法拉第籠
法拉第籠(Faraday cage)它是用金屬或良導體制成的籠子,對外形成等電位體,通過金屬空腔隔離靜電場的影響。它也用于演示等電位、具有靜電屏蔽和高壓帶電工作原理的設備。1836年英國物理學家邁克爾·法拉第(Michael Faraday)以他的名字發明和命名。法拉第籠利用導體靜電平衡的性質,使導體腔的內部空間不受腔外電荷和電場的影響,或者導體腔接地,使外部空間不受腔內電荷和電場的影響,可以實現靜電屏蔽。
工作原理 編輯本段
法拉第籠 籠子與大地相連根據導體的靜電平衡條件,籠是等電位體,其內電勢為零,即法拉第籠是導電的、在內電勢為零的理想空心球中,電荷均勻分布在球體表面,球體內部沒有電場,阻擋了電磁場,起到屏蔽作用。
基于導體的靜電平衡,空腔導體(不論是否接地)內部空間不受外部電荷和電場的影響;接地的空腔導體,空腔外的空間不受空腔內電荷和電場的影響,稱為靜電屏蔽。
靜電屏蔽分為外屏蔽和全屏蔽。
主要特點 編輯本段
優勢
法拉第籠對小變化電磁場的屏蔽作用主要是吸收或反射電磁場的能量,而法拉第籠的屏蔽層對變化的大電流如雷電流也起到分流和均衡電流的作用。
局限性
雷電流進入接地裝置產生的反擊過電壓對設備和人員都是有害的,法拉第籠無法保護。從這個意義上說,法拉第籠的防雷功能對高壓輸電線路的防雷幾乎沒有影響。這是因為高壓輸電線路防雷技術的基本原理是基于保護雷電流進入接地裝置產生的反電壓,這是法拉第籠防雷的局限性。
實際應用 編輯本段
當法拉第籠受到電荷作用時,其外部電場會影響法拉第籠材料的電荷分布,從而抵消法拉第籠內部的場效應。
建筑設施
建筑物鋼筋結構形成的法拉第籠式屏蔽網具有分流、均流、屏蔽,可以防止雷電電磁脈沖。法拉第籠可以用來保護LEMP。它還可以代替避雷針進行直接防雷。法拉第籠結構可以降低建筑物被雷擊的風險,但還應采取等電位聯結接地等其他措施,確保建筑物內弱電設備的安全。
法拉第籠原理在鐵路站房設計中的應用,可以系統地對信號設備進行防雷保護。法拉第籠可用于挖掘人防工程中的電磁脈沖防護工程。工程主體一般為混凝土結構,雙層鋼筋網,人防防護墻構成一個比較完整的六面體籠狀結構,即法拉第籠。
脫硫島系統是電廠的一個車間,是一個相對獨立的工藝系統其復雜的管道結構和龐大的設備使防雷接地系統具有簡單的設計思路和復雜的接地網絡、各種接地類型的特點。基于“法拉第籠”理論,結合脫硫系統的防雷接地設計,“法拉第籠”該原理可應用于電廠脫硫島的防雷接地系統。
對于室外光伏組件,可采用法拉第籠和避雷針組成的雙重防雷措施,以防止直擊雷及其電磁脈沖。根據法拉第籠 原理,在太陽能光伏組件上構建法拉第籠,結合避雷針的保護范圍,然后通過等電位總線將外部防雷系統連接到大地,可以防止直擊雷及其產生的雷電電磁脈沖,從而發揮外部防雷系統的功能同時,借鑒傳統的內部防雷措施,屏蔽感應雷和雷電波的入侵,采取多層次的防雷措施,使光伏發電系統穩定運行。
交通工具
由金屬制成的汽車外殼非常接近法拉第籠效應的條件即使駕駛員在雷雨天氣駕駛時遭到雷擊,由于法拉第籠效應的存在,車內電磁環境基本不受雷擊影響。實驗表明,大量電荷撞擊汽車,然后沿著汽車外表面的金屬流入地面,而不是直接穿過汽車,從而確保了車內人員的安全。
大多數飛機機身是由導電鋁材料制成的,這使得飛機成為一種“法拉第籠”據統計,幾乎每年都有正常的飛機遭到雷擊,但大多數不會導致災難性后果。這主要是因為商用飛機的外殼由金屬制成,對雷擊有很好的屏蔽作用,飛機內部的人員和設備相對安全。法拉第籠包裹的空間稱為自由活動區,因此在一定條件下相對安全。即使飛機遭到雷擊,強大的電流也不會對機上設備和人員造成傷害,機體積累的靜電荷也會通過安裝在飛機上的靜電放電刷及時釋放。當飛機停在地面上時,受到雷擊,電流也會通過飛機的輪胎傳導到地面。
防護用具 編輯本段
基于“法拉第籠”和靜電屏蔽原理,人們已經用金屬線為高壓帶電操作人員制作了防護服。
室內高壓設備需要用接地的金屬罩或密集的金屬網罩覆蓋,電子管道要用金屬外殼覆蓋。
印刷電路板防靜電袋、IC卡、MP3等靜電敏感產品的包裝可以有效保護內部敏感元件免受外部靜電的影響和損壞。
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