Статическое напряжение и методы устранения

С явлением этим сталкивался каждый из нас. Всем знакомы искры и потрескивания в волосах при снятии синтетической одежды или неприятные разряды электрического тока при прикосновении к металлическим предметам, другому человеку или животными. Происходит это благодаря статическому электричеству – разряду электростатического заряда накапливающегося под воздействием многих факторов на поверхности различных предметов, в том числе и человеческого тела.

Причинами накопления зарядов являются нестойкие атомарные связи, приводящие к потере электронов и накопления электрического положительного заряда. Спровоцировано это может быть различными излучениями (рентгеновским, ультрафиолетовым, радиациями), некоторыми технологическими и физическим процессами, среди которых пальма первенства принадлежит трению. Например, образуются статические заряды при трении жидкостей о стенки трубопроводов, одежды из синтетики, кузова автомобиля о воздух или подвижных частей технологического оборудования, что является причиной возникновения статического электрического потенциала, который может достигать:

• на теле человека до 6 кВ;
• на кузове автомобиля до 10 кВ;
• на приводном ремне ременной передачи – 25 кВ.

Попробуем разобраться, насколько опасны такие величины статического напряжения, и каким образом с ними бороться.

Вредные воздействия электростатического напряжения

Величина электрического тока, возникающая при электростатическом разряде, угрозы жизни человека не представляет. Ограниченная мощностью разряда она составляет доли миллиампера и вызывает лишь кратковременное болевое ощущение, однако, длительное нахождение под воздействием электростатики влечет за собой проблемы центральной нервной системы и нарушения психики. Кроме того из-за рефлекторных реакций человека в производственных условиях возрастает риск травматизма.

Более критична к статическому напряжению дорогостоящая техника, в частности чувствительная электроника. Накопления статического потенциала могут выводить из строя полупроводниковые приборы, приводить к порче элементы микроэлектроники, в том числе и при производстве аппаратуры. Но главная опасность статики в производственных условиях (для взрывоопасных и пожароопасных производств) таится в том, что при возможных разрядах возникают искры, энергии которых достаточно для воспламенения присутствующих в воздухе примесей.

Меры защиты от статического напряжения

Избавиться от возникновения электростатического напряжения, как от физического явления невозможно, однако можно существенно снизить или полностью нейтрализовать его влияние. В бытовых условиях эффективной мерой является увлажнение воздуха, так уже при относительной влажности в 85% накопления электростатического заряда практически не происходит. Среди других мер можно упомянуть:

• предпочтения в пользу натуральной одежды (хлопок, лен) и отказ от синтетики;
• применение антистатического напольного покрытия;
• применение антистатиков.

Основной мерой защиты от статического напряжения в производственных условиях является защитное заземление любого оборудования и предметов, способных накапливать электрические заряды. Благодаря надежному соединению с заземляющим контуром заряды стекают в землю, исключая возможность их накопления. При организации рабочих мест, связанных со сборкой и наладкой высокочувствительной электроники, заземлению подвергается стол, токопроводящее напольное покрытие и сиденье стула, сам оператор одет в токопроводящую одежду и обувь, в ряде случаев используется заземление инструмента и заземляющие браслеты.

Как правило, заземление справляется с проблемами снятия статического напряжения, тем не менее, для уменьшения его воздействия применяют:

• поддержание относительной влажности воздуха на уровне не ниже 65-70%;
• снижение удельного сопротивления поверхностей, которые накапливают заряды;
• ионизацию воздуха при помощи нейтрализаторов (высоковольтных, индукционных).

Применение комплекса защитных мер позволяет полностью снять статическое напряжение.

Смотрите также другие статьи :

Гармоники кратные 3-м

Гармоники образуют импульсные источники питания бесчисленной электробытовой техники, источники бесперебойного питания, энергосберегающие люминесцентные лампы и т.д. Характерной чертой симметричной трехфазной сети при сбалансированных нагрузках является сдвиг токов на 120°, как следствие суммарный ток нейтрального провода имеет нулевое значение.

Подробнее…

Для чего нужно заземление

Само по себе напряжение для жизни человека опасности не несет – можно находиться под потенциалом без ущерба для здоровья, угроза возникает при прохождении через тело человека электрического тока.

Безопасным считается ток, не превышающий 1 миллиампера, однако уже сила тока в 50 мА может привести к остановке сердца.

Подробнее…

возникновение и способы защиты, сколько вольт

С проявлениями статического электричества легко столкнуться в повседневной жизни: при быстром снятии свитера, хождении по ковру в шерстяных носках, при использовании автомобиля. Образуемый в быту заряд неприятен, но не опасен для человека, а промышленности же статика может привести в пожару или взрыву.

Что это такое

Со статическим электричеством знакомы все люди. Это совокупность явлений, которые связаны с возникновением, сохранением и свободного накопления электрического заряда. Последний возникает на поверхности диэлектрика, который плохо проводит ток, или на изолированным проводнике, не имеющим доступ к постоянному току.

В Быту со статическим электричеством сталкивались все

Появление статического электричества связано с отсутствием перемещения заряда. Свободно передвигающиеся по проводнику электрические заряды являются электрический током. Если же эти заряды останавливаются в одном месте, это называется статическим электричеством.

В любом веществе положительные и отрицательные частицы атомов находятся в равновесии, их количество равно. При этом отрицательно заряженные электроны могут перемещаться между атомами, формирую положительный или отрицательный заряд. Это способствует формированию статического нестабильного электрического поля.

Статика неприятна, но не опасна

Важно! О статическом электричестве, его возникновении и способах защиты сказано в ГОСТе 17.1.018-79.

Сколько вольт в статическом напряжении

Сила разряда и характеристика статического напряжения может быть разной. Человек может ощущать разряд свыше 3 тысяч Вольт, увидеть искры можно от 5 тысяч Вольт, накапливать в теле можно до 10 тысяч.

Иногда энергия заряда достигает 1,4 джоулей, чего достаточно для поджигания горючих газов и жидкостей, но это происходит только на производстве.

Как получить

В домашних условиях получить статическое электричество несложно:

1. Необходимо надеть сухие чистые носки из шерсти (желательно предварительно нагреть их на батарее) и пройти по нейлоновому ковру, не отрывая ног. Сильно шаркать не стоит, так как разрядка произойдет быстрее, чем нужно. Для получения заряда необходимо прикоснуться к металлическому предмету или человеку;

Проще всего пошаркать ногами в носках по ковру

Важно! При проверке не стоит касаться электроники, так как заряд может повредить чипам — статистически эта причина почти 40% поломок .

1. Необходимо взять воздушный шарик (не из фольги) и надуть его. Затем взять шерстяной предмет и потереть шарик 10 секунд. Также можно приложить шарик к голове и потереть о волосы. Для проверки нужно поднести шарик к пустой алюминиевой банке, лежащей на боку: если она начала откатываться, заряд скопился. Для разрядки нужно потереть шарик о металл несколько секунд;
2. Для более наглядной демонстрации и проверки заряда можно сделать специальный электроскоп. Потребуется взять стакан из вспененного полистирола, проделать в нижней части 2 отверстия и продеть через них трубочку так, чтобы оба ее конца находились снаружи. К верхнему краю нужно прикрепить при помощи скотча 4 небольших глиняных шарика на равном расстоянии друг от друга, перевернуть стакан и поставить вверх дном в центр алюминиевого противня. Далее нужно взять кусочек алюминия и скатать из него шарик, отрезать нитку (ее длина должна быть в 2-3 раза больше, чем высота от края соломинки до противня) и привязать к ней шарик. Второй конец нужно привязать к обоим концам трубочки, поправить последнюю так, чтобы алюминиевый шарик свисал почти до противня, но не прикасался к нему. Если поднести к шарику заряженный шарик, шарик потянется за ним.

Еще один способ — потереть надутый шарик о волосы

Причины возникновения

На молекулярном уровне напряжение возникает при столкновении поверхностей из разных материалов, когда ионы и электроны с поверхностей начинают перераспределяться. Чем больше площади поверхностей и прилагаемые усилия, тем выше степень электризации.

Главная причина возникновения заряда — трение

Существует несколько причин возникновения и накапливания электростатического напряжения:

1. Контакт (трение, наматывание, разматывание) 2 различных материалов с последующим отдалением: например, трение шерстяной ткани о резиновый шарик;
2. Резкие перепады температур;
3. Сухой воздух: при влажности более 80% статическое электричество не образуется, так как вода хорошо проводит ток;
4. Наличие радиации, рентгеновских лучей или УФ-излучения;
5. Образуется заряд и при работе некоторых бумажных станков: при раскрое или резке;
6. Статика может возникнуть перед или во время грозы. Разряд возникает между 2 облаками или между облаком и землей, при попадании молнии в громоотвод электричество уходит в почву.

Наглядный пример статического напряжения — гроза

Область применения

Применять статическую электроэнергия в быту пока что не научились — слишком сложный и опасный процесс получения. Многие приборы, работающие на силе трения, применяются только для показа опытов.

Намного чаще статика применяется на производстве: при покраске поверхностей, очищении от пыли примесей, создании ворса и т.д.

Какая опасность статического напряжения

Главная опасность заключается в неконтролируемом ударе током. В быту это практически неопасно: например, при снятии шерстяного свитера человека ударит током, но сила этого заряда будет крайне мала.

При длительном нахождении в электрическом поле повышенной напряженности у человека могут начаться проблемы со здоровьем: головные боли, нарушение сна, раздражительность, нарушение работы сердечно-сосудистой и нервной систем.

Достаточно сильный разряд может привести к пожару

Намного выше опасность статического напряжения на производстве и при перевозке легковоспламеняемых веществ: при сильном разряде они могут взорваться или загореться. Например, в вентиляции и вытяжке может скопиться пыль из диэлектрического материала, который легко вспыхивает и разгорается из-за постоянной подачи воздуха. При перевозке электричество может скапливаться при перекачке или сливе жидкостей, даже за счет плескания при езде.

Важно! В домашних условиях полезно «заземляться», например, ходить босиком.

Меры безопасности

В бытовых условиях защититься от статики можно при помощи следующих мер:

1. Увлажнять воздух и каждый день проветривать комнаты;
2. Регулярно проводить влажную уборку, чтобы уменьшить количество пыли, и использовать специальные антистатические щетки;

Использование щетки позволяет снять скопившееся напряжение

1. По возможности использовать мебель из материалов, снимающих статику: специальный линолеум, дерево;
2. Не гладить животных при слишком сухом воздухе, расчесываться деревянными или металлическими щетками — пластик сильно электризуется;
3. Использовать для одежды антистатические спреи, шерстяные вещи снимать медленно для уменьшения трения;
4. На днище автомобиля необходимо наклеить антистатическую полосу для снижения образования статики.

На производстве снизить электростатическое напряжение можно, уменьшив скорость работы, используя специальные материалы и заземление. Также по ГОСТу энергия накопления заряда на поверхности предметов не должна превышать 40% от наименьшей энергии загорания.

На производстве должны быть приняты меры предосторожности

Статическое электричество многие считают неопасным, хоть и не особо приятным. Однако все зависит от силы заряда: в промышленности или при перевозке большого количества горючих жидкостей накопившийся разряд может быть очень сильным и привести к пожару.

Меры предосторожности при работе с электрооборудованием

Используйте следующие инструкции по технике безопасности, чтобы обеспечить собственную безопасность и защитить оборудование и рабочую среду от потенциальных повреждений.

Защита от электростатического разряда (ESD)

Dell продукты с маркировкой CE разрабатываются и тестируются на устойчивость к международным стандартам стандартов электростатического разряда (ESD). Несмотря на то, что эти продукты были разработаны и признаны совместимыми со стандартными уровнями для ESD, могут возникнуть ситуации, например, Недорогие уровни влажности, которые могут ексацербате ESD событиях.

События электростатического разряда (ESD) могут повредить электронные компоненты, находящиеся внутри компьютера. При определенных условиях ESD может создаваться в теле или объекте, например, на периферийном ресурсе, а затем разбиться на другой объект, например компьютер. Во избежание повреждения ESD следует отключать статическое электричество от своего тела перед тем, как взаимодействовать с любыми внутренними электронными компонентами вашего компьютера (например, с модулем памяти).

Можно защититься от ESD и разразрядки статического электричества от своего тела, касаясь металлического заземленного объекта (например, неокрашенной металлической поверхности на панели ввода-вывода компьютера) перед тем как взаимодействовать с любыми электронными данными. При подключении периферийного устройства (в том числе карманных ПК) к компьютеру перед подключением к компьютеру необходимо обязательно зазаземлень их обоими и периферийными устройствами. Кроме того, во время работы с внутренними компонентами компьютера периодически Привлекайте объект с металлической заземлением, чтобы удалить все статичные заряда, которые могли накапливаться в основном тексте.

Вы также можете предпринять следующие действия для предотвращения повреждения от электростатического разряда:

• Вынимая из упаковочной коробки компоненты, чувствительные к статическому электричеству, не снимайте с них антистатическую упаковку до тех пор, пока не будете готовы к установке этих компонентов. Прежде чем удалять антистатическую упаковку, не забудьте снять с себя статическое электричество.
• При транспортировке чувствительного компонента необходимо сначала переместить его в антистатический контейнер или упаковку.
• Работайте с компонентами, чувствительными к статическому электричеству, в зоне, защищенной от статического электричества. По возможности используйте напольные и настольные антистатические коврики.

Рис. 1. ESDная скоба

В начало

---

Общие инструкции по технике безопасности

Используйте следующие инструкции по технике безопасности, чтобы защитить компьютер от возможного повреждения и обеспечения своей собственной безопасности. Если не указано иное, каждая процедура, включенная в этот документ, предполагает, что вы прочитали информацию по технике безопасности, прилагаемую к компьютеру.

1. Размещение оборудования на твердой поверхности. Оставьте 10,2 см (4 дюйма) в минимальном объеме свободного пространства на всех сторонах компьютера с вентиляционными отверстиями, чтобы разрешить воздушный поток, необходимый для нормальной вентиляции. Ограничение вентиляции может привести к повреждению компьютера или пожару.
2. Не разрешается устанавливать оборудование в стеке или устанавливать оборудование таким образом, чтобы оно было подсоединено повторно или под радиатором.
3. Проследите за тем, чтобы не находились на кабелях вашего оборудования, а также в том, что кабели не находятся там, где они могут поставляться с пошаговыми переходами.
4. Убедитесь, что все кабели подключены к соответствующим разъемам. Некоторые разъемы имеют одинаковый внешний вид и их можно легко запутать (например, не подключайте телефонный кабель к сетевому разъему).
5. Не разрешается размещать устройство в закрытом шкафе или на мягкой, на тонком, на тонком, диване, карпете или ковер.
6. Не отключайте устройство от радиаторов и радиаторов.
7. Извлекайте оборудование из чрезвычайно «горячего» или холодного температуры, чтобы убедиться в том, что он используется в пределах указанного диапазона рабочих диапазонов.
8. Не разрешается помещать никакие объекты в вентиляционные отверстия или отверстия для воздуха в своем оборудовании. Это может привести к пожарным или электрическим ударным нагрузкам за счет сокращения внутренних компонентов.
9. Не используйте ваше оборудование в неокрашенной среде, например, рядом с раковинойом или пулом бассейном, а также в пуле или сыром подвале.
10. Не подключайте оборудование, использующее переменный ток, во время электропитания. Устройства с питанием от аккумулятора можно использовать, если все кабели отключены.
11. Не допускайте попадания пищи или жидкостей на оборудование.
12. Прежде чем приступать к очистке оборудования, отсоедините его от электрической розетки. Очистите устройство с помощью мягкой ткань, ослабленного с помощью воды. Не используйте жидкостей или аэрозольными Clean, которые могут содержать воспламеняющиеся вещества.
13. Вычистить экран LCD компьютера или монитора с мягкими, чистыми тканьми и воды. Примените к тканьу воды, а затем Обводка ткани на дисплее в одном направлении, начиная с верхней части дисплея в нижнюю. Быстро извлеките влагу из дисплея и сохраните его на засушки. Длительное воздействие на влагу может привести к повреждению дисплея. Не используйте для чистки средства коммерческого просмотра.

Подготовка к работе с внутренними компонентами компьютера

1. Во избежание возможного поражения электрическим током не подсоединяйте и не отключайте кабели или выполняете обслуживание или переконфигурирование оборудования в течение электричества.
2. Сохраните и закройте все открытые файлы и выйдите из всех открытых приложений.
3. Выключите компьютер. Нажмите пуск > питание > выключено.

   ПРИМЕЧАНИЕ. Если вы используете другую операционную систему, смотрите документацию по операционной системе для получения инструкций по выключению.

4. Отсоедините компьютер и все подключенные устройства от электросети.
5. Отключите от компьютера все подключенные сетевые устройства и периферийные устройства, например клавиатуру, мышь и монитор.
6. Извлеките все мультимедийные карты и оптические диски из компьютера, если это применимо.

ПРИМЕЧАНИЕ. Перед началом работы с внутренними компонентами компьютера прочитайте инструкции по технике безопасности, прилагаемые к компьютеру. Более подробные рекомендации по технике безопасности см. на главной странице соответствия нормативным требованиям по адресу www.dell.com/regulatory_compliance.

 

ПРИМЕЧАНИЕ. Перед открытием крышки компьютера или панелей отключите все источники питания. После завершения работы внутри компьютера, перед подключением к источнику питания установите на место все крышки, панели и винты.

 

ВНИМАНИЕ! Прежде чем прикасаться к чему-либо внутри компьютера, заземлите себя, надев антистатический браслет или прикоснувшись к неокрашенной металлической поверхности, например к металлу на задней панели компьютера. Во время работы периодически прикоснитесь к неокрашенной металлической поверхности, чтобы снять статическое электричество, которое может повредить внутренние компоненты.

ВНИМАНИЕ! Во избежание повреждения компьютера убедитесь, что Рабочая поверхность плоская и чистая.

 

ВНИМАНИЕ! Будьте внимательны при работе с компонентами и платами. Не следует касаться компонентов или контактов SIM-карты. Держите плату за края или за металлическую монтажную скобу. Держите такие компоненты, как процессор, за края, а не за контакты.

 

ВНИМАНИЕ! При отсоединении кабеля потяните за его разъем или на его вытягиваниех, а не на сам кабель. На некоторых кабелях имеются разъемы со фиксаторами или бегунками, которые необходимо отсоединить перед отсоединением кабеля. При отсоединении кабелей держите их в равномерном соответствии, чтобы не погнуть контакты разъемов. При подключении кабелей убедитесь, что порты и разъемы правильно ориентированы и согласованы.

После работы с внутренними компонентами компьютера

ВНИМАНИЕ! Оставлять неисправности или свободные винты внутри компьютера могут серьезно повредить компьютер.

1. Закрутите все винты и убедитесь, что в компьютере нет невидимых винтов.
2. Подключите все внешние устройства, периферийные устройства или кабели, которые были удалены перед началом работы с компьютером.
3. Замените все мультимедийные карты, диски или любые другие компоненты, которые были удалены перед началом работы с компьютером.
4. Подключите компьютер и все подключенные к нему устройства.
5. Включите компьютер.

В начало

---

Общие инструкции по технике безопасности питания

• Проверьте номинальное напряжение перед подключением оборудования к электрической розетке, чтобы убедиться, что требуемое напряжение и частота соответствуют доступному источнику питания.
• Ваше устройство оборудовано внутренним источником питания или внешним адаптером. Для встроенных источников питания ваше устройство оснащено одним из следующих вариантов:
  • Цепь с автоматическим распознаванием напряжения — устройства с цепью напряжения с автоматическим распознаванием не имеют переключателя напряжения на задней панели и автоматически определяют правильное рабочее напряжение.
  • Или ручного выбора напряжения — устройства с переключателем напряжения на задней панели должны быть настроены вручную для работы в правильном напряжении. Установите переключатель в положение, наиболее близко совпадающее с напряжением, используемым в вашем регионе.

  ВНИМАНИЕ! Во избежание повреждения компьютера с помощью переключателя ручного выбора напряжения необходимо указать коммутатор для напряжения, который наиболее точно соответствует подаче питания переменного тока в вашем регионе.

• Убедитесь, что компьютер, монитор и подключенные устройства имеют электрические оценки для работы с мощностью переменного тока, установленной в вашем регионе.
• Не подсоединяйте кабели питания оборудования к электрической розетке при повреждении кабеля питания.
• Во избежание поражения электрическим током подключайте кабели питания оборудования к электрическим розеткам с заземлением. Если оборудование поставляется с кабелем питания 3-штырьковомуа, не используйте разъемы адаптеров, которые обходят функцию заземления, или снимите функцию заземления с разъема или адаптера.
• Если вы используете кабель питания расширения, убедитесь, что общая номинальная ампер продуктов, подключенных к кабелю питания расширения, не превышает амперную оценку кабеля расширения.
• Если необходимо использовать кабель расширения или кабель питания, убедитесь, что кабель расширения или блок питания подключены к розетке электросети, а не к другому кабелю расширения или к сетевому фильтру. Кабель расширения или кабель питания должны быть созданы для заземления и подключены к заземленной розетке.
• Если вы используете многовыходную сеть, соблюдайте осторожность при подсоединении кабеля питания к блоку питания. Некоторые разъемы питания позволяют правильно вставлять разъемы. Неправильная установка разъема питания может привести к необратимому повреждению оборудования, а также к риску поражения электрическим током и/или пожару. Убедитесь в том, что заземление штырьковому в разъеме питания подключено к контакту заземления в блоке питания.
• При отсоединении оборудования от электрической розетки обязательно Возьмитесь за разъем, а не за кабель.
• Используйте только Dell предоставленный адаптер переменного тока, утвержденный для использования с этим устройством. Использование другого адаптера переменного тока может привести к пожару или взрыву.
• Если вы используете компьютер или зарядка аккумулятора, устанавливайте адаптер переменного тока в проветриваемое местоную область, например, на рабочее место или на этаж. Не закрывайте адаптер переменного тока с бумагами или другими элементами, которые будут снижать охлаждение. Кроме того, не следует использовать адаптер переменного тока внутри корпуса для переноски.
• Адаптер переменного тока может становиться активным во время нормальной работы компьютера. Будьте осторожны при работе с адаптером во время или сразу после работы.
• Рекомендуется заменять адаптер на этаж или на столе так, чтобы он был виден зеленым светом. Это предупредит вас о том, что адаптер должен быть случайно отключен из-за внешних эффектов. Если по какой бы то ни было причине зеленый индикатор не горит, отсоедините кабель от розетки в течение 10 секунд, а затем снова подключите шнур питания.
• Никогда не используйте адаптер переменного тока, который показывает признаки повреждения или чрезмерного износа.

В начало

---

Инструкции по технике безопасности рабочих мест Dell

Используйте следующие инструкции по технике безопасности, чтобы обеспечить собственную безопасность и защитить ваше устройство (компьютер, репликатор портов, базу носителей, стыковочный модуль и подобные устройства) и рабочую среду от потенциальных повреждений.

• Проверьте номинальное напряжение перед подключением рабочего стола к электрической розетке, чтобы убедиться в том, что требуемое напряжение и частота соответствуют доступному источнику питания.
• Ваш настольный компьютер оснащен внутренним источником питания или внешним адаптером. Для встроенных источников питания в компьютере имеется цепь автоматического определения напряжения или переключатель ручного выбора напряжения.
• Выполните Общие инструкции по технике безопасности , приведенные в данной статье.
• Выполните Общие инструкции по безопасности питания , описанные в данной статье.
• Выключите и отключите Настольный компьютер, когда он будет оставлен неиспользуемым в течение длительного периода времени.

В начало

---

Инструкции по технике безопасности ноутбука Dell

Для обеспечения собственной безопасности и защиты устройства (компьютера, репликатора портов, мультимедийной станции и подобных устройств) и рабочей среды от потенциального повреждения используйте следующие инструкции по технике безопасности ноутбука.

• Не храните портативный компьютер в среде с низкой вентиляцией, например, при переносе или закрытом портфеле, в то время как компьютер включен. Ограничение вентиляции может привести к повреждению компьютера или пожару.
• Не разрешается, чтобы ваш портативный компьютер или адаптер работал с основанием, расположенным непосредственно на обложке в течение длительного периода времени. При нормальной работе температура поверхности основания будет возрастать, особенно при наличии питания переменного тока. Возможность непрерывного контактного лица с открытым обложек может привести к дискомфорту или записи.
• Используйте только Dell предоставленный адаптер переменного тока, утвержденный для использования с этим устройством. Использование другого адаптера переменного тока может привести к сбою в технике безопасности. Смотрите руководство пользователя или руководство по эксплуатации для получения рейтинга в отношении адаптера переменного тока.
• Чтобы удалить все источники питания с ноутбука, выключите компьютер, отсоедините адаптер переменного тока от электрической розетки и извлеките аккумулятор, установленный в отсек для аккумулятора или модуль. ПРИМЕЧАНИЕ. В некоторых Dell ноутбуках есть несъемные аккумуляторы.
• Адаптер Dell Auto (автоадаптер) позволяет выставить питание и зазарядить портативный компьютер в автомобиле, в форме в любом самолете или в самолете. Адаптер подключает компьютер к источнику питания через кабель питания постоянного тока. Кабель питания постоянного тока подключается через адаптер автомобиль автомобильного-светлее или с разъемом Empower. Перед подключением и эксплуатацией автоматического адаптера ознакомьтесь с инструкциями по эксплуатации в руководстве пользователя.
• Не используйте устройство в транспортных средствах со высокие напряжения (24 VDC), например, в коммерческих транспортных средствах транспортировки.
• Подключите автоматически адаптер к компьютеру. Затем с помощью модуля автомобиль или другого источника питания постоянного тока подключите адаптер к автомобильного более легкие или к источнику питания постоянного тока.
• Поврежденный аккумулятор может угрожать личной травме. На ущерб может повлиять или ударная нагрузка на выступы или проколы аккумулятора, а также на фламе или другое значение. Не сгибайте аккумулятор. Обработка поврежденного или утечки аккумулятора с крайней осторожностью. В случае повреждения аккумулятора електролите может привести к утечке в ячейках или пожаре, что может привести к возникновению личной травмы.
• Извлекайте аккумулятор от детей.
• Не выключайте (Храните или разрешаете) компьютер или аккумуляторную батарею в радиатор, например, радиоустройство, каминов, каминов кухонных плит, Электрический плит электронагревателей или другое устройство охлаждения, или иным образом раскрывает его с температурами, в которых превышен 65 º C (149 º F). При переключении на чрезмерные температуры, если ячейки аккумулятора могли заслонить вентиляционным отверстием или раскрыть их, то риск пожара.
• Не разрешается передавать аккумулятор в карманном, Пурсе или другом контейнере, где металлические объекты (например, клавиши) могут приводить к сокращению заряда аккумулятора. В результате чрезмерного тока может привести к значительному увеличению температуры, что может привести к повреждению аккумулятора или окружающей его масти, а также к персональным травмам, например, к электропитанию.
• Выполните Общие инструкции по технике безопасности , приведенные в данной статье.
• Выполните Общие инструкции по безопасности питания , описанные в данной статье.
• Отключите и отсоедините портативный компьютер, когда он будет оставлен неиспользуемым в течение длительного периода времени.

В начало

---

Инструкции по технике безопасности Dell монитора

Прочтите и соблюдайте следующие инструкции при подключении и использовании монитора компьютера.

• Выполните Общие инструкции по технике безопасности , приведенные в данной статье.
• Выполните Общие инструкции по безопасности питания , описанные в данной статье.
• Следите за тем, чтобы монитор был электрически оценен так, чтобы он работал с блоком питания переменного тока, который находится в вашем регионе.
• Размещайте монитор на твердой поверхности и внимательно обрабатывают его. Экран сделан прозрачным и может быть поврежден при потере или резком нажатии.
• В условиях комнатной температуры сохраняйте плоский монитор. Чрезмерное количество холодного или горячего состояния может отрицательно повлиять на кристалл на дисплее.
• Не подключайте монитор к серьезному снижению вибрации или повлиять на условия повышенного воздействия. Например, не разрешается размещать монитор внутрь магистрали автомобиля.
• Во избежание поражения электрическим током не пытайтесь удалить крышку или коснуться внутренней части монитора.
• Отключите и отсоедините монитор, когда он будет оставлен неиспользуемым в течение длительного периода времени.

В начало

---

Подъемное оборудование

ВНИМАНИЕ! Не приподнимите больше 50 фунта (22,6 килограммов) независимо. В таких случаях всегда работайте вместе с помощником или используйте подъемное устройство.

1. Предварительно обдумайте выполнение операции и следуйте правилам безопасности при подъеме.
2. Стойте на устойчивой и ровной поверхности. Для повышения устойчивости расставьте ноги (пальцы направлены наружу).
3. Согните колени. Не сгибайте спину при подъеме.
4. Напрягите мышцы живота. Мышцы живота помогают поддерживать позвоночник при подъеме, уравновешивая груз.
5. Поднимайте груз, разгибая ноги, а не спину.
6. Прижимайте груз близко к телу. Чем ближе он будет к позвоночнику, тем меньше будет нагрузка на спину.
7. Не сгибайте спину при подъеме и опускании груза. Не добавляйте к весу груза вес своего тела. Не допускайте скручивания тела.
8. При опускании груза выполняйте те же действия в обратном порядке.
9. При переноске оборудования держите голову выше
10. Всегда смотрите вперед
11. Старайтесь передвигаться плавно
12. Не поднимайте слишком тяжелый груз, с которым вам трудно справиться (при необходимости выполните операцию вместе с помощником)

Рис. 2. Сделайте время, подумайте и спланировать.

Рис. 3. Извлеките ноги и наведите на тоесу.

Рис. 4. Согните колени. Не отогните подъеме.

Рис. 5. Не заключайте обратно в вертикальное положение.

Рис. 6. Закончив работу с оборудованием, сохраним свою головку.

В начало

Как защитить модуль Bluetooth от статического электричества? — BT Module — Новости

Что такое статическое электричество?

Прежде всего, статический заряд — это статическое электричество. А явление, при котором происходит электрический обмен между объектами с разными потенциалами и происходит мгновенный разряд, называется ЭСР. Такие как трибоэлектричество, снятие свитеров зимой и прикосновение к металлическим деталям, эти действия могут вызвать электростатический разряд.

Как это может повредить модуль Bluetooth?

В связи с быстрым развитием электронной промышленности были произведены серийные производства небольших, высокоинтегрированных устройств, что привело к уменьшению и уменьшению расстояния между проводами, к более тонким и более тонким изоляционным пленкам, что приведет к снижению напряжения пробоя. Однако электростатическое напряжение, генерируемое во время производства, транспортировки, хранения и передачи электронных изделий, может значительно превышать пороговое значение его пробивного напряжения, что может привести к поломке или выходу из строя модуля, повлиять на технические показатели изделия и снизить его надежность.

Как предотвратить статическое электричество?

А. Экранирование. Ношение антистатической ткани при изготовлении модуля, использование антистатических пакетов / держателей для переноски модуля во время транспортировки.

Б. Рассеяние. Использование антистатического оборудования для рассеивания статического электричества.

C. Увлажнение. Сохраняйте температуру окружающей среды. от 19 градусов Цельсия до 27 градусов Цельсия, влажность от 45% до 75%.

D. Заземление. Убедитесь, что тело человека / рабочий костюм / устройство / оборудование связаны с землей.

Е. Нейтрализация. Использование ESD железного вентилятора для осуществления нейтрализации.

Возьмите № A в качестве примера, модули Bluetooth Feasycom обычно будут отделены друг от друга во время упаковки. См. Справочную фотографию ниже, которая является отличным способом включить экранирование и предотвратить возникновение статического электричества.

Хотите узнать больше о том, как защитить ваши модули Bluetooth? Не стесняйтесь обращаться к Feasycom за помощью.

Наушники Apple и статическое электричество

При использовании наушников с iPod, iPhone или компьютером Mac можно получить незначительный кратковременный удар статическим электричеством.

Почему это происходит?

При использовании в местах с очень сухим воздухом наушники могут накапливать статическое электричество. Небольшой разряд с наушников может передаться на уши. Получение статического разряда с наушников не означает наличие какой-либо проблемы с устройством или наушниками.

Точно так же вы получаете статический разряд от дверной ручки, пошаркав ногами по ковру. Однако в данном случае статическое электричество накапливается не на теле, а на устройстве, к которому подключаются наушники, и разряжается не через палец при прикосновении к дверной ручке, а через наушники.

Такое происходит не только с оборудованием Apple. Статическое электричество может накапливаться почти на любом оборудовании и разряжаться через наушники любой торговой марки.

Почему статическое электричество накапливается на моем устройстве?

Определенные среды и действия способствуют накоплению статического электричества на электронных устройствах.

• Среды с низкой влажностью (сухие среды)
• Среды, не защищенные от ветра
• Перемещение устройства в карман и из кармана
• Бег или другие физические упражнения с устройством
• Одежда из синтетических волокон, таких как нейлон

Что можно сделать, чтобы снизить накопление статического электричества на устройстве?

Можно принять ряд мер для контроля статического электричества.

В помещении

• Повысьте уровень влажности воздуха. Для этого можно использовать портативный увлажнитель или элемент управления влажностью на кондиционере воздуха.
• Распылите в воздухе антистатический спрей.
• Если у вас сухая кожа, используйте антистатический лосьон.
• Носите одежду из натуральных волокон, таких как хлопок. Синтетические волокна лучше удерживают электростатический заряд.

На улице

• Защищайте устройство от ветра, держа его в чехле или не вынимая из сумки или кармана.
• Не перемещайте устройство в карман и из кармана слишком часто. Трение устройства об определенные материалы может стать причиной накопления заряда статического электричества.

Дата публикации: 16 марта 2018 г.

12 лучших способов снять статическое электричество с одежды

Статическое электричество становится особенной проблемой, когда сухой воздух внутри помещений заставляет искриться не только наши нервы, но и одежду, волосы и прочее-прочее-прочее. Никто не хочет иметь дело с чрезмерно цепкой одеждой или пушистыми волосами. Но хорошая новость заключается в том, что есть много быстрых и простых способов избавиться от статического электричества, особенно когда дело доходит до вашей одежды, пишет портал FurnishHome.

Продолжение статьи находится под рекламой

Реклама

Многие проблемы со статикой начинаются еще на этапе стирки и сушки одежды. Эти советы помогут вам устранить все неприятности в кратчайшие сроки.

5 способов предотвратить накопление статического электричества

1. Используйте кондиционер для белья

Использование кондиционера для белья снимает практически половину проблем с излишним статическим электричеством на одежде! Добавьте магазинный или самодельный умягчитель ткани после цикла стирки. Кстати, вы можете использовать кондиционер для белья и для того, чтобы сделать собственные сушильные листы, которые помогут предотвратить накопление статического электричества во время сухого сезона.

2. Сушите на воздухе

Другой способ предотвращения статического накопления состоит в том, чтобы вынуть одежду из сушилки, пока она еще немного сырая. Положите ее плоско или повесьте, чтобы досушить, и вы не будете иметь никаких проблем со статическим электричеством на одежде.

3. Полоскайте с уксусом

Уксус смягчит ткань и уменьшит проблемы. Просто добавьте чашку белого уксуса к последнему циклу полоскания, когда стираете одежду.

4. Используйте увлажнитель

Статическое электричество может накапливаться, если ваша прачечная сама по себе слишком сухая. Держите место для стирки более влажным, включая увлажнитель всякий раз, когда вы используете сушилку.

5. Шарики для сушки из шерсти

Использование шерстяных сушильных шаров (или даже нескольких новых теннисных шаров) во время сушки поможет сократить количество статического электричества на вашей одежде. Если вы обнаружите, что они не устраняют все статическое электричество, объедините их с полосканием с уксусом.

7 способов избавиться от статики на одежде

1. Используйте сушильный лист

Потрите одежду сушильным листом, чтобы уменьшить статическое сцепление.

2. Нанесите увлажняющий крем

Нанесите увлажняющий крем или лосьон на кожу, где ваша одежда, кажется, цепляется. Статическое электричество нуждается в сухой среде, поэтому добавление влаги к вашей коже поможет избавиться от нее.

3. Используйте вешалку

Проведите металлической частью вешалки по одежде, это снимет с нее статическое электричество.

4. Заземлитесь прикосновением к заземленному металлу

Это классическая тактика для борьбы со статическим накоплением. Просто коснитесь какого-то заземленного металла. Заряд снимется, оставляя вас без статического электричества. (Это может быть немного неприятным, но это быстро и эффективно!)

5. Заморозьте одежду

Положите одежду в морозильник на 15 минут, прежде чем надеть. Этого времени в морозильной камере будет вполне достаточно, чтобы устранить любой статический подарок.

6. Используйте влажные руки

Еще один простой способ устранить статическое электричество — это использование мокрых рук или смоченной в воде щетки для одежды. Этот метод работает с большинством тканей, но избегайте использовать его с шелком.

7. Используйте лак для волос

Нанесите небольшое количество лака для волос на одежду, прежде чем надеть ее. Этот быстрый трюк работает как истинное волшебство!

ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОЕ НАПРЯЖЕНИЕ

Связанные термины

ЭФФЕКТ ПОЛЯРНОСТИ Эффект, при котором напряжение пробоя в вакууме, разделяющем два электрода, один из которых заострен, намного выше, когда заостренный электрод это анод.

IMPATT DIODE Диод с pn переходом, который имеет обедненную область, примыкающую к переходу, через которую могут дрейфовать электроны и дырки, и смещен за пределы напряжения лавинного пробоя.Получено в результате лавины удара и времени пролета диода.

ГИДРОЛИЗ Процесс разрушения, который происходит в безводных гидравлических жидкостях в результате воздействия тепла, воды и металлических катализаторов: железа, стали, меди и т. Д.

ОТЛОЖЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ Твердые или стойкие накопление шлама, нагара и углеродистых остатков из-за прорыва несгоревшего и частично сгоревшего топлива или частичного разрушения смазки картера.Вода, образующаяся при конденсации продуктов сгорания, углерод, остатки топлива или присадки к смазочному маслу, пыль и металлические частицы также вносят свой вклад.

СОЗДАЮЩИЙСЯ КОНТАМИНАНТ Вызывается ухудшением состояния критически важных смачиваемых поверхностей и материалов или разрушением самой жидкости.

ПРОФИЛАКТИЧЕСКОЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ Техническое обслуживание, выполняемое до прогнозируемой неисправности или поломки.

ЛАВИННЫЙ ИМПЕДАНС Комплексное отношение обратного напряжения устройства, которое подвергается лавинному пробою, к обратному току.

ЛАВИННЫЙ ТРАНЗИСТОР Транзистор, использующий лавинный пробой для генерации цепочки пар дырка-электрон, несущих заряд.

ЛАВИННОЕ НАПРЯЖЕНИЕ Обратное напряжение, необходимое для лавинного пробоя в pn-переходе полупроводника.

ЛАВИННЫЙ ДИОД Полупроводниковый пробойный диод, обычно сделанный из кремния, в котором лавинный пробой происходит по всему pn переходу, а падение напряжения в этом случае по существу постоянное и не зависит от тока; два наиболее важных типа — это диоды IMPATT и TRAPATT.

Электрическое напряжение — обзор

Диэлектрик: Диэлектрик — это среда, которая может выдерживать высокое электрическое напряжение без заметной проводимости. При приложении такого напряжения энергия в виде электрического заряда удерживается диэлектриком. Большая часть этой накопленной энергии восстанавливается при снятии напряжения. Единственный идеальный диэлектрик, в котором отсутствует проводимость и из которого может быть извлечена вся накопленная энергия, — это идеальный вакуум.

Относительная емкость: Относительная емкость или относительная диэлектрическая проницаемость или диэлектрическая постоянная — это отношение, на которое увеличивается емкость, когда другой диэлектрик заменяет вакуум между двумя электродами.

Диэлектрическое поглощение: Диэлектрическое поглощение — это поглощение заряда диэлектриком при воздействии электрического поля с поляризацией, отличной от нормальной. Этот заряд не восстанавливается мгновенно при коротком замыкании конденсатора, и ток затухания будет продолжаться в течение многих минут.Если конденсатор кратковременно замкнут накоротко, после этого на его выводах появится новое напряжение. Это источник опасности для высоковольтных конденсаторов постоянного тока или конденсаторов переменного тока, не оснащенных разрядным резистором. Это явление можно использовать как меру диэлектрического поглощения.

Касательный угол потерь: Это мера потерь энергии в конденсаторе. Он выражается как tanδ и представляет собой потерю мощности конденсатора, деленную на его реактивную мощность при синусоидальном напряжении заданной частоты.(Этот термин также включает коэффициент мощности, коэффициент потерь и диэлектрические потери. Фактический коэффициент мощности равен cos (90 −δ).)

Сопротивление изоляции: Это мера проводимости в диэлектрике. Поскольку для достижения стабильного значения этой проводимости требуется очень много времени, ее обычно измеряют после 2 минут электризации для неэлектролитических типов и 3 минут для электролитов. Его предпочтительно измерять при номинальном рабочем напряжении или стандартизованном напряжении.

Сопротивление изоляции обычно умножается на емкость, чтобы получить значение ом-фарад, которое представляет собой кажущуюся постоянную времени разряда (секунды). Это показатель качества диэлектрика, хотя для небольших емкостей обычно также указывается максимальное значение сопротивления изоляции.

В электролизерах проводимость выражается как ток утечки при номинальном рабочем напряжении. Он рассчитывается как μ A / μ FV , что является обратной величиной значения Ом-Фарад.В этом случае максимальное значение тока утечки указано для малых емкостей.

Ток утечки: Ток, протекающий между двумя или более электродами по любому пути, кроме межэлектродного пространства, называется током утечки, а его отношение к испытательному напряжению является сопротивлением изоляции.

Импеданс: Импеданс — это отношение напряжения к току на заданной частоте. На высоких частотах индуктивность выводов становится ограничивающим фактором, и в этом случае можно использовать метод передаточного импеданса.Затем измеряется только полное сопротивление тракта шунта.

Конденсатор постоянного или переменного тока: Конденсатор постоянного тока предназначен для работы только на постоянном токе. Обычно он не подходит для использования выше 200 вольт переменного тока из-за возникновения разрядов во внутренних пузырьках газа (корона). Конденсатор переменного тока не допускает внутренних разрядов и имеет малый тангенс угла потерь, чтобы минимизировать внутренний нагрев.

Номинальное напряжение и температура: Номинальное напряжение — это постоянное рабочее напряжение, которое может непрерывно подаваться на конденсатор при номинальной температуре.

Категория Напряжение и температура: Категория напряжения — это напряжение, которое может быть приложено к конденсатору при максимальной температуре категории. Оно отличается от номинального напряжения на коэффициент снижения.

Пульсации напряжения: Если в дополнение к постоянному напряжению присутствует переменное напряжение, рабочее напряжение конденсатора принимается как сумма постоянного напряжения и пикового переменного напряжения. Эта сумма не должна превышать значение номинального напряжения.

В электролизерах допустимая пульсация может быть выражена как номинальный пульсирующий ток.

Импульсное напряжение: Это напряжение выше номинального напряжения, которое конденсатор выдерживает в течение короткого времени.

Испытание на подтверждение напряжения (диэлектрическая прочность): Это максимально возможное напряжение, которое может быть приложено без пробоя к конденсатору во время аттестационных испытаний для подтверждения диэлектрика. Повторное приложение этого напряжения может вызвать сбой.

Напряжение формования (электролитика): Напряжение, при котором образовался анодный оксид. Толщина оксидного слоя пропорциональна этому напряжению.

Напряжение перегорания (металлизированные типы): Напряжение, при котором металлизированные типы сгорают во время производства.

Самовосстановление (металлизированные типы): Мгновенный частичный разряд конденсатора в результате локального разрушения диэлектрика.Сжигание металлизированных электродов изолирует неисправность и эффективно восстанавливает свойства конденсатора. Самовосстановление также называется «очищением».

Эквивалентное последовательное сопротивление (ESR): Эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) — это единичное значение сопротивления, которое представляет собой сумму потерь переменного тока (из-за проводов, электродных пластин и переходов), резистивных потерь из-за токам утечки и резистивным потерям из-за присущих молекулярной поляризации коэффициентов диэлектрического поглощения основного диэлектрического материала.

Номинальное значение вольтампер (ВА): Это реактивная мощность в конденсаторе при приложении переменного напряжения. VA cosθ дает количество тепла, выделяемого в конденсаторе. Поскольку количество тепла, которое может рассеиваться, ограничено, VA также должна быть ограничена, и в некоторых случаях указывается номинальная мощность VA. (Обратите внимание, что cosθ = cos (90 — δ) ≈ tanδ, когда δ мало.)

Мерцание: Минуточные и быстрые колебания емкости, которые раньше проявлялись посеребренной слюдой или посеребренной керамикой, но преодолеваются современными технологиями производства.

Corona Discharge: Частичный разряд конденсатора из-за ионизации газа в пузырьке в диэлектрике. При работе в переменном или импульсном режиме это может произойти в диэлектрике, находящемся под напряжением более 200 вольт, и является основной причиной выхода из строя. На постоянном токе такие разряды очень редки и обычно не являются причиной отказа.

Контроль электрического напряжения | Единые и неоднородные электрические поля

Контроль электрического напряжения:

Распределение контроля электрического напряжения обычно определяется уравнением Пуассона:

где φ — потенциал в данной точке, ρ — плотность пространственного заряда в области, а ε ₀ — электрическая проницаемость свободного пространства (вакуума).Однако в большинстве высоковольтных устройств объемные заряды обычно отсутствуют, и, следовательно, распределение потенциала определяется уравнением Лапласа:

В уравнениях (1.2) и (1.3) оператор ∇ ² называется лапласианом и представляет собой вектор со свойствами

Существует множество методов определения потенциального распределения. Чаще всего используются методы

• метод электролитического резервуара и
• численные методы

Распределение потенциала также можно рассчитать напрямую.Однако это очень сложно, за исключением простой геометрии. Во многих практических случаях хорошее понимание проблемы возможно, если использовать несколько простых правил для построения линий поля и эквипотенциалов. Важные правила:

• эквипотенциальные линии пересекают силовые линии под прямым углом,
• , когда эквипотенциальные линии и силовые линии нарисованы для образования криволинейных квадратов, плотность силовых линий является показателем контроля электрического напряжения в данной области, и
• в любой области максимальное электрическое поле определяется выражением dv ∕ dx, где dv — разность напряжений между двумя последовательными эквипотенциалами, отстоящими друг от друга на dx.

Значительное количество труда и времени можно сэкономить за счет правильного выбора плоскостей симметрии и соответствующей формы электродов. После того, как распределение напряжения заданной геометрии установлено, можно легко переделать или перепроектировать электроды, чтобы минимизировать напряжения и предотвратить возникновение короны. Это случай, который обычно встречается в высоковольтных электродах вводов, стандартных конденсаторах и т. Д. Когда два диэлектрика с сильно различающейся диэлектрической проницаемостью включены последовательно, контроль электрического напряжения намного выше в среде с более низкой диэлектрической проницаемостью.Рассматривая твердую изоляцию в газовой среде, напряжение в газе становится в _r раз больше, чем в твердом диэлектрике, где ε _r — относительная диэлектрическая проницаемость твердого диэлектрика. Это повышенное напряжение возникает на краях электродов, и один из способов преодоления этого — увеличение диаметра электрода. Другие методы контроля электрического напряжения показаны на рис. 1.1.

При проектировании высоковольтного оборудования необходимо контролировать напряженность электрического поля, в противном случае более высокие напряжения вызовут или ускорят старение изоляции, что приведет к ее выходу из строя.За прошедшие годы было разработано множество методов управления и оптимизации электрических полей для получения наиболее экономичных конструкций. Методы контроля электрического поля являются важной составляющей общей конструкции оборудования.

1. электрическое поле

Представлен краткий обзор концепций электрических полей, поскольку инженерам, работающим в области высоких напряжений, важно знать напряженность поля в различных средах при электрических напряжениях. Это также помогает в выборе правильной конфигурации электродов и экономичных размеров изоляции, чтобы не образовывались сильно нагруженные области и надежная работа оборудования приводила к его ожидаемому сроку службы.

Напряженность поля E в любом месте в электростатическом поле — это отношение силы, действующей на бесконечно малый заряд в этом месте, к самому заряду, когда заряд уменьшается до нуля. Сила F, действующая на любой заряд q в этой точке поля, равна

Плотность электрического потока D, связанная с напряженностью поля E, равна

где E — диэлектрическая проницаемость среды, в которой существует электрическое поле. Работа, совершаемая над зарядом при движении в электрическом поле, определяется как потенциал.Потенциал φ равен

где l — путь, по которому перемещается заряд.

Несколько соотношений между различными величинами в электрическом поле можно резюмировать следующим образом:

где F — сила, действующая на заряд q в электрическом поле E, а S — замкнутая поверхность, содержащая заряд q.

2.Однородные и неоднородные электрические поля

В общем, электрические поля между любыми двумя электродами могут быть как однородными, так и неоднородными.В однородном зазоре поля среднее поле E одинаково во всей области поля, тогда как в неравномерном зазоре поля E различно в разных точках области поля.

Равномерное или приблизительно однородное распределение поля существует между двумя бесконечными параллельными пластинами или двумя сферами равного диаметра, когда расстояние между ними меньше диаметра сферы. Сферические электроды часто используются для измерений высокого напряжения и для запуска в цепях генерации импульсного напряжения.Иногда параллельные пластины конечного размера используются для моделирования однородных электрических полей, когда зазор намного меньше размера пластины.

В отсутствие объемных зарядов среднее поле E в неоднородном полевом промежутке максимально на поверхности проводника, имеющей наименьший радиус кривизны. Он имеет минимальное поле E на проводнике с большим радиусом кривизны. В этом случае поле не только неоднородно, но и несимметрично. Большинство практических высоковольтных компонентов, используемых в электроэнергетических системах, обычно имеют неравномерное и асимметричное распределение поля.

3.Оценка электрического поля в некоторых геометрических границах

Было показано, что максимальное электрическое поле E _m в данной конфигурации электрического поля является важным. Среднее электрическое поле на расстоянии d между двумя проводниками с разностью потенциалов V ₁₂ равно

Электростатический стресс в катализе: структура и механизм действия фермента оротидинмонофосфат декарбоксилазы

Реферат

Оротидин-5′-монофосфатдекарбоксилаза катализирует превращение оротидин-5′-монофосфата в уридин-5′-монофосфат, последнюю стадию биосинтеза пиримидиновых нуклеотидов.В рамках инициативы Structural Genomics Initiative были определены кристаллические структуры безлигандных форм и форм, образующих комплекс с 6-азауридин-5′-монофосфатом, при 1,8 и 1,5 Å соответственно. Белок имеет складку TIM-ствола, при этом одна сторона ствола закрыта, а другая сторона связывает ингибитор. Уникальный набор чередующихся зарядов (Lys-Asp-Lys-Asp) в активном центре побудил нас применить квантово-механические и молекулярно-динамические расчеты для анализа относительного вклада дестабилизации основного состояния и стабилизации переходного состояния в катализ.Замечательная каталитическая сила оротидин-5′-монофосфатдекарбоксилазы почти исключительно достигается за счет дестабилизации реактивной части субстрата, что компенсируется сильным связыванием фосфатных и рибозных групп. Результаты расчетов согласуются с каталитическим механизмом, который характеризуется эффектом Цирцеи Дженкса.

Оротидин-5′-монофосфатдекарбоксилаза (ODCase) (EC 4.1.1.23) формально катализирует обмен CO ₂ на протон в положении C ₆ с образованием уридин-5′-монофосфата (UMP) (1).Промежуточный продукт, подразумеваемый этим описанием, состоит из -карбаниона C ₆ , сопряженного основания с угольной кислотой UMP. ODCase реакция уникальна в биологических реакциях декарбоксилирования тем, что промежуточный карбанион не стабилизируется взаимодействиями конъюгации и, таким образом, скорость реакции в водном растворе исключительно мала (2). Замечательная каталитическая сила ODCase, которая ускоряет реакцию на 17 порядков по сравнению с водным процессом, очаровала как химиков, так и биохимиков, что привело к ряду предложений механизмов с новыми характеристиками (3–7).Однако по мере накопления большего количества результатов для этого класса ферментов возможности механизма становились все более ограниченными, поскольку кофакторы и каталитические группы продолжали исключаться из рассмотрения (8-10). Рентгеновская структура ODCase из Methanobacterium thermoautotrophicum с высоким разрешением показывает, что механизм почти полностью охарактеризован формальным описанием, наряду с электростатическими характеристиками активного центра фермента, которые обеспечивают избирательную дестабилизацию группы оротидина.Ниже мы приводим результаты совместного экспериментального и теоретического исследования, обеспечивающего механизм, который включает значительные эффекты дестабилизации основного состояния при ферментативном катализе (11).

Ключом к каталитической силе ODCase является его способность использовать явление, которое мы классифицируем как электростатический стресс [следуя описанию Фершта «стресса» в катализе (12)]. Хотя связывание оротидин-5′-монофосфата (OMP) приводит к значительным стабилизирующим взаимодействиям с фосфатом и рибозой в активном центре, как показывает рентгеноструктурный анализ, электростатические взаимодействия между оротатной группой и ODCase сильно дестабилизируют.Фактически, C ₆ -карбоксилат-анион находится в отталкивающих отношениях с Asp ⁷⁰ . Эта комбинация притяжения и отталкивания во взаимодействиях фермент-субстрат была описана Дженксом как «эффект Цирцеи», который относится к способности фермента использовать сильные силы притяжения, чтобы заманить субстрат в активный сайт, чтобы обеспечить дестабилизацию реактивного группа, претерпевающая химическое превращение (11). Наш вычислительный анализ дает убедительные доказательства в поддержку гипотезы Дженкса.

Материалы и методы.

ODCase

экспрессировалась в Escherichia coli и очищалась с помощью His-метки. Белок Se-Met был получен таким же образом с использованием штамма ауксотрофов. Кристаллы принимают пространственную группу P4 ₁ 2 ₁ 2 ( a = b = 56,9 Å, c = 124,5 Å) и P2 ₁ ( a = 73,0 Å, b = 98,6 Å, c = 73,3 Å; β = 104,03 °) для природных и комплексных кристаллов, структуры были определены с использованием метода множественной аномальной дисперсии, а модели были уточнены при 1.Разрешение 8 Å и 1,5 Å соответственно. Подробное описание дано в другом месте (ссылка 13; N.W., A. Cristendat, A. Dharamsi, and E.F.P., неопубликованная работа).

Определение структуры.

Дифракционные данные обрабатывали с помощью программ denzo / scalepack (14) или mosflm (15). Структура была определена путем множественной фазировки аномальной дисперсии на краю поглощения Se с использованием наборов данных по пику (0,9799 Å), краю (0,9575 Å) и удаленной длине волны (0,9802 Å). Начальные положения атомов Se определялись с помощью программы resolve (16) и уточнялись с помощью программы sharp (17).Были обнаружены все девять сайтов, и общий показатель качества составил 0,84 для данных с разрешением 2Å. Экспериментальная карта от Sharp показала плотность высокого качества и трассировалась с помощью программы o (18). Расчеты молекулярного замещения проводились с помощью программного пакета amore (19). Уточнение и добавление молекул воды обеих моделей проводилось с помощью программного пакета cns (20).

Расчеты.

Потенциал средней силы для реакции декарбоксилирования в водном растворе был получен с использованием зонтичного отбора проб в модели Монте-Карло 1-метилоротат-аниона плюс 735 молекул воды вместе с периодическими граничными условиями в изотермино-изобарическом ансамбле при 25 ° C и 1 атм (1 атм = 101.3 кПа). Молекула растворенного вещества обрабатывалась квантово-механически с использованием теории Остина Модель 1. Для воды принята модель трехточечного заряда TIP3P (21). Всего было использовано 15 окон моделирования, охватывающих диапазон координат реакции от 1,4 до 7 Å. Каждое моделирование состояло по крайней мере из 2 × 10 ⁶ конфигураций для уравновешивания с последующим усреднением для 4 × 10 ⁶ конфигураций. Конфигурации были выбраны с помощью Metropolis и предпочтительной выборки.

Для расчета декарбоксилирования оротидилата в ODCases оротатная группа была обработана квантово-механически вместе с обобщенным методом гибридных орбиталей, чтобы представить разделение ковалентных связей между областями QM и MM (22). В качестве граничного атома был выбран 1 ‘атом углерода. Таким образом, при расчете в ферментной системе использовался тот же квантово-механический фрагмент, что и при моделировании на водной основе. Белковая система и классический участок субстрата были представлены силовым полем CHARMM22 (23).Карбоксильная группа OMP первоначально была прикреплена к активному центру рентгеновской кристаллической структуры для комплекса фермент-ингибитор, после чего следовали 100 шагов минимизации энергии для удаления тесных контактов. Затем систему фермент-субстрат погружали в сферу воды 24 Å с центром в среднем положении атомов углерода C ₆ и карбоксильных групп. Молекулы воды, которые находились в пределах 2,5 Å от любых неводородных атомов белка-субстрата, удалялись. В активном центре остались две молекулы воды, образующие водородные связи с ионом карбоксилата OMP.Первоначально система была уравновешена в течение не менее 100 пс, после чего была проведена серия из восьми симуляций молекулярной динамики с зонтичным отбором проб. Каждое моделирование длилось ≈50 пс для уравновешивания, а затем 50 пс для усреднения. Поскольку координата реакции для фермента охватывает гораздо более короткий диапазон, потребовалось всего восемь симуляций.

Вычисление свободной энергии сольватации.

Электростатическое напряжение или свободная энергия передачи от воды к активному центру фермента определялась расчетами возмущения свободной энергии с использованием схемы электростатической развязки для GS и TS ( R _c = 2.4 Å) в воде и в ODCase. Каждый расчет свободной энергии включал 10 окон с выборкой двойной ширины, и каждое окно состояло из 2 × 10 ⁶ конфигураций / 50 пс уравновешивания, за которыми следовали 4 × 10 ⁶ конфигураций / усреднение 50 пс. Во всех расчетах использовалось расстояние отсечки 14 Å. В качестве грубого приближения к электростатике на больших расстояниях, не учитываемой схемой отсечки, была сделана поправка на энергию Борна, предполагая, что диэлектрическая постоянная равна 4 для белка от 14 до 16 Å от активного центра и 78 для объемной воды за пределами 16 Å. .Весь расчет, состоящий из более чем 200 миллионов расчетов электронной структуры, был выполнен за 1 неделю с использованием 28-процессорного компьютера IBM-SP2 в Buffalo, в то время как кристаллическая структура подвергается дальнейшему уточнению.

Анализ и описание конструкции.

В рамках инициативы Structural Genomics Initiative (24) мы решили кристаллическую структуру ODCase из M. thermoautotrophicum . Анализ был основан на множестве данных аномальной дисперсии, собранных на кристалле Se-метионин-замещенной апо-формы фермента (апоЕ).Полученный набор координат использовали в расчетах молекулярного замещения для решения структуры комплекса ODCase / 6-азауридин (6-аза) UMP. Конечная структура апоЕ, которая представляет собой один мономер димерной молекулы ODCase с общим количеством 212 остатков и 235 молекул воды, была уточнена с разрешением 1,8 Å с хорошей стереохимией до R _крист. 21,0% и R . _{свободных} из 23,8% (таблица 1). Соответствующие числа для фермента, входящего в комплекс с ингибитором, равны R _крист = 20.0%; R _{бесплатно} = 20,6%; всего 900 остатков, представляющих два димера, обнаруженных в асимметричной единице, и 770 молекул воды. Никаких остатков в запрещенной области графиков Рамачандрана для любой структуры нет.

Таблица 1

Статистика сбора и уточнения данных

Общая складка мономера ODCase представляет собой цилиндр TIM из 9 α-спиралей / 8 β-цепей (рис. 1). Меньшее отверстие ствола покрыто N-концевой петлей, которая имеет четкую плотность в апоЕ, тогда как она остается неупорядоченной в комплексной форме 6-азаУМФ.

Рисунок 1

Ленточная диаграмма димера ODCase. ( A ) Двойная ось проходит вертикально. Мономер A окрашен в красный и зеленый цвета (для спиралей и нитей β-листов соответственно), а мономер B — в синий и желтый цвета. Дополнительная спираль от вектора pET15b окрашена в фиолетовый цвет. Отверстие в стволе в мономере B. ( B ) Вид сбоку на димер. Ось 2-го сгиба теперь перпендикулярна странице. ( C ) Стерео вид активного сайта с картой 2Fo-Fc (контур 1.5 σ). Карта была рассчитана до того, как 6-азаУМФ был добавлен в модель, что обеспечило абсолютно объективное представление связанного ингибитора.

Для сложной структуры дополнительная спираль на С-конце наблюдалась для двух из четырех молекул в асимметричной единице. Эта спираль с последовательностью EDPAANKARKEAELAAATA кодируется векторной ДНК pET15b между сайтом Bam HI и терминатором T7. По-видимому, стоп-кодон самого гена ODCase был пропущен клеткой E.coli механизм экспрессии белка. Кристаллические контакты — наиболее вероятная причина образования этих спиралей. Граница раздела димеров включает 18% площади поверхности каждого мономера и состоит как из ионных, так и гидрофобных взаимодействий. Два мономера хорошо накладываются друг на друга со среднеквадратичным отклонением 0,3 Å для 211 C _α -атомов (остатки 14–224). Нет серьезных различий между апо-димером и димером, связанным с ингибитором (среднеквадратичное отклонение между 401 C _α -атомами равно 0.85 Å).

Активный сайт.

Активный центр расположен вверху большего отверстия и завершается вторым мономером. Он имеет две отличительные характеристики: (–) обширное электростатическое взаимодействие и сеть водородных связей с рибозной и фосфатной группами и ( ii ) гидрофобный карман, окружающий пиримидиновое кольцо. Кроме того, под рибозным кольцом и основанием имеется новая зарядовая сеть Lys ⁴² -Asp ⁷⁰ -Lys ⁷² -Asp ^75B , обеспечивающая ключевые функциональные роли в связывании, катализе и высвобождении продукта (рис. .2 А ).

Рисунок 2

( A ) Структурный вид активного центра с важными элементами и взаимодействиями катализа. Мономер A окрашен в светло-золотой цвет, а мономер B в бледно-голубой цвет. Даже при связанном 6-азаУМФ в активном центре имеется полость [пурпурный контур, рассчитанный с помощью зонда Ван-дер-Ваальса с радиусом 1,2 Å. Эта полость достаточно велика, чтобы вместить C6-карбоксилат OMP или продукт CO ₂ . Гидрофобные остатки, выстилающие активный центр, показаны бледно-желтым цветом.( B ) Схематическое изображение взаимодействий между активным центром и 6-азауридином. ( C ) Схематическое изображение ионных взаимодействий и Н-связей, связанных с фосфатной группой. Все приведенные расстояния являются средними значениями, найденными в четырех молекулах в асимметричной единице. Различные соответствующие расстояния отличаются друг от друга менее чем на 0,3 Å.

Большая часть энергии стабилизации комплекса фермент-ингибитор обеспечивается связыванием фосфата и рибозы.Фосфатная группа зажимается отрезком остатков вокруг Arg ²⁰³ и петлей, образованной аминокислотами 180–190 ( ¹⁸⁰ GVGAQGGDPG ¹⁹⁰ ) (рис. 2 B и C ). Эта петля полностью неупорядочена в структуре апоЕ. И группа гуанидиния, и амид основной цепи Arg ²⁰³ взаимодействуют напрямую с фосфатом, как и амид Gly ²⁰² . Несколько молекул воды, которые образуют первую гидратную оболочку фосфатной группы, опосредуют оставшиеся контакты с карбонилами основной цепи (Ile ²⁰⁰ , Val ¹⁸² ) и амидами (Gly ¹⁸¹ , Ser ²⁰⁴ ).Это явно благоприятный способ связывания, поскольку он позволяет избежать затрат на десольватацию, если первая гидратная оболочка полностью удалена в обмен на взаимодействия фермент-субстрат. Одна молекула воды связывает 5′-фосфатную группу и кислород C ₂ 6-азаУМФ. Каждый из гидроксилов рибозы удерживается двумя водородными связями с ферментом. Asp ²⁰ и Lys ⁴² взаимодействуют с 3′-гидроксилом, тогда как Asp ^75B и Thr ^79B связываются с 2′-гидроксилом.Все четыре остатка, а также Arg ²⁰³ высоко консервативны для разных видов. Кольцо рибозы находится в форме 2 ‘ endo с основанием в конформации syn ; т.е. 2 ‘водород занимает аксиальное положение, а кислород C ₂ находится над рибозным кольцом. Это несколько менее благоприятная конформация свободного 6-азаУМФ, хотя и не недоступная (25).

Основание слабо взаимодействует с активным центром фермента (рис. 2 B ), особенно по сравнению с прочным связыванием фосфата и рибозы.С одной стороны, кислород C ₂ основания разделяет молекулу воды с фосфатной группой и водородные связи кислорода C ₄ с молекулой воды, которая взаимодействует с карбонилом основной цепи Glu ¹²⁵ и с амидом основной цепи Сер ¹²⁷ . N ₃ распознается по гидроксильной боковой цепи Ser ¹²⁷ , которая, в свою очередь, связана водородными связями с Gln ¹⁸⁵ . Плотность электронов для боковой цепи этого остатка указывает на альтернативные положения молекулы воды, разделяемой между фосфатом и кислородом C ₂ 6-азаУМФ (рис.1 C ). На противоположной стороне четыре группы, несущие чередующиеся заряды, образуют хрупкую сеть водородных связей. Множественное выравнивание последовательностей 17 ODCases показывает 100% консервативность Lys ⁴² , Asp ⁷⁰ , Lys ⁷² и Asp ⁷⁵ (Lys ⁷² соответствует Lys ⁹³ в дрожжевой ODCase). Lys ⁷² связывает два анионных остатка Asp ⁷⁰ и Asp ^75B , тогда как второй атом кислорода Asp ⁷⁰ также взаимодействует с Lys ⁴² .Связывающий карман вокруг основания содержит набор гидрофобных остатков (Ile ⁹⁶ , Leu ¹²³ , Val ¹⁵⁵ , Ile ¹⁷⁸ , Phe ¹⁸⁰ и Ile ²⁰⁰ ). На ориентацию ароматического кольца ингибитора 6-азаУМФ сильно влияет электростатическое взаимодействие между N ₆ и донором протонов Lys ⁷² . В случае монофосфата барбитуровой кислоты, лучшего известного ингибитора ODCase (4), расстояние от Lys ⁷² до отрицательно заряженного кислорода на C ₆ будет только ≈2.3 Å вместо 3 Å до N ₆ 6-азаУМФ, предполагая, что монофосфат барбитуровой кислоты связывается с активным сайтом ODCase аналогичным образом. Однако продукт UMP является слабым ингибитором [ K _i = 4,6 × 10 ^-4 M (4)], скорее всего, потому, что его углерод C ₆ не допускает такого благоприятного взаимодействия.

Как показано на фиг. 2 A , в активном центре имеется частично гидрофобная полость, которая может легко вмещать карбоксилат C ₆ или продукт реакции CO ₂ .Однако, если OMP непосредственно моделируется в той же конформации, что и 6-азаУМФ в активном центре, C ₆ -карбоксилатная группа перекрывается с Asp ⁷⁰ . Следовательно, некоторые конформационные изменения фермента должны иметь место, чтобы приспособиться к связыванию субстрата. Это подтверждается моделированием молекулярной динамики.

Комбинированные расчеты QM / MM.

Эти интригующие наблюдения побудили нас провести вычислительные исследования, чтобы разгадать каталитический механизм ODCase.С этой целью мы провели статистическое механическое моделирование методом Монте-Карло и молекулярной динамики реакции декарбоксилирования оротидилата в воде и в среде фермента. Вычислительный подход включает комбинированный метод квантовой механики и молекулярной механики (QM / MM), в котором часть субстрата, оротатная группа в активном центре, обрабатывается квантово-механически, а окружающая система растворитель-фермент классически аппроксимируется силой CHARMM22. поле (23, 26–29).Поскольку электронная структура субстрата определяется с помощью расчетов молекулярных орбиталей Хартри-Фока в присутствии электрического поля растворитель-фермент во время моделирования жидкости, влияние фермента на химическую реакционную способность в процессе диссоциации связи может быть адекватно исследовано (29). . В настоящем исследовании мы использовали полуэмпирическую квантово-механическую теорию модели Остина 1 (30) для описания оротат-иона наряду с обобщенным методом гибридных орбиталей для рассмотрения границы между областями КМ и ММ (22).Расчеты модели Остина 1 дают энергию реакции 35,5 ккал / моль, что полностью согласуется с прогнозом 36,4 и 36,7 ккал / моль для ab initio MP2 / 6-31G * и B3LYP / 6-31 + G. * уровень (7). Это указывает на то, что модель Остина 1 подходит для описания настоящей реакции декарбоксилирования.

Ключевые результаты показаны на рис. 3, на котором изображены вычисленные потенциалы средней силы для реакций декарбоксилирования в воде и ODCase. На фиг. 3 координата реакции R _C определена как расстояние между оротатом C ₆ и атомом углерода карбоксилата.Расчетная свободная энергия активации в водном растворе составляет Δ G _водн. ^‡ = 37,2 ккал / моль (рис. 3), что можно сравнить с экспериментальным значением 38,5 ккал / моль (2). Потенциал средней силы выходит за пределы R _C = 4,5 Å, в результате чего расчетная свободная энергия реакции составляет 30,5 ккал / моль, что на 5 ккал / моль менее эндотермически, чем процесс в газовой фазе. Следовательно, в соответствии с выводами Ли и Хоука (7), реакция декарбоксилирования оротата не очень чувствительна к эффектам сольватации.Это контрастирует с другими реакциями декарбоксилирования, включающими стабилизацию делокализации (31, 32). Примечательно, что предсказанная свободная энергия активации декарбоксилирования составляет Δ G _cat ^‡ = 14,8 ккал / моль в ODCase, снова в количественном соответствии с экспериментальным значением 15,2 ккал / моль (2). Это соответствует уменьшению Δ G ^‡ на 22,4 ккал / моль, что соответствует скорости ускорения k _cat / k _aq = 2.6 × 10 ¹⁶ для декарбоксилирования OMP с помощью ODCase. Экспериментальное значение 1,7 × 10 ¹⁷ (2). Хорошее согласие между расчетами и экспериментом, как по абсолютной, так и по относительной свободным энергиям активации, подтверждает применимость комбинированного метода КМ / ММ.

Рисунок 3

Расчетные профили реакции свободной энергии для реакций декарбоксилирования 1-метилоротата в анион 1-метилурацила и CO ₂ в воде и OMP с образованием аниона UMP и CO ₂ в ODCase.PMF, потенциал средней силы; R, расстояние между C ₆ -атом оротидина и атомом углерода уходящей группы, CO ₂ .

Механизм реакции.

Как стабилизация переходного состояния (TS) (ΔΔ G _TS ), так и дестабилизация основного состояния (GS) (ΔΔ G _b ) могут способствовать увеличению k _cat , что соответствует снижение активационного барьера (Δ G _act ^‡ ) (11, 12).Хотя роль дестабилизации GS в ферментативном катализе часто обсуждается (11, 12), вычислительные исследования сосредоточены в первую очередь на эффектах стабилизации TS. Действительно, в недавней статье Варшел подчеркнул, что фермент не получит большой каталитической пользы от дестабилизации GS, потому что под эволюционным давлением увеличения k _cat / K _M , энергия GS изменяется без изменения энергия TS изменит только k _cat , но не k _cat / K _M (33).Анализ Варшела дает важное понимание, делая два основных предположения: (-1) дестабилизация основного состояния увеличивает энергию всего комплекса фермент-субстрат ES (рис. 1 ссылки 33), и ( ii ) полная энергия ТС (ES ^‡ ) не изменилась. Он пришел к выводу, что ферменты достигают большого значения k _cat за счет стабилизации зарядов TS больше, чем соответствующая стабилизация в воде (33). Однако из-за ограниченного взаимодействия между ODCase и 6-азаурацилом, заметное увеличение скорости реакции ODCase, по-видимому, не полностью связано с эффектами стабилизации TS, поскольку как GS, так и TS являются заряженными частицами, а последний имеет еще более дисперсный характер. распределение заряда.Таким образом, любая сильная стабилизация TS неизбежно стабилизирует почти одинаково GS. В качестве альтернативы эффект Цирцея Дженкса дает рациональное объяснение механизма реакции ODCase (11). В этом предложении Дженкс подчеркнул тот факт, что необходимо дестабилизировать только реактивную группу, претерпевающую разрыв связи и образование. Следовательно, заманивая субстрат в активный центр с помощью сильных сил притяжения для нереактивной части субстрата, фермент использует часть этой энергии связывания, чтобы напрямую дестабилизировать реактивную группу для химического превращения, тем самым снижая наблюдаемый активационный барьер (11).В то время как электростатическая картина стабилизации TS, представленная Варшелом, работает для множества ферментов (33, 34), мы предоставляем убедительные доказательства посредством компьютерного анализа, демонстрирующие, что эффект Цирцеи является жизнеспособным механизмом, по крайней мере, для реакции ODCase.

Для многих ферментов сложность анализа таких понятий, как эффект Цирцеи, состоит в том, чтобы отделить реактивную группу от связывающей части в субстрате (11). К счастью, простота реакции ODCase позволяет нам легко идентифицировать реактивную группу в OMP как звено оротата, S _R , тогда как остальные рибозные и фосфатные группы составляют связывающий блок, S _b (Схема 1).

При таком определении полная свободная энергия связывания Δ G _b может быть разложена на эффективный член связывания Δ G _b ^eff и компонент электростатического напряжения Δ G _ES , так что Δ G _b = Δ G _b ^eff + Δ G _ES . Здесь мы используем термин «электростатическое напряжение» в том же смысле, в каком он определен Ферштом (12).В частности, эффективная энергия связывания определяет взаимодействие между «нереактивной» частью субстрата и ферментом (11), тогда как электростатический стресс, Δ G _ES , относится к электростатической дестабилизации, налагаемой ферментом на реагирующую группу. по сравнению с водным раствором. Таким образом, электростатический стресс соответствует свободной энергии передачи реактивной группы S _R при переходе из воды в активный центр фермента в присутствии остального субстрата.Технически вычислительный анализ включает определение свободных энергий аннигиляции заряда реактивной оротатной группы ( S _R ) в воде и в ферменте с использованием метода возмущения свободной энергии (35, 36). Тот же анализ энергетического разложения можно применить к связыванию TS (S _R ^‡ ).

В таблице 2 перечислены электростатические компоненты вычисленных свободных энергий сольватации для оротат-иона ( S _R ) в GS и TS в воде, а также в ODCase, из которых электростатическое напряжение оценивается как Δ G _ES = 17.8 ккал / моль в GS и Δ G _ES ^‡ = 15,6 ккал / моль в TS. В GS большое положительное электростатическое напряжение означает, что из наблюдаемой Δ G _b = -8,3 ккал / моль полной свободной энергии связи для OMP (37), Δ G _b ^eff составляет обязательно −26,1 (−8,3 — 17,8) ккал / моль. Используя экспериментальную Δ G _b (37) и вычисленную Δ G _aq ^‡ (2) и ΔG _cat ^‡ , мы оцениваем сродство связывания OMP при TS по формуле ODCase должно быть -30.7 ккал / моль, что представляет собой разность энергий между E ′ S ^‡ и E + S ^‡ (рис. 4). Это можно сравнить с экспериментальным значением -31,6 ккал / моль (2) из ​​ k _{вод. (−Δ G водн. ^‡ / RT ).}

Таблица 2

Расчетная свободная электростатическая энергия (в ккал / моль) для 1-метилоротат-аниона в воде и оротидинмонофосфатдекарбоксилазе

Рисунок 4

Схематическое изображение разложения энергии эффекта Цирцеи в GS и TS.Показаны рассчитанные значения свободной энергии связывания и активации (ккал / моль) вместе с соответствующими экспериментальными значениями, указанными в скобках. Скрытая термодинамика общих наблюдаемых энергий связывания GS выявляется при раздельном рассмотрении реакционноспособной оротатной группы (S _R ) и части, связывающей рибозу и фосфат (S _b ) субстрата. Аналогичное энергетическое разложение также показано для TS. K _M — константа диссоциации Микелиса-Ментена, а k _cat и k _aq — константы скорости катализированной и некаталитической водной реакции соответственно.K _TS = k _aq / (k _cat / K _M ) — очевидная константа равновесия для диссоциации переходного состояния от фермента (34). E и E ‘обозначают разные конформационные состояния фермента, когда субстрат находится в GS и TS, соответственно.

Анализ электростатического напряжения проиллюстрирован на рис. 4, который показывает разложение (в прямоугольниках) полной свободной энергии связи для основного состояния (Δ G _b ) и переходного состояния (Δ G _TS ) из OMP.Переходное состояние субстрата в ODCase, E ′ S ^‡ , находится на 14,8 ккал / моль над основным состоянием ES ^‡ , что соответствует Δ G _cat ^‡ на рис. 3. Очевидно, что при связывании субстрата в ферменте реактивный компонент OMP, S _R , активируется на 17,8 ккал / моль. Следовательно, только дополнительные 14,8 ккал / моль необходимы для разрыва связи C-C, что отражается наблюдаемым барьером активации, Δ G _cat ^‡ .При сравнении с водной фоновой реакцией (рис. 3) эффект стабилизации TS можно определить как разницу между «эффективным» активационным барьером в ферменте (Δ G _ES + Δ G _cat ^‡ ) и в воде (Δ G _водн. ^‡ ). Это дает прогнозируемую стабилизацию TS -4,6 ккал / моль. В качестве альтернативы стабилизацию TS можно оценить, взяв разность вычисленного электростатического напряжения для GS и TS, которая составляет -2.2 ккал / моль. Эти два значения находятся в разумном согласии. Обратите внимание, что небольшая разница между этими двумя оценками объясняется вычислительными погрешностями при вычислении возмущения свободной энергии. Таким образом, замечательная каталитическая сила ODCase достигается как за счет дестабилизации основного состояния реактивной группы OMP, так и за счет стабилизации переходного состояния. Однако первый (17,8 ккал / моль) дает гораздо больший вклад в снижение Δ G _вод. ^‡ , чем второй (4.6 ккал / моль).

Моделирование молекулярной динамики показывает основное состояние с оротатным звеном, заблокированным в основном гидрофобным карманом с его карбоксилатной группой в непосредственной близости от Asp ⁷⁰ на расстоянии O-O всего 3,5 Å. Такая гидрофобная среда в сочетании с сильным электростатическим отталкиванием от Asp ⁷⁰ заметно отличается от водного раствора, где 1-метилоротат образует 12 сильных водородных связей (в среднем 7,5 ближайших соседей для карбоксильной группы) с водой растворителя. молекулы.Гидрофобные взаимодействия и электростатическое отталкивание между карбоксилатными группами накладывают электростатический стресс на оротатную группу, что также увеличивает энергию самого фермента. Таким образом, декарбоксилирование сопровождается изменением конформации фермента и образованием интермедиата карбаниона, в котором отрицательный заряд расположен дальше от Asp ⁷⁰ . Образование локализованного промежуточного карбаниона было предложено ранее для удаления бензальдегида из тиамина (38).Lys ⁷² , который образует мостиковые водородные связи с Asp ⁷⁰ и Asp ^75b , также связан водородными связями с группой рибозы 2′-OH в GS. В состоянии TS / продукт Lys ⁷² мигрирует на 2 Å, разрывая водородную связь Lys ⁷² -OH, с образованием ионной пары с вновь созданным карбанионом C ₆ .

Хотя гидрофобная среда оротат-связывающего кармана идеально подходит для размещения неполярного продукта CO ₂ , Lys ⁷² протонирует сильно основной оротидилкарбанион с образованием UMP, что подтверждается исследованиями биохимического и сайт-специфического мутагенеза. (39).Это, в свою очередь, обеспечивает механизм, который можно назвать электростатическим вытеснением, для высвобождения продукта из активного центра фермента: нейтрализация Lys ⁷² приводит к усилению электростатического отталкивания между Asp ⁷⁰ и Asp ^75B , которые были первоначально удерживались вместе двумя соляными перемычками из Lys ⁷² . Это вызывает конформационные изменения в активном центре фермента, вытесняя продукты из связывающего кармана. Lys ⁷² затем репротонируется растворителем, восстанавливая каталитический цикл.Схема 2 суммирует общий механизм реакции ODCase.

Таким образом, мы определили кристаллическую структуру оротидинмонофосфат декарбоксилазы и на ее основе предложили механизм реакции, согласующийся с эффектом Цирцеи Дженкса. Комбинированное квантово-механическое и молекулярно-механическое (QM / MM) моделирование показывает, что как дестабилизация основного состояния, так и стабилизация переходного состояния вносят свой вклад в снижение активационного барьера. Однако в случае ODCase преобладающую роль играет дестабилизация основного состояния.

Благодарности

Авторы благодарят Рональда Клюгера за его химическое понимание, ценные обсуждения, помощь в интерпретации результатов и приведение исх. 11 к нашему вниманию. Мы благодарим Динеша Кристендада за помощь в синтезе 6-азаУМФ и предварительные кинетические данные, а также сотрудников BioCARS beamlines, APS, за их щедрые обязательства по времени и поддержку. N.W. очень благодарен Мэтью Кимберу за поддержку. Работа поддержана Фондом PMH / OCI (E.F.P.) и Национальные институты здравоохранения (J.G.).

Сноски

• ↵ ‡‡ Кому следует обращаться с запросами на перепечатку. Электронная почта: gao {at} chem.umn.edu или pai {at} hera.med.utoronto.ca.

• ↵§§ Нынешний адрес: Химический факультет Миннесотского университета, 207 Pleasant Street SE, Minneapolis, MN 55455.

• Этот документ был отправлен напрямую (Трек II) в офис PNAS.

• Размещение данных: координаты атомов и структурные факторы были депонированы в банке данных белков, www.rcsb.org [PDB ID коды 1DV7 (безлигандная форма ODCase) и 1DVJ (комплекс 6-азаUMP)].

• Статья перед печатью опубликована в сети: Учеб. Natl. Акад. Sci. США, 10.1073 / pnas.050417797.

• Статья и дата публикации находятся на www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.050417797

Сокращения

ODCase,

оротидин-5′-монофосфатдекарбоксилаза;

UMP,

уридин-5′-монофосфат;

6-азаУМП,

6-азауридин UMP;

OMP,

оротидин-5′-монофосфат;

GS,

основное состояние;

TS,

переходное состояние;

QM,

квантово-механический;

MM,

молекулярно-механический

• Поступила 29 сентября 1999 г.

• Copyright © 2000, Национальная академия наук

Устойчивость и динамика капиллярного мостика: активный контроль электростатического напряжения и давление акустического излучения

Аннотация

В условиях низкой гравитации на устойчивость жидких мостов и других систем со свободными поверхностями влияет окружающая вибрация космического корабля. Ожидается, что такие колебания будут возбуждать капиллярные моды. Самая низкая нестабильная мода цилиндрических жидких перемычек, мода (2,0), особенно чувствительна к вибрации, когда отношение длины перемычки к диаметру приближается к пи.В этой работе танк Плато был использован для моделирования состояния невесомости. Оптическая система была использована для обнаружения амплитуды колебаний моды (2,0) и генерации сигнала ошибки, который определяется амплитудой колебаний. Этот сигнал ошибки используется системой обратной связи для создания надлежащих напряжений на электродах, которые концентричны электрически проводящему заземленному мосту. Таким образом, на поверхности моста создается связанное с модами электростатическое напряжение. Система обратной связи спроектирована таким образом, что модальная сила, прикладываемая напряжением Максвелла, может быть пропорциональна модальной амплитуде или модовой скорости, которая является производной модальной амплитуды.Эксперименты, проведенные в резервуаре Плато, демонстрируют, что демпфирование капиллярных колебаний может быть усилено за счет использования электростатического напряжения пропорционально модальной скорости. С другой стороны, использование электростатического напряжения пропорционально модовой амплитуде может повысить собственную частоту колебаний моста. Если частота вибрации космического корабля близка к частоте капиллярной моды, можно использовать усиление амплитуды, чтобы сместить частоту моды от частоты космического корабля и одновременно добавить некоторое искусственное демпфирование для дальнейшего уменьшения эффекта g-джиттера.Обнаружено, что затухание колебаний в мостовой (2,0) моде хорошо моделируется уравнением Дуффинга с небольшим кубическим членом с мягкой пружиной. Также исследуется нелинейность мостовой (3,0) моды. Эксперименты выявили гистерезис колебаний моста с модой (3,0), и такое поведение является свойством мягкой нелинейности моста. В связи со стабилизацией акустического моста также исследуется теоретическая радиационная сила, действующая на сжимаемый цилиндр в акустической стоячей волне.

Контроль электрического напряжения в кабелях, соединениях и заделках

Как контролировать электрическое напряжение в кабельных соединениях и заделках?

Введение

Силовые кабели имеют большое значение в системах передачи и распределения электроэнергии.

Концевые муфты и муфты являются основными принадлежностями силовых кабелей, и они необходимы для выполнения соединений между линиями или с электрическим оборудованием .

Различные аспекты учитываются при разработке концевых муфт и соединений , поскольку они должны обладать той же целостностью , что и , связанные с ними кабели , при выполнении соединения как для всех внутренних, так и для наружных применений.

Самый важный аспект соединения и заделки высоковольтных кабелей — это контроль диэлектрического напряжения , возникающего в точке заделки экрана — Контроль электрического напряжения .

Электрическое напряжение и контроль напряжения

Клеммы и соединения кабелей высокого и среднего напряжения должны управлять электрическими полями на концах . Когда изоляционный экран снимается с кабеля, градиенты высокого потенциала концентрируются на в точке сокращения , как показано на рис. 1 .

Рисунок 1 — Распределение электрического поля

На этом рисунке можно увидеть, что заземляющий экран кабеля ( 0% ) имеет отрезок ф, эквипотенциальные линии (от 20% до 80% ) концентрируются на краю заземляющего электрода , вызывая высокое электрическое напряжение .

Усиление электрического поля в этих точках может вызвать локальных разрядов , которые могут привести либо к пробою по поверхности изоляции, либо к пробою диэлектрика, вызывающему повреждение кабеля .

При прокладке кабеля экранированные кабели требуют контроля электрического напряжения при заделке.

Концевая заделка кабеля и соединение спроектированы так, чтобы устраняла концентрацию напряжений на заделке экрана с по , чтобы избежать разрушения кабеля — электрическое поле должно контролироваться в концевой заделке кабеля и соединении .

Распределение напряжений на стыке проводов значительно изменяется () из-за изменений профиля, вызванных использованием наконечника .

Острые кромки и выступы на стыке , если не снят, также приводят к резкому изменению градиента напряжения .

Следовательно, является важным, чтобы проводник имел гладкий профиль , чтобы не было чрезмерной концентрации напряжений .

Однако более важный аспект контроля напряжений . применяется к месту , где заканчивается изоляционный экран .

Следует отметить, что не только диэлектрическое напряжение увеличивается в области завершения , но также градиент потенциала составляет , установленный вдоль границы раздела между диэлектриком и окружающей средой .

Напряжение в диэлектрике на окончании экрана будет на значительно выше расчетного напряжения и может привести к преждевременному выходу из строя .

Кроме того, если окружающей средой является воздух , или между диэлектриком и заполняющей средой имеется полость , то напряжение в области может привести к тому, что воздух разрешит разряд даже при рабочем напряжении .

Бумага в некоторой степени устойчива к этим разрядам , но для полимерной изоляции , такой как XLPE (сшитый полиэтилен), такие разряды быстро разрушают диэлектрик и в конечном итоге приводят к выходу из строя.

Без применения контроля напряжений , возникли бы разряды , что отрицательно повлияло бы на срок службы соединения и концевой заделки .

На рис. 2 показано распределение электрического поля без контроля напряжения и с ним.

Рисунок 2 — Распределение электрического поля без контроля напряжения (вверх) и с контролем напряжения (вниз)

Причины

Основные недостатки в области концевой заделки и соединений кабелей высокого и среднего напряжения, требующие контроля напряжения :

• Компрессионные наконечники, позволяющие влаге проникать в жилы проводов
• Невозможность устранения воздушных карманов
• Пересечение сердечника, приводящее к частичному разряду
• Плохая подготовка кабеля
• Проникновение влаги
• Недостаточный межфазный зазор и зазор между фазой и землей
• Отслеживание
• Инструкции по плохому соединению

Соответствующая публикация Подводные кабели — конструкция, характеристики, прокладка кабелей и соединения

Методы контроля стресса

Нет универсального наконечника или шарнира.Существует множество различных типов муфт и соединений, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки.

Оптимизация концевой заделки кабеля достигается путем исследования различных конструкций.

Правильный метод заделки должен обеспечивать хорошую электрическую и механическую целостность.

Чтобы спроектировать правильную заделку, необходимо провести анализ распределения электрического поля в критических областях .

Метод конуса напряжения

Обычный метод, используемый для управления напряжением , — это использование конуса напряжения , который показан на , рис. 3, .

Рисунок 3 — Конус напряжения

Конус напряжения представляет собой средство , управляющее емкостью в зоне оконечной нагрузки экрана , тем самым уменьшая диэлектрическое напряжение по градиенту до допустимых пределов в точке завершения .

Конус напряжения выходит за пределы экрана, так что градиент потенциала на диэлектрической поверхности снижается до уровня, при котором разряды не возникают.

В соединениях бумажных кабелей высокого и среднего напряжения , конус напряжения обычно создается по заранее заданному контуру путем ручного наложения изоляционных бумажных лент , в то время как на концах конус напряжения либо накладывается вручную, либо выполнено . С разработкой полимерных и эластомерных кабелей , предварительно отформованные конусов напряжения также были введены.

Перед применением конуса напряжения необходимо уменьшить электрическое напряжение в соединении проводов , , возникающее по причинам, объясненным ранее .

Концепция заключается в обеспечении гладкого профиля , так что напряжение выравнивается. Это достигается « ступенями» кабельной бумаги , что достигается путем удаления бумажной изоляции в наборе этапов , , имеющих подступенки и ступеньки от внутренней поверхности проводника к внешней поверхности изоляции .

В случае два конца кабеля , обработанные и соединенные вместе, наложенные вручную пропитанные бумажные ленты накладываются на сборку для образования соединительного диэлектрика.

Метод термоусаживаемых трубок для контроля напряжения

Другой распространенный метод — это термоусаживаемая трубка для контроля напряжения , которая используется для контроля высоких электрических напряжений в точке подключения изоляционного экрана при среднем напряжении с пластмассовой и бумажной изоляцией кабельные муфты и концевые заделки до 36 кВ .

Рисунок 4 — Трубка для контроля напряжений

Они также контролируют высокие напряжения на соединителях в соединениях .

Трубка для регулирования напряжения изготовлена ​​из термостабилизированного сшитого полимерного материала с высокой диэлектрической проницаемостью и высоким удельным сопротивлением.

Другие методы контроля стресса

Другие методы:

• Ленты или покрытия с высоким сопротивлением, а также материалы со слоями нелинейного сопротивления, материал с постоянным удельным поверхностным сопротивлением пропускает небольшой ток и тем самым создает линейный градиент напряжения по всей длине.Лучшее распределение напряжений достигается за счет использования материалов с нелинейным удельным сопротивлением, что также позволяет увеличить небольшой ток в слое, сопротивление падению материала и плавный линейный градиент напряжения достигается по приложенной длине.
• Материалы, имеющие более высокую относительную диэлектрическую проницаемость, чем диэлектрик кабеля. Метод основан на том принципе, что когда материалы с разной диэлектрической проницаемостью подвергаются градиенту потенциала по всей их общей толщине, наибольшее напряжение испытывает материал с самой низкой диэлектрической проницаемостью.Из схематической диаграммы видно, что эквипотенциальные линии постепенно выходят из диэлектрика, создавая плавный градиент на поверхности диэлектрика.

Статьи по теме:

Об авторе: Мануэль Болотинья

-Диплом в области электротехники — Энергетика и энергетические системы (1974 — Высший технический институт / Лиссабонский университет) Лиссабона)
— старший консультант по подстанциям и энергосистемам; Профессиональный инструктор

Сортировка подземных кабелей — типы, преимущества и недостатки

Сортировка подземных кабелей важна для равномерного распределения электростатического напряжения в кабеле.Ненадежное или непостоянное распределение электростатического напряжения в кабеле нежелательно, поскольку требует изоляции большей толщины, что увеличивает размер кабеля. В этом посте будет обсуждаться классификация подземных кабелей, ее типы, то есть классификация емкости и межслойной оболочки, преимущества, недостатки и диэлектрическое напряжение.

Что такое классификация подземных кабелей

Градация определяется как метод выравнивания электростатического напряжения в диэлектрике кабеля. Классификация позволяет кабелю того же размера работать как при рабочем, так и при более высоком напряжении.

Классификация подземного кабеля необходима для равномерного распределения электростатического напряжения в кабеле. Если распределение напряжений неравномерное, высока вероятность разрушения внешнего изоляционного слоя. Можно подумать, что увеличение толщины изоляционного слоя может предотвратить пробой. Да, но это приведет к увеличению размера кабеля, что нежелательно. Самый подходящий способ сохранить равномерное распределение напряжений в подземном кабеле — это профилирование.

Фиг.1 — Подземные кабели

Это достигается с использованием двух методов классификации, а именно:

• Градация емкости
• Градация между оболочками

Чтобы понять концепцию классификации подземных кабелей, знание диэлектрического напряжения становится необходимым условием. .

Что такое диэлектрическое напряжение в одножильном кабеле

Максимальное электрическое поле или электростатическое напряжение, которое изоляционный материал может выдержать без потери своих изоляционных свойств, называется диэлектрическим напряжением.Его также можно определить как максимальное напряжение, необходимое для пробоя диэлектрика в материале.

Выражается в вольтах на единицу толщины. Это также мера потенциального градиента в определенной точке.

Рис. 2 — Диэлектрическое напряжение в кабеле

Из приведенного выше рисунка потенциальный градиент (g) в точке (x) метров от центра кабеля можно рассчитать с помощью уравнения:

Где E _x = электрическая интенсивность и по определению g = E _x

Разность потенциалов (В) между проводником и оболочкой рассчитывается с использованием уравнения:

Подставляя значение Q, Потенциальный градиент (g) получается, как показано в уравнении ниже.В нем также указано, что потенциальный градиент (g) обратно пропорционален расстоянию (x).

Соотношение g _max и g _min составляет:

Поверхность проводника испытывает максимальное изменение напряжения и значительно уменьшается для слоев, удаленных от проводника. Это важный фактор при проектировании кабеля.

Типы классификации подземных кабелей

Классификации подземных кабелей можно разделить на два типа: i.е. :

• Градация емкости
• Градация емкости между оболочками

Градация емкости

Градация емкости достигается за счет использования композитного диэлектрика, то есть различных слоев диэлектрика расположены так, чтобы гарантировать, что градиент потенциала остается постоянным. Оно обратно пропорционально расстоянию от центра.

Благодаря этому в кабеле поддерживается равномерное диэлектрическое напряжение. Обычно используются два или три диэлектрика с разной относительной диэлектрической проницаемостью.Диэлектрик с самой высокой диэлектрической проницаемостью помещается рядом с сердечником кабеля, а затем другие диэлектрические слои располагаются в порядке убывания диэлектрической проницаемости.

Рис. 3 — Градация емкости

На приведенном выше рисунке рассмотрены три диэлектрических слоя, внутренний радиус которых равен r, r ₁ , r ₂ , а внешний диаметр равен d, d _{1 ,} д ₂ . Относительная диэлектрическая проницаемость слоев равна ε _1, ε _2, ε ₃ соответственно.Если три диэлектрических слоя подвергаются максимальному напряжению, то разность потенциалов слоев составляет:

Точно так же разность потенциалов на двух других слоях V ₂ , V ₃ составляет:

Общая разница потенциалов между сердечником и внешней оболочкой составляет V = V ₁ + V ₂ + V ₃

Мы можем сделать вывод, что, классифицируя изоляцию, кабель работает с большим потенциалом по сравнению с кабелем без градуированный кабель без увеличения диаметра кабеля.

Inter-Sheath

Grading

Inter-Sheath Grading использует гомогенный диэлектрик. Он разделен на разные слои за счет вставки металлических промежуточных оболочек между сердечником и внешней оболочкой. Это обеспечивает канал для зарядного тока. В металлических межоболочниках поддерживается соответствующий уровень напряжения, поскольку они подключены к вспомогательному трансформатору. Это обеспечивает равномерный градиент потенциала по диэлектрику кабеля.

Фиг.4 — Градация между оболочками

На приведенном выше рисунке три слоя изоляции разделены двумя межслойными оболочками при определенных напряжениях ‘V ₁ ‘ _, ‘V ₂ ‘ и напряжении жилы или проводника. находится в точке «V». Поскольку каждый межоболочный слой испытывает разные уровни потенциала, его можно рассматривать как однородный одножильный кабель.

Следовательно, напряжение рассчитывается для каждого слоя с использованием уравнения:

Поскольку используемый диэлектрик однороден, напряжения в каждом слое одинаковы.Следовательно, g _{1 max} = g _{2 max} , а напряжение между проводником и внешней оболочкой равно V = V ₁ + V ₂

Мы можем сделать вывод, что все потенциалы синфазны, поскольку кабель работает. как три конденсатора последовательно. Кроме того, наличие зарядных токов приводит к значительным потерям в слоях Inter-Sheath.

Преимущества классификации подземных кабелей

Преимущества классификации подземных кабелей:

• Из-за меньшей толщины диэлектрика размер кабеля меньше.
• Вероятность разрушения диэлектрика снижена в градации емкости.
• Диэлектрические потери меньше при более низких напряжениях.

Недостатки классификации подземных кабелей

Недостатки классификации подземных кабелей:

• При методе межслойной сортировки сложно установить потенциалы оболочки.
• Inter-Sheaths склонны к повреждению во время транспортировки или установки.

  No related posts.