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。
在建筑工程中,法拉第笼主要有两个基本作用:一类是磁屏蔽,另一类是电磁屏蔽。
法拉第笼的作用,通过采用合理的防护技术,对信号设备进行系统的保护,既延长了设备使用寿命,又提高了设备可靠性。
一、法拉第笼施工的特点
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钢、铁等良导体金属材料, 在反射电磁波时产生较大的损耗。本工法使用的圆钢等材料,取材容易,焊接方便,屏蔽效果显著。
雷击过程由于雷电流很大,法拉第笼的屏蔽层会感应很大的雷电流,此时法拉第笼还可起分流和均流的作用,同时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。
二、具体适用范围
本工法适用于:铁路“四电”系统中的信号机械室、信号机房、站房信息机房、通信机械室。
因上述机房应进行雷电综合防护,设置电磁屏蔽、防静电及雷电防护设施,包括建筑物避雷网(带)、引下线接地、法拉第笼屏蔽、环形接地网等,机房的法拉第笼屏蔽(包括防静电地板支撑龙骨应相互连接并与室内等电位端子排相连,以及门窗电磁屏蔽)、接地汇集线等,要求接地电阻值不大于1Ω。
三、实施工艺
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。
四、工艺流程
五、操作要点
1、内业技术准备
在开工前组织技术人员认真核对施工设计图纸,澄清有关技术问题。做好各工种岗前培训上岗工作,主要工种要求持证上岗。做好各级安全交底工作,真正做到安全、文明施工,并掌握法拉第笼安装的作业要领。
2、外业技术准备
法拉第笼施工前,应楼面板清洁无杂物。
3、材料准备
按图纸要求Φ12mm圆钢,Φ8mm圆钢,δ20*0.2m铜箔带,80*80mm(1.5/1.8*6000mm)铝合金金属网格,接地端子。每批必须有出厂合格证、材料检测报告,根据法拉第屏蔽笼安装工程所需的圆钢数量购置使用的焊条,焊条型号、性能必须符合设计要求和相关技术标准的规定。
4、设备准备
160A/6.5KVA两用型的电焊机,MQS-250I(1100W)的立式砂轮机,门式脚手架等。
六、法拉第笼钢筋网片施工
顶板屏蔽网施工:法拉第笼采用镀锌圆钢施工,因主体结构施工完成,无法预埋在结构内,故紧贴结构面设置5mx5m的主网格,保证电气连接的连续性,主筋上端必须与避雷带焊接,下端必须就近与基础接地网焊接。
墙面屏蔽网施工:信号设备房间(信号计算机室、信号机械室、信号控制室、信号电源室等)的六面(墙、顶、地面或楼面),紧贴砼墙用Φ8mm的钢筋焊成不大于0.6m*0.6m的网格作法拉第屏蔽笼,0.6m*0.6m的钢筋网格与5m*5m的钢筋网格结合处应焊接。
1、屏蔽网工艺
1)屏蔽网格应采用截面积不小于9mm2、网孔小于80mm×80mm的铝合金网,并用不小于16mm2的软铜线与地网或屏蔽层可靠连接。
2)面积较大时应加纵横固定条。
3)屏蔽层必须在引下线与地网连接处用不小于25 mm2的软铜线可靠连接(可多处连接)。
4)机房已经预留钢筋接地端子板的,屏蔽层还应与钢筋接地端子板栓接。
2、防静电地板(地面)屏蔽层施工
在防静电地板下采用δ20*0.2mm的铜铂带敷设成与防静电地板方格相同的网格(网格规格:600*600mm),网格交叉点应与各支座卡接,铜箔带交叉处应采用锡焊焊接。屏蔽网格与墙面屏蔽笼用不小于10mm2冷压栓接,至少每个墙角处应连接。