Faraday Kafesi Nedir?

Faraday 19. Yüzyılda yaşamıştır. Kimya ve fizik bilgini olan İngiliz asıllı Michael Faraday 22 Eylül 1791’de Newington  Surreey’ de doğmuştur. 25 Ağustos 1867’ de Londra’da yaşamını yitirmiştir. Elekrolizin temel prensibini belirleyen, elektrik motorunu bulan ve klor gazını sıvılaştıran bir bilim adamıdır. Faraday kafesi, elektriksel iletken metalle kaplanmış yada iletkenler ile ağ şeklinde örülmüş içteki hacmi dışardaki elektrik alanlardan koruyan bir muhafazadır. 1836 yılında İngiliz Fizikçi Michael Faraday’ın buluşu olduğu için “Faraday kafesi” diye isimlendirilmiştir.

Dışarıda meydana gelen elektrik akımlarına karşı, topraklama sistemleri ile binada ki malzemeleri koruması kafesin önemli

Faraday kafesi

Faraday kafesi

özelliklerindendir. İletken tellerle ağ şeklinde kaplanmış ve topraklanmış her kafes ile bu koruma gerçekleştirilebilir. Topraklama kalitesi ve ağ gözü sıklığı korumayı arttırır. Dışarıdaki elektrik alan içeri etki edemez, örneğin yıldırımlar gibi statik elektrik boşalmaları iletkenlerden geçer ve içeri sıçramaz. Dış elektrik alanlar da içeri etki edemez. Kafes ağ gözü şeklinde yapılmışsa ağ gözlerinin ne kadar sık tutulursa o kadar iyi koruma sağlar ve benzer şekilde dış elektromanyetik alanları da dışarıdan içeriye ve içeriden dışarıya geçirmez. Daha sık ağ gözleriyle daha yüksek frekans elektromanyetik dalgalara karşı geçirmezlik sağlanabilir. Geniş ağ gözleri daha uzun dalga boylu (diğer bir deyişle daha düşük frekanslı) radyo dalgalarına karşı geçirmezlik sağlar. Kafesin işlerliği için iletkenlerin iyi topraklanmış olması gerekir. Faraday kafesi yıldırımdan korunma yollarından birisidir. Ayrıca yıldırımın zarar vermeden doğrudan toprağa iletilmesinde paratoner sistemi de kullanılır

Faraday kafesi yıldırım çarpmalarına karşı da korur. Yıldırım çarpması herhangi bir metal aracı etkilediğinde, içinde bulunan insanlar metal yüzeyin dışı elektriksel bir temasa girmedikleri süre içinde güvende olurlar. Kapalı metalik araç Faraday kafesi görevi yapar ve yıldırımın güçlü elektrik alanından iç tarafı korur.

Faraday Kafesi Çalışma Prensibi

İletken malzemeleri meydana getiren atomların en dış yörüngelerindeki değerlik (valans) elektronları, atomlarından kolayca ayrılarak hareket etme yeteneğine sahiptir. Bundan dolayı ; kapalı bir yüzeye sahip olan iletken bir cisim elektrik alanı içerisine yerleştirildiği zaman bu elektronlar, iletkenin içerisindeki elektrik alanı sıfırlanıncaya kadar hareket eder ve bir yeniden dağılıma uğrarlar. Elektrik alanın sıfırlanması ile birlikte, hareket etmelerinin gerekçesi ortadan kalkmış olur. Faraday kafesi çalışma prensibi böyledir ve içindeki nesneleri dış elektrik alanlara karşı korur. Dolayısıyla ideal olarak; topraklanmış, mesela içi boş metal bir küre gibi kapalı bir iletken yüzeyden meydana gelir. Ancak iletken yüzey sürekli olmak yerine, kafes biçiminde de üretilir. Bu durumda kafes aralıklarından bir miktar elektrik alanı içeriye sızacak, ama aralıklar küçük ise bu bir problem meydana getirmeyecektir. Diğer yandan Faraday kafesinin küre şeklinde olması şart değildir. Kapalı herhangi bir yüzey, kafes görevini yerine getirebilir.

Faraday Kafesi Kullanım Alanları

Yanıcı parlayıcı maddelerin depolandığı binalara, yıldırımdan korunma için faraday kafesi yapılır. Bu tip binaların dışı kafes biçiminde kaplanır. Binanın dışındaki yüksek noktalara sivri uçlu metaller yerleştirilir. Bütün iletkenler ve sivri metaller (yıldırım yakalama uçları) birbiriyle bağlanır ve topraklama yapılır.

Radyo frekans yayan aletlerde; bu tip aletlerin konduğu kabinler cihaz çevreye parazit radyo sinyalleri yaymasın diye dış metal kılıfından topraklanır.

Telsizle haberleşmenin yapıldığı binalarda; bina içindeki telsiz haberleşme sinyallerinin dışarıya sızmasını ve dinlenmesini önlemek için bina dışına Faraday kafesi kurulur. Binada telsiz haberleşme yapılmasa bile, CRT monitörler görüntüyü zayıf bir radyo dalgası olarak yaydığı için uzaktaki bir monitördeki görüntüyü sinyali yakalayıp kuvvetlendirerek tekrar oluşturmak mümkündür. Binalarda tavan da demir lamalar ile örülmüş hatıl olarak yapılmıştır, duvarlarda bu şekilde demirler olmadığında baz istasyonları binaların üzerinde sağlık açısından büyük bir tehlike arz eder.

Elektronik kartlarda bulunan radyo frekans modüllerde; radyo-televizyon tuneri, GSM alıcı verici devreleri gibi radyo frekans amaçlı modüller veya elektronik devre bölümleri, sac bir kapakla kapatılıp topraklanarak elektronik karta ve çalıştığı ortama bozucu sinyaller yayması engellenir. EMC (Elektromanyetik Uyumluluk) yönetmeliğine göre bu tip önlemleri almak zorunludur. Ayrıca CE belgesi mutlaka olmalıdır. Elektrikli aletlerin gerek radyo sinyali olarak gerekse iletken hatlar üzerinden parazitler yaymasına izin verilmez. Faraday kafesi uygulaması maliyetlidir. Bu sistem hassas aletlerin olduğu yerlerde korunma, amaçlı yapılır. Bu aletleri korumayı göz önüne alırsak aslında faraday kafes fiyatları pahalı değil ucuz da sayılabilir.

MR cihazlarının da yerleştirildiği ortam faraday kafesidir. MR cihaz kurulumları yapılırken ortam özel malzemelerle kaplanır ve Faraday kafesinin etkisinin oluşumu sağlanır. Kaplama işlevleri çeşitli basamaklardan oluşur. Odalara bakır, çelik karışımları kaplayarak, MRG odalarının RF yalıtımı yapılır. MRG sistemlerinde üç çeşit kaplama vardır;

  • Galvenizli modüler sistem; galvenizli ve lamine karışımdan oluşan panellerle,
  • Bakır modüler sistem; ahşap malzemeye bakır sararak oluşan panellerle,
  • Bakır levha lehimlenmesi; bakır levhaların lehimlenmesiyle yapılanlar.

Faraday Kafesinde Yük Korunumu

Genelde bizim ülkemizde faraday kafesi dış yıldırımlık sistemidir. TSEN 62305-1-2-3-4 standartlarında yapılmaktadır. Koruma alanı küre yöntemi ile belirlenmektedir. Açık alanları yeterince korumaz, kapalı alanları korumak amaçlı yapılmış sistemdir. Kafesin verimli çalışması için faraday kafesi hesabı yapılmalı, oluşabilecek yıldırım riskinin durumuna göre bölme aralıkları projelendirilerek yapıya uygulanmalıdır. Yıldırımdan korunma yolları ile kafes temel topraklama sistemlerine bağlanıp, eş potansiyel sistem oluşturulup aşırı gerilim koruyucularının kullanılması gerekir.

Paylaş

*