Elektrostatik

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Elektrostatik

Die Elektrostatik (aus dem griechischen Elektron = Teilchen und statikos = zum Stillstand bringend) befasst sich mit ruhenden elektrischen Ladungen und der Ladungsverteilung.

Bei bestimmten Materialien werden, beispielsweise durch Reibung, elektrische Ladungen getrennt. Schon durch das Vorbeistreifen trockener Luft werden Elektronen mitgerissen, das Material lädt sich elektrostatisch auf.

Je mehr elektrische Ladungen voneinander getrennt werden desto größer ist der Potentialunterschied, also die elektrische Spannung.

Gefahren durch elektrostatische Aufladung

Bei Berührung eines geerdeten Körpers wird das unterschiedliche Potential ausgeglichen. Kurzzeitig fließt ein elektrischer Strom, die Elektronen gelangen wieder an Ihren Platz zurück. Dabei können Funken entstehen, die sogar explosive Stoffe entzünden.

Elektronische Bauteile können durch die Entladung beschädigt werden. Ab etwa 3 kV Aufladespannung ist der Stromschlag für den Menschen deutlich spürbar.

Vermeidung elektrostatischer Aufladung

Das Trennen der Ladungen lässt sich nicht verhindern. Man kann aber versuchen, die Anzahl der sich ansammelnden Ladungen gering zu halten.

Klimatisierung

Trockene, vielleicht noch staubige Luft, führt zu einer hohen Aufladung. Eine geeignete Klimatisierung, die auch für Luftfeuchte sorgt, ist einer einfachen Aufheizung der Luft vorzuziehen.

Antistatisches Verhalten

Elektrisch leitfähige Materialien erlauben die Bewegung der Elektronen. Ladungen werden nicht angesammelt sondern verteilen sich. Durch Erdung elektrisch leitfähiger Systeme werden die Ladungsträger gleichmäßig abgeleitet, so dass der Potentialunterschied gering bleibt. Diese Materialien verhalten sich antistatisch.

Prüfverfahren für elektrostatisches Verhalten

Die elektrische Leitfähigkeit kann also zur Beurteilung des elektrostatischen Verhaltens herangezogen werden. Je kleiner der ohmsche Widerstand ist desto beweglicher sind die Ladungsträger, desto geringer also auch die elektrostatische Aufladung.

Durchgangswiderstand (R1 – Verfahren A – EN 1081

Gemessen wird der ohmsche Widerstand zwischen Ober- und Unterseite der Probe.

Erdableitwiderstand (R2 – Verfahren B – EN 1081)

Gemessen wird der ohmsche Widerstand zwischen Oberseite der Probe und dem Erdpotential. Eine Dreifußelektrode wird auf die trockene Oberfläche gesetzt und mit mindestens 300 N belastet.

Erdableitwiderstand Erdableitwiderstand_2

Oberflächenwiderstand (R3 – Verfahren C – EN 1081)

Gemessen wird der ohmsche Widerstand zwischen zwei Punkten auf der Oberfläche der Probe, die 100 mm voneinander entfernt sind.

Standortübergangswiderstand (Isolierfähigkeit eines Oberbelags)

Wer mit dem elektrischen Fön in der Badewanne sitzt ist lebensmüde. Länger könnte leben, wer beim Fönen mit Gummisohlen auf einer trockenen Holzleiter steht. Zumindest aus Sicht der freien Elektronen betrachtet.

Ein hoher ohmscher Widerstand begrenzt die Höhe eines elektrischen Stromes, der bei einem Stromschlag durch den Körper fließt, und damit auch dessen Folgen. Ein Fußboden sollte daher isolierfähig sein.

Wie beim Erdableitwiderstand wird der ohmsche Widerstand zwischen Oberseite der Probe und dem Erdpotential gemessen, nun aber mit einer 25 x 25 cm großen Metallelektrode, die auf dem feuchten Oberbelag mit 750 N belastet wird. Der elektrische Kontakt zur Probe ist also besser.

Im Sinne der VDE 0100 ist ein Fußboden isolierend ab einem Standortübergangswiderstand

  • >= 5 x 10 hoch 4 Ohm bei einer Nennspannung der Anlage bis 500 V
  • >= 10 x 10 hoch 4 Ohm bei einer Nennspannung der Anlage ab 500 V

Standortuebergangswiderstand

Begehtest nach DIN 54345-2 und EN 1815

Eine Versuchsperson mit speziellen Gummisohlen schlurft bei 23° Celsius und 25% relativer Luftfeuchtigkeit eine Minute lang über die Oberfläche der Probe. Gemessen wird die Aufladespannung der Prüfperson.

Definition der Begriffe

Ableitfähiger Boden

Ladungen werden abgeleitet, wenn der Boden geerdet oder mit einem niedrigen Potential verbunden wird. Der Erdableitwiderstand R2 – Verfahren B – EN 1081 ist nicht größer als 10 hoch 9 Ohm

Antistatischer Boden

Der Boden ist ableitfähig. Die Aufladespannung im Begehtest nach DIN 54345-2 und EN 1815 ist nicht größer als 2 kV.

Elektrostatisch leitender Boden

Der Erdableitwiderstand ist kleiner als 1 x 10 hoch 6 Ohm und damit so gering, dass eine elektrostatische Aufladung über 100 V binnen 0,3 Sekunden sicher abgeleitet werden kann.

Elektrostatisch leitende Böden dienen dem Schutz elektrostatisch sensibler Bauteile, nicht dem Personenschutz. Sie sind in der Regeln nicht isolierend im Sinne der VDE 0100.

Isolierender Boden

Im Sinne der VDE 0100 muss der Boden zum Personenschutz einen Standortübergangswiderstand von mindestens 5 x 10 hoch 4 Ohm haben, bei Anlagen mit Spannungen über 500 V muss der Standortübergangswiderstand doppelt so groß sein und mindestens 10 x 10 hoch 4 Ohm betragen.

Anforderungen an den Doppelboden

Der normale Doppelboden soll sein

  • Ableitfähig
  • Antistatisch
  • Isolierend

Der ohmsche Widerstand soll also größer gleich  5 x 10 hoch 4 Ohm und kleiner gleich 10 hoch 9 Ohm sein. Die Aufladespannung im Begehtest darf nicht größer als 2 kV werden.

Wie werden die elektrischen Werte beim Doppelboden erreicht?

Oberbelag, Doppelbodenplatten und Unterkonstruktion bilden einen elektrisch leitfähigen Verbund. Der elektrisch ableitfähige Oberbelag (Durchgangswiderstand R1 kleiner gleich 10 hoch 9 Ohm) wird mit elektrisch leitfähigem Kleber appliziert. Durch das elektrisch leitfähige Kantenband erfolgt die Ableitung über die elektrisch leitfähige Plattenauflage direkt in die metallische Doppelbodenstütze.

Der Anschluss an ein Erdungssystem darf nur duch einen zugelassenen Elektriker vorgenommen werden. Es reicht der Abgriff an einer Doppelbodenstütze pro Raum bzw. pro 50 qm zusammenhängender Doppelbodenfläche.

Bei Verwendung der Komponenten

  • leitfähiger Oberbelag
  • leitfähige Verklebung
  • leitfähiges Kantenband
  • leitfähige Plattenauflage
  • metallische Unterkonstruktion

ist die sichere Ableitung elektrostatischer Aufladung in die Unterkonstruktion gewährleistet.

Bei der Pflege des Oberbelags ist darauf zu achten, dass die elektrischen Eigenschaften nicht verändert werden.