Клітка Фарадея , відкрита Майклом Фарадеєм у 1836 році, є важливим винаходом, який блокує вхідні електромагнітні хвилі. Ми стикаємося з багатьма застосуваннями клітки Фарадея у нашому повсякденному житті, навіть не усвідомлюючи цього. Завдяки цим системам ми захищені від шкідливого впливу електромагнітних хвиль. Вони особливо ефективні для захисту наших будівель та електронних пристроїв від природних електричних розрядів, таких як блискавка. Ця технологія є одним із невидимих героїв сучасного життя.

Що таке клітка Фарадея?

Клітка Фарадея , замкнена ґратчаста система, виготовлена з провідного матеріалу, базується на принципі, що електричні заряди розподілені лише на поверхні. Цей фізичний принцип виник з експериментів з електрики та магнетизму, проведених британським вченим Майклом Фарадеєм. Розглядаючи призначення клітки Фарадея , її найголовніша функція полягає в запобіганні проникненню зовнішніх електромагнітних полів всередину або виходу електромагнітних хвиль. Ця провідна ґратка захищає простір всередині, циркулюючи електричний струм по своїй поверхні. Таким чином, вона ізолює внутрішню частину від шкідливого впливу сильних електричних полів.

Як працює клітка Фарадея?

Принцип роботи базується на фізичному явищі, відомому як електростатична індукція. Зовнішнє електричне поле змушує вільні електрони на клітці зміщуватися. Ці електрони перерозподіляються на поверхні клітки. Цей перерозподіл створює протилежне електричне поле, яке ідеально врівноважує зовнішнє електричне поле. В результаті результуюче електричне поле всередині клітки стає рівним нулю, а об'єкти всередині повністю захищені. Тому, коли ударяє блискавка , електричний струм залишається на зовнішній поверхні клітки Фарадея. Люди чи електронні пристрої всередині не постраждають.

Конструкція клітки Фарадея варіюється залежно від її цільового призначення. По суті, вона утворюється у вигляді мережі або сітки, виготовленої з взаємопов'язаних провідних матеріалів, таких як мідь, алюміній або сталь. Ефективність клітки залежить від провідності використаного матеріалу, розміру пор клітки та частоти електромагнітних хвиль, що захищаються. Однак важливим моментом є те, що розмір пор має бути меншим за довжину хвилі електромагнітної хвилі, що захищається. Таким чином, навіть високочастотні хвилі можуть бути успішно блоковані кліткою Фарадея . Завдяки цим властивостям вона стала невід'ємною частиною систем захисту будівель від високовольтних електричних розрядів, таких як блискавка.

Роль кліток Фарадея в системах блискавкозахисту

У світі блискавкозахисту клітка Фарадея виділяється як одна з найнадійніших систем. Її основна функція полягає в захисті живих істот та об'єктів від шкідливого впливу блискавки. Фактично, чинний стандарт IEC 62305 безпосередньо не містить концепції «клітки Фарадея». У Туреччині цей термін використовується для опису пасивних блискавковідвідників , сітчастих методів з використанням голих провідників та систем, що складаються з голих блискавковідвідів, що спускаються з поверхні будівлі.

Він забезпечує систему захисту, що складається з плетених провідників, що покривають дах та стіни конструкції. Ця система утворена з уловлювальних клем, провідників на даху, токовідводів та заземлювальних компонентів. Вона вважається найефективнішим методом серед систем блискавкозахисту. Це кращий метод захисту, особливо в центрах обробки даних, серверних кімнатах, лабораторіях та приміщеннях, що містять легкозаймисті та вибухонебезпечні матеріали.

Клітки Фарадея , що реалізуються відповідно до стандарту TSE EN 62305, проектуються з урахуванням різних критеріїв залежно від рівня захисту. Відстань між клітками змінюється залежно від рівня захисту наступним чином:

Рівні захисту (IEC/TS відповідно до коефіцієнта E):

• E > 0,98 → Рівень 1
• 0,95 < E ≤ 0,98 → Рівень 2
• 0,90 < E ≤ 0,95 → Рівень 3
• 0,80 < E ≤ 0,90 → Рівень 4
• Після визначення цих рівнів і відповідного розробки проекту, клітку Фарадея впроваджують таким чином, щоб вона відповідала цим критеріям.

Відстань між клітками відповідно до рівнів захисту

• 5x5 м для 1 рівня.
• 10x10 м для II рівня.
• 15x15 м для III рівня.
• 20x20 м для IV рівня.

Відповідно, відстань між токовідводами варіюється від 10 до 20 метрів залежно від рівня захисту.

Конструкція клітки Фарадея залежить від архітектурної конструкції будівлі та потреб захисту. Спочатку проводяться консультації з власником будівлі, архітектором, підрядниками та електромонтажниками для підготовки проектних креслень. Однією з переваг цієї системи є значне зменшення електромагнітного поля в межах захищеної зони та безпечне перенаправлення струмів блискавки шляхом їх розділення на кілька провідників. Це також сприяє створенню загального еквіпотенціального зв'язку між струмопровідними конструкціями та землею.

Застосування та конструкція кліток Фарадея

Ми часто стикаємося із застосуванням клітки Фарадея у повсякденному житті, але часто навіть не усвідомлюємо цього. Мікрохвильові печі, автомобілі, літаки та навіть спеціальні чохли для мобільних телефонів – це пристрої, які працюють за цим принципом. Хоча відповідь на питання «Для чого використовується клітка Фарадея?» залежить від застосування, основною метою завжди є контроль електромагнітних хвиль.

Кабінети МРТ, що використовуються в лікарнях, спроектовані з використанням принципу клітки Фарадея для запобігання проникненню зовнішніх електромагнітних хвиль. Це запобігає перешкодам від зовнішніх електромагнітних хвиль під час візуалізації. Ця система також використовується для запобігання електромагнітним перешкодам у місцях, де міститься чутливе електронне обладнання, таке як центри обробки даних, військові об'єкти та лабораторії. Навіть деякі соціальні простори обмежуються клітками Фарадея, щоб обмежити використання технологій.

У системах із кліткою Фарадея, що використовуються для блискавкозахисту в будівлях, зовнішня поверхня конструкції сплетена з струмопровідних дротів у сітчастому візерунку. Усі провідники та загострені метали (блискавкозахист) з'єднані один з одним та заземлені.

На завершення, системи з кліткою Фарадея життєво важливі для захисту від блискавки. Сьогодні, завдяки технологічному прогресу, ці системи стали ще більш досконалими та різноманітними. У майбутньому, зі збільшенням електромагнітного забруднення, важливість цієї технології лише зростатиме. Тому розуміння та правильне застосування принципів цієї системи має вирішальне значення для захисту наших електронних пристроїв та конструкцій.

Часті запитання (FAQ)

Яка роль клітки Фарадея в захисті від блискавки?

Це ефективний метод захисту будівель від ударів блискавки. Стримуючи струм блискавки на зовнішній поверхні конструкції, він захищає людей та електронні пристрої.

Чи захищає клітка Фарадея від магнітних полів?

Так, він забезпечує захист як від статичних, так і від змінних електромагнітних полів. Ця функція дозволяє йому захищати чутливі електронні пристрої та вимірювальні прилади від зовнішніх впливів.

Яке обладнання використовується в блискавкозахисті з використанням клітки Фарадея?

1. Провідники для дахового корпусу

• Він виготовляється з мідних, CCA-провідників, алюмінієвих або оцинкованих сталевих провідників.
• Мідні або оцинковані сталеві провідники, що використовуються в ґрунті та бетоні навколо будівлі.

2. Активні та пасивні кінці

• Спочатку він вловлює блискавку, а потім передає її до землі через струмопровідні шляхи.
• Мідь, алюміній, оцинкована сталь та нержавіюча сталь є кращими матеріалами для виготовлення пасивних ловчих наконечників.

3. Провідники нижче за течією

• Це провідники, які переносять струм блискавки від громовідводу або струмопровідної сітки даху до системи заземлення.
• Зазвичай використовуються мономідні, оцинковані сталеві та алюмінієві провідники.
• Згідно з проектом, як струмовідводи можуть бути використані арматурні сталеві стрижні, вбудовані в бетон.

4. Заземлюючі електроди

• Це забезпечує безпечне відведення струму блискавки в землю.
• Він може бути стрижневого, пластинчастого або кільцевого типу.
• Він виготовляється з оцинкованої сталі, міді або нержавіючої сталі.
• Використання алюмінієвих провідників як заземлювальних електродів або провідників не підходить.