Антенны КВ Молниезащита любительской радиостанции
Действительно ли существует опасность того, что “небо упадёт нам на головы”?
Молниезащита нашей радиостанции и нашего дома — это всегда шаг в правильном направлении. Давайте посмотрим, как это делается, и рассмотрим некоторые факты, а также мифы, которые циркулируют о феномене молнии. …
Бесстрашные галлы боялись одного: не позволить небу упасть им на голову… Примерно то же самое происходит и с радиолюбителями: единственное, что по-настоящему пугает нас, — это попадание молнии в одну из наших антенн… Кто из нас слышал: “Удар молнии поразит все установленные вами антенны!”
Насколько вероятно, что молния в конечном итоге поразит нас?
Существует множество мифов, созданных нами, и множество других, в которых мы не виноваты. По статистике, риск прямого удара молнии не так высок.… Риск прямого удара молнии может быть статистически невелик, но ощущение её “усов”, как мы говорим, происходит очень часто…
То, как создаётся молния, не является нашей главной заботой как радиолюбителей. Что нам нужно знать, в отличие от того, что принято считать, так это то, что, с одной стороны, мы не можем отразить это, а с другой стороны, с нашими средствами противостоять этому непросто!
Итак, в конце концов, чем рискуем?
Большую часть времени мы подвергаемся опасности из-за скачков напряжения, которые создаёт молния на более широкой территории.
Но как грозовой разряд может попасть в любительскую радиостанцию?
От наших ”соединений» с внешним миром, или, правильнее сказать, от любого кабеля, который входит в нашу станцию или выходит из неё:
» От телефонной линии.
» От линии электропередачи КПП.
» От линии питания нашей антенны.
» От кабелей управления ротором, переключателем, антенной (steppir)
» С земли (!!!)
Итак, мы должны иметь в виду, что для хорошей молниезащиты каждое соединение нашей станции с внешним миром должно быть защищено! Всё, что входит в наш шэк, должно быть защищено, чтобы оно не принесло ничего плохого. В большинстве случаев недостаточно просто установить молниеотвод на коаксиальный кабель нашей антенны и, по крайней мере, не отсоединять антенны и не отключать их во время грозы!!!
(Кстати, на фото выше: Самый большой кошмар для радиолюбителей … Молния “ударяет” рядом с антенной)
Но давайте рассмотрим случаи один за другим…
От телефонной линии
Это очень распространенное явление. Телефонные компании должны устанавливать на линии устройства защиты от перенапряжений. К сожалению, они не всегда существуют или иногда их обслуживание является неполным, и они не работают должным образом. Таким образом, перенапряжение может распространяться далеко. Обычно это приводит к повреждению маршрутизатора – DSL-модема, телефонных устройств, сетевой карты нашего компьютера, любого коммутатора Ethernet, веб-камер, VOIP, удалённого доступа (если он у нас есть) или чего-либо ещё, подключенного к маршрутизатору…
Как нам поступить в этом случае?
Самое меньшее, что мы можем сделать, это подключить телефонную линию через ИБП (когда наш ИБП оснащён такой функцией защиты линии) или через различные шнуры питания, которые имеют защиту телефонной линии.
К сожалению, это не обеспечивает нам достаточной защиты.
Также хорошим решением является беспроводное подключение устройств!
Однако лучшим решением является установка специального устройства защиты от перенапряжения на телефонной линии.
Это для SPD, которые также поддерживают ADSL (рис. 2).
Они производятся несколькими компаниями, и на рынке можно найти множество таких устройств.
Вот одно из них на рисунке 2 (см. слева): Hager SPN 505
Существуют также устройства молниезащиты для защиты кабелей Ethernet (рис. 3). Конечно, это не обязательно потребуется, если у нас есть защита на телефонной линии, но это не так дорого (особенно из Китая). Вы можете найти их на ebay, выбрав молниеотвод RJ45.
Вы можете разместить их между маршрутизатором и любым дорогостоящим оборудованием, которое есть в shack, и подключить к маршрутизатору с помощью кабелей Ethernet. Не забывайте всегда сохранять провод заземления как можно более аккуратным, потому что длинный провод может иметь большее сопротивление, чем путь к заземлению через сам кабель Ethernet.
От линии электропередачи
Это очень распространённое явление. Сколько раз у соседей не включался телевизор, и они винили в этом нас? Часто случается, что молния ударяет где-то далеко и сильный скачок напряжения проходит по линиям электропередачи, достигая нашего дома. Это повреждает любое устройство с чувствительной электроникой, то есть, в случае современного дома, всё! Радиоприёмники (обычно наши источники питания), роторы, кондиционеры (особенно инверторы), холодильники (более новые), телевизоры, видео, стереосистемы, бойлеры (схема управления), маршрутизаторы и т.д.
Как мы защищаем себя от этих скачков напряжения?
Правильным решением является установка устройства защиты от перенапряжения типа T1/ T2 И установка защиты от перенапряжения на штекерной розетке для каждого устройства отдельно (тип T3, а также SPD на рейке T3, если в распределительной электрической панели есть место) (рис.4 см. слева). Для домов в сельской местности или в местах повышенной опасности требуются как SPD, так и T2, а также розетки T3. Для домов в городском районе достаточно розеток типов T2 и T3. Модули SPD T1 и T2 можно найти в магазинах электротоваров. ВНИМАНИЕ! Конкретные работы по установке этих устройств молниезащиты в электрическую панель, согласно правилам, должны выполняться лицензированным электриком. Существует опасность поражения электрическим током!
Для SPDS со штекерной розеткой T3 предпочитайте приобретать фирменные изделия, поскольку многие из них не справляются с работой должным образом (они недостаточно быстры или не могут “справиться” с перенапряжением). Будьте осторожны, не подключайте слишком много устройств к каждому из них, так как их мощность ограничена (обычно 16 А). Кроме того, линейные интерактивные и сетевые ИБП (обратите внимание, не все ИБП) могут в значительной степени выполнять эту роль, хотя использование ИБП для этой цели не является лучшим решением.
От наших антенн…
Для начала давайте посмотрим, как защитить саму антенну… Если мы хотим защитить саму антенну, мы должны установить молниеотвод с шипами намного выше. Молниеотводы с шипами предназначены для защиты надстроек. Его необходимо размещать выше антенны, чтобы создать под ней защитный конус. Однако такая установка встречается нечасто. Стоимость ловушки или балуна недостаточно высока, чтобы оправдать такую установку. Особенно если у нас антенны из чистого алюминия без каких-либо схем…
Но как насчёт вышки? Здесь у нас есть проблема… Если молния ударит в вышку и не найдёт другого пути к земле, это нанесёт значительный ущерб фундаменту вышки. Бетонный фундамент сам по себе “повышает” сопротивление грунту, и в случае прямого удара молнии бетонный фундамент треснет от высокой температуры. Это может привести даже к обрушению нашей вышки! Итак, мы должны заземлить вышку. Самый простой способ сделать это — разместить несколько соединенных между собой стержней заземления по периметру вышки и подключить их к опорам самой вышки, чтобы обеспечить хороший путь для попадания молнии на землю.
Теперь, если вышка установлена на крыше нашего дома, всё становится сложнее, особенно если вы живёте в многоквартирном доме. Опять же, к ней должен быть подключен провод заземления, чтобы обеспечить путь молнии к земле. Но будьте осторожны: провод заземления может в любой момент получить напряжение (при ударе молнии) и даже до нескольких тысяч вольт.
Распространённым заблуждением является заземление вышки на водопроводную трубу. Это было бы ошибкой. Все металлическое, например, водяной контур, предполагается, что оно заземлено. Но, с одной стороны, мы не можем гарантировать, что это так, а с другой стороны, мы не можем убедиться, что у нашего заземления низкое сопротивление при подключении к водопроводной трубе. Этот миф, очевидно, пришёл из прошлого, когда в домах было прямое заземление через сеть водоснабжения. Но сегодня, при установке нейтрального провода и при широко распространенном использовании пластиковых водопроводных труб, мы совсем не можем быть уверены, что наши водопроводные трубы вообще заземлены! Не говоря уже о хорошем заземлении…
Разница потенциалов, как вы знаете, означает ток… и это не приводит ни к чему хорошему…
В качестве общего эмпирического правила и наилучшей практики безопасное расстояние провода заземления от других металлических предметов обычно считается равным или более 1 метра. То есть, если провод проходит менее чем в 1 м от металлических перил, окон, металлических желобов и т.д., существует риск возникновения электрической дуги.
После заземления вышки нам необходимо защитить путь к антенне через линию подачи. Для этой цели, в идеале, вы должны:
- Если высота вашей вышки составляет менее 75 футов (~ 23 м), экран следует крепить сверху и снизу. Для более высокой вышки экран следует крепить к вышке через каждые 75 футов.
- И, наконец, повторно заземлить её, установив сетевой фильтр (обычно называемый молниеотводом в мире любительского радио) перед тем, как он попадёт на станцию.
Третий шаг (установка сетевого фильтра / молниеотвода), по крайней мере, считается абсолютно необходимым… Внимание, мы часто выбираем сетевые фильтры, которые подходят:
- для максимальной используемой выходной мощности (например, линейного усилителя)
- максимальная рабочая частота
- характеристическое сопротивление линии передачи (обычно 50 Ом)
Следите за тем, чтобы импеданс соответствовал линии питания (обычно 50 Ом). На рынке представлено множество SPD на 75 Ом, которые используются для защиты телевизоров. Кроме того, имейте в виду, что алюминий и медь плохо сочетаются (гальваническая коррозия)! Поэтому мы не должны подключать медь напрямую к алюминию, это следует делать только с помощью латунных фитингов. В противном случае существует риск того, что медь “съест” алюминий и вскоре хорошего соединения больше не будет. Оцинкованная сталь также не особенно хорошо реагирует на медь, поэтому при необходимости используйте детали из нержавеющей стали…
Рис. 5
Здесь мы должны ещё раз уточнить, что в любом случае громоотвод защищает не весь дом, а только металлическую конструкцию, расположенную под его защитным конусом. Не говоря уже об удалённом громоотводе другого сооружения, находящегося поблизости от нашего дома…
Кабели управления
Каждый кабель, который входит в корпус, должен быть защищён, как упоминалось ранее выше. Поэтому мы не должны забывать защищать кабель ротора, переключатель антенны, кабель SteppIR (если он у нас есть) и многое другое, в зависимости от сложности нашей установки.
Рис. 6
Самое простое решение — купить готовое устройство защиты от грозовых перенапряжений для кабелей управления, подобное устройству от Array solutions на рис. 6. В наличии есть и другие. Все они доступны по относительно высокой цене и почти с одним и тем же недостатком: они выходят из строя!
К сожалению, большинство из них основаны на варисторах (синие на рис. 6), которые теряют часть или все свои свойства при каждом попадании в них. Плохо то, что в большинстве случаев вы не узнаете, когда варистор вышел из строя, если нет визуальных повреждений и если у вас нет высоковольтного тестового оборудования (у кого есть?).… Поэтому в какой-то момент вам придётся заменить их все в качестве меры предосторожности.
Тогда почему бы просто не изготовить их самостоятельно! Как, вы спрашиваете? В каждую линию управления, в каждый кабель мы вставляем варистор и конденсатор, параллельно друг другу, и подключаем к земле. Подходящими варисторами являются V82ZA12P (68 В постоянного тока – 4500A- 2500 пФ – деталь для мыши № 576- V82ZA12P) и в качестве конденсаторов 0,01 мкФ/1500 В постоянного тока (деталь для мыши № 594-S103M69Z5U283L0R). Так просто… Минимальная стоимость. То есть, если у вас семь проводов в роторе, то вам понадобится семь пар таких проводов, что будет совсем недорого.
Рис. 7. Компоненты защиты от перенапряжений размещены между каждым проводом кабеля управления и заземляющей пластиной на входной панели станции, которая, в свою очередь, должным образом заземлена
От земли?
Ну, можем ли мы серьёзно пострадать от реальной земли? Но как? Поскольку заземление предназначено для нашей защиты, верно? Это правильно! Но только когда это сделано правильно!
Прежде всего, все вышеперечисленные методы требуют хорошего заземления. Если заземление плохое (сопротивление высокое), пройдёт ток перенапряжения и приведёт к повреждению! Все сетевые фильтры должны иметь как можно более короткий путь подключения к земле с самым низким сопротивлением. Энергия от удара всегда передаётся на землю по пути наименьшего сопротивления, поэтому, даже если у вас установлен разрядник, он не защитит вас, если не обеспечит альтернативный путь заземления с меньшим сопротивлением, чем кабели, подключенные к вашему оборудованию…
Наилучшей практикой является подведение всех кабелей к общему входу в шэк и создание там входного портала (входной панели), который хорошо заземлён с помощью короткого кабеля на землю (рис. 8).
Рис. 8: Ввод коаксиального кабеля и кабелей управления к радиостанции. Металлическая пластина является точкой заземления всех входящих проводов
Важность хорошего заземления
Здесь часто совершается вторая ошибка: наличие двух или более независимых оснований должны быть “общими, неделимыми и сопутствующими”. Все основания: заземление на молнии, заземление газопровода, заземление линии электропередачи, заземление телефона, заземление шэка, заземление мачты, радиочастотное заземление и любое другое заземление, которое может придумать человеческий разум, должны иметь общий потенциал, и он должен быть равен нулю!
Итак, если нам нужно поместить заземление в положение, отличное от положения заземления линии электропередачи (которое считать уже существующим), мы должны подключить его к существующему, чтобы у них всегда был равный потенциал. В противном случае, в случае удара молнии, из-за сопротивления земли и при ударе молнии в землю, в одном заземлении будет разный потенциал, чем в другом. Разница потенциалов, как вы знаете, означает ток… а это ни к чему хорошему не приводит…
Классическим случаем такого повреждения является то, что в ретрансляторах без дуплексора установлены две отдельные антенны, обычно далеко друг от друга (RX и TX). Если они заземлены, то в случае удара молнии между ними может возникнуть разница потенциалов и … бабах!
Хорошее заземление означает заземление с низким сопротивлением
Сколько ретрансляторов было повреждено таким образом, и не удалось найти причину.… итак, строго ОДНО заземление …. и сделайте его хорошим! В shack очень важно, чтобы все наше оборудование было заземлено таким образом, чтобы оно имело одинаковый потенциал! Да, вы правильно поняли. Даже если она не равна нулю (во время удара молнии это может произойти независимо от того, насколько коротки наши пути к земле), важно, чтобы все наше оборудование было заземлено в одной точке, чтобы у них был общий потенциал. В конце концов, важна разница потенциалов…
Хорошее заземление означает заземление с низким сопротивлением. У большинства из нас нет надлежащих инструментов для его измерения. В городских районах помогает система нейтрали, используемая PPC, которая заземлена, и, следовательно, параллельность заземления. Но мы в любом случае должны обеспечить наилучшее заземление, какое только можем.
Сегодня при строительстве новых зданий обычно требуется заземление фундамента здания, что является наилучшим решением. В качестве альтернативы, самым простым и оптимальным решением является хорошо известный треугольник заземления. В этом случае поместите в землю 3 заземляющих стержня на расстоянии друг от друга, по крайней мере, равном длине стержней, умноженной на 2, и соедините их между собой. Будьте осторожны, потому что в противном случае треугольник не будет работать должным образом.
Однако самая большая проблема заключается в том, что точка заземления обычно заглублена и её невозможно проверить. В грунтовой траншее должен быть служебный вход, в котором будет производиться подключение, чтобы его можно было проверить.
При использовании алюминиевых стержней также требуется особая осторожность. Правила в вашем регионе могут не допускать использования алюминия в качестве стержня заземления, поскольку прямое соединение алюминия с медью вызывает гальваническую коррозию и разрушение соединения. Как упоминалось выше, нам необходимо использовать латунный фитинг или другие специально разработанные контактные наконечники между ними.
Выводы
В заключение, самое важное для хорошей молниезащиты — это хорошее заземление. Она должна быть подобна Святой Троице: общей, сосуществующей и неделимой…
Разница в молниезащите между коммерческой телекоммуникационной вышкой на вершине горы и нашей заключается в качестве системы заземления. Обычно в коммерческой вышке заземление устроено лучше, надёжнее и дороже, чем в любительской. Следовательно, гораздо эффективнее.
Самое важное для хорошей молниезащиты — это хорошее заземление
С этого момента все остальное становится простым. Защитите кабели, ведущие в помещение, и вы будете чувствовать себя в основном непринуждённо.
Того, что описано выше, достаточно для среднего радиолюбителя. Полностью ли защищают вас эти меры? Если молния ударит в непосредственной близости от вас, да. Если она ударит непосредственно в вас, вероятно, нет. Вероятно, потому, что наше заземление будет недостаточно хорошим, чтобы поглотить всю энергию удара без каких-либо “жертв”.
В любом случае, любительская радиостанция не обязана работать 24 часа в сутки. Если мы видим молнию и не хотим получить сердечный приступ, лучше всего немедленно отсоединить разъёмы фидерной линии от нашего оборудования.… И у нас всё должно быть в порядке … то есть если у нас нет двух “разных” оснований …
SV1DPI
