7.7.2.2. Молниезащита горизонтальных и проволочных антенн

Большие горизонтальные и наклонные КВ антенны (диполи, рамочные, длинные провода) почти никогда не удается разместить целиком в защитной зоне молниеотводов. Для них разумнее всего использовать третий подход (п. 7.7.1): допустить возможность частичного разрушения антенной системы при условии недорогого ремонта и сохранности аппаратуры.

Если антенна сделана из трубок (например, Уда-Яги на металлической траверсе и мачте), то обычно большая часть антенны имеет сечение >100 мм2. Если кабель питания антенны провести до земли внутри металлической мачты и далее под землей (как для вертикальных антенн, включая требования к кабелю см. п. 7.7.2.1), то такую систему можно использовать в качестве молниеотвода. При ударе молнии могут быть повреждены (согнуты, оплавлены) лишь тонкие трубки концов элементов и мы на это соглашаемся.

При такой антенной системе дорогостоящей ошибкой является отведение кабеля в сторону от заземленной мачты выше уровня земли или даже сразу от антенны в сторону помещения, где расположена радиостанция. Оплетка кабеля, расположенного столь неграмотным образом, будет служить прямым путем для части тока разряда молнии в аппаратуру.

Но ведь далеко не всегда возможно провести антенный кабель под землей (например, многоэтажный дом). В таком случае кабель должен идти внутри мачты и далее вдоль токоотвода молниезащитного заземления как можно ниже. А в месте вынужденного ухода кабеля в сторону ставится устройство защиты рис. 7.18, описанное ниже. Его смысл в том, чтобы направить основной разряд в токоотвод и далее в молниеприемное заземление. И ограничить до безопасных величин всплески тока и напряжения в фидере, идущем к радиостанции.

Но вернемся к нашим антеннам. Если КВ антенна проволочная, то чаще всего она вообще не имеет мачты в центре и линия питания свободно свисает вниз. Поэтому из механических соображений линия питания делается легкой и, соответственно, тонкой, как и антенна. Молниезащита такой антенны не имеет экономического смысла. Пусть при ударе молнии они горят, т.к. заменить их дешевле и легче, чем защитить.

Но этого нельзя сказать про часть фидера, идущую внутри дома (представьте, что будет с жилищем, если фидер вспыхнет), и про дорогую приемно-передающую аппаратуру.

Поэтому мы делим антенно-фидерную систему на две зоны: опасную (в которой допускаются повреждения при даре молнии, в данном случае это сама антенна и верхняя часть фидера) и безопасную (в которой повреждений не будет: часть фидера в доме и аппаратура).

Пример с проволочной дипольной антенной показан на рис. 7.18. Всё выше границы (отмечена пунктиром) при попадании молнии может быть повреждено. А всё, что ниже – останется целым. При попадании молнии в антенну или незащищенную часть фидера её ток уйдет в молниеприемное заземление через токоотвод (обычный для токов молнии) и устройство защиты. А в защищенном фидере и подключенной к нему аппаратуре остаточные импульсы тока не приведут к повреждениям.


Рис. 7.18.

Схема устройства защиты для коаксиального фидера показана на рис. 7.19. При ударе молнии в антенну её ток с незащищенного фидера стекает в токоотвод и далее в молниеприемное заземление либо прямо с оплетки, либо через разрядник HL1. Этот разрядник должен иметь напряжение зажигания в ~1,5 раза выше, чем максимальное пиковое напряжение в фидере при нормальной работе передатчика (с учетом КСВ) и ток, соответствующий полному току молнии 100 … 200 кА в зависимости от класса защиты (п. 7.5).

Дроссель, намотанный коаксиальным кабелем, должен отвечать следующим требованиям:

Помимо молниезащиты такой дроссель будет отсекать паразитные токи ВЧ по оплетке фидера при обычной работе антенны.


Рис. 7.19.

Выходной разрядник HL2 должен иметь напряжение пробоя чуть меньшее, чем HL1, и вдесятеро меньший ток разряда. Назначение HL1 – ограничить выбросы напряжения на защищенном фидере, идущем вниз к радиостанции.

Следует пояснить, почему дроссель, показанный на рис. 7.19 эффективен против выбросов при ударе молнии. Ведь это обычный развязывающий дроссель (п. 5.5.4), который эффективен только против синфазных помех. А молния явно не ударит сразу в обе половинки антенны (т.е. синфазно). Да, молния этого не сделает. Но это сделали мы, включив на входе разрядник HL1. В какую бы половинку антенны молния не ударила, HL1 загорится, и выровняет (с небольшой разницей на зажигание и горение разрядника) напряжения на оплетке и центральной жиле, т.е. сделает импульс молнии синфазным для дросселя. Поэтому дроссель его эффективно ослабит.

В идеале защитное устройство должно располагаться на уровне грунта, а защищенная часть фидера проходить под землей внутри стальной трубы, которая заодно будет и шиной заземления для радиостанции. Это, в принципе, можно организовать, если вы живете на своей земле. Но в многоэтажном доме такой подход нереален. Поэтому защитное устройство вынужденно располагают на высоте своего этажа, используя в качестве токоотвода внешнюю шину заземления дома.

При таком вынужденном решении на входе дросселя напряжение при ударе молнии будет выше на величину падения на токоотводе, т.е. на десятки … сотни киловольт в зависимости от расстояния между точкой подключения защитного устройства и молниезащитным заземлением дома. Это напряжение будет дополнительно приложено к дросселю. С этой прибавкой напряжения дроссель, скорее всего, справится. Но возникнет другая проблема: если на радиостанции есть провода, подключенные непосредственно к молниеприемному заземлению (например, ноль питающей сети), то между ними и экраном фидера возникнут большие выравнивающие токи. Их источник – импульсное падение напряжения на индуктивности токоотвода между точками подключения защитного устройства и молниеприемным заземлением. На пути этих токов будет наш дроссель. Он их уменьшит, но не устранит совсем, что надо учитывать.

Вариант защитного устройства в случае фидера из двухпроводной линии показан на рис. 7.20. Он отличается более сложным симметричным разрядником, предназначенным для двухпроводных линий. В случае отсутствия такого разрядника вместо него можно использовать два обычных (соединив два вывода разных разрядников вместе на токоотвод).


Рис. 7.20.

На главную - Main page