|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ENCYKLOPEDIA RADIOELEKTRONIKI I INŻYNIERII ELEKTRYCZNEJ Burza z piorunami, statyczna i antena. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki
Encyklopedia radioelektroniki i elektrotechniki / Anteny. Teoria W literaturze radioamatorskiej od czasu do czasu poruszano zagadnienia bezpiecznej eksploatacji anten i urządzeń do nich podłączonych w okresach aktywności burzowej. Niemniej jednak, tworząc amatorską rozgłośnię radiową, operatorzy krótkofalówek i ultrakrótkofalówek zwracają uwagę na te kwestie w ostatniej chwili, najwyraźniej mając nadzieję na słynne rosyjskie „może to przejdzie”. Jest to jednak zasadniczo błędne, ponieważ ... Według statystyk w Europie Środkowej rocznie zdarza się średnio od jednego do pięciu uderzeń pioruna na kilometr kwadratowy. Innymi słowy, możesz być w zasadzie pewien, że raz na kilka lat w promieniu 100 m od Twojej anteny uderzy piorun (na południu i na obszarach górskich prawdopodobieństwo to jest wyższe niż na północy i na równinach). A jeśli tak, to znacznie rozsądniej byłoby przygotować się na to wcześniej, niż później obliczać straty - w transiwerach tranzystorowych zwykle „wylatują” nie tylko obwody wejściowe odbiornika, ale także tranzystory wyjściowe nadajnika. Jakie są niebezpieczeństwa dla sprzętu amatorskiego niosącego burzę? 1. Wolno narastający potencjał statyczny i jego gwałtowne zmiany w wyniku wyładowań oddalonych od anteny (kilkaset metrów i więcej). Jeśli antena lub jej połowa jest odizolowana od uziemienia prądem stałym (np. GP lub dipol symetryczny), wówczas przed burzą i w jej trakcie mogą gromadzić się wysokie potencjały statyczne. Rozważmy taki przykład. Na wysokości dwóch kilometrów wisi chmura burzowa o potencjale 2 MB (megawolty!), a potencjał przy ziemi w tym przypadku wynosi zero. Ten gigantyczny kondensator ma statyczne pole elektryczne o natężeniu 1 kV/m. Oznacza to, że na antenie odizolowanej od ziemi, na przykład dipolu lub LW, zawieszonej na wysokości 10 m, pojawi się potencjał statyczny około 10 kV. Spływając w dół, w odbiorniku tworzą się trzaski i szelesty. Kiedy chmura zostanie wyładowana (do innej chmury lub do ziemi daleko od rozważanej anteny), potencjał chmury, a co za tym idzie i anteny, gwałtownie spadnie prawie do zera. Impuls o amplitudzie 10 kV powstały na antenie jest więcej niż wystarczający, aby wyłączyć transceiver. 2. Jeśli w pobliżu Twojego domu (warunkowo - kilkadziesiąt metrów) nastąpi wyładowanie atmosferyczne do ziemi, wówczas powstają nowe zagrożenia, związane nie tylko z anteną, ale także z siecią zasilającą i obwodami uziemiającymi. Oprócz gwałtownej zmiany natężenia pola i związanej z tym zmiany potencjału wszystkich pobliskich przewodników pojawiają się prądy indukowane. Prąd wyładowczy w zjonizowanym kanale pioruna przez pierwsze 1...10 µs osiąga wartości 20...500 tys. amperów, a następnie w ciągu 200...1000 µs spada do zera. Te ogromne prądy indukują napięcia wtórne we wszystkich pobliskich przewodach. Powstaje coś w rodzaju transformatora, gdzie uzwojeniem pierwotnym jest kanał odgromowy i piorunochron, a uzwojeniem wtórnym są otaczające go przewody. Współczynnik transmisji tego transformatora, zależny od odległości od drutu, jest w zasadzie bardzo mały. Ale nawet przy współczynniku przenoszenia wynoszącym 0,001 impulsy prądu w zamkniętych pętlach otaczających przewodów (na przykład pętli uziemienia) mogą osiągnąć setki amperów i uszkodzić urządzenia podłączone do tych pętli. Jeśli obwód nie jest zamknięty, a przerwa między jego końcami jest niewielka, wówczas zaindukowane w obwodzie napięcie, sięgające wielu dziesiątek kilowoltów, może go przebić. Przykładem jest wykonany w całości z metalu kanał fali gamma, zamontowany na dobrze uziemionym maszcie i zasilany kablem wystającym z masztu pod kątem. W pomieszczeniu stacji radiowej kabel jest podłączony do nadajnika-odbiornika, który nie ma dodatkowego uziemienia. Na pierwszy rzut oka wydaje się, że nie jest to konieczne - maszt jest solidnie uziemiony, antena jest w całości metalowa, dobre uziemienie zapewnia osłona kabla. Ale... przy bliskim uderzeniu pioruna w otwartym obwodzie "maszt-kabel-nadajnik" indukowane jest napięcie, które będzie szukać ujścia w odcinku przerwy w obwodzie - pomiędzy transiwerem a najbliższą "uziemieniem" . W rezultacie albo nastąpi zwarcie doziemne w sieci zasilającej 220 V, albo powstanie łuk do najbliższej „ziemi” (na przykład rur grzewczych). Oczywiste jest, że ani jedna, ani druga opcja nie obiecuje niczego dobrego dla transceivera. 3. I wreszcie najrzadszy, ale i najcięższy przypadek, to bezpośrednie uderzenie pioruna w antenę lub maszt piorunochronu, na którym zainstalowana jest antena. Zacznijmy od tego, że musi być piorunochron (czyli droga dla prądu pioruna do ziemi). W przypadku jego braku setki tysięcy amperów prądu wyładowczego spłyną do ziemi ścieżką, która wydaje im się najkrótsza. A jeśli kabel połączeniowy i sprzęt spotkają się na tej ścieżce, niewiele z nich pozostanie. Spójrzmy na dwa przykłady. Pierwszy przykład. Piorunochron wykonany jest jako osobna konstrukcja i jest połączony grubym drutem ze wspólnym uziemieniem domu, antena znajduje się znacznie niżej niż piorunochron. Zobaczmy, co się stanie, gdy uderzy piorun. Załóżmy, że rezystancja uziemienia piorunochronu wynosi 2 omy (jest to bardzo dobre uziemienie). W przypadku uderzenia pioruna o prądzie szczytowym 200 tys. Amperów (wartość średnia) na szynie uziemiającej i na wszystkich podłączonych do niej urządzeniach (w tym na przewodzie neutralnym sieci) pojawi się potencjał około 400 kV. Oczywiście w punkcie daleko od domu potencjał uziemienia pozostanie zerowy, a całe 400 kV zostanie przyłożone do przewodu neutralnego sieci, wybijając bezpieczniki. Jest to najmniejsza strata w wyniku bezpośredniego uderzenia pioruna. Drugi przykład. Na wolnostojącym i dobrze uziemionym maszcie o rezystancji uziemienia 2 omów znajduje się całkowicie metalowy kanał falowy. Kabel dolny biegnie wzdłuż masztu, a następnie po ziemi do stacji radiowej. Pomieszczenie posiada własne uziemienie wysokiej jakości. Podczas uderzenia pioruna o wartości szczytowej prądu 200 tys. amperów potencjał uziemienia u podstawy masztu wyniesie 400 kV i będzie się zmniejszał w kierunku od masztu, tworząc tzw. „lejek napięciowy”. Potencjał uziemienia wokół budynku będzie mniejszy niż u podstawy masztu. Powiedzmy, że będzie to 100 kV. A te 100 kV zrobią to samo, co opisano w pierwszym przykładzie, ale sprawa nie będzie się do tego ograniczać. Potencjał oplotu kabla antenowego wyniesie 400 kV, a potencjał ziemi w pomieszczeniu radiostacji tylko 100 kV. Do kabla przyłożona jest różnica 300 kV. Jego oplot ze względu na mały przekrój nie będzie w stanie przepuścić dużego prądu wyrównawczego, a kabel się przepali. Będzie szczęście, jeśli wszystko się do tego ograniczy, jeśli nie, transceiver również ulegnie uszkodzeniu. Nawet jeśli kabel (jak powinien być podczas burzy) jest całkowicie odłączony, ale leży niedaleko uziemionych obiektów w pomieszczeniu, te 300 kV są w stanie przebić kilkadziesiąt centymetrów powietrza za pomocą wyładowania łukowego. Dlatego podczas burzy należy całkowicie odłączyć wszystkie kable wychodzące z anteny i usunąć je z odpowiedniej odległości. Należy pamiętać, że strefą ochronną piorunochronu (w której nie można bać się bezpośredniego uderzenia pioruna) jest stożek z wierzchołkiem na końcu piorunochronu i promieniem w pobliżu gruntu około 3 /4 wysokości piorunochronu. Jak zapobiec zniszczeniom? Powinno być jasne, że trzy powody opisane w poprzedniej sekcji są równie prawdopodobne. Potencjał statyczny to coś, z czym każdy spotka się wiele razy. I to nie tylko podczas burzy. Prądy indukowane w wyniku pobliskiego uderzenia pioruna również będą musiały być doświadczane przez prawie każdego średnio raz na kilka lat. Być może los uratuje cię przed bezpośrednim uderzeniem pioruna, ale lepiej nie polegać na przypadku, ale z wyprzedzeniem pomyśleć o takiej możliwości. Będzie taniej! Walkę z potencjałem statycznym lepiej więc rozpocząć już na etapie projektowania anteny. Prawie zawsze można wybrać projekt, który jest całkowicie zamknięty względem masy za pomocą prądu stałego - dipole pętlowe na uziemionym trawersie, pętla GP, anteny z dopasowaniem gamma i omega, antena J itp. Jeśli antena nie jest uziemiona , to zauważalnie poprawiamy sytuację jeden (dla anteny niezrównoważonej) i dwa (dla symetrycznego) dwuwatowego rezystora 100 kOhm, podłączonego pomiędzy blachą anteny a uziemionym masztem (lub oplotem kabla koncentrycznego). Rezystory te tworzą obwód usuwający powoli gromadzący się ładunek elektrostatyczny i znacząco, do kilkudziesięciu woltów (w zależności od wysokości i potencjału chmury burzowej), redukują przepięcia na wejściu odbiornika podczas wyładowań. Ale tylko w przypadku wyładowań, których ścieżka jest znacznie oddalona od anteny. Przy silnych wyładowaniach statycznych sensowne jest przymocowanie do blach antenowych domowych ograniczników - śruby M5-M8 ostro zaostrzone na końcach. Końcówki śrub muszą pasować 1...1,5 mm (regulowane poprzez obracanie śrub) do płyty uziemiającej. Aby zapobiec występowaniu prądów indukowanych należy unikać szyn uziemiających wykonanych w formie pierścienia, wszystkie urządzenia należy łączyć w gwiazdę do jednej wspólnej masy. Dokładnie przeanalizuj zużycie drutu pod kątem obecności zamkniętych obwodów o dużej powierzchni i wyeliminuj je. Niebezpieczeństwo dotyczy nie tyle samego obwodu zamkniętego, ile podłączonych do niego urządzeń. W antenach pętlowych indukują się bardzo duże napięcia, do usunięcia których należy zamontować w miejscu zasilania iskierniki o jak najmniejszej szczelinie (1...2 mm) - tutaj rezystor nie wystarczy. Jeśli to możliwe, lepiej jest ułożyć przewód redukcyjny anteny w metalowej rurze lub zakopać go w ziemi. Aby uchronić się przed bezpośrednim uderzeniem pioruna, należy rozwiązać dwa różne zadania. Pierwszym z nich jest wykonanie wysokiej jakości piorunochronu z dobrym uziemieniem. Sam piorunochron i jego przewód uziemiający muszą być wykonane z materiału o przekroju co najmniej 50 mm2 i nie posiadać ostrych załamań. Zwiększa to indukcyjność, a w przypadku impulsu tak krótkiego i wysokiego jak błyskawica nawet niewielka ilość indukcyjności będzie powodować zwiększoną rezystancję. Na reaktancji indukcyjnej rzędu kilku omów przy prądach mierzonych w tysiącach amperów zostanie uwolnione niezwykle duże napięcie. Drugi problem pojawia się dlatego, że w praktyce rzadko spotykany radioamator nie będzie się skusił na użycie masztu piorunochronu do umieszczenia anteny (właściwie kiedy będzie piorun, a tu wysoki maszt stoi na biegu jałowym!). A zadaniem tym jest zapewnienie, aby prąd wyładowania piorunowego płynął głównie przez uziemiony maszt, a minimalnie przez kabel doprowadzający antenę do sprzętu, czyli konieczne jest utorowanie ścieżki dla prądu piorunowego do ziemi ze znacznie mniejszym oporem niż przez kabel. W tym celu wysoce pożądane jest, aby szczyt masztu był 1 ... 1,5 metra wyższy niż antena. Maszt można przedłużyć za pomocą kawałka metalowej rury lub grubego pręta (drutu), który odprowadzi większość prądu atmosferycznego bezpośrednio do masztu posiadającego obowiązkowe uziemienie odgromowe. Sama antena musi być odpowiednio uziemiona do masztu. Jeżeli nie jest to możliwe ze względu na cechy konstrukcyjne, należy zamontować iskierniki. Od kabla zasilającego antenę wykonaj kilka zwojów tuż poniżej punktu zasilania anteny. Ta część prądu, która jeszcze „wleci” do kabla, napotka rezystancję indukcyjną dławika koncentrycznego, która jest znaczna dla krótkiego impulsu, i spowoduje spadek napięcia na nim. Napięcie to przebije się przez szczelinę ograniczników, powstały łuk utworzy ścieżkę upływową dla prądu do ziemi przez maszt z mniejszymi przeszkodami niż przez kabel. Uziemienie masztu należy połączyć oddzielnym przewodem o dużym przekroju (co najmniej 50 mm2) z uziemieniem domu, aby w przypadku uderzenia pioruna wyrównać potencjały uziemienia. Wszystkie powyższe środki nie eliminują całkowicie przepięć na sprzęcie, ale pozwalają na ich redukcję do akceptowalnych, nieniszczących wartości. Niemniej jednak pożądane jest podjęcie dodatkowych środków ochronnych w samym sprzęcie - pożądane jest zainstalowanie rezystora o wartości nominalnej 100 ... 200 kOhm na wejściu odbiornika. Na złączu przyłączeniowym anteny znajduje się iskiernik o minimalnym napięciu zapłonu (o ile nie działa z sygnału własnego nadajnika). W obecności SU lub LPF, wykonanych zgodnie ze schematem pętli P, rolę tę z powodzeniem pełni wyjściowy KPI z przerwą powietrzną (minimalną możliwą!). SU w kształcie litery T, stojące na wyjściu większości transiwerów przemysłowych, w tej sytuacji nie nadają się - iskra wyładowcza „przelatuje” przez nie, prosto do wyjścia nadajnika. W obwodach przewodów (kabli) sterujących skrzyniami biegów i przełącznikami wychodzącymi z anteny konieczne jest zainstalowanie warystorów, lub lepiej ograniczników. I na koniec należy pamiętać, że gdy zbliża się burza, konieczne jest całkowite odłączenie wszystkich kabli antenowych od sprzętu, a tego ostatniego od sieci! Autor: I.Gonczarenko
Nowy sposób kontrolowania i manipulowania sygnałami optycznymi
05.05.2024 Klawiatura Primium Seneca
05.05.2024 Otwarto najwyższe obserwatorium astronomiczne na świecie
04.05.2024
▪ Hybryda z wtyczką Hyundai Sonata ▪ Wbudowany w samochód alkomat zablokuje silnik
▪ sekcja witryny Nadzór audio i wideo. Wybór artykułu ▪ artykuł To wstyd dla państwa. Popularne wyrażenie ▪ artykuł Czy wszystkie małpy są równie mądre? Szczegółowa odpowiedź ▪ artykuł Zastępca szefa administracji miasta. Opis pracy ▪ artykuł Lampa-półprzewodnik UMZCH. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki ▪ artykuł Dwa tuziny jaj z ust asystentki. Sekret ostrości
Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn
www.diagram.com.ua |
Zobacz inne artykuły Sekcja 
Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:
Wszystkie języki tej strony