郭飛，張超，明朔，李曉偉，袁超

（武警海警學(xué)院，浙江 寧波 315000）

目前對船舶電氣設(shè)備的靜電防護研究相對不多。而船舶靜電有時會給船舶的正常運行帶來嚴重影響，如果控制不好，就容易產(chǎn)生巨大的靜電放電能量，進而造成的嚴重的設(shè)備干擾及損害，帶來巨大的經(jīng)濟損失?；诖耍枰Y(jié)合船舶靜電產(chǎn)生的實際情況，對船舶靜電場防護技術(shù)進行研究，明確船舶靜電場產(chǎn)生機理，分析靜電放電模型，并針對此類危害，研究預(yù)防船舶靜電危害的有效措施，滿足船舶靜電防護需求，確保船舶運行安全。

1 船舶靜電起電機理

靜電起電是一種常見的現(xiàn)象，當物體接觸與分離時，會產(chǎn)生電荷的移動，引起電荷不平衡的情況，這種情況，打破了原本物體電荷的平衡，使物體帶電。如生活中的不斷接觸與摩擦，就會導(dǎo)致靜電現(xiàn)象的發(fā)生。

船舶上，在遇到突然分離或發(fā)生高低電位的設(shè)備或物體相互接觸時，容易引起有害靜電的產(chǎn)生，從而造成靜電對設(shè)備的干擾和影響，危害正常運行環(huán)境的安全，甚至可能會造成火災(zāi)或爆炸事件的發(fā)生。此外，艙室環(huán)境會加重人體靜電，繼而人體也是靜電危害的可移動載體。

1.1 船舶靜電的起電機理

船舶中的靜電可以分成3種類型，包括接觸起電、靜電感應(yīng)起電、物理效應(yīng)起電。其中，靜電感應(yīng)起電在發(fā)生時，在靜電影響下，電場中如果有導(dǎo)體，會出現(xiàn)導(dǎo)體的表面不同位置產(chǎn)生相應(yīng)的電荷，同時發(fā)生的變化：如不帶電的導(dǎo)體，可能成為帶電的導(dǎo)體，產(chǎn)生感應(yīng)起電。感應(yīng)起電是一種較為常見的物理現(xiàn)象，船舶航行中經(jīng)常會有靜電感應(yīng)起電的問題，甚至還會給船舶的正常運行帶來安全影響。絕緣材料接觸帶電如圖1，接觸分離起電如圖2。

圖1 絕緣材料接觸帶電

圖2 接觸分離起電

1.2 靜電放電類型

在實際的航行中，船舶上會存在很多尖銳的導(dǎo)體。如在實際的運行中，鐵把手的關(guān)閉，船舶甲板上的各類凸起物，會在靜電產(chǎn)生時，導(dǎo)致電暈放電的發(fā)生。這種情況的發(fā)生，由于危險性相對不高，所以并不會被很多人所重視。但是，電暈放電是一種不能被忽略的放電問題。因為在一定環(huán)境的影響下，電暈放電可以演變成為另外一種靜電放電，進而容易引起火花放電。例如，膠鞋踏足到船舶上時，如果發(fā)生火花放電時，就容易給雷達、導(dǎo)航儀器等電子設(shè)備帶來影響，不利于電子設(shè)備的功能和作用，嚴重影響電子設(shè)備的正常功能。所以，在船舶運行時，一旦發(fā)生了靜電放電，那么，電暈放電或是火花放電的發(fā)生概率就相對較高，另外，還容易引起輻射放電。常見的靜電放電類型如圖3。

圖3 常見的靜電放電類型

2 靜電放電模型

圖4 ESD電流波形

上圖中的脈沖函數(shù)可以使用ESD電流表達式進行描述：

假設(shè)上述公式中的電流為i（t），放電的間隙長度為dl，放電前，靜電荷的電量為Q0，放電開始后電極電荷量會按照如下公式（2）的情況進行變化：

2.1 靜電放電的人體模型

實際上，可以發(fā)現(xiàn)靜電放電的人體模型是在結(jié)合靜電基本情況之上，所建立的模型。是綜合了對地放電、器件放電建立的模型。模型的建立，對實現(xiàn)人體靜電預(yù)防，具有較好的實用價值（如圖5）。

圖5 靜電放電人體模型

2.2 人體與金屬模型

人體金屬模型，放電電阻值比人體模型要小。研究發(fā)現(xiàn)，該放電存在高速和低速2種模式，其中，高速模式與手中所持有的金屬構(gòu)件有關(guān)系。低速模式與人體電容相關(guān)聯(lián)。低速模式中，所產(chǎn)生的放電電流在上升的過程中，所耗費的時間相對較多，而且，峰值相對不大。所以，采取人體－金屬模型的簡單模式適應(yīng)性就相對較差。結(jié)合實際情況，考慮雙電氣結(jié)構(gòu)，該模型中，包括人體電容，電阻和電感，手持金屬物件等，如圖6。

圖6 人體－金屬模型

人體－金屬模型，也可以被叫做增強模型，可以參考人體手持金屬物件的方式，以此進行模擬。最初模型建立時，是以單RC電氣模型為基礎(chǔ)。同時，電容數(shù)值選取為150pF，而電阻值相對較小，所以可以選取500歐。進一步優(yōu)化和改善該項模型如圖6，CB、RB、LB分別為人體電容，電阻和電感；CHA、RHA、LHA分別描述手、前臂和金屬構(gòu)件的電容，等效電阻和電感。模型的相應(yīng)參數(shù)，可以用如下內(nèi)容描述：

CB=150F±10%；RB=300O±10%；LB=0.04～0.2μH；

進一步進行分析，可以得到：

針對商務(wù)英語專業(yè)跨境電商師資隊伍存在的問題，高職院校應(yīng)協(xié)同教育主管部門和企業(yè)探索一條以社會為本位的、多渠道、個性化的跨境電商教師培訓(xùn)體系。教育主管部門應(yīng)在全國創(chuàng)建更多的跨境電商師資培訓(xùn)基地，與跨境電商示范院校和跨境電商龍頭企業(yè)開展協(xié)同創(chuàng)新，為更多的商務(wù)英語專業(yè)教師提供具有針對性、實踐性、連續(xù)性和開放性的跨境電商師資培訓(xùn)。

CHA=3～10pF；RHA=20～200O；LHA=0.05～0.2μH

2.3 靜電放電的場感應(yīng)模型

分析發(fā)現(xiàn)，所有帶電體的周圍，都具有電場，帶電體和地面之間存在相應(yīng)的電位梯度，對于相關(guān)設(shè)備而言，因為接觸的電場和器具的差異，就會使得靜電場中出現(xiàn)電荷分離或是放電的現(xiàn)象。建立電場感應(yīng)模型，實現(xiàn)了對靜電場中靜電接觸的模擬。實際發(fā)現(xiàn)，高電場強度短持續(xù)的靜電放電，在瞬變過程中會出現(xiàn)電荷位置的偏移，并且這部分移動的發(fā)生原因和電場強度有直接關(guān)系。

通常情況下，靜電場感應(yīng)電位差不能使設(shè)備出現(xiàn)異常，比如，發(fā)生設(shè)備失效、損壞的問題。但是，因為設(shè)備內(nèi)部器件的管腳等效于接收的天線，所以，容易引起電場出現(xiàn)畸變的情況，也就會增強半導(dǎo)體內(nèi)二氧化硅的場強變化，這種情況下，就容易引起柵極的氧化膜出現(xiàn)被擊穿的情況，進而影響的正常使用。場感應(yīng)模型等效電路如圖7。

圖7 場感應(yīng)模型等效電路圖

3 船舶靜電場危害分析

3.1 設(shè)備危害

（1）給船舶電子設(shè)備帶來影響。船舶在正常運行中，電子設(shè)備的重要性是毋庸置疑的，但是，在實際的船舶運行中，容易出現(xiàn)靜電場問題，而在靜電的影響下，設(shè)備的正常運行就會受到影響，包括電子設(shè)備出現(xiàn)的穩(wěn)定性問題，這些問題綜合作用，就會嚴重影響船舶的正常運行，甚至容易造成安全隱患。

（2）火藥等危險品。部分船舶可能會承載火藥等危險品，但是這些危險品容易受到船舶靜電場的影響，最終可能造成嚴重的安全隱患。一般情況下，要求電報裝置的靜電安全ε≤εL。

（3）導(dǎo)航系統(tǒng)。導(dǎo)航系統(tǒng)是船舶的重要組成部分，如果導(dǎo)航系統(tǒng)受到影響，就會給船舶的正常行駛帶來影響，甚至威脅船舶的行駛安全。因為靜電場的存在，導(dǎo)航系統(tǒng)的精度就會受到影響，進而容易造成導(dǎo)航系統(tǒng)出現(xiàn)問題，不利于船舶的正常行駛。

3.2 人員危害

靜電場的存在，可能會給船舶上的船員帶來人身傷害，由于船舶靜電場的電壓有時會瞬時很高，如果電流相對較大，則容易給船員帶來一定影響，甚至能夠帶來手指麻木，恐慌情緒等損害。同時，電磁環(huán)境也會對人體腦部產(chǎn)生一定影響。這樣就不利于船員正常工作的進行，嚴重影響船舶的安全系數(shù)。

4 船舶靜電場防護技術(shù)研究

4.1 靜電接地技術(shù)

該項技術(shù)的使用，能將靜電荷迅速泄漏掉，并且滿足船舶安全行駛的基本需求。這種技術(shù)，也是實用的一種靜電場防護技術(shù)之一。如圖8所示，為完整的靜電接地示意圖。

圖8 完整的靜電接地示意圖

將靜電接地的方式，納入船舶靜電場防護中，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對船舶的控制，還能有效降低各類安全隱患的發(fā)生，從而全面提升船舶的運行質(zhì)量，確保船舶的運行能力，降低船舶安全隱患的發(fā)生。靜電接地技術(shù)，需要按照：

電阻基本關(guān)系，同時，還要注意對電阻率的控制，最終確保接地能夠滿足船舶正常運行的基本需求。

4.2 提高周圍環(huán)境濕度

加濕技術(shù)應(yīng)用簡單，而且效果也相對明顯，并且不會給船舶設(shè)備帶來影響，但是高濕度的成本相對較高，還會船員帶來潮濕、悶熱等反應(yīng)。所以，實際中很少對濕度調(diào)整，甚至有的操作工藝，還不允許使用。

4.3 抑制靜電感應(yīng)

結(jié)合實際，可知靜電感應(yīng)發(fā)生所產(chǎn)生的電場會影響電子元件的性能，甚至?xí)疠^大電位差的出現(xiàn)?？刂旗o電感應(yīng)可以以相關(guān)物理屏蔽的方式實現(xiàn)，進而降低危害影響，提升設(shè)備靜電環(huán)境安全。選擇屏蔽式電源線的，需要注意線間干擾的控制。還要對雙絞線的信號線進行處理，保證雙絞線信號線的效果。另外，還可以采用屏蔽盒，實現(xiàn)屏蔽接地，從而實現(xiàn)對電位差的控制。對于電子器件，可以選擇具有較好防靜電能力的表面保護對設(shè)備覆蓋，確保在實際的運行中，不受其影響，降低隱患的發(fā)生概率。

4.4 靜電檢測報警裝置

為了實現(xiàn)對靜電的檢測和控制，需要設(shè)計靜電檢測報警裝置，這種裝置主要結(jié)構(gòu)有3部分：防爆靜電釋放裝置、測試儀表和支架。此外，還包括提示牌、自動上斷電電路、報警裝置和接地線等進行控制等。測試儀表包括：放大電路、MCU數(shù)據(jù)處理器和AD轉(zhuǎn)換和觸摸壓動盤等部分。檢測后的靜電需要進行釋放，考慮釋放電流過大的影響，結(jié)合釋放裝置的基本結(jié)構(gòu)，引入電流限流技術(shù)。裝置組成，如圖9所示。

圖9 靜電釋放裝置

運行中，有人接近的防爆數(shù)顯靜電釋放裝置的瞬間，檢測電路會動作。如果手接觸到裝置，人體的靜電會被顯示出來，同時，完成對人體靜電的測定，之后裝置會根據(jù)產(chǎn)生靜電大小發(fā)出相應(yīng)報警的信號并進行靜電釋放。當人體中所存在的靜電釋放完成后，報警停止。同時，會顯示人體所殘存的靜電。該設(shè)備，能夠?qū)崿F(xiàn)人體靜電的合理測定，過程中使用信號放大器，對相應(yīng)信號進行放大，以保證檢測的精度，但是它的電衰減相對較快。信號裝置的原理圖，如圖10。

圖10 信號裝置的原理圖

4.5 靜電防護技術(shù)的綜合運用

（1）定期靜電監(jiān)測。根據(jù)艙室電氣設(shè)備特點，劃分出重點產(chǎn)生有害靜電設(shè)備與重點易受靜電干擾設(shè)備。對于靜電污染類設(shè)備，如大型電動機、大負荷電纜等易產(chǎn)生強電磁感應(yīng)的設(shè)備應(yīng)重點布置設(shè)備監(jiān)測分析，必要時應(yīng)針對性地采取靜電消除措施。此外，對重點設(shè)備的靜電監(jiān)測分析也可及早發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常，及早排除故障。設(shè)備監(jiān)測應(yīng)按每周、每月、每半年、每年分時有側(cè)重、性針對的進行。

（2）人體靜電引流。人體靜電是船舶防靜電防護的重要不可控因素，為提高船舶安全系數(shù)必須要采取相應(yīng)的技術(shù)防護措施?？紤]人員的流動的隨機性、衣著穿搭的不確定性，產(chǎn)生的靜電也會多樣化。實際采取靜電消除操作將會十分煩瑣，影響正常工作秩序。

考慮以上原因，在艙室中以最大程度不影響工作的方式，應(yīng)用上文中靜電檢測報警技術(shù)，引入靜電消除裝置。如在艙室把手、踏墊、工區(qū)扶手等人員必經(jīng)之地加以設(shè)置接觸引流裝置，隨時釋放靜電，保持靜電環(huán)境安全。

（3）加強靜電管理措施。為了更好地對靜電管理和控制，需要加強相關(guān)工作人員的管理工作，首先確保要有相關(guān)足夠的基本知識，在上艦前，做好培訓(xùn)工作。

需要做好相關(guān)制度的制定，配備專門的管理人員，做好相關(guān)監(jiān)測的記錄工作，確保個人用品使用規(guī)范，降低個人因素帶來的影響。

另外，還要做好工作臺、地板等重要場所的檢查。確保工作人員，在進入工作區(qū)，佩戴好必要的設(shè)備，并遵守靜電防護的相關(guān)規(guī)范，最大程度降低靜電可能產(chǎn)生的危害。

5 結(jié)語

本文從船舶靜電危害的角度出發(fā)，結(jié)合船舶的運行環(huán)境特點，建立基本靜電模型，對船舶靜電機理與危害進行分析。最后，結(jié)合實際靜電防護需求，綜合討論、研究了船舶靜電場防護技術(shù)，提出采用船舶靜電監(jiān)測和靜電消除等方法和措施，降低靜電偶然性事故發(fā)生概率，維護靜電環(huán)境安全，提升了船舶運行安全系數(shù)。