|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ Гроза, статика та антена. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Антени. Теорія Питання безпечної експлуатації антен та підключеної до них апаратури в періоди грозової активності іноді обговорювалися в радіоаматорській літературі. Проте при створенні аматорської радіостанції цим питанням короткохвильові і ультракороткохвильовики приділяють увагу в останню чергу, сподіваючись, мабуть, на знамените російське "може пронесе". Але це докорінно неправильно, бо... За статистикою у Європі на кожен квадратний кілометр припадає в середньому від одного до п'яти розрядів блискавки на рік. Іншими словами, можна, по суті, бути впевненим, що на відстані не далі ніж 100 м від вашої антени раз на кілька років відбудеться розряд блискавки (на півдні та в гористій місцевості ця ймовірність вища, ніж на півночі та на рівнинах). А якщо так, то буде набагато розумніше підготуватися до нього заздалегідь, ніж потім підраховувати збитки - у транзисторних трансіверах при цьому зазвичай "вилітають" не лише вхідні ланцюги приймача, а й вихідні транзистори передавача. Які ж небезпеки для аматорської апаратури несе гроза? 1. Статичний потенціал, що повільно накопичується, і його стрибкоподібні зміни при віддалених від антени розрядах (кілька сотень метрів і більше). Якщо антена або одна її половина ізольовані по постійному струму від землі (наприклад, GP або симетричний диполь), на ній перед грозою і під час її можуть накопичуватися високі статичні потенціали. Розглянемо такий приклад. На висоті двох кілометрів висить грозова хмара з потенціалом 2 MB (мегавольта!), а у землі потенціал у цьому випадку нульовий. У цьому величезному конденсаторі є статична напруженість електричного поля 1 кВ/м. Тобто на ізольованій від землі антені, наприклад, диполі чи LW, що висить на висоті 10 м, з'явиться статичний потенціал близько 10 кВ. Стекаючи, він створює тріски та шарудіння у приймачі. При розряді хмари (на іншу хмару або на землю далеко від антени) потенціал хмари, а отже, і антени стрибком зменшиться майже до нуля. Що утворив на антені імпульсу з амплітудою в 10 кВ більш ніж достатньо, щоб вивести з ладу трансівер. 2. Якщо ж розряд блискавки на землю припадає неподалік вашого будинку (умовно - в декількох десятках метрів), то виникають нові небезпеки, пов'язані не тільки з антеною, але і з мережею живлення і ланцюгами заземлення. Крім різкої зміни напруженості поля та пов'язаного з цим зміни потенціалу всіх довколишніх провідників з'являються індуковані струми. Струм розряду в іонізованому каналі блискавки за перші 1...10 мкс досягає значень 20...500 тисяч ампер і потім спадає до нуля за час 200... 1000 мкс. Ці величезні струми індукують у всіх довколишніх проводах вторинні напруги. Утворюється щось на кшталт трансформатора, де первинною обмоткою є канал блискавки та блискавковідведення, а вторинною - навколишні дроти. Коефіцієнт передачі цього трансформатора, що залежить від відстані до дроту, в принципі, дуже малий. Але навіть при коефіцієнті передачі 0,001 імпульси струму в замкнутих контурах навколишніх проводів (наприклад, контур заземлення) можуть досягати сотень ампер і пошкоджувати підключені до цих контурів пристрою. Якщо контур не замкнутий і зазор між його кінцями невеликий, то напруга, що індукована в контурі, що досягає багатьох десятків кіловольт, може пробити його. Приклад - суцільнометалевий хвильовий канал з гамма-узгодженням встановлений на добре заземленій щоглі та живиться по кабелю, що йде від щогли під кутом. У приміщенні радіостанції кабель підключено до трансівера, що не має додаткового заземлення. На перший погляд здається, що його і не треба - щогла надійно заземлена, суцільнометалева антена, хороше заземлення забезпечене через обплетення кабелю. Але... при близькому ударі блискавки в незамкненому контурі "земля-щогла-кабель-трансівер" індукується напруга, яка шукатиме виходу на ділянці розриву контуру - між трансівером та найближчою "землею". В результаті виникне або пробій на землю через мережу 220 В, або дуга до найближчої "землі" (наприклад, труби опалення). Зрозуміло, що ні той, ні інший варіант нічого хорошого трансівер не обіцяють. 3. І, нарешті, найрідкісніший, але й найважчий випадок - пряме влучення блискавки в антену або блискавковідвід-щоглу, на якому встановлена антена. Почнемо з того, що блискавковідведення (тобто шлях для струму блискавки в землю) обов'язково має бути. За його відсутності сотні тисяч ампер струму розряду потечуть на землю шляхом, який їм здасться найкоротшим. І якщо на цьому шляху зустрінуться ваш кабель зниження та апаратура, то від них мало що залишиться. Розглянемо два приклади. Перший приклад. Блискавковідвід виконаний як окрема конструкція і підключений товстим дротом до загального заземлення будинку, антена розташована набагато нижче від відведення блискавки. Подивимося, що станеться під час удару блискавки. Допустимо, опір заземлення блискавковідводу 2 Ом (це дуже хороше заземлення). При ударі блискавки з піковим струмом 200 тисяч ампер (середнє значення) на шині заземлення і всіх підключених до неї пристроях (зокрема і нульовому дроті мережі) виникне потенціал близько 400 кВ. Очевидно, що у віддаленій від будинку точці потенціал землі залишиться нульовим, і всі 400 кВ виявляються прикладеними до нульового дроту мережі, вибиваючи запобіжники. Це найменша з втрат у прямому ударі блискавки. Другий приклад. На окремо стоїть і добре заземлену щоглу з опором заземлення 2 Ом стоїть суцільнометалевий хвильовий канал. Кабель зниження йде вздовж щогли і потім землі до приміщення радіостанції. Приміщення має своє якісне заземлення. При ударі блискавки з піковим струмом 200 тисяч ампер потенціал землі біля основи щогли становитиме 400 кВ і зменшуватиметься убік від щогли, утворюючи так звану "воронку напруг". Потенціал землі навколо будівлі буде меншим, ніж у підстави щогли. Допустимо, він стане 100 кВ. І ці 100 кВ пророблять те саме, що описано в першому прикладі, але цим справа не обмежиться. Потенціал обплетення кабелю антени буде 400 кВ, а потенціал землі у приміщенні радіостанції лише 100 кВ. Різниця в 300 кВ виявляється прикладеною до кабелю. Його обплетення через малий переріз не зможе пропустити великий струм вирівнювання, і кабель згорить. Пощастить, якщо цим все й обмежиться, якщо ні – зашкодить і трансівер. Навіть якщо кабель (як і належить під час грози) повністю відключений, але лежить не дуже далеко від заземлених предметів приміщення, ці 300 кВ можуть пробити дуговим розрядом кілька десятків сантиметрів повітря. Саме тому всі кабелі, що йдуть від антени, на час грози повинні бути повністю відключені і прибрані досить далеко. Слід мати на увазі, що захисна зона блискавковідводу (в якій можна не побоюватися прямого удару блискавки) є конусом з вершиною на кінці блискавковідводу і радіусом біля землі приблизно в 3/4 висоти блискавковідводу. Як запобігти руйнуванням? Слід усвідомити, що три причини, викладені у попередньому розділі, є рівноймовірними. Статичний потенціал - це те, з чим кожен зустрінеться багаторазово. І не лише під час грози. Індуковані струми від близького удару блискавки теж доведеться пережити практично кожному в середньому раз на кілька років. Від прямого удару блискавки, можливо, доля вас і вбереже, але краще все ж таки не сподіватися на випадок, а заздалегідь подумати і про таку можливість. Дешевше коштуватиме! Отже, боротьбу зі статичним потенціалом краще розпочати етапі проектування антени. Майже завжди можна вибрати конструкцію, повністю замкнуту на землю по постійному струму, - петлеві диполі на заземленій траверсі, петлеві GP, антени з гамма- та омега-узгодженням, J-антена тощо. Якщо ж антена не замкнута на землю, то помітно покращують ситуацію один (для несиметричної антени) та два (для симетричної) двоватних резистора по 100 кОм, включені між полотном антени та заземленою щоглою (або обплетенням коаксіального кабелю). Ці резистори створюють ланцюг для відведення статики, що повільно накопичується, і значно, до декількох десятків вольт (залежно від висоти і потенціалу грозової хмари), зменшують кидки напруги на вході приймача при розрядах. Але тільки за розрядів, шлях яких істотно віддалений від антени. При сильних статичних розрядах має сенс до полотна антени прикріпити саморобні розрядники – гостро заточені на кінцях болти М5-М8. Вістря болтів повинно підходити на 1...1,5 мм (регулюється обертанням болтів) до заземленої пластини. Для запобігання виникненню індукованих струмів слід уникати шин землі, виконаних у вигляді кільця, всі прилади повинні бути підключені до одного загального заземлення. Уважно проаналізувати своє провідне господарство на наявність у ньому замкнутих контурів з великою площею та усунути їх. Небезпека тут не стільки для замкнутого контуру, скільки для приладів, до нього підключених. У петлевих антенах індукуються дуже значні напруги, для відведення яких у точці живлення слід встановлювати іскрові розрядники, з мінімально можливим проміжком (1...2 мм) – резистора тут не вистачить. Кабель зниження антени, по можливості, краще укладати в металеву трубу або закопати в землю. Для захисту від прямого влучення блискавки слід вирішити два різні завдання. Перша - виконати якісне блискавковідведення з гарним заземленням. Сам блискавковідведення та його провід заземлення повинні бути виконані з матеріалу з перетином не менше 50 мм2 і не мати різких вигинів. Це збільшує індуктивність, а для такого короткого та високоенергетичного імпульсу, як розряд блискавки, навіть індуктивність малої величини становитиме підвищений опір. На індуктивному опорі порядку одиниць Ом при струмах, що вимірюються тисячами ампер, виділятиметься надзвичайно велика напруга. Друге завдання виникає тому, що на практиці рідкісний радіоаматор не спокуситься використовувати щоглу блискавковідведення для розміщення своїх антен (справді, коли ще та блискавка буде, а тут висока щогла без діла простоює!). І полягає це завдання в тому, щоб струм розряду блискавки здебільшого йшов по заземленій щоглі і мінімально по кабелю живлення антени в апаратуру, тобто треба прокласти для струму блискавки шлях в землю з набагато меншим опором, ніж по кабелю. Для цього вкрай бажано, щоб верхівка щогли була на 1... 1,5 метра вище за антену. Щоглу можна подовжити відрізком металевої труби або товстим прутом (дротом), який і відводитиме велику частину атмосферної електрики безпосередньо на щоглу з її обов'язковим блискавкозахисним заземленням. Сама антена має бути надійно заземлена на щоглу. Якщо з її конструктивним особливостям цього не можна, слід встановити іскрові розрядники. З кабелю живлення антени зробити кілька витків трохи нижче від точки запитки антени. Та частина струму, що все ж таки збереться "влетіти" в кабель, зустріне чималий для короткого імпульсу індуктивний опір коаксіального дроселя і створить на ньому падіння напруги. Ця напруга проб'є зазор розрядників, що виникла при цьому дуга створить для струму шлях витоку на землю через щоглу з меншими перешкодами, ніж через кабель. Заземлення щогли має бути з'єднане окремим проводом великого перерізу (не менше 50 мм2) із заземленням будинку для вирівнювання потенціалів землі при ударі блискавки. Всі перераховані вище заходи не усувають повністю кидків напруги на апаратурі, але дозволяють їх знизити до прийнятних, неруйнівних значень. Тим не менш, і в самій апаратурі бажано вжити додаткових захисних заходів - на вході приймача бажано встановити резистор номіналом в 100...200 кОм. На роз'ємі підключення антени - розрядник з мінімальною напругою запалювання (аби він не спрацьовував від сигналу власного передавача). За наявності СУ або ФНЧ, виконаного за схемою П-контуру, цю роль успішно виконує вихідний КПЕ з повітряним (мінімально можливим!) зазором. Т-подібні СУ, які стоять на виході більшості промислових трансіверів у цій ситуації, непридатні - іскра розряду "пролітає" через них наскрізь, прямо на вихід передавача. У ланцюгах проводів (кабелів) керування редукторами та комутаторами, що йдуть від антени, треба встановити варистори, а краще – розрядники. І, зрештою, слід пам'ятати, що при наближенні грози необхідно повністю відключати всі антенні кабелі від апаратури, а останню - від мережі! Автор: І.Гончаренко
Шум транспорту затримує зростання пташенят
06.05.2024 Бездротова колонка Samsung Music Frame HW-LS60D
06.05.2024 Новий спосіб управління та маніпулювання оптичними сигналами
05.05.2024
▪ Сенсорні ноутбуки подешевшають ▪ Новий світовий рекорд швидкості серед автомобілів ▪ Гаряча вода замість нафти та газу
▪ Розділ сайту Електропостачання. Добірка статей ▪ стаття Собача будка. Поради домашньому майстру ▪ стаття Аморфа чагарникова. Легенди, вирощування, способи застосування ▪ стаття Arduino. Підключення найпростіших датчиків. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки ▪ стаття Чарівна паличка – вірний сторож. Секрет фокусу
Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт
www.diagram.com.ua |
Дивіться інші статті розділу 
Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:
All languages of this page