ESD vs. antistatisch -
voordat het vonkt

In verband met elektrische spanning op de werkplek komen twee termen vaak voor: „antistatisch“ en „ESD“. Vaak gebruiken we ze in de omgangstaal als synoniemen. Dit kan verwoestende gevolgen hebben in de dagelijkse praktijk. We kijken naar de verschillen en wat ze gemeen hebben. 

Elektrische spanning als oorzaak 

Dagelijks ontstaan er kleine en grote spanningsverschillen door ons handelen. Bij het lopen wrijven de kledingstukken tegen elkaar, we trekken beschermfolie van een oppervlak of gieten suiker in een ander vat: Bij elk van deze handelingen ontstaan potentiële spanningsverschillen. 

Info: Hoe ontstaan spanningsverschillen? 

De verklaring vinden we in de opbouw van atomen. Laten we dus een korte uitstap maken in de natuurkunde: Elk atoom heeft in de kern positief geladen deeltjes (= protonen). De schil bestaat uit negatief geladen deeltjes (= elektronen). Wanneer het atoom elektrisch neutraal is, heeft het evenveel elektronen als protonen.

Bij de hierboven beschreven handelingen gaan de elektronen van het ene atoom naar andere atomen. Het aantal protonen blijft gelijk. Uiteindelijk hebben we aan de ene kant atomen met meer elektronen dan protonen. Aan de andere kant is het andersom: Er ontbreken voldoende negatief geladen deeltjes en de positieve deeltjes zijn in de meerderheid.

We nemen deze spanningsverschillen waar omdat objecten elkaar aantrekken of we een schok krijgen. Vooral dat laatste heeft een hoog risico. Dit zijn energierijke ontladingen die zorgen voor een spanningsbalans. Vaak is deze vonk al genoeg om een gemakkelijk ontvlambaar mengsel te ontsteken. Ook als we de spanningsverschil niet waarnemen, kan het schade veroorzaken. De volgende voorbeelden laten mogelijke gevolgen zien: 

• Situatie 1: In een voedselverwerkingsfabriek veroorzaakt een medewerker een explosie. Tijdens het lopen heeft zijn dagelijkse kleding zich elektrisch opgeladen. Het vrijkomen van deze energie heeft in een fractie van een seconde het lucht-stofmengsel in de fabriek doen ontbranden.
  
• Situatie 2: Een microchip wordt vernietigd omdat een medewerker vergeten is zijn polsband te dragen. Door de wrijving van zijn kleding is een elektrische lading opgebouwd. De schade aan de microchip is niet zichtbaar. Het bedrijf bouwt deze in en levert daardoor een defect apparaat uit. 

Zoals je kunt zien in de voorbeelden, kan elektrische spanning verschrikkelijke gevolgen hebben of verborgen schade veroorzaken. In beide situaties zijn de medewerkers de oorzaak van de opbouw van de lading. Toch zijn de gevolgen fundamenteel verschillend. Zijn de beschermingsmaatregelen ook verschillend? 

Situatie 1: EN 1149-5 Antistatische beschermkleding

In het eerste voorbeeld had het dragen van kleding die is gecertificeerd volgens EN 1149-5 de explosie kunnen voorkomen. Deze norm richt zich op de bescherming van de mens, waardoor het kleding betreft die persoonlijke beschermingsmiddelen (PBM) zijn. Het voorkomt het ontstaan van vonken en is daarom geschikt voor ATEX-gebieden (= explosiegevaarlijke omgevingen).

In eenvoudige termen kan kleding met een antistatisch certificaat twee dingen doen: Ten eerste voorkomt het zo goed mogelijk het opladen van elektriciteit. Ten tweede zorgt het voor een snelle en gecontroleerde ontlading wanneer er een lading is opgebouwd. De kleding is antistatisch. Deze norm verwijst naar drie andere normen, waarvan het materiaal ten minste één moet vervullen: 

• EN 1149-1 Oppervlakteweerstand: Meet hoe goed een materiaal via zijn oppervlak een lading afvoert. Maximaal 2,5 x 10^9 Ohm. 
• EN 1149-2 Doorgangsweerstand: Meet de verticale elektrische weerstand van materialen. 
• EN 1149-3 Ladingafvoer: In minder dan 4 seconden moet minimaal 50% van de lading zijn afgevoerd. 

Als de waarden zijn gehaald, definieert EN 1149-5 de constructievereisten: 

• Metalen onderdelen moeten bedekt zijn. 
• Alle gebruikte onderdelen moeten voldoen aan de norm. 
• Als extra elementen (reflecterende strepen, enz.) nodig zijn, moeten deze permanent worden aangebracht. Onderdelen zoals een afneembare pasjeshouder zijn niet toegestaan. 

De norm beschrijft uitsluitend de eisen voor kleding. Schoenen, handschoenen, gereedschappen en andere uitrusting zoals helmen vallen hier niet onder. Voor deze items gelden speciale normen. Ze zijn nodig om de volledige aarding van de medewerkers te garanderen. Draagt iemand alleen antistatische jassen, dan is de bescherming incompleet. Elk type materiaal kan een elektrische lading opbouwen die een potentieel gevaar vormt.

Om dit gevaar te vermijden, moet de bovenkleding antistatisch zijn en de onderliggende kleding volledig bedekken. De gehele omgeving en alles wat medewerkers dragen, aanraken, verplaatsen, gebruiken, enz. moeten antistatisch of geaard zijn. 

Situatie 2: EN 61340-5-1 ESD-bescherming voor componenten 

De spanningsverschillen die we opbouwen, worden gecompenseerd met kleine ontladingen. Vanaf ongeveer 3.000 volt voelen we deze compensatie en krijgen we een schok. Lagere ontladingen nemen we niet waar. Ze hebben echter wel invloed op onze omgeving: Elektrische en elektronische componenten kunnen al beschadigd worden vanaf 35 volt. We merken het niet als dergelijke kleine ontladingen optreden tijdens de montage. Wanneer het defecte onderdeel is ingebouwd, kan het leiden tot storingen in het eindproduct. Afhankelijk van het eindproduct kan dit puur economische schade veroorzaken, bijvoorbeeld als er een kleurfout in een beeldscherm optreedt. Als de schade een kortsluiting veroorzaakt, kunnen schade aan eigendommen en letsel het gevolg zijn. 

In tegenstelling tot de vorige norm richt EN 61340-5-1 zich op de bescherming van producten. Gecertificeerde kleding is geen PBM. De norm behandelt het gehele werkgebied. Het behandelt kleding net zo goed als vloeren, verpakkingen en veel andere factoren. Het is een leidraad die schade door elektrostatische ontladingen (ESD = electrostatic discharge) moet voorkomen. Het definieert drie hoofddoelen: 

1. Voorkomen dat een ander object zich ontlaadt in het component. 
2. Als een component al geladen is, moet het zich niet (ongecontroleerd) ontladen. 
3. Als de eerste twee mogelijkheden niet beïnvloed kunnen worden, heeft het component bescherming nodig. 

Twee methoden ondersteunen deze doelen: Ofwel zijn alle onderdelen met elkaar verbonden, zodat er geen spanningsverschil kan ontstaan. Ofwel verhinderen isolatoren een ongecontroleerde compensatie bij een bestaand verschil. In combinatie met zogenaamde ionisatiesystemen kan de compensatie gecontroleerd plaatsvinden. 

Naast de vereisten, grenswaarden en testmethoden benadrukt deze norm dat het trainen van medewerkers over ESD-bescherming absoluut belangrijk is. Het eigen personeel blijft een van de belangrijkste oorzaken van ESD-schade. We kunnen dit begrijpen: Niemand van ons merkt de kleine elektrische schokken die iets kunnen vernietigen. De gevolgen zijn niet zo direct als bijvoorbeeld een spijker die we in onze voet steken. Vaak is de schade pas maanden later zichtbaar. Bovendien is het vaak moeilijk om de oorzaak precies te achterhalen. Daarom zijn herhalende trainingen belangrijk om medewerkers bewust te maken van ESD-bescherming. 

Is ESD hetzelfde als antistatisch? 

Zowel ESD-bescherming als antistatische kleding verminderen de opbouw en het risico van spanningsverschillen. Kunnen we daarom ESD-beschermende kleding overal dragen waar antistatische kleding vereist is? En omgekeerd? 

Nee. Het is niet zo eenvoudig.

Een verschil springt meteen in het oog: EN 613450 beschrijft geen PBM, maar is een complex maatregelenprogramma. Het betreft productbescherming. EN 1149-5 richt zich op de bescherming van de persoon; het beschrijft PBM. Daarnaast hebben beide normen verschillende eisen en criteria die niet met elkaar te vergelijken zijn. Ze verschillen in hun grenswaarden en testopstellingen. Ook de eisen aan de vezels zijn heel verschillend. 

Aangezien antistatische kleding vaak wordt gebruikt in explosiegevaarlijke gebieden, is deze vaak ook voorzien van vlamvertragende eigenschappen. Als je ESD-kleding draagt in een gebied waar antistatische kleding verplicht is, riskeer je in het ergste geval je gezondheid en leven. Bij een explosie ben je zonder bescherming blootgesteld aan de vlammen. 

Omgekeerd kun je gevoelige microchips beschadigen als je antistatische kleding draagt in een ESD-gebied. De grenswaarden en de testmethoden bieden geen betrouwbare bescherming tegen kleine ontladingen. Deze voelen we niet, maar ze kunnen elektronische en elektrische componenten beschadigen.

_{Foto: iStock.com/vchal}