Energy Stored in the Electric Field Produced by a Charged Fabric with a Conductive Mesh

The aim of the research was to set up a simplified analytical fabric-grounded object model for estimation of the energy stored in the electric field occurring in the space surrounding a charged fabric. A standard spherical electrode was used as the grounded object. Synthetic fabric with regularly spread conductive yarns (in the form of a grid with regular cells) was used as a sample. The model allowed to combine the energy stored in the space of the cell with the geometry of the fabric-object system and the surface charge density. The model led to a power type relation between the energy W and the cell, with a diameter of a, in the form W = K●an, n ≈ 3. These results were verified by those obtained from numerical modeling using the COMSOL Multiphysics program. It was found that for a cell with a diameter of 10 to 50 mm, the difference in results was lower than 38%. Based on the results obtained, it can be stated that the model proposed can be used for the design of fabrics (used in ESD protection) with the maximum acceptable stored energy.

Celem badań było przygotowanie uproszczonego analitycznego modelu układu tkanina-uziemiony obiekt, umożliwiającego oszacowanie energii zgromadzonej w polu elektrycznym w przestrzeni wokół naładowanej tkaniny. Jako uziemiony obiekt przyjęto standardową elektrodę kulistą. Badano tkaninę syntetyczną, zawierająca włókna przewodzące, tworzące siatkę o regularnych „oczkach”. Model pozwala na powiązanie energii zgromadzonej w otoczeniu „oczka” z geometrią układu tkanina-obiekt oraz gęstością ładunku na powierzchni tkaniny. Model prowadzi do potęgowej zależności energii W, zgromadzonej w otoczeniu oczka w formie koła od jego średnicy a, w postaci W = K●an, gdzie n ≈ 3. Wyniki zweryfikowano symulacją takiego samego układu, wykonaną w programie COMSOL Multiphysics. Stwierdzono, że dla 10 ≤ a ≤ 50 mm względne różnice pomiędzy wynikami uzyskanymi z obydwu metod są mniejsze niż 38%. Zgodność ta pozwala wykorzystać przedstawiony model do projektowania tkanin (stosowanych w ochronie ESD) odopuszczalnej maksymalnej gromadzonej na nich energii.