว่าจะมีปัญหาเพราะวันนั้นไม่ได้เอามัลติมิเตอร์ไปวัดความต้านทานระหว่างสายดินกับโครงสร้าง
เพียงแค่พิจารณาดูด้วยสายตาเท่านั้น
รูปที่
๓
ไฟฟ้าสถิตที่เกิดจากการลำเลียงของเหลวที่ไม่นำไฟฟ้าหรือผงอนุภาคของแข็งไปในท่อแก้วหรือท่อพลาสติก
(อันที่จริงสำหรับท่อโลหะที่ไม่ได้ต่อสายดินไว้ก็เกิดได้เหมือนกัน)
กระบวนการผลิตพอลิเอทิลีนแบบ
slurry
phase ก็เป็นตัวอย่างหนึ่งของการลำเลียงของแข็ง
(ที่ไม่นำไฟฟ้า)
ไปพร้อมกับของเหลว
(ตัวทำละลายไฮโดรคาร์บอนที่ไม่นำไฟฟ้า)
ไปตามระบบท่อ
การเกิดไฟฟ้าสถิตจาก
separation
effect ไม่จำเป็นต้องเกิดจากวัสดุสองชนิดที่แตกต่างกัน
วัสดุชนิดเดียวกันที่แยกตัวออกจากกันก็สามารถเกิดไฟฟ้าสถิตย์ได้
รูปที่ ๔
เป็นตัวอย่างไฟฟ้าสถิตที่เกิดจากการคลี่ม้วนฟิล์มพลาสติกหรือม้วนกระดาษ
ในกรณีนี้แม้ว่าจะเป็นวัตถุชนิดเดียวกัน
ก็ยังสามารถเกิดไฟฟ้าสถิตขึ้นได้
และเนื่องจากฟิล์มพลาสติกและกระดาษเป็นตัวนำไฟฟ้าที่ไม่ดี
ประจุไฟฟ้าที่สะสมอยู่จะกระจายออกไปได้ช้า
รูปที่
๔ ไฟฟ้าสถิตที่เกิดจากการคลี่ม้วนฟิล์มพลาสติกหรือม้วนกระดาษ
รูปที่
๕
เป็นตัวอย่างไฟฟ้าสถิตที่เกิดขึ้นจากการฉีดพ่นของเหลวออกจากหัวฉีดให้กลายเป็นละอองฝอยเล็ก
ๆ ถ้าตัวหัวฉีด (ที่ปรกติทำจากโลหะ)
นั้นมีการต่อสายดินไว้
ประจุไฟฟ้าที่สะสมที่หัวฉีดก็จะระบายลงสู่ดินผ่านทางสายดิน
แต่ส่วนที่อยู่ในละอองหยดของเหลวนั้นยังคงอยู่
ตัวอย่างของงานประเภทนี้ได้แก่การฉีดพ่นสี
การพ่นตัวทำละลายไปบนพื้นผิว
(เช่นการล้างผนังภาชนะขนาดใหญ่ที่ใช้การฉีดพ่นตัวทำละลายเข้าไปล้างสิ่งปนเปื้อนที่เกาะผนังภาชนะ)
เครื่อง
spray
dryer
แต่จะว่าไปแล้วการเปิดปัญหาไฟฟ้าสถิตรูปแบบนี้ไม่ได้จำกัดอยู่เพียงแค่การฉีดของเหลว
การฉีดแก๊สบางชนิดเช่นคาร์บอนไดออกไซด์
(เช่นในกรณีของการฉีดเครื่องดับเพลิงชนิดแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์)
จะมีการเกิดอนุภาคน้ำแข็งแห้ง
(คาร์บอนไดออกไซด์ที่เป็นของแข็ง)
เกิดขึ้นอยู่ในแก๊สที่ฉีดพุ่งออกมา
(คาร์บอนไดออกไซด์ในถังเมื่อถูกฉีดพ่นออกมาจะไหลผ่านวาล์ว
ทำให้ความดันลดลง อุณหภูมิลดต่ำลง
จนบางส่วนกลายเป็นของแข็ง
ซึ่งเมื่อไหลผ่านสายยางที่ใช้ฉีด
จะเป็นเหมือนกับการลำเลียงอนุภาคของแข็ง
(ที่ไม่นำไฟฟ้า)
ไปตามระบบท่อ
(ที่ไม่นำไฟฟ้าเช่นกัน)
ดังเช่นกรณีรูปที่
๓)
รูปที่
๕
ตัวอย่างการเกิดไฟฟ้าสถิตที่เกิดจากการฉีดพ่นของเหลวออกเป็นละอองฝอย
รูปที่
๖ เป็นตัวอย่างการเกิดไฟฟ้าสถิตจากการปั่นกวนของเหลวที่ไม่นำไฟฟ้า
(เช่นไฮโดรคาร์บอน)
ในภาชนะโลหะ
(ที่ของเหลวในถังสัมผัสกับผิวโลหะโดยตรง)
สำหรับภาชนะโลหะที่เชื่อมต่อกับระบบท่อโลหะและโครงสร้างโลหะ
ก็จะมีการต่อสายดินผ่านทางระบบท่อหรือทางโครงสร้างได้
(แต่ทั้งนี้ต้องแน่ใจว่าตรงจุดสัมผัสที่เป็นจุดต่อนั้นไม่มี
สี สนิม ปะเก็น แหวนรอง ฯลฯ
ที่ไม่นำไฟฟ้านั้นขวางกั้นอยู่)
แต่ถ้าเป็นกรณีของภาชนะโลหะที่มีการบุผิวข้างในด้วยวัสดุที่ไม่นำไฟฟ้า
(เช่นแก้ว
หรือพอลิเมอร์)
จะมีปัญหาประจุไฟฟ้าที่เกิดขึ้นบนพื้นผิวเคลือบทางด้านสัมผัสของเหลว
จะไม่สามารถระบายลงดินผ่านตัวภาชนะโลหะได้
(เพราะชั้นผิวเคลือบไม่นำไฟฟ้า
จึงไม่สามารถนำประจุจากทางด้านของเหลวมายังฝั่งสัมผัสโลหะได้)
รูปที่
๖ ไฟฟ้าสถิตที่เกิดจากการปั่นกวนของเหลวที่ไม่นำไฟฟ้าในถังโลหะ
รูปที่
๗
เป็นตัวอย่างการเกิดไฟฟ้าสถิตที่พบเห็นได้ง่ายทั่วไปในชีวิตประจำวัน
แม้แต่ในบ้านเราสำหรับผู้ที่อยู่ในห้องปรับอากาศต่อเนื่องเป็นเวลานาน
ในรูปนี้ยกตัวอย่างการสวมรองเท้าที่พื้นรองเท้าไม่นำไฟฟ้า
เดินไปบนพื้นที่ทำจากวัสดุที่ไม่นำไฟฟ้า
(เช่นพรมไนลอนหรือพื้นพลาสติก)
นี่เป็นสาเหตุที่ทำให้เกิดไฟฟ้าสถิตสะสมในตัวคน
(separation
effect ตอนพื้นรองเท้าแยกตัวจากพื้น)
พอไปสัมผัสกับลูกบิดประตูหรือก๊อกน้ำโลหะก็จะรู้สึกสะดุ้งเนื่องจากประจุไฟฟ้าที่สะสมอยู่ในตัวนั้นกระโดดข้ามไปยังตัวนำไฟฟ้าที่กำลังจะยื่นมือไปสัมผัส
(ถ้าไม่อยากสะดุ้งก็ให้ใช้วิธีหยิบถือวัสดุที่เป็นตัวนำไฟฟ้า
เช่นลูกกุญแจ
ยื่นไปแตะที่ลูกบิดหรือก๊อกน้ำโลหะก่อน
เพื่อทำการระลายประจุไฟฟ้าบนตัวเราผ่านทางลูกกุญแจ)
ตัวพื้นคอนกรีตจะมีปัญหาต่ำกว่า
เพราะอย่างน้อยคอนกรีตก็ดูดซับความชื้นในอากาศได้ดีกว่าพรมที่ทำจากพอลิเมอร์ที่ไม่นำไฟฟ้า
เสื้อผ้าที่ทำจากเส้นใยที่มีสัดส่วนของเส้นใยไม่นำไฟฟ้า
(เช่นพอลิเอสเทอร์หรือไนลอน)
อยู่สูง
เวลารีดด้วยเตารีดก็จะพบปัญหาการเกิดไฟฟ้าสถิตเช่นกัน
หรือแม้ต่อตอนถอดเสื้อออกหลังจากที่อยู่ในสภาพที่อากาศแห้งเป็นเวลานาน
(separation
effect เช่นกัน)
ตอนเรียนอยู่ต่างประเทศที่อากาศเย็นผมเองก็ชอบใช้เสื้อเชิ้ตที่ทำจากผ้าที่มีสัดส่วนเส้นใยพอลิเอสเทอร์สูง
เนื่องจากมันแห้งง่าย
และรีดง่าย ไม่ค่อยยับ
แต่ผ้าแบบนี้เอามาใส่ในบ้านเราที่อากาศร้อนก็ไม่ไหวเหมือนกัน
เพราะมันไม่ซึมซับเหงื่อเหมือนพวกผ้าฝ้าย
(ผ้าฝ้ายเป็นเส้นใยเซลลูโลส
มีหมู่ไฮดรอกซิล -OH
ที่มีขั้วอยู่มาก
จึงซับน้ำได้ดีกว่า
และความชื้นที่ดูดซับไว้นั้นยังทำให้มันมีปัญหาเรื่องการสะสมประจุไฟฟ้าสถิตต่ำกว่า
แต่ผ้าฝ้ายมันยับง่ายและรีดยาก)
รูปที่
๗
ไฟฟ้าสถิตที่เกิดจากการสวมใส่รองเท้าที่พื้นรองเท้าไม่นำไฟฟ้า
ไปบนพรมหรือพื้นที่ทำจากวัสดุที่ไม่นำไฟฟ้า
เวลาที่คนเราโดนไฟฟ้าดูด
ก็เป็นเพราะกระแสไฟฟ้าไหลผ่านร่างกายลงสู่พื้นดิน
โดยเฉพาะอย่างยิ่งถ้าเป็นเท้าเปล่ายืนอยู่บนพื้นเปียก
สำหรับไฟฟ้าระดับความต่างศักย์ต่ำ
ๆ ที่รั่วอยู่รอบ ๆ ตัวอุปกรณ์บางชนิด
(เช่นเคสของเครื่องคอมพิวเตอร์ที่ปลั๊กไม่ได้ต่อสายดิน)
บางครั้งการสวมรองเท้าที่พื้นเป็นฉนวนร่วมกับการไม่ยืนอยู่บนพื้นเปียก
ก็ช่วยป้องกันไม่ให้ไฟดูดได้
(เพราะมันไปตัดการไหลของกระแสไฟฟ้าผ่านตัวลงสู่พื้นดิน)
แต่ทั้งนี้ไม่ใช่ว่าแขนข้างหนึ่งจับตัวอุปกรณ์และอีกข้างหนึ่งไปจับตัวนำที่นำไฟฟ้าลงดินนะ
ในกรณีหลังนี้กระแสไฟฟ้าจะไหลผ่านแขนทั้งสองข้างแทน
รูปที่
๘ เป็นตัวอย่างของไฟฟ้าสถิตที่เกิดขึ้นจากการเหนี่ยวนำ
(electrostatic
induction)
คำอธิบายภาพในเอกสารกล่าวว่าการที่ผงอนุภาคไหลผ่านท่อพลาสติก
ทำให้ตัวผงอนุภาคและท่อพลาสติกนั้นมีประจุไฟฟ้าสถิตสะสม
ประจุไฟฟ้าสถิตย์บนตัวท่อสามารถเหนี่ยวนำให้เกิดประจุไฟฟ้าสถิตบนตัวเรือนภาชนะโลหะที่อยู่ในบริเวณใกล้เคียงกับตัวท่อได้
(แสดงว่าตัวภาชนะโลหะต้องไม่มีการต่อสายดิน)
ตอนที่
๑ ของเรื่องนี้คงจะพอแค่นี้ก่อน
เดี๋ยวพอมีเวลาว่างจะมาเขียนตอนที่
๒ ต่อ
รูปที่
๘ ไฟฟ้าสถิตที่เกิดจากการเหนี่ยวนำ
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น