廣電機(jī)房電子設(shè)備靜電放電防護(hù)探討

蘇吉焰

【摘要】靜電作為常見電荷，廣泛存在于日常生活之中。而鑒于廣電機(jī)房中的眾多電子設(shè)備都較為“嬌貴”，在遭遇靜電放電現(xiàn)象時(shí)，極有可能會(huì)導(dǎo)致設(shè)備宕機(jī)、數(shù)據(jù)消除等問題，甚至?xí)斐稍O(shè)備障礙、功能受損、使用壽命減少等危害。因此，應(yīng)高度重視并加強(qiáng)靜電防護(hù)，切實(shí)采取有效防護(hù)舉措，以減少靜電影響?；诖耍恼戮蛷V電機(jī)房電子設(shè)備靜電放電的相應(yīng)危害及其防護(hù)措施展開全面探討，以供借鑒參考。

【關(guān)鍵詞】廣電機(jī)房;電子設(shè)備;靜電放電防護(hù)

中圖分類號(hào)：TN92 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2021.23.030

1. 靜電放電機(jī)理與危害

1.1 靜電放電機(jī)理

靜電是一種呈現(xiàn)靜止?fàn)顟B(tài)的電荷，當(dāng)攜帶靜電的物體觸碰接地或者與其電位有差距的物體時(shí)，會(huì)出現(xiàn)電荷轉(zhuǎn)移現(xiàn)象，即靜電放電。在廣播電視機(jī)房中，各種電子設(shè)備較多，電子設(shè)備自身是帶電體，當(dāng)其場(chǎng)強(qiáng)比周邊絕緣擊穿場(chǎng)強(qiáng)還要大時(shí)，會(huì)造成帶電體的靜電荷部分或整體消失，此時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)高電壓、強(qiáng)電場(chǎng)、放電電弧，還可能會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的電磁輻射。

電暈放電，屬于帶電體尖端位置附近的放電，放電發(fā)生時(shí)通常會(huì)伴有一定的藍(lán)光和輕咔聲，不易被發(fā)現(xiàn)。

刷形放電，在絕緣體一邊有多條火花的擊穿放電，且通常會(huì)伴有一定的聲光，此種形式的放電發(fā)生時(shí)，還有可能會(huì)引燃其他可燃物。

火花放電，火花較為集中的擊穿放電，發(fā)生時(shí)會(huì)伴有較亮的閃光或短促的爆裂聲，容易引燃其他可燃物。

雷形放電，懸浮粒子產(chǎn)生的放電，聲光較為明顯，非常容易引燃其他可燃物。

1.2 靜電放電危害

靜電放電危害方式較多，并通過多種途徑對(duì)機(jī)房電子設(shè)備造成影響，主要有以下幾種：

處于電子設(shè)備表面的靜電具有強(qiáng)度較高的電場(chǎng)，受電壓差影響，可以超過1kV。這種靜電場(chǎng)對(duì)CRT監(jiān)控設(shè)備有著較為嚴(yán)重的影響，如干擾電子束正常運(yùn)行，造成圖像發(fā)生變形紊亂。

靜電放電時(shí)會(huì)同時(shí)產(chǎn)生干擾脈沖、電磁波，這些會(huì)引起電子設(shè)備的信號(hào)輻射噪聲，即靜電噪聲。這類噪聲處于MHz或GHz范圍的頻率，能覆蓋和影響電視的工作信號(hào)頻段，同時(shí)還影響網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸、信號(hào)接入，造成機(jī)房電腦、播控等敏感電子設(shè)備宕機(jī)受損。

靜電放電產(chǎn)生的電磁場(chǎng)在輻射作用下，可能會(huì)耦合到信號(hào)線中，再導(dǎo)入電子設(shè)備內(nèi)部，造成設(shè)備電路電平出現(xiàn)翻轉(zhuǎn)、誤操作以及信息漏失等現(xiàn)象。靜電放電時(shí)，其寬廣的頻譜導(dǎo)致出現(xiàn)極為離散的頻點(diǎn)，甚至可能會(huì)進(jìn)入窄帶電路，容易與電子設(shè)備的薄弱點(diǎn)產(chǎn)生耦合，造成影響。

靜電放電時(shí)會(huì)產(chǎn)生電流，并在導(dǎo)體上形成電壓脈沖，通過信號(hào)線和電子設(shè)備器件的連線，傳導(dǎo)至各個(gè)元器件中，進(jìn)而可能擊穿MOS器件柵極和輸入口PN結(jié)，鎖死CMOS電路，熔毀設(shè)備焊接線和鈍化層，損壞晶體管。若靜電放電量較小時(shí)，雖然無明顯破壞電子設(shè)備的元器件，但在內(nèi)部可能會(huì)出現(xiàn)輕微損傷，隨著放電次數(shù)變多，這種損傷會(huì)逐步累加，直至工作性能喪失、設(shè)備完全損毀。

靜電感應(yīng)會(huì)逐漸積累產(chǎn)生高壓靜電荷，而電子設(shè)備中含有很多集成電路、晶體管，其中MOSFET柵極和其他的絕緣電阻≥10Ω，在高壓凈電荷作用下，容易損壞，造成短路，甚至引起器件起火。此外，播放監(jiān)控電子設(shè)備一般為陰極射線管，其外部的靜電場(chǎng)累計(jì)≥1000V，在靜電場(chǎng)作用下，電子束受到嚴(yán)重干擾，會(huì)造成圖像播放混亂。

靜電自身有吸附作用，電子設(shè)備上攜帶靜電會(huì)吸附較多灰塵，影響其散熱效果和屏蔽功能，久而久之還會(huì)影響設(shè)備內(nèi)部儲(chǔ)存器件的使用壽命。對(duì)于敏感性儲(chǔ)存器件，如磁頭、磁帶、硬盤等，還可能造成儲(chǔ)存、讀取障礙，造成信號(hào)不穩(wěn)、數(shù)據(jù)丟失、介質(zhì)損毀。

靜電也會(huì)對(duì)人體造成一定的損傷，在觸摸、操作電子設(shè)備時(shí)，如有靜電會(huì)對(duì)人體造成觸電感覺，雖然電流不大，但長久下來，會(huì)造成人的精神緊張、身體疲憊，干擾正常工作秩序。

2. 靜電放電防護(hù)措施

2.1 隔離措施

隔離是有效防護(hù)的靜電放電危害的一種方式，其功能是將管理端口前移，將靜電隔離，并從工作環(huán)境、機(jī)房設(shè)計(jì)、設(shè)備布置等方面進(jìn)行有效隔離：

工作環(huán)境。使用絕緣介質(zhì)，如PVC、ABS等材質(zhì)的塑料，將容易產(chǎn)生靜電的設(shè)備、重要的設(shè)備隔離開，以抵擋具有kV的靜電電壓。另外，鋪設(shè)防靜電地板，導(dǎo)靜電地面的性能要長期穩(wěn)定有效，敷設(shè)的導(dǎo)電膠要均勻牢固，體積電阻率控制在1×107～1×1010Ω/cm，不易積累灰塵。

機(jī)房設(shè)計(jì)。機(jī)架要結(jié)合電子設(shè)備外形、款式、結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，涉及的電路要避開安裝孔、接縫及通風(fēng)口等位置，防止工作人員直接觸碰，且隔離的距離應(yīng)≥20mm;

設(shè)備布置。操作面板上的開關(guān)、按鍵、調(diào)節(jié)柄選擇塑料材質(zhì)，安裝同樣材料的防塵膜、防塵罩進(jìn)行保護(hù)。臨近電子設(shè)備機(jī)箱的接縫、散熱器改裝成“∩”形狀，一些邊角也改成同樣形狀，避免直接產(chǎn)生靜電。電子設(shè)備與設(shè)備之間盡量保持一定距離，較容易產(chǎn)生靜電或者導(dǎo)電部位要和外殼之間保持一定距離，防止電磁場(chǎng)對(duì)電子設(shè)備部件造成影響。

2.2 屏蔽措施

屏蔽是有效防護(hù)靜電的第二種方式，其功能是防止靜電放電的大電流沖擊電子設(shè)備的內(nèi)部電路，而造成設(shè)備損毀。靜電放電時(shí)，會(huì)有電流迅速?zèng)_擊金屬外殼，大約1-2μs即會(huì)造成金屬外殼的電位高出很多，然后在靜電電荷釋放后，迅速降低，這一升一降會(huì)出現(xiàn)次靜電放電沖擊，如果僅僅靠屏蔽措施防護(hù)是不夠的，需要配合接地措施。如果一些帶有敏感器件的電子設(shè)備，其外殼沒有接地，機(jī)箱需具有≥20kV電壓的抗擊穿能力;如若外殼接地，機(jī)箱需具有≥1.5kV電壓的抗擊穿能力，這樣可以有效減少二次電弧，同時(shí)，其放電路徑>2.2mm。通過屏蔽措施進(jìn)行有效阻隔，在保持機(jī)箱導(dǎo)電效果的同時(shí)，最大限度將靜電干擾阻隔起來。

2.3 接地措施

防護(hù)靜電的有效方式還有搭接和接地，其中，搭接是將兩種或兩種以上的物體采用機(jī)械或化學(xué)的方式固定連接起來，使物體之間絕緣的導(dǎo)體產(chǎn)生導(dǎo)電性連接，形成電流流動(dòng)順暢的低阻路，將壓差降低至最小。接地是將各類導(dǎo)體、防靜電物品與地面連接，遇到靜電電流時(shí)，能將積累的電荷泄排，減少靜電電流對(duì)電子設(shè)備的損傷。接地地線可以有效減少靜電干擾，降低靜電電流的密度和阻抗，通常按照工作性能分為工作地線、保護(hù)地線以及避雷地線三種。在廣電機(jī)房中，輸入、輸出地線都要分別進(jìn)行接地，間距應(yīng)≥3m，注意接地電阻的數(shù)值，其中工作地線電阻不能超過各個(gè)單線輸入阻抗的并聯(lián)值5%，避雷地線電阻應(yīng)<4Ω。根據(jù)實(shí)際，可以增設(shè)一些措施，進(jìn)一步保障接地效果，具體包括：

（1）對(duì)于預(yù)計(jì)有靜電電流通過的位置采取多點(diǎn)接地，沒有靜電電流通過的位置可以采取單點(diǎn)接地。（2）將電子設(shè)備機(jī)械的金屬外殼部分，與金屬機(jī)架一起連接進(jìn)行接地。（3）電纜線、連接器以及金屬開關(guān)等和機(jī)箱保持連接，并靠近機(jī)箱的接地點(diǎn)。（4）機(jī)箱內(nèi)的信號(hào)線通過連接線接入，且要共模濾波，與機(jī)箱接地點(diǎn)保持一致。（5）電子設(shè)備機(jī)箱的接地地線應(yīng)粗且短，以確保能夠快速引導(dǎo)電流，地線長寬比應(yīng)盡量不超過5：1。（6）搭接方式要牢靠，并注意搭接材料的電化學(xué)性能及搭接位置的清潔性，不能有其他雜質(zhì)附著，且在絞接部位需補(bǔ)充搭接。（7）電子設(shè)備內(nèi)部電路要么與外殼共同接地，要么與內(nèi)部電路進(jìn)行隔離，防止互相影響?？偠灾?，接地主要功能是將靜電電流疏導(dǎo)出一條低阻抗的通道，防止靜電對(duì)電子設(shè)備產(chǎn)生干擾。

2.4 環(huán)境措施

環(huán)境的溫度、濕度發(fā)生變化，都會(huì)導(dǎo)致物體內(nèi)外部及周邊的介質(zhì)電導(dǎo)率發(fā)生變化，當(dāng)出現(xiàn)靜電電荷時(shí)，導(dǎo)電的快慢程度不同，物體的帶電量也會(huì)不同。一般情況下，相對(duì)濕度>80%，所有物體的靜電電量都不大;濕度<30%且溫度較低時(shí)，物體的靜電量會(huì)增加很大。如圖1所示，當(dāng)相對(duì)濕度>40%時(shí)，靜電帶電壓急速下降，且濕度40%～70%之間處于較好的狀態(tài)，因此，在條件允許的情況下，廣電機(jī)房要保持一定的濕度，以有效釋放空氣中各類游離電荷，減少電荷濃度，避免靜電對(duì)電子設(shè)備的影響。考慮到機(jī)房設(shè)備的性能，濕度不宜超過60%，以免損壞設(shè)備，降低設(shè)備使用壽命。機(jī)房的溫度保持在18℃～27℃，可以通過水銀溫度計(jì)進(jìn)行測(cè)量。濕度可以通過放置加濕器方式，過于干燥時(shí)，進(jìn)行補(bǔ)水增濕，過于潮濕時(shí)再干燥除濕，進(jìn)而將機(jī)房內(nèi)溫濕度控制在較好的狀態(tài)。

3. 結(jié)語

廣電機(jī)房作為廣電體系的核心之一，也是各項(xiàng)數(shù)據(jù)輸入與傳輸?shù)拿芗瘏^(qū)域，其電子設(shè)備均是精密度高且關(guān)聯(lián)度高的儀器。因此，對(duì)于廣電機(jī)房的靜電放電防護(hù)應(yīng)多方面考慮，結(jié)合現(xiàn)有工作環(huán)境與場(chǎng)地，提前規(guī)劃，該加固的地方加固，該擴(kuò)容的地方擴(kuò)容，統(tǒng)籌運(yùn)用隔離、屏蔽、接地、搭接等多種防護(hù)措施，加強(qiáng)工作人員安全培訓(xùn)與教育，以此才可有效防范靜電放電現(xiàn)象，保證設(shè)備得以安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

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