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라디오 전자 및 전기 공학의 백과사전 뇌우, 정적 및 안테나. 무선 전자 및 전기 공학 백과사전
뇌우 활동 기간 동안 안테나와 안테나에 연결된 장비의 안전한 작동 문제는 아마추어 무선 문헌에서 수시로 논의되었습니다. 그럼에도 불구하고 아마추어 라디오 방송국을 만들 때 단파 및 초단파 라디오 운영자는 이러한 문제에 마지막으로주의를 기울이고 유명한 러시아인이 "아마도 이어질 것"을 바라고 있습니다. 그러나 이것은 근본적으로 잘못된 것입니다. 왜냐하면 ... 통계에 따르면 중부 유럽에서는 연간 평방킬로미터당 평균 100~XNUMX번의 낙뢰가 발생합니다. 즉, 몇 년에 한 번씩 안테나 XNUMXm 이내에서 번개가 칠 것이라는 것을 본질적으로 확신할 수 있습니다(남쪽과 산악 지역에서는 이 확률이 북쪽과 평원보다 높습니다). 그렇다면 나중에 손실을 계산하는 것보다 미리 준비하는 것이 훨씬 더 합리적일 것입니다. 트랜지스터 트랜시버에서는 수신기의 입력 회로뿐만 아니라 송신기의 출력 트랜지스터도 일반적으로 "날아가는" 것입니다. 아마추어 장비가 뇌우를 동반하는 위험은 무엇입니까? 1. 천천히 축적되는 정전기 전위와 안테나에서 멀리 떨어진 방전(수백 미터 이상)으로 인한 급격한 변화. 안테나 또는 안테나의 절반이 접지로부터 DC 절연되어 있는 경우(예: GP 또는 대칭형 쌍극자) 뇌우 전과 뇌우 중에 높은 정적 전위가 안테나에 축적될 수 있습니다. 그러한 예를 생각해 봅시다. 2km 높이에는 1MB(메가볼트!)의 잠재력을 지닌 뇌운이 걸려 있으며, 이 경우 지면 근처의 잠재력은 10입니다. 이 거대한 축전기는 10kV/m의 정전기장 강도를 가지고 있습니다. 즉, 지상에서 분리된 안테나(예: 다이폴 또는 LW)에서 XNUMXm 높이에 매달려 있으면 약 XNUMXkV의 정적 전위가 나타납니다. 아래로 흐르면서 리시버에서 딱딱거리는 소리와 바스락거리는 소리가 발생합니다. 구름이 (다른 구름이나 고려 중인 안테나에서 멀리 떨어진 지면으로) 방출되면 구름의 전위와 결과적으로 안테나의 전위가 갑자기 거의 10으로 감소합니다. 안테나에 형성된 XNUMXkV 진폭의 펄스는 트랜시버를 비활성화하기에 충분합니다. 2. 집에서 멀지 않은 곳(조건부로 수십 미터)에서 지상으로 번개 방전이 발생하면 안테나뿐만 아니라 전원 공급 장치 네트워크 및 접지 회로와 관련된 새로운 위험이 발생합니다. 전계 강도의 급격한 변화와 주변의 모든 도체 전위의 관련 변화 외에도 유도 전류가 나타납니다. 처음 1~10μs 동안 이온화된 번개 채널의 방전 전류는 20~500암페어의 값에 도달한 다음 200~1000μs에서 0,001으로 떨어집니다. 이러한 엄청난 전류는 근처의 모든 전선에 XNUMX차 전압을 유도합니다. XNUMX차 권선이 피뢰침 채널과 피뢰침이고 XNUMX차 권선이 주변 전선인 변압기와 같은 것이 형성됩니다. 전선까지의 거리에 따라 달라지는 이 변압기의 전송 계수는 원칙적으로 매우 작습니다. 그러나 전송 비율이 XNUMX이더라도 주변 전선의 폐쇄 루프(예: 접지 루프)의 전류 펄스는 수백 암페어에 도달하여 이러한 루프에 연결된 장치를 손상시킬 수 있습니다. 회로가 닫혀 있지 않고 끝 사이의 간격이 작으면 회로에 유도된 전압이 수십 킬로볼트에 도달하여 회로를 통과할 수 있습니다. 예를 들어 잘 접지된 마스트에 장착되고 마스트에서 비스듬히 연장된 케이블로 전원을 공급받는 전체 금속 감마 매칭 웨이브 채널이 있습니다. 무선국실에서 케이블은 추가 접지가 없는 트랜시버에 연결됩니다. 언뜻보기에는 필요하지 않은 것 같습니다. 마스트는 안정적으로 접지되고 안테나는 모두 금속이며 케이블 피복을 통해 양호한 접지가 제공됩니다. 그러나... 개방형 "접지-마스트-케이블-트랜시버" 회로에 낙뢰가 닥치면 전압이 유도되어 회로 차단 부분(트랜시버와 가장 가까운 "접지" 사이)에서 콘센트를 찾습니다. . 결과적으로 220V 공급 네트워크를 통해 접지 오류가 발생하거나 가장 가까운 "접지"(예: 난방 파이프)에 아크가 발생합니다. 어느 옵션도 트랜시버에 좋은 것을 약속하지 않는다는 것이 분명합니다. 3. 그리고 마지막으로, 가장 드물지만 가장 심각한 경우는 안테나가 설치된 피뢰침이나 안테나에 직접적인 낙뢰가 치는 경우입니다. 피뢰침(즉, 낙뢰 전류가 지면으로 전달되는 경로)이 있어야 한다는 사실부터 시작하겠습니다. 그것이 없으면 수십만 암페어의 방전 전류가 가장 짧은 경로를 따라 지구로 흐를 것입니다. 그리고 드롭 케이블과 장비가 이 경로에서 만나면 거의 남지 않습니다. 두 가지 예를 고려해 보겠습니다. 첫 번째 예. 피뢰침은 별도의 구조로 제작되어 두꺼운 전선으로 집의 공통접지와 연결되어 있으며, 안테나는 피뢰침보다 훨씬 낮은 위치에 있습니다. 번개가 칠 때 어떤 일이 일어나는지 봅시다. 피뢰침의 접지 저항이 2Ω이라고 가정해 보겠습니다. 이는 매우 좋은 접지입니다. 최대 전류가 200암페어(평균값)인 낙뢰가 발생하는 경우 접지 버스 및 이에 연결된 모든 장치(네트워크의 중성선 포함)에 약 400kV의 전위가 나타납니다. 분명히 집에서 멀리 떨어진 지점에서는 접지 전위가 400으로 유지되고 XNUMXkV가 모두 네트워크의 중성선에 적용되어 퓨즈가 끊어집니다. 이는 직접 낙뢰에서 가장 작은 손실입니다. 두 번째 예. 접지 저항이 2옴인 독립형 및 접지가 잘 된 마스트에는 순금속 웨이브 채널이 있습니다. 드롭 케이블은 마스트를 따라 이어진 다음 지상을 거쳐 라디오 방송국까지 연결됩니다. 방에는 자체 고품질 접지가 있습니다. 최대 전류가 200암페어인 낙뢰가 발생하는 동안 마스트 바닥의 접지 전위는 400kV가 되고 마스트에서 멀어질수록 감소하여 소위 "전압 깔대기"를 형성합니다. 건물 주변의 접지 전위는 마스트 바닥보다 낮습니다. 100kV가 된다고 가정해보자. 그리고 이 100kV는 첫 번째 예에서 설명한 것과 동일한 작업을 수행하지만 문제는 이에 국한되지 않습니다. 안테나 케이블 편조의 전위는 400kV이고 라디오 방송국 실의 접지 전위는 100kV에 불과합니다. 케이블에는 300kV의 차이가 적용됩니다. 브레이드는 단면적이 작기 때문에 큰 균등화 전류를 전달할 수 없으며 케이블이 소손됩니다. 모든 것이 이것으로 제한되면 운이 좋을 것입니다. 그렇지 않으면 트랜시버도 손상됩니다. 뇌우 중에 케이블이 완전히 분리되었지만 실내의 접지된 물체에서 그리 멀지 않은 경우에도 이 300kV는 아크 방전으로 수십 센티미터의 공기를 관통할 수 있습니다. 그렇기 때문에 뇌우 중에는 안테나에서 나오는 모든 케이블을 완전히 분리하고 충분히 멀리 제거해야 합니다. 피뢰침의 보호 구역(직접 낙뢰를 두려워할 수 없음)은 피뢰침 끝에 꼭지점이 있고 지면 근처의 반경이 약 3인 원뿔이라는 점을 명심해야 합니다. 피뢰침 높이의 /4. 파괴를 방지하는 방법은 무엇입니까? 이전 섹션에서 설명한 세 가지 이유가 동일할 가능성이 있다는 점은 분명합니다. 정적 잠재력은 모든 사람이 여러 번 접하게 되는 것입니다. 뇌우 때만 그런 것이 아닙니다. 인근 번개로 인한 유도 전류도 평균적으로 거의 모든 사람이 몇 년에 한 번씩 경험해야 합니다. 아마도 운명은 직접적인 번개로부터 당신을 구할 것입니다. 그러나 우연에 의존하지 않고 그러한 가능성에 대해 미리 생각하는 것이 좋습니다. 더 저렴할 거예요! 따라서 안테나 설계 단계에서 정전기 방지 작업을 시작하는 것이 좋습니다. 직류에 의해 접지에 완전히 폐쇄된 설계(접지된 트래버스의 루프 쌍극자, 루프 GP, 감마 및 오메가 매칭이 있는 안테나, J-안테나 등)를 선택하는 것이 거의 항상 가능합니다. 안테나가 접지에 폐쇄되지 않은 경우 그런 다음 안테나 시트와 접지된 마스트(또는 동축 케이블 브레이드) 사이에 연결된 100kΩ의 XNUMX개(불균형 안테나용)와 XNUMX개(대칭형) XNUMX와트 저항기의 상황을 눈에 띄게 개선합니다. 이 저항기는 천천히 축적되는 정전기를 제거하기 위한 회로를 생성하며 뇌운의 높이와 전위에 따라 최대 수십 볼트까지 방전 중에 수신기 입력에서 전압 서지를 줄입니다. 그러나 방전의 경우에만 안테나에서 경로가 크게 제거됩니다. 강한 정전기 방전으로 인해 집에서 만든 어레스터를 안테나 시트에 부착하는 것이 좋습니다. M5-M8 볼트는 끝이 날카롭게 날카롭습니다. 볼트 끝은 접지 플레이트에 1~1,5mm(볼트를 돌려 조정 가능) 정도 맞아야 합니다. 유도 전류 발생을 방지하려면 링 형태로 만들어진 접지 버스바를 피해야 하며, 모든 장치는 하나의 공통 접지에 별 형태로 연결되어야 합니다. 넓은 면적의 폐쇄 회로가 있는지 와이어 경제성을 주의 깊게 분석하고 제거하십시오. 여기서 위험은 폐쇄 회로 자체가 아니라 이에 연결된 장치에 있습니다. 루프 안테나에는 매우 중요한 전압이 유도되며, 스파크 갭을 제거하려면 가능한 가장 작은 간격(1 ... 2 mm)으로 전원 지점에 스파크 갭을 설치해야 합니다. 여기서 저항으로는 충분하지 않습니다. 가능하다면 안테나 감소 케이블을 금속 파이프에 깔거나 땅에 묻어 두는 것이 좋습니다. 직접적인 낙뢰로부터 보호하려면 두 가지 다른 작업을 해결해야 합니다. 첫 번째는 접지가 잘 된 고품질 피뢰침을 만드는 것입니다. 피뢰침 자체와 접지선은 단면적이 50mm2 이상이고 날카로운 구부러짐이 없는 재료로 만들어져야 합니다. 이로 인해 인덕턴스가 증가하고, 번개처럼 짧고 높은 펄스의 경우 적은 양의 인덕턴스라도 저항이 증가합니다. 수천 암페어로 측정된 전류에서 몇 옴 정도의 유도성 리액턴스에서 매우 큰 전압이 방출됩니다. 두 번째 문제는 실제로 희귀한 라디오 아마추어가 피뢰침 마스트를 사용하여 안테나를 배치하려는 유혹을 받지 않기 때문에 발생합니다(사실 언제 번개가 치고 여기에서는 높은 마스트가 유휴 상태입니까!). 그리고 이 작업은 낙뢰 방전 전류가 대부분 접지된 마스트를 통과하고 안테나를 장비에 공급하는 케이블을 최소한으로 통과하는지 확인하는 것입니다. 케이블. 이를 위해 마스트 상단이 안테나보다 1 ~ 1,5m 더 높은 것이 매우 바람직합니다. 마스트는 금속 파이프 조각이나 두꺼운 막대(와이어)를 사용하여 확장할 수 있으며, 이는 필수 낙뢰 보호 접지를 통해 대부분의 대기 전기를 마스트에 직접 전환합니다. 안테나 자체는 마스트에 적절하게 접지되어야 합니다. 설계 특성상 이를 수행할 수 없는 경우 스파크 갭을 설치해야 합니다. 안테나 전원 케이블에서 안테나 피드 포인트 바로 아래로 몇 바퀴 돌립니다. 케이블로 여전히 "비행"할 전류 부분은 짧은 펄스에 대해 상당한 동축 초크의 유도 저항을 만나 전압 강하를 생성합니다. 이 전압은 어레스터의 간격을 뚫고 발생하며, 결과적인 아크는 케이블을 통할 때보다 방해가 덜한 마스트를 통해 전류가 접지로 흐르는 누설 경로를 생성합니다. 번개가 칠 경우 접지 전위를 균등화하기 위해 마스트의 접지는 큰 단면적(최소 50mm2)의 별도 와이어로 주택 접지에 연결되어야 합니다. 위의 모든 조치가 장비의 전압 서지를 완전히 제거하지는 못하지만 이를 허용 가능한 비파괴 값으로 줄일 수 있습니다. 그럼에도 불구하고 장비 자체에서 추가 보호 조치를 취하는 것이 바람직합니다. 수신기 입력에 공칭 값 100 ... 200 kOhm의 저항을 설치하는 것이 바람직합니다. 안테나 연결 커넥터에는 최소 점화 전압의 스파크 갭이 있습니다(자체 송신기의 신호에서 작동하지 않는 경우에만). P-루프 방식에 따라 만들어진 SU 또는 LPF가 있는 경우 이 역할은 공기(가능한 최소!) 간격을 두고 출력 KPI에 의해 성공적으로 수행됩니다. 이 상황에서 대부분의 산업용 트랜시버의 출력에 있는 T자형 SU는 부적합합니다. 방전 스파크가 이를 통해 송신기 출력으로 바로 "날아갑니다". 안테나에서 나오는 기어박스 및 스위치를 제어하기 위한 전선(케이블) 회로에는 배리스터 또는 더 나은 어레스터를 설치해야 합니다. 그리고 마지막으로 뇌우가 다가오면 모든 안테나 케이블을 장비에서 완전히 분리하고 후자는 네트워크에서 완전히 분리해야 한다는 점을 기억해야 합니다! 저자: I.Goncharenko
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