Inhoud
In werkomgevingen waar gevoelige elektronische apparatuur of meetinstrumenten worden gebruikt, kan door ESD een hoge spanning worden gegenereerd, die elektronische onderdelen en apparaten kan ontregelen, beschadigen of zelfs kapot maken. Ook de ongecontroleerde ontbranding van een licht ontvlambaar gas kan een gevolg van elektrostatische ontlading zijn. Daarom is het des te belangrijker om met gepaste ESD-maatregelen machines, apparaten en onderdelen te beschermen en ESD-beschermingszones in te richten in uw bedrijf.
Wat is ESD en hoe ontstaat het?
ESD is de afkorting van het Engelse begrip Electro Static Discharge, oftewel elektrostatische ontlading. Het gaat hier om een abrupte ladingsvereffening tussen twee objecten met een potentiaalverschil. Dit fenomeen wordt ook wel transiënte overspanning genoemd en kan gepaard gaan met vonken en flitsen.
Elektrostatische ontlading ontstaat altijd wanneer twee materialen door middel van contact – bijvoorbeeld wrijven – worden opgeladen en vervolgens van elkaar worden gescheiden. Door de wrijving van de verschillende materialen ontstaat een disbalans in de elektrische lading – de materialen krijgen een potentiaalverschil, oftewel een verschil in lading. Als de twee objecten dicht bij elkaar komen, kan dit leiden tot een plotselinge ladingsvereffening in de vorm van een stroom van elektronen: de elektrostatische ontlading (ESD).
Een ontlading kan zich ook voordoen als een elektrostatisch geladen object in aanraking komt met een ongeladen object. Alleen het potentiaalverschil is doorslaggevend. Daarnaast kan ESD ook plaatsvinden na een overdracht door de lucht. Dit betekent dat voor elektrostatische ontlading een direct contact tussen twee objecten niet altijd noodzakelijk is.
De spanningsniveaus die ontstaan zijn afhankelijk van de heersende luchtvochtigheid. Bij een drogere lucht zijn ze aanzienlijk hoger. De volgende voorbeelden verduidelijken dit verschil:
| Ladingsbron | Luchtvochtigheid van 10 tot 20% | Luchtvochtigheid van 65 tot 90 % |
|---|---|---|
| Wrijving op werktafel | 6.000 volt | 100 volt |
| Bewegen op kunststof vloer | 12.000 volt | 250 volt |
| Plastic tas optillen van werktafel | 20.000 volt | 1.200 volt |
| Bewegen op (synthetische) vloerbedekking | 35.000 volt | 1.500 volt |
| Werkstoel met zitkussen van schuimstof | 18.000 volt | 1.500 volt |
Wanneer is ESD-bescherming noodzakelijk?
De grootste veroorzaker van ESD is de mens. Die voelt elektrostatische ontlading echter pas vanaf een spanning van 3.500 volt. In werkomgevingen met elektronische apparaten, waarin componenten zitten die gevoelig zijn voor statische elektriciteit, kan een geringe spanning van 100 volt al tot verregaande verstoring van de functionaliteit of zelfs tot een volledige uitval leiden, die volledige systemen of installaties kan betreffen. Daaruit kan een dure uitval van productie voortkomen en kunnen hoge kosten voor reparaties en eventuele aansprakelijkheid ontstaan.
Ook in omgevingen met explosiegevaar – zogenaamde EX- of ATEX-zones – kan ESD een gevaar vormen: hier kan een mix van lucht, stof, damp of gas voor een potentieel ontvlambare atmosfeer zorgen. Als hier door elektrostatische ontlading een vonk ontstaat, kan dit tot een explosie leiden. Daarom is het erg belangrijk om in dergelijke werkomgevingen maatregelen te treffen om ESD te voorkomen.
Welke ESD-maatregelen zijn er en hoe zorgen ze voor bescherming?
Elektrostatische ontlading kan in bedrijven op verschillende werkplekken voorkomen. Ter bescherming van kwetsbare onderdelen, die kunnen worden beschadigd of ontregeld, is het raadzaam om een Electrostatic Protected Area (EPA) – ook wel bekend als ESD-beschermingszone – in te richten. Een dergelijk gebied met alle mogelijke maatregelen tegen ESD kan u naar believen creëren in de vorm van afgeschermde werkplekken, volledige ruimtes of zelfs gehele gebouwen. Daarbij dient u de volgende basisprincipes te volgen:
- Aarding: hierdoor wordt elektrostatische oplading vanaf het begin geminimaliseerd of verhinderd. Dit kan worden gerealiseerd door gebruik van vloeren die bescherming bieden tegen ESD en door geleiding met arm- of voetbanden van koperdraad.
- Afscherming: door de verhoging van de doorgangsweerstand kan de ontladingssnelheid omlaag worden gebracht. Dat kan onder andere worden bereikt door werkhandschoenen te dragen.
- Neutralisering: met een ionisator kan de lading in de lucht en op oppervlakken worden geneutraliseerd. Daardoor wordt de basisvoorwaarde voor elektrostatische ontlading tenietgedaan.
De beschermingsmaatregelen voor ESD-zones omvatten daarom meerdere componenten:
| Componenten | Toelichting | Maatregelen |
|---|---|---|
| Werkkleding | Werkkleding met bescherming tegen ESD verhindert elektrostatische oplading. | • Stofjassen, jacks en broeken met ingeweefde, geleidende vezels. • Werkschoenen met ESD-conforme zolen. • ESD-conforme handschoenen, die bescherming bieden aan onderdelen die gevoelig zijn voor elektrostatische ontlading. • ESD-polsbanden |
| Werktafels en -oppervlakken | Geleidende of antistatische werkbladen geven lading door en voorkomen hierdoor elektrostatische oplading. | • ESD-conforme werktafels, werkbanken, stellingen en opbergvakken. |
| Vloerbedekking | In een ESD-beschermingszone moet de vloerbedekking een geleiding met een ballastweerstand van ca. 1 MΩ hebben. | • Vloerbedekking met ingevlochten koperdraad, zoals ESD-vloermatten of matten met ESD-coating. |
| Luchtvochtigheid | Elektrostatische ontladingen kunnen worden versterkt door een luchtvochtigheid lager dan 30%. | • Luchtvochtigheid constant verhogen naar minimaal 45%. |
| Transportwagens | ESD-transportwagens zorgen er met hun elektrisch geleidende constructie, laadvlakken van speciale spaanplaat en ESD-poedercoating voor dat goederen die snel beschadigen, worden beschermd. | • ESD-wielen voor transportwagens van thermoplastisch elastomeer (TPE) en een naaf met groefkogellagers. |
| Gedragsregels | Een EPA of ESD-beschermingszone mag alleen door geschoold personeel worden betreden. Elektrostatisch gevoelige apparaten en onderdelen mogen alleen door aangewezen en geautoriseerde personen worden aangeraakt en bediend. | • Cursussen voor medewerkers voorzien in de noodzakelijk vakkennis over ESD. • Toegangsbeperkingen garanderen dat alleen geschoolde medewerkers de EPA betreden. |
| Verpakking | Voor de veilige verpakking en verzending van onderdelen die gevoelig zijn voor ESD dient u verpakkingsmateriaal te gebruiken dat aan de normen DIN EN 61340-5-3 en ANSI/ESD S541-2018 voldoet. | • Elektrostatische verpakkingen dienen, afhankelijk van de toepassing, Conductive (=C, NL: geleidend), Dissipative (=D, NL: dissipatief) of Shielding (=S, NL: afschermend) te zijn. • Daarnaast zijn er verpakkingen met antistatische toevoegingen. |
| Gereedschap | Bij het werken met onderdelen en apparaten die gevoelig zijn voor ESD dient u gereedschap te gebruiken dat in hoge mate geleidend is. | • Speciale ESD-schroevendraaiers, -tangen en -kniptangen. |
Verder is het raadzaam om in ESD-beschermingszones geen isolators, zoals plakband, objecten van piepschuim of kunststoffolie te gebruiken, omdat deze producten elektrostatische lading zeer lang kunnen opslaan. Ionisators kunnen onvermijdelijke elektrostatische oplading in EPA’s neutraliseren.
Ook bij het schoonmaken van EPA’s mogen uitsluitend schoonmaakmiddelen -en spullen worden gebruikt die de elektrische geleiding van werkoppervlakken verminderen of er niet aan bijdragen.
Normen en controlemethoden voor ESD-beschermingszones
Om in EPA’s met zekerheid bescherming tegen elektrostatische ontlading te kunnen garanderen, moeten alle geïnstalleerde arbeidsmiddelen, materialen en onderdelen van de inrichting door geautoriseerde specialisten worden goedgekeurd en voldoen aan de geldende Europese normen:
- DIN EN 61340-5-1/IEC 61340-5-1: Elektrostatica deel 5-1: Bescherming van elektronische elementen tegen elektrostatische verschijnselen – Algemene eisen
- DIN EN 61340-5-2/IEC 61340-5-2: Elektrostatica deel 5-2: Bescherming van elektronische toestellen tegen elektrostatische verschijnselen – Gebruikersrichtlijn
- DIN EN 61340-4-1/IEC 61340-4-1: Elektrostatica deel 4-1: Genormaliseerde beproevingsmethode voor specifieke toepassingen – Elektrische weerstand van vloerbedekkingen en geïnstalleerde vloeren
- ANSI/ESD S20.20-2014: Ontwikkeling van een elektrostatisch ontladingsprogramma ter bescherming van elektronische onderdelen, elementen en apparaten
- ANSI/ESD S541-2018: Verpakkingsmateriaal voor ESD-gevoelige onderdelen
Regelmatige controles leiden er bovendien toe dat de ESD-bescherming kan worden gegarandeerd.
Veelgestelde vragen over ESD-maatregelen
ESD is de afkorting van het Engelse electro static discharge, oftewel elektrostatische ontlading. Het betekent de abrupte landingsvereffening tussen twee objecten met een potentiaalverschil. Het wordt ook wel transiënte overspanning genoemd en kan gepaard gaan met vonken en flitsen.
In werkomgevingen waar gevoelige elektronische apparatuur of meetinstrumenten worden gebruikt, kan door ESD een hoge spanning worden gegenereerd, die elektronische onderdelen en apparaten kan ontregelen, beschadigen of zelfs kapot maken. Ook de ongecontroleerde ontbranding van een licht ontvlambaar gas kan een gevolg van elektrostatische ontlading zijn. Daarom is het des te belangrijker om met gepaste ESD-maatregelen machines, apparaten en onderdelen te beschermen en ESD-beschermingszones in te richten.
Vezels of oppervlakken zijn antistatisch als ze niet statisch kunnen opladen, m.a.w. ze voeren statische elektriciteit meteen af. Arbeidsmiddelen met een hoge elektrische weerstand zijn daarom vaak voorzien van een antistatische laag, om op die manier een ESD-reactie zoals een vonk of explosie te voorkomen. Typische antistatische arbeidsmiddelen zijn beschermende werkkledij, zoals werkschoenen met een antistatische zool.
Ter bescherming van kwetsbare onderdelen, die beschadigd of ontregeld kunnen worden, is het een mogelijkheid om een Electrostatic Protected Area (EPA), ook wel ESD-beschermingszone genoemd, in te richten. Een dergelijke zone is gebaseerd op de drie grondbeginselen aarding, afscherming en neutralisering. De beschermingsmaatregelen in EPA’s omvatten meerdere componenten, van werkkleding tot luchtvochtigheid en gedragsregels.
Let op: de hier genoemde voorschriften zijn slechts een keuze uit de belangrijkste wettelijke richtlijnen. Voor gedetailleerde informatie verwijzen we u naar de officiële voorschriften, wetten en richtlijnen omtrent dit thema. Bij de concrete omzetting in uw bedrijf is het raadzaam om vooraf een deskundige te raadplegen.
Bron afbeelding:
© gettyimages.de – atsawin1002
