Радио списание 1 брой 2002 г.
Игор ГОНЧАРЕНКО (DL2KQ-EU1ТТ)
Според статистиката в Централна Европа средно от един до пет мълнии годишно 1 се случват на квадратен километър. С други думи, по същество можете да сте сигурни, че на всеки няколко години ще се случи мълния на разстояние не повече от 100 м от вашата антена (на юг и в планинските райони тази вероятност е по-висока, отколкото на север и в равнините ). И ако е така, ще бъде много по-разумно да се подготвите за него предварително, отколкото да изчислите загубите по-късно - в транзисторните приемо-предаватели, в този случай не само "летят" входните вериги на приемника, но и изходните транзистори на предавателя навън ".
Какви са опасностите за любителска екипировка е гръмотевична буря?
1. Бавно натрупване на статичен потенциал и неговите резки промени при разряди далеч от антената (няколкостотин метра или повече).
Ако антената или половината от нея е DC изолирана от земята (например GP или симетричен дипол), тогава върху нея могат да се натрупват високи статични потенциали преди и по време на гръмотевична буря.
Нека разгледаме един пример. На височина от два километра виси гръмотевичен облак с потенциал от 2 MB (мегаволта!) И потенциалът в близост до земята в този случай е нула. Този гигантски кондензатор има сила на статично електрическо поле от 1 kV/m. Тоест, върху антена, изолирана от земята, например дипол или LW, висящ на височина 10 m, се появява статичен потенциал от около 10 kV.
При източване създава треска и шумолене в приемника. Когато облакът се разреди (към друг облак или на земята далеч от въпросната антена), потенциалът на облака, а оттам и антената, рязко ще намалее до почти нула. Импулс с амплитуда 10 kV, генериран върху антената, е повече от достатъчен, за да деактивира приемо-предавателя.
2. Ако разрядът на мълнията в земята се случи недалеч от къщата ви (конвенционално - няколко десетки метра), тогава възникват нови опасности, свързани не само с антената, но и със захранващата мрежа и земните вериги. В допълнение към рязката промяна в силата на полето и свързаната с това промяна в потенциала на всички близки проводници се появяват индуцирани токове. Разрядният ток в канала на йонизираната мълния през първите 1.10 μs достига стойности от 20.500 хиляди ампера и след това пада до нула в рамките на 200.1000 μs. Тези огромни токове индуцират вторични напрежения във всички близки проводници. Формира се един вид трансформатор, където първичната намотка е мълниеносният канал и гръмоотводът, а вторичният е околните проводници. Коефициентът на предаване на този трансформатор, в зависимост от разстоянието до проводника, по принцип е много малък. Но дори и с коефициент на усилване 0,001, токови импулси в затворените контури на околните проводници (например земната верига) могат да достигнат стотици ампери и да повредят устройства, свързани към тези контури. Ако веригата не е затворена и разликата между нейните краища е малка, тогава напрежението, индуцирано във веригата, достигащо много десетки киловолта, може да пробие през нея.
Пример за това е изцяло метален гама-съвпадащ канал за вълни, монтиран на добре заземена мачта и захранван от кабел, простиращ се от мачтата под ъгъл. В радиозалата кабелът е свързан с приемо-предавател, който няма допълнително заземяване. На пръв поглед изглежда, че не е необходимо - мачтата е надеждно заземена, антената е изцяло метална, доброто заземяване се осигурява чрез кабелната обвивка. Но. при близък удар на мълния в отворената верига се предизвиква напрежение "земя-мачта-кабел-приемо-предавател", което ще търси изход в участъка на прекъсването на веригата - между приемо-предавателя и най-близката "земя". В резултат на това ще има или пробив на земята през захранващата мрежа 220 V, или дъга до най-близката "земя" (например отоплителни тръби). Ясно е, че нито едната, нито другата опция не обещава нищо добро на трансивъра.
3. И накрая, най-редкият, но и най-тежък случай е директен удар на мълния в антената или гръмоотвода-мачта, на който е монтирана антената. Като начало трябва да има гръмоотвод (тоест път за мълниеносния ток в земята). В негово отсъствие стотици хиляди ампери разряден ток ще потекат към земята по път, който им се струва най-кратък. И ако вашият кабел и оборудване за окачване се срещнат по пътя, тогава малко ще остане от тях.
Нека разгледаме два примера.
Първи пример. Гръмоотводът е направен като отделна конструкция и е свързан с дебел проводник към общата земя на къщата; антената е разположена много по-ниско от гръмоотвода. Нека да видим какво се случва, когато удари мълния. Да приемем, че съпротивлението на заземяването на гръмоотвода е 2 Ohm (това е много добро заземяване). В случай на удар на мълния с пиков ток от 200 хиляди ампера (средна стойност), потенциал от около 400 kV ще се появи на наземната шина и на всички устройства, свързани към нея (включително неутралния проводник на мрежата). Очевидно в точка, отдалечена от къщата, потенциалът на земята ще остане нула и всички 400 kV се прилагат към неутралния проводник на мрежата, избивайки предпазителите. Това е най-малката загуба при директен удар от мълния.
Втори пример. Свободно стояща и добре заземена мачта със заземяващо съпротивление от 2 ома съдържа изцяло метален вълнов канал. Спускащият кабел минава по мачтата и след това по земята към радиозалата. Помещението разполага със собствено висококачествено заземяване. В случай на удар на мълния с пиков ток от 200 хиляди ампера, потенциалът на земята в основата на мачтата ще бъде 400 kV и ще намалее до страните на мачтата, образувайки така наречената "фуния за напрежение". Потенциалът на земята около сградата ще бъде по-малък, отколкото в основата на мачтата. Да кажем, че става 100 kV. И тези 100 kV ще направят същото, както е описано в първия пример, но това не е краят му. Потенциалът на обвивката на антенния кабел ще бъде 400 kV, а земният потенциал в радиозалата е само 100 kV. За кабела се прилага разлика от 300 kV. Поради малкото си напречно сечение, оплетката му няма да може да пропусне голям изравнителен ток и кабелът ще изгори. Ще бъде късмет, ако всичко това е ограничено, ако не, приемо-предавателят също ще бъде повреден. Дори ако кабелът (както трябва да бъде по време на гръмотевична буря) е напълно откачен, но лежи не много далеч от заземените обекти на помещението, тези 300 kV са в състояние да пробият няколко десетки сантиметра въздух с дъгов разряд. Ето защо всички кабели, идващи от антената, трябва да бъдат напълно изключени по време на гръмотевична буря и да бъдат отстранени достатъчно далеч.