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Nelle aree di lavoro in cui vengono utilizzati dispositivi elettronici o strumenti di misura sensibili, le scariche elettrostatiche possono generare tensioni elevate che rischiano di danneggiare o addirittura distruggere i componenti e i dispositivi elettronici della tua azienda. Anche la combustione incontrollata di gas infiammabile può verificarsi in conseguenza di una scarica elettrostatica. Con adeguate misure di protezione ESD è possibile proteggere macchine e componenti oppure creare aree protette ESD.
Cos’è l’ESD e come si può verificare?
ESD, abbreviazione di “Electro Static Discharge”, descrive il brusco scambio di carica tra due oggetti con potenziali di tensione diversi. Il fenomeno è noto anche come sovratensione transitoria e può essere accompagnato da scintille o effetti luminosi.
Le scariche elettrostatiche (ESD) si generano quando due materiali si caricano elettricamente per contatto, come durante lo sfregamento, e poi si separano. Questo processo crea uno squilibrio di carica elettrica tra i corpi, poiché ogni materiale ha un diverso potenziale di carica. Quando questi materiali carichi si avvicinano nuovamente, può verificarsi un rapido flusso di elettroni che equalizza le cariche: questo fenomeno è la scarica elettrostatica.
Tuttavia, la scarica può avere luogo anche quando un oggetto carico elettrostaticamente colpisce un oggetto scarico. L’unico fattore decisivo qui è il diverso potenziale di carica. Inoltre, l’ESD può verificarsi anche attraverso l’aria, quindi per una scarica elettrostatica non è sempre necessario il contatto diretto tra due oggetti.
I livelli di tensione risultanti dipendono sempre dall’umidità prevalente e sono di gran lunga più elevati in condizioni di aria secca. Questi esempi illustrano la differenza:
| Fonte di carica | Umidità dal 10 al 20% | Umidità dal 65 al 90% |
|---|---|---|
| Attrito sul piano di lavoro | 6.000 volt | 100 volt |
| Camminare su un pavimento di plastica | 12.000 volt | 250 volt |
| Foglio di plastica appoggiato sul piano di lavoro | 20.000 volt | 1.200 volt |
| Camminare su un tappeto (sintetico) | 35.000 volt | 1.500 volt |
| Sedia da lavoro con cuscino in schiuma sintetica | 18.000 volt | 1.500 volt |
Quando è necessaria la protezione ESD?
La causa principale dell’ESD sono gli esseri umani. Tuttavia, l’essere umano rileva solo le scariche elettrostatiche superiori a una tensione di 3.500 volt. Tuttavia, negli ambienti di lavoro con dispositivi elettronici in cui sono installati componenti sensibili all’elettricità statica, anche una bassa tensione di 100 volt può causare gravi danni funzionali o guasti totali, che possono influenzare interi sistemi o apparecchiature.
Ma l’ESD può essere pericolosa anche in aree potenzialmente esplosive, le cosiddette zone EX o ATEX: in queste aree può formarsi un’atmosfera a rischio di esplosioni da una miscela di polvere, vapori e gas atmosferici. Se infatti si formassero scintille a causa dell’ESD, potrebbe avere luogo un’esplosione. Ciò rende ancora più importante adottare adeguate misure di protezione ESD in queste aree di lavoro.
Quali misure di protezione ESD esistono e come funzionano?
Durante la fase operativa possono verificarsi scariche elettrostatiche in diverse aree. Per proteggere i componenti sensibili è possibile allestire apposite zone di protezione ESD (inglese: EPA, che sta per “Electrostatic Protected Area”) o aree ESD. Possono essere realizzate per singole postazioni di lavoro, aree definite o interi locali ed edifici sulla base di tre principi fondamentali:
- Messa a terra: questo accorgimento riduce al minimo o previene sin dall’inizio le cariche elettrostatiche. Ciò può essere ottenuto, per esempio, attraverso pavimenti compatibili con ESD con cavi di messa a terra tramite fascette in rame e cinghie per polsi e caviglie.
- Schermatura: aumentando la resistenza di contatto è possibile ridurre la velocità di scarica. Ciò può essere ottenuto, ad esempio, indossando guanti da lavoro adeguati.
- Neutralizzazione: i dispositivi di ionizzazione possono essere impiegati per neutralizzare la carica nell’aria e nelle superfici della stanza, evitando così di creare una base per le scariche elettrostatiche.
Le misure di protezione nelle aree ESD protezione possono essere così catalogate:
| Componente | Spiegazione | Misure |
|---|---|---|
| Abbigliamento da lavoro | L’abbigliamento da lavoro compatibile con ESD garantisce una dissipazione mirata della carica e impedisce la carica elettrostatica. | • Utilizzare cappotti, giacche e pantaloni tessuti con fibre conduttive • Utilizzare guanti protettivi compatibili con ESD • Indossare scarpe antinfortunistiche ESD con suole conduttive • Indossare fascette per la messa a terra del polso o del braccio |
| Banchi da lavoro e piani per tavoli | I tavoli e le superfici di lavoro conduttivi permettono che la carica sia scaricata, e quindi impediscono la scarica elettrostatica. | • Utilizzo di tavoli da lavoro, banchi da lavoro, scaffali e aree di stoccaggio conformi alle norme ESD |
| Rivestimenti da pavimento | Nelle zone di protezione ESD, i rivestimenti del pavimento devono avere una conduttività sufficiente con una resistenza alle perdite di ca. 1 MΩ. | • Posare rivestimenti per pavimenti con strisce di rame integrate (prodotti in rotoli, tappetini ESD o con rivestimenti ESD) |
| Umidità dell’aria | Le scariche elettrostatiche possono aumentare se l’umidità è inferiore al 30%. | • Aumentare in modo permanente l’umidità dell’aria almeno fino al 45% |
| Trolley da trasporto | I dispositivi di trasporto ESD garantiscono che le merci sensibili siano protette dai danni da sovratensione per mezzo della loro struttura elettricamente conduttiva, delle superfici di carico in truciolare conduttivo e del rivestimento in polvere ESD. | • Installare ruote e rulli per carrelli di trasporto con gommature in TPE-ESD (elastomero termoplastico). • Utilizzare mozzi con cuscinetti a sfere di precisione |
| Regole di condotta | L’accesso alle zone di protezione ESD è consentito solo a personale adeguatamente formato. I dispositivi o i componenti sensibili alle scariche elettrostatiche possono essere utilizzati o toccati solo da personale addestrato e con le necessarie autorizzazioni. | • La formazione dei dipendenti fornisce le conoscenze specialistiche necessarie sull’ESD • Le restrizioni di accesso garantiscono che solo i dipendenti formati possano accedere nelle zone EPA. |
| Imballaggio | Per l’imballaggio e la spedizione sicuri di componenti sensibili alle scariche elettrostatiche è necessario utilizzare materiale di imballaggio conforme alla norma DIN EN 61340-5-3 e ANSI/ESD S541-2018. | • A seconda del campo di applicazione, l’imballaggio elettrostatico dovrebbe essere conduttivo (=C, Conductive), dissipativo (=D, Dissipative) o schermante (=S, Shielding). • Sono disponibili anche soluzioni di imballaggio con additivi antistatici |
| Utensili | Quando si ha a che fare con parti e dispositivi sensibili alle scariche elettrostatiche, è necessario utilizzare strumenti che siano in gran parte conduttivi. | • Utilizzo di cacciaviti ESD speciali, pinze ESD o tronchesi laterali ESD |
Inoltre, se possibile, nelle zone protette da ESD non dovrebbero essere utilizzati isolanti come nastri adesivi, oggetti in polistirolo o pellicole in materiale plastico, perché su questi materiali la carica elettrostatica può depositarsi particolarmente a lungo. I dispositivi di ionizzazione possono neutralizzare le inevitabili cariche elettrostatiche negli EPA.
Anche durante la pulizia degli EPA dovranno essere utilizzati solo sostanze detergenti e utensili per la pulizia che non riducano la conduttività elettrica delle superfici di lavoro nelle zone di protezione ESD, o che contribuiscano in altro modo a formare la carica elettrostatica.
Norme e procedure di test per le aree ESD
Per garantire in modo affidabile la protezione contro le scariche elettrostatiche negli EPA, tutte le attrezzature di lavoro, i materiali e gli arredi qui installati devono rispettare le norme di protezione ESD e devono essere approvati da personale specializzato autorizzato:
- CEI EN 61340-5-1/IEC 61340-5-1: Elettrostatica Parte 5-1: Protezione dei componenti elettronici contro i fenomeni elettrostatici – Requisiti generali
- CEI EN 61340-5-2/IEC 61340-5-2: Elettrostatica Parte 5-2: Protezione dei componenti elettronici contro i fenomeni elettrostatici – Manuale dell’utente
- CEI EN 61340-4-1/IEC 61340-4-1: Elettrostatica 4-1: Metodo di test standard per applicazioni speciali – Resistenza elettrica di rivestimenti e pavimenti installati
- ANSI/ESD S20.20-2014: Sviluppo di un programma di controllo delle scariche elettrostatiche per la protezione di parti, componenti e dispositivi elettrici ed elettronici
- ANSI/ESD S541-2018: Materiali di imballaggio per componenti sensibili alle scariche elettrostatiche
I controlli a intervalli regolari garantiscono inoltre che la protezione ESD continui inalterata.
Domande frequenti sulla protezione ESD
Nelle aree di lavoro in cui vengono utilizzati dispositivi elettronici o strumenti di misura sensibili, le scariche elettrostatiche possono creare tensioni anche elevate che creano danni o addirittura distruggono i componenti e i dispositivi elettronici. La combustione incontrollata di gas infiammabile può essere anche la conseguenza di una scarica elettrostatica. Con adeguate misure di protezione ESD è possibile proteggere macchine e componenti oppure creare aree protette ESD.
Sono definite antistatiche tutte le fibre o le superfici che non si caricano elettricamente o che hanno solo una carica elettrica molto bassa. Le attrezzature di lavoro che presentano una elevata resistenza elettrica sono quindi dotate di dispositivi antistatici nell’ambito delle misure di protezione ESD. Ciò può impedire la carica elettrica e le scariche elettrostatiche improvvise. Gli indumenti da lavoro protettivi con un rivestimento adeguato sono tipici dei materiali da lavoro antistatici.
• I materiali o gli oggetti conduttori hanno una resistenza elettrica molto bassa. Per questo motivo possono essere messi a terra o utilizzati come punto di messa a terra per altri tipi di supporti.
• I materiali conduttivi hanno una resistenza elettrica maggiore. Tuttavia, fino a quando mantengono contatto con la terra, non si presenta ancora il pericolo di scarica elettrica.
• I materiali isolanti non sono né conduttivi né dissipativi. Anche questi materiali non possono essere messi a terra.
Nota bene: le normative menzionate in questo articolo rappresentano soltanto una selezione dei requisiti legali più importanti. Per informazioni più dettagliate ed aggiornate ti invitiamo a consultare i testi di legge. Nel caso di dubbi riguardo la corretta applicazione delle disposizioni di legge ti consigliamo sempre di rivolgerti a degli esperti.
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