Rozkminianie nad rozładowaniami elektrostatycznymi. Symulator ESD (Pistolet ESD)

Witam!

Dzisiaj chciałbym poprowadzić ten temat w formie takich rozkmin, na temat samych rozładowań elektrostatycznych w tym urządzeniu (ESD).
Oglądałem dosyć ciekawy filmik którym autorzy postanowili zasymulować rozładowanie elektrostatyczne na kości ram i sprawdzić czy będzie miał szansę przetrwać taki podzespół.
Może kojarzycie autora "Elektroboom" ? https://www.youtube.com/watch?v=nXkgbmr3dRA , polecam zobaczyć jak to mniej więcej wygląda

I tak się teraz zastanawiam skoro on ustawia na takim urządzeniu np. 25kW, to ile natężenia odczuwa taka osoba "porażona" takim urządzeniem. Bo wiadomo że od pewnej wartości człowiek może umrzeć to >30mA. Oczywiście są też granice takie jak >6mA dla kobiet lub >10mA dla mężczyzn co powoduje skurcz mięśni i brak możliwości do samodzielnego uwolnienia się.

Wiadomo że wzór na moc elektryczną to P = U*I. Natomiast natężenie I = U/R. Czy to z powodu dużych rezystancji, czy raczej samo urządzenie w sobie posiada dodatkową rezystancję która powoduje że natężenie I jest mniejsze? 25kW to dosyć sporo.

Mnie to trochę zaciekawiło po oglądnięciu tego filmiku, i tak mnie wzięło na rozkminianie, ponieważ w urządzeniach elektronicznych również stosujemy pewne granice (albo normy bo nie jestem do końca pewny) że napięcie stałe to 24V a napięcie przemienne 230V.

Może to jest spowodowane tym, że rozładowanie elektrostatyczne inaczej wpływa na ciało człowieka, gdzie jego opór będzie inny, w stosunku do tego jakbyśmy dali taki akumulator samochodowy który ma np 12V. Mało się znam na tym jak zachowuje się ciało człowieka w dotyku z wysokim napięciem. Bo nawet nasze ubrania mogą wytworzyć takie rozładowanie elektrostatyczne który może mieć kilka tysięcy woltów ale wiadomo że to nam nic nie zagraża, więc myślałem czy to nie jest spowodowane rodzaje takiego napięcia.

Pozdrawiam

Hej,
Na tych urządzeniach ustawia się napięcie wyładowania w kV, w zależności od urządzenia będzie to do 25 kV lub 30 kV. To jak czujesz wyladowanie, zależy od prądu wyładowania, który zależy od sieci RC umieszczonej / wybranej w urządzeniu np. 330 pF / 330 Ω. Co do napięć i sieci to definiują je standardy.

Ogólnie ESD gun ma symulować wyładowania które "tworzy człowiek" np elektryzując się przechodząc po dywanie.

Wikita wrote:

Na tych urządzeniach ustawia się napięcie wyładowania w kV, w zależności od urządzenia będzie to do 25 kV lub 30 kV. To jak czujesz wyladowanie, zależy od prądu wyładowania, który zależy od sieci RC umieszczonej / wybranej w urządzeniu np. 330 pF / 330 Ω. Co do napięć i sieci to definiują je standardy.

Ogólnie ESD gun ma symulować wyładowania które "tworzy człowiek" np elektryzując się przechodząc po dywanie.

Rzeczywiście źle usłyszałem na tym filmiku, mówił o 25 kV a nie 25 kW.
Myślałem że prąd z jakim odczuwamy dane wyładowanie zależy od rezystancji ciała bo jak np dotkniesz taki akumulator samochodowy np. 12 V a opór ciała wynosi np 5kΩ to prąd jaki odczuwamy to 12V/5kΩ. Czy tutaj też nie działa to analogicznie? Czy może to działa inaczej tylko dlatego że jest to wyładowanie elektryczne?

Niebezpieczeństwo dla człowieka zależy nie tylko od prądu ale i od czasu jego przepływu, a dla organów wewnętrznych jeszcze od drogi którą prąd płynie i gęstości prądu w danym obszarze. Elektryczny skalpel (diatermia) https://pl.wikipedia.org/wiki/Elektrokauter pozwala ciąć i przypalać tkanki w jednym miejscu nie robiąc szkody gdzie indziej.

Zdarzyło mi się rozładować pojemność kineskopu palcami (pewnie nie jednemu się zdarzyło - nie doceniłem jak długo może trzymać ładunek po wyłączeniu) trzepnęło mocno, napięcie 27kV jako że to kondensator, to prąd był ograniczony tylko rezystancją ciała przypuszczalnie ok 1kΩ, zdecydowanie poza bezpiecznymi wartościami, ale energia była ograniczona i czas rozładowania też krótki, w przypadku porażenia z sieci średniego napięcia o podobnej wartości prawdopodobnie by mi spaliło skórę łukiem, pozrywało mięśnie i odrzuciło daleko, albo bym został na miejscu, spalony na węgiel.

Znane są przypadki że ludzie przeżyli porażenie piorunem jaki tam mógł popłynąć prąd nie wiem, kA?

Na potrzeby norm bezpieczeństwa upraszczamy wszystko do kilku liczb, bezpieczne, niebezpieczne, śmierć, ale w rzeczywistości sprawa jest bardziej skomplikowana. Podobnie jakbyś szukał jak mocne uderzenie powoduje śmierć, albo z jakiej wysokości upadek jest bezpieczny, nie znajdziesz prostej odpowiedzi, jeden się potknie i straci życie, a są tacy co wypadli z samolotu i przeżyli.
Wracając do skutków porażenia, czasami spotkasz wykresy w funkcji czasu

Źródło
https://en.wikipedia.org/wiki/Electrical_injury

W przypadku testów ESD mamy znaną pojemność i rezystancję HBM 100pF 1,5kΩ - model symulujący człowieka.
Jak pochodzę po sztucznym dywanie albo naładują się od tarcia o biurowe krzesło w warunkach niskiej wilgotności czasem strzelam iskrami na 0,5cm z palca, zdarzyło się porazić kolegę na przywitanie, myślisz że mógł umrzeć

jarek_lnx wrote:

Niebezpieczeństwo dla człowieka zależy nie tylko od prądu ale i od czasu jego przepływu, a dla organów wewnętrznych jeszcze od drogi którą prąd płynie i gęstości prądu w danym obszarze. Elektryczny skalpel (diatermia) https://pl.wikipedia.org/wiki/Elektrokauter pozwala ciąć i przypalać tkanki w jednym miejscu nie robiąc szkody gdzie indziej.

Zdarzyło mi się rozładować pojemność kineskopu palcami (pewnie nie jednemu się zdarzyło - nie doceniłem jak długo może trzymać ładunek po wyłączeniu) trzepnęło mocno, napięcie 27kV jako że to kondensator, to prąd był ograniczony tylko rezystancją ciała przypuszczalnie ok 1kΩ, zdecydowanie poza bezpiecznymi wartościami, ale energia była ograniczona i czas rozładowania też krótki, w przypadku porażenia z sieci średniego napięcia o podobnej wartości prawdopodobnie by mi pozrywało mięśnie i odrzuciło daleko, albo bym został na miejscu spalony na węgiel.

Znane są przypadki że ludzie przeżyli porażenie piorunem jaki tam mógł popłynąć prąd nie wiem, kA?

Na potrzeby norm bezpieczeństwa upraszczamy wszystko do kilku liczb, bezpieczne, niebezpieczne, śmierć, ale w rzeczywistości sprawa jest bardziej skomplikowana.

Czyli jeśli to dobrze interpretuję takie 25kV może wytworzyć pewną wartość prądu które może lub nie zagrażać człowiekowi, ale z tego powodu że jest to przez krótki czas bo to jest impuls to nie wywołuje to większego uszczerbku na zdrowiu?
Jak na przykład naelektryzuje sobie ciuchy i dotknę nim klamkę to nastąpi rozładowywanie ładunków elektrycznych, z tego powodu że jest to też krótki czas bo to tylko krótki impuls elektryczny to nic człowiekowi się de fakto nie dzieje.
Czy podobnie jest też z tymi kulami plazmowymi?

Xenon02 wrote:

Czyli jeśli to dobrze interpretuję takie 25kV może wytworzyć pewną wartość prądu które może lub nie zagrażać człowiekowi, ale z tego powodu że jest to przez krótki czas bo to jest impuls to nie wywołuje to większego uszczerbku na zdrowiu?

Przy krótkich impulsach istotna jest energia impulsu, w elektrycznych pastuchach jako podstawowy parametr podaje się energię wyładowania.

Xenon02 wrote:

Jak na przykład naelektryzuje sobie ciuchy i dotknę nim klamkę to nastąpi rozładowywanie ładunków elektrycznych, z tego powodu że jest to też krótki czas bo to tylko krótki impuls elektryczny to nic człowiekowi się de fakto nie dzieje.

Zgromadzona energia jest mała, bo "generator" ma słabą wydajność, w warunkach normalnej wilgotności ładunki szybko uciekają, dopiero w skrajnie suchym powietrzu można ten ładunek dłużej utrzymać.

Xenon02 wrote:

Czy podobnie jest też z tymi kulami plazmowymi?

Pracują na wysokiej częstotliwości, prąd płynie przez pojemność nie jest duży ale nie czujesz bo nerwy nie reagują, przy większym prądzie wysokiej częstotliwości też byś nie poczuł, prądu dopiero oparzenie/spalenie, w przypadku cewek Tesli jest to ryzyko że skoro prąd nie kopie to komuś może się wydawać że nie ma zagrożenia.

Xenon02 wrote:

Rzeczywiście źle usłyszałem na tym filmiku, mówił o 25 kV a nie 25 kW.
Myślałem że prąd z jakim odczuwamy dane wyładowanie zależy od rezystancji ciała bo jak np dotkniesz taki akumulator samochodowy np. 12 V a opór ciała wynosi np 5kΩ to prąd jaki odczuwamy to 12V/5kΩ. Czy tutaj też nie działa to analogicznie? Czy może to działa inaczej tylko dlatego że jest to wyładowanie elektryczne?

1kΩ, czy też 500 Ω / kończyna to tylko teoria. Praktycznie rezystancja "człowieka" pewnie zależy od wielu czynników, no i nie zachowuje się liniowo.
Źródło: www.elektro.info.pl

Zakładając "rezystancję człowieka A" dla 12 [V]: 450kΩ otrzymamy 27 [uA], gdzie próg odczuwalności ~3 [mA].

Generator ESD z filmiku nie powinien zrobić krzywdy człowiekowi, ponieważ on sam ma właściwie "naelektryzowanego" człowieka symulować.
Wszystko po to aby przetestować czy urządzenie nie padnie od ESD podczas składania przez operatora na linii produkcyjnej i na końcu przez użytkownika podczas eksploatacji.


Źródło: www.researchgate.net

Xenon02 wrote:

Myślałem że prąd z jakim odczuwamy dane wyładowanie zależy od rezystancji ciała bo jak np dotkniesz taki akumulator samochodowy np. 12 V a opór ciała wynosi np 5kΩ to prąd jaki odczuwamy to 12V/5kΩ. Czy tutaj też nie działa to analogicznie? Czy może to działa inaczej tylko dlatego że jest to wyładowanie elektryczne?

Dokładniej wygląda to tak że największą rezystancję stanowi skóra, jak złapiesz w palce sondy miernika, napięcie będzie niskie i miernik pokaże setki kΩ albo MΩ zależnie od wilgotności, a jak się boisz prądu to pewnie mniej niż 100kΩ niestety przy wysokich napięciach ta rezystancja skóry spada, albo po prostu naskórek ulega elektrycznemu przebiciu, przyjmuje się że reszta ciała ma ok 1kΩ.

Wikita wrote:

Generator ESD z filmiku nie powinien zrobić krzywdy człowiekowi, ponieważ on sam ma właściwie "naelektryzowanego" człowieka symulować.
Wszystko po to aby przetestować czy urządzenie nie padnie od ESD podczas składania przez operatora na linii produkcyjnej i na końcu przez użytkownika podczas eksploatacji.

Czyli dobrze mniej więcej sobie wyobrażałem wyobrażałem wartości urządzenia ESD, bo tutaj pokazują wartość prądu w Amperach. Czyli jest to krótki impuls, czas takiego impulsu jest również bardzo mały. Ja zazwyczaj sobie wyobrażam takie wyładowania elektryczne z rozładowywaniem kondensatora, bo takie rozładowywanie nie trwa długo. A parametry dobrane do tego urządzenia są prawdopodobnie po to by przekazać człowiekowi lub urządzeniowi podobne wartości napięcia jak i natężenia. Tak to zakładam gdyż pistolet ESD ma symulować człowieka.

jarek_lnx wrote:

Dokładniej wygląda to tak że największą rezystancję stanowi skóra, jak złapiesz w palce sondy miernika, napięcie będzie niskie i miernik pokaże setki kΩ albo MΩ zależnie od wilgotności, a jak się boisz prądu to pewnie mniej niż 100kΩ niestety przy wysokich napięciach ta rezystancja skóry spada, albo po prostu naskórek ulega elektrycznemu przebiciu, przyjmuje się że reszta ciała ma ok 1kΩ.

Jeszcze aż tak nie boję się prądu, zawód w technikum na to nie pozwala
Mniej więcej bawiłem się w sprawdzanie jaką rezystancji ciała. Chociaż warto zapytać patrząc na podstawowe wzory na natężenie i napięcie, miałem takie małe rozkminy.

Xenon02 wrote:

Jeszcze aż tak nie boję się prądu, zawód w technikum na to nie pozwala

Jak się ktoś boi psów to pies to wyczuje i ugryzie, a jak ktoś się boi prądu to mu się dłonie spocą będzie miał niższą rezystancję i prąd go pier..e mocniej.

Xenon02 wrote:

Tak to zakładam gdyż pistolet ESD ma symulować człowieka.

Jest jeszcze MM machine model, obwód pozbawiony rezystancji sam kondensator, prąd osiąga bardzo wysoką wartość szczytową, dla układów elektronicznych bardzo trudny test do przejścia, ma symulować wyładowanie z elementów metalowych.

jarek_lnx wrote:

Jest jeszcze MM machine model, obwód pozbawiony rezystancji sam kondensator, prąd osiąga bardzo wysoką wartość szczytową, dla układów elektronicznych bardzo trudny test do przejścia, ma symulować wyładowanie z elementów metalowych

To mnie w sumie zaciekawiło. MM machina ma wysoką wartość natężenia, a napięcia również? Skoro tak to ciekaw jestem jak zachowywałoby się ludzie ciało w kontakcie z tym, mam na myśli czy przyjęłoby taką samą wartość napięcia i natężenia szczytowe jak w tym urządzeniu MM machine czy działałaby tu analogia prawy ohma ?

Czyli np 25kV oraz 2kA na skórze o 1kΩ. Bo ciekawi mnie sam fakt przekazywania wartości napięcia i natężenia na skórę o przykładowej rezystacji np 1, 4, 10 kΩ.

ludzkie ciało nie może być opisywane prostym rezystorem, to jest za bardzo złożony ośrodek, w dodatku nieliniowy.
Jako że w rzeczywistości nie ma idealnych elementów to narost prądu nigdy nie dąży do nieskończoności, więc znów zakładanie uproszczonego modelu jest obarczone ogromnym błędem.

Inna sprawa to energia, nie wiem jakie pojemności używa się w pistoletach EST, ale bardzo obstawiam setki pF więc i energii za wiele tam nie będzie.
Możesz zawsze oglądnąć jak wygląda porażenie paralizatorem, ale testów na sobie nie polecam.
Alternatywnie poczytać jak działa AED, gdzie napięcia nie są aż tak małe, a i energią jaką traktuje się serducho jest już nawet nawet

_lazor_ wrote:

ludzkie ciało nie może być opisywane prostym rezystorem, to jest za bardzo złożony ośrodek, w dodatku nieliniowy.
Jako że w rzeczywistości nie ma idealnych elementów to narost prądu nigdy nie dąży do nieskończoności, więc znów zakładanie uproszczonego modelu jest obarczone ogromnym błędem.

Inna sprawa to energia, nie wiem jakie pojemności używa się w pistoletach EST, ale bardzo obstawiam setki pF więc i energii za wiele tam nie będzie.
Możesz zawsze oglądnąć jak wygląda porażenie paralizatorem, ale testów na sobie nie polecam.
Alternatywnie poczytać jak działa AED, gdzie napięcia nie są aż tak małe, a i energią jaką traktuje się serducho jest już nawet nawet

Ehhhh to jest trochę aż za bardzo skomplikowane jak ludzie projektują takie urządzenia by nie wytworzyć takiego natężenia który zabiłby człowieka. EST ma duże napięcie lecz na podstawie wzoru napięcie jakie dostarczyłoby urządzenie na człowieka wytworzyłoby niskie natężenie oraz czas jest bardzo niski, Czyli analogicznie do wzoru z Energi elektrycznej E = U*I*t. To by miałoby sens.
Chociaż jak teraz wspomniałeś o tym że ciężko jest opisać ludzkie ciało, to teraz się zastanawiam nad przenoszeniem się takich ładunków np AED które wytwarza wyższe napięcie i natężenie niż na EST a czas w jakim serce jest poddawane takiemu rozładowaniu elektrycznego jest pewnie równie dłuższy.

Xenon02 wrote:

Ehhhh to jest trochę aż za bardzo skomplikowane jak ludzie projektują takie urządzenia by nie wytworzyć takiego natężenia który zabiłby człowieka.

Nie projektuje się urządzeń tak aby były przede wszystkim bezpieczne dla człowieka - projektuje się tak aby spełniały założoną funkcję. Jeśli wyjdzie niebezpieczne to się stosuje dodatkowe środki zabezpieczające ludzi.
W tym przypadku energia jest niewielka i nie stanowi zagrożenia, niezależnie jaki prąd popłynie, ale już przy testowaniu warystorów energie są duże i człowiek musi być w bezpiecznej odległości, czy mielibyśmy zrezygnować z czegoś tylko dla tego że nie jest dla człowieka bezpieczne? Np pociągi metra zasilane z trzeciej szyny, jak jeden idiota wsadzi tam łapę, to zrobi sobie krzywdę, ale dla milionów ludzi metro stanowi udogodnienie, nie zagrożenie.

Xenon02 wrote:

Chociaż jak teraz wspomniałeś o tym że ciężko jest opisać ludzkie ciało, to teraz się zastanawiam nad przenoszeniem się takich ładunków np AED które wytwarza wyższe napięcie i natężenie niż na EST a czas w jakim serce jest poddawane takiemu rozładowaniu elektrycznego jest pewnie równie dłuższy.

Szkodliwe skutki związane z przepływem prądu na pewno istnieją, ale nie robi się tego codziennie, korzyść z uratowania życia jest większa.

jarek_lnx wrote:

Xenon02 wrote:

Ehhhh to jest trochę aż za bardzo skomplikowane jak ludzie projektują takie urządzenia by nie wytworzyć takiego natężenia który zabiłby człowieka.

Nie projektuje się urządzeń tak aby były przede wszystkim bezpieczne dla człowieka - projektuje się tak aby spełniały założoną funkcję. Jeśli wyjdzie niebezpieczne to się stosuje dodatkowe środki zabezpieczające ludzi.
W tym przypadku energia jest niewielka i nie stanowi zagrożenia, niezależnie jaki prąd popłynie, ale już przy testowaniu warystorów energie są duże i człowiek musi być w bezpiecznej odległości, czy mielibyśmy zrezygnować z czegoś tylko dla tego że nie jest dla człowieka bezpieczne? Np pociągi metra zasilane z trzeciej szyny, jak jeden idiota wsadzi tam łapę, to zrobi sobie krzywdę, ale dla milionów ludzi metro stanowi udogodnienie, nie zagrożenie.

Xenon02 wrote:

Chociaż jak teraz wspomniałeś o tym że ciężko jest opisać ludzkie ciało, to teraz się zastanawiam nad przenoszeniem się takich ładunków np AED które wytwarza wyższe napięcie i natężenie niż na EST a czas w jakim serce jest poddawane takiemu rozładowaniu elektrycznego jest pewnie równie dłuższy.

Szkodliwe skutki związane z przepływem prądu na pewno istnieją, ale nie robi się tego codziennie, korzyść z uratowania życia jest większa.

Może trochę to źle zabrzmiało to co napisałem ale nie mam nic na myśli żeby zabraniać takich rzeczy.
Sam próbuję coś zrobić z lampkami NIXIE które wymagają pracy przy wysokich napięciach. Byłem po prostu ciekaw czy tutaj ciało wykorzystuje prawo Ohma, a widząc że czas ma tutaj znaczącą rolę niżeli wartość natężenia lub napięcia to mogłem sobie to mniej więcej wyobrazić.
Ale kiedy wiem że z EST albo z AED napięcie jakie poddaje ciału który ma pewną rezystancję, działa prawo Ohma który "przekształca" w natężenie to można powiedzieć że rozumiem zasadę działania przenoszenia takich ładunków elektrycznych z urządzenia na ciało lub na inne urządzenie.

Xenon02 wrote:

Byłem po prostu ciekaw czy tutaj ciało wykorzystuje prawo Ohma, a widząc że czas ma tutaj znaczącą rolę niżeli wartość natężenia lub napięcia to mogłem sobie to mniej więcej wyobrazić.

W kwestiach bezpieczeństwa nie robi się skomplikowanych obliczeń, zasady muszą być proste, przyjmuje się najgorszy przypadek, jeśli mamy <50V to napięcie jest nazywane bezpiecznym, bo nawet gdyby pominąć rezystancję skóry zostanie (umownie) 1kOm czyli nie popłynie więcej niż 50mA*
Skoro tester ma >50V, to pewnie producent napisał w instrukcji żeby unikać przypadkowego dotknięcia.

W przypadku rażenia z takiego testera mamy przeskok iskry do ciała, bardzo mała powierzchnia którą wpływa prąd powoduje że gęstość prądu jest bardzo duża, w urządzeniu trochę większej mocy/energii (ale nie na tyle dużej żebym bezwzględnie przestrzegał BHP) zdarzyło mi się wypalenie skóry na powierzchni może z 0,5mm2 - w skali mikro mamy dziurę, ale ni na wylot bo im dalej od tego punktu tym prąd rozpływa się na większą powierzchnię.



Może w mniejszym stopniu dotyczy to AED, ale defibrylatorem można spowodować poparzenia, jeśli powierzchnia którą płynie prąd będzie zbyt mała.

* Tak naprawdę to 50mA to duży prąd jak dla człowieka i gdybym był obdarty ze skóry, nie próbował bym dotykać niczego co ma 50V