关于法拉第笼在站房中的应用

法拉第笼在站房中的应用

一、基本原理

1、法拉第笼简介

法拉第笼最早是由英国物理学家法拉第(Michael Farady)根据静电平衡原理利用金属空腔隔离静电场影响所采用的一种结构，该结构后来被人们称作法拉第圆筒。

2、法拉第笼的基本原理

由物理学可知，当有空腔的导体放入电场中时，导体中的电子要在外电场作用下发生移动，最后达到静电平衡，电子不再定向移动，此时电场分布不随时间变化，金属空腔的内表面上处处没有电荷，电荷只能分布在腔体的外表面。由电场唯一性定理，腔内没有电场，电位处处相等，整个腔

体是个等位体。这样空腔导体隔离了外电场的作用，使外电场不能透入空腔内部。因此，金属腔体保护了它所围的区域，实现了静电屏蔽。

二、应用

1、法拉第笼的作用

在建筑工程中，常应用法拉第笼来进行雷电防护。因为，它主要有两个基本作用：一类是磁屏蔽，另一类是电磁屏蔽。磁屏蔽的最佳材料是铁及其合金，对磁场有较强的吸收损耗；电磁屏蔽的最佳材料是铜、铁等良导体金属材料，在反射电磁波时产生较大的损耗。现代建筑一般为钢筋混凝土框架结构，为法拉第笼的屏蔽提供了良好条件。

2、法拉第笼在建筑中的应用

在火车站站房内，“四电”设备用房（通信机械室、信息机房、信号计算机房、信号继电器室等）是高铁车站站房的首脑部位，它必须时刻为为高铁列车信息系统传输与反馈精准的数据，对火车匝道上的制动系统发送及时的信号。要保证高铁列车的正常运行，“四电”用房内设备仪器必须屏蔽外来不良信号的干扰。

三、制作工艺

1、房间的六面（墙、顶、地面或楼面）在钢筋混凝土墙上用Φ8mm的钢筋焊成0.6m*0.6m的网格做法拉第屏蔽笼， 0.6m*0.6m的钢筋网格与

5m*5m的钢筋网格结合处焊接，门采用带金属屏蔽的门。窗户采用用金属网覆盖，金属网网格为80mm*80mm。金属门或屏蔽笼采用铆接或栓接。

栓接用电线截面为10mm2，外墙门采用金属外皮防盗门。

2、将结构中的梁、板、柱以及基础内的所有钢筋全部焊成一体，使整幢建筑物实现了等电位连接，成为一个等位体。

3、信号设备房地面铺设防静电地板，或者机柜与地面铺设绝缘层。

四、效果

在“四电”房间，采用法拉第笼的最大作用之一就是屏蔽作用，它既能屏蔽磁场，也能屏蔽电磁场。同时，如果站房遭到雷击，由于雷电流很大，这时法拉第笼的屏蔽层感应很大的雷电流，这时法拉第笼还可起分流和均流的作用，并利用其屏蔽金属的对称性，削弱电磁脉冲的干扰。因此，法拉第笼还起到了对雷电电磁脉冲过电压的防护（LEMP）作用。

五、保障措施

法拉第笼在物理上是弧立的金属壳体，其内部与外界隔离，但实际建筑物不可能与外界隔离。一是建筑物内人员经常要出入；二是建筑物必有各种电缆（电源、信号）、管线（水、气等）与外界相联系。当雷击时若有人员正好出入建筑物，则此人会有遭雷击的危险；另外各种电缆和管线也会将危险的“过电压”引入建筑物内。作为理论与实践结合的产物，法拉第笼并不是完美无缺的，例如对于雷电流进入接地装置所引起的地电位升高的反击过电压对设备和人身的危害，法拉第笼无法进行防护（在站房内这种情况极少发生）。因此，除了采用法拉第笼结构减小遭雷击危险外，还应采取等电位连接、接地等其他措施来确保建筑物内弱电设备的安全。