《漫談業(yè)余電臺防雷》word版

1、.漫談業(yè)余電臺防雷1.避雷針：避雷針是用以保護建筑物為主的、可以有效防止雷擊的平安裝置。自1753年富蘭克林創(chuàng)造了避雷針裝置以來，一直沿用至今，除了在加工工藝和便于安裝方面不斷有些改進外，沒有本質(zhì)的變化。避雷針的頂端是削尖的直立金屬棒或管，安裝時要高出建筑物一定高度。單根避雷針的保護范圍大致呈傘狀，是以避雷針尖端為角頂、以建筑物房頂或被保護設(shè)備上外表為底的90100度圓錐角范圍內(nèi)。還有一種簡單的估算方法，避雷針的保護范圍大體上等于以避雷針高度的1·5倍為半徑所作的圓的范圍內(nèi)。對于矩形、復雜形狀以及大范圍的被保護物，可采用兩支或多支避雷針進展保護。避雷針的引下線導雷線應使用截面積35m

2、m2的扁鋼或圓鋼垂直引向地面甚至可以使用銅或不銹鋼材料。引下線應與避雷針及良好的地線焊牢。例如：以12mm低碳鋼做導雷線，其截面積約為113mm2,按電工學的經(jīng)歷，每平方毫米導線的載流量一般為6A左右，113mm2的導線的連續(xù)載流量還不到700A，能承受幾千甚至幾萬安的雷擊電流嗎?由于雷電的放電不是連續(xù)的穩(wěn)恒電流，是放電時間極短的脈沖電流，計算和實測都說明，假設(shè)放電時間1ms時，引下線的"瞬間"載流量取連續(xù)載流量的100200倍是平安的，導線不會過熱及熔斷。所以這條導雷線在瞬間放電時，承受過萬安的脈沖電流是平安的。再引申一步，導雷線與避雷針及地線的連接一定要"牢靠

3、"，要把接觸電阻認真減至"最小"，否那么、后果將是極其嚴重的。例如：某一點的接觸電阻是0.1,假設(shè)放電電流是10000A，那么在這個接觸電阻上的壓降將是1000V，該點在放電瞬間所承受的功率為10000kW！將造成接觸點熔化、爆炸！所以導雷線必須用熔焊進展連接，絕對不能采用壓接、絞接及錫焊。避雷地線應專用，不能借用其它地線。地線可采用專用接地碳棒、厚銅板或不銹鋼板深埋于地下，埋深2m；或用角鋼、鐵管削尖打入地下，深度應為23m。接地棒不應少于2根，間隔 應3m，并遠離其它地線，接地棒與引出線要焊牢。良好的地線，其"接地電阻"應4。在土質(zhì)不好的土

4、壤中埋地線時，可在接地棒附近的土壤中摻入食鹽、碎木炭或其它能降低接地電阻的電解質(zhì)材料，并適量加水夯實，以改善部分土壤條件。上述的地線埋設(shè)方法，也適用于各種設(shè)備的工作和保護地線。地線的引出線要短直不能有硬彎，要使用圓扁裸線。禁用帶護套的軟線或編織線。固定引下線的卡子要開口不能是閉合的環(huán)。2.避雷器：作為避雷針的重要補充，避雷器是電力、電子及通信設(shè)備和系統(tǒng)廣泛采用的避雷裝置。避雷器的作用是當天線、電源、傳輸線路或網(wǎng)絡因雷電感應引起高電壓將造成危險時，避雷器"迅速導通"放電，以保證設(shè)備、系統(tǒng)及人員的平安。雖然按工作原理及構(gòu)造的不同，避雷器有很多種類型，但它們也有共性，就是每個避雷

5、器都有一個在制造時就設(shè)定的"閾值電壓"轉(zhuǎn)折電壓、擊穿電壓。在避雷器兩端的電壓到達閾值電壓前，避雷器呈高阻態(tài)，對設(shè)備正常工作沒有或根本沒有影響；一旦到達閾值電壓時，立即"導通"放電，當其兩端電壓降至閾值電壓以下時，立即截止，恢復到高阻狀態(tài)。空氣間隙放電避雷器：1鋸齒狀尖端放電避雷器：這是目前仍在使用的一種最古老也是最簡單的避雷器,用兩片各帶幾個尖鋸齒的金屬片，將鋸齒相對應固定在絕緣膠版或瓷板上，鋸齒間隙可以調(diào)整，最近的一組鋸齒相距0.51mm,其它各組鋸齒的間隔 逐級增加，共45組。由于簡單易制，以及鋸齒狀放電間隙的電容量很小，放電間隙即擊穿電壓可調(diào)，所以

6、可用于電信、有線播送及無線收信等設(shè)備和線路的保護。2球狀半球狀空氣間隙避雷器：這是由兩個保持一定間隔 的光潔金屬球或半球作為放電體的避雷器，主要用于大功率發(fā)射機天線塔的防雷保護。真空放電避雷器：1玻封放電管：這是已使用了幾十年的一種廣泛用于有線通信和老式 的通用避雷器，在約15×50的真空玻管中，封入兩片相距約0·2mm的金屬片，并分別由兩端引出。為了降低和控制放電電壓值，還要在真放電管中充入少量惰性氣體氖Ne。這種放電管有兩種規(guī)格：240V、360V可供選用。因為電容量大、耐沖擊電流小，已在有線通信系統(tǒng)中淘汰。在小功率業(yè)余電臺中，可勉強在HF低段使用。2電真空開關(guān)：這是近

7、幾年才出現(xiàn)的新型避雷器，采用電子管制造工藝，金屬陶瓷構(gòu)造、高真空不充任何氣體，耐沖擊電流可達40kA。主要用于高壓幾十千伏或更高輸配電系統(tǒng)。3小型陶瓷放電管：這也是近幾年才出現(xiàn)的一種新型的避雷和浪涌電壓抑制元件。簡單的說，可將其看作是一個低電容量的壓控對稱開關(guān)，在被保護設(shè)備正常工作時，放電管電阻為G級，當?shù)竭_擊穿電壓時，放電管迅速導通放電，電阻跌至1以下。浪涌消失后，又恢復到高阻狀態(tài)。其標稱擊穿電壓為901000V；耐沖擊電流為520kA，有多種規(guī)格可滿足不同設(shè)備的需要。由于其性能優(yōu)良，剛研制成功不久即被世界幾大著名通信、電子和計算機廠家采用，廣泛應用于各類產(chǎn)品中。目前，東南亞及我國南方有些小

8、廠也開場消費放電管，但質(zhì)量參差不齊，主要是開關(guān)速度和可靠性差距較大。使用時應選擇符合ITU-TK.12和我國GB9403標準的產(chǎn)品。該產(chǎn)品非常適宜中小功率電臺的需要，由于其極小的電容量實測1pF，可直接并聯(lián)在HF、VHF、UHF電臺的天線端子上，既可防雷擊、又可有效保護高頻大功率發(fā)射管?，F(xiàn)以EPCOS-R238XMA型放電管為例簡介如下：它是在一個8×5mm的高頻陶瓷管兩端用電沉積和離子浸透等工藝鍍銀，兩側(cè)各焊一片內(nèi)凹盤形鎳合金電極密封，并焊出硬引線。焊封要在真空條件下進展，而且真空室中還要根據(jù)放電電壓等級充入一定濃度和比例的惰性氣體氖Ne和氬Ar。為了進步響應速度，使擊穿、放電加快

9、到微秒級，還要在內(nèi)外表附加一特殊的導電帶，以控制電場分布。為保證參數(shù)一致性和耐沖擊性，還有很多項技術(shù)和工藝措施。總之，該元件是一種技術(shù)含量高，體積小,使用方便的新型電子元件，并具有參數(shù)一致和穩(wěn)定可靠的特點。經(jīng)10次強脈沖電流沖擊10kA；8/20s及工頻電流沖擊10A；50Hz,1s試驗后，仍應保持性能良好，并保證根本參數(shù)仍符合標準要求。R238XMA是一種適宜于業(yè)余電臺使用的放電管。EPCOS R238XMA型氣體放電管根本參數(shù)標稱擊穿電壓：230V標稱耐沖擊電流：10kA8/20s標稱耐工頻電流：10A50Hz,1s單次耐沖擊電流：20kA8/20s絕緣電阻：1000M電容量：1·

10、;5pF外形尺寸：8×6mm兩側(cè)軸向引線，總長60mm適用標準：ITU-TK.12；GB9403消費廠家：西門子促銷產(chǎn)品主營產(chǎn)品與松下合資EPCOS3防雷壓敏電阻：這是一種以氧化鋅為主要原料、經(jīng)燒結(jié)成為半導體構(gòu)造的陶瓷狀大功率壓敏元件。電流耐量大2000A/cm2、壽命長、價格廉價是其特點。但由于電容量大，只適用于直流和低頻電路?，F(xiàn)已廣泛用于電力系統(tǒng)及通信、電子產(chǎn)品電源系統(tǒng)的防雷和防浪涌保護。還有一種在高壓電力線上大量使用的"閥型避雷器"，為圓柱形陶瓷構(gòu)造，其中的主要元件是火花間隙和閥片電阻，閥片由特種碳化硅制成近來，63kV以下的產(chǎn)品已多改用氧化鋅壓敏電阻。具有

11、壓敏特性的閥片在兩端電壓到達其壓敏電壓時，迅速由阻態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閷顟B(tài)，將雷電引入大地，其作用相當于一個閥門，故稱閥型避雷器。大中功率電臺的供電系統(tǒng)一般都采用閥型避雷器，而其低壓電源及小功率電臺的電源系統(tǒng)多采用氧化鋅壓敏電阻進展防雷和浪涌電壓抑制?，F(xiàn)介紹一種適用于小功率電臺電源系統(tǒng)保護的壓敏電阻：CNR-14-D-471-K型氧化鋅壓敏電阻根本參數(shù)標稱壓敏電壓：470V誤差：±10%通流耐量：3kA反響速度：毫微秒級實測電容量：390510pF外形尺寸：16×5mm單側(cè)徑向引線，長30mm適用標準：GB10193消費廠家：臺灣CNR關(guān)于業(yè)余電臺防雷的幾點建議業(yè)余電臺遍布城鄉(xiāng)各地

12、，使用的設(shè)備、天線和工作環(huán)境千差萬別，對于應采用的避雷措施，無法象大中型專業(yè)電臺那樣提出統(tǒng)一的技術(shù)要求和標準。通過在7053net的漫談和討論，最根本的一條就是引起大家對雷電危害的重視。大家應結(jié)合自己的實際情況，采取實在可行的措施，減少并進而消除雷電可能造成的人身傷害和設(shè)備事故，確保通信暢通?，F(xiàn)提出幾點建議，供大家在制訂避雷方案時參考。1.電源系統(tǒng)：前面已經(jīng)談到"地沖擊"會造成很高的危險電勢，一次地沖擊會使得電臺外殼的電勢與天線相差數(shù)千伏，是相當危險的。一般在電臺的天線輸入端都接有避雷器，而整流穩(wěn)壓電源那么往往被無視！由于電臺的供電一般都采用負接地，即電源的負端連在了電臺外

13、殼地線上，另外、電源的外殼接電網(wǎng)的保護地線也有的外殼直接與輸出負端相連。當出現(xiàn)地沖擊時，使穩(wěn)壓電源的輸出端或外殼也帶上了危險電勢，它與電源輸入的市電網(wǎng)間的電勢差將到達幾千伏甚至更高！而且地沖擊往往還與感應雷相連系，造成電源系統(tǒng)雷擊事故。對于線性電源，這種高壓沖擊首當其沖的就是電源變壓器；而對于開關(guān)電源，那么是高頻變壓器及高反壓功率管。令人難以置信的是，統(tǒng)計數(shù)字說明，雷電損害事故的大多數(shù)是從市電線路侵入的感應雷或地沖擊造成的！因此，請大家務必給予足夠的重視，而在相關(guān)的文章和書籍中往往對這個問題涉及甚少。1在電源線路上增加隔離變壓器：要想改造正在使用的穩(wěn)壓電源并極大的進步其抗高壓沖擊性能是不實際的

14、，較可行的做法是在市電網(wǎng)和電臺電源之間增加"隔離變壓器"。就是一臺功率足夠的1：1變壓器，但是要按高絕緣強度設(shè)計和制造。另外，在初次級之間要加上良好的靜電屏蔽層。使用時，初次級分別接市電及穩(wěn)壓電源，并將屏蔽層可靠接地。增加隔離變壓器后，除進步抗電強度外，對于雷電等造成的脈沖性高壓，可降低其轉(zhuǎn)移率，即使初級線圈上流進了沖擊電壓，由于有屏蔽層的阻擋和旁路作用，也很少向次級轉(zhuǎn)移。2安裝避雷器：對于功率較大的電臺，應在市電進戶端安裝閥型避雷器或大功率防雷壓敏電阻；小功率的業(yè)余電臺，可在穩(wěn)壓電源內(nèi)的市電輸入端增加防雷壓敏電阻?？蓪⑶拔慕榻B的"CNR-14-D-471-K型氧

15、化鋅壓敏電阻"直接并聯(lián)在電臺穩(wěn)壓電源開關(guān)電源及線性電源均可市電輸入端子的相線火線及零線間；也可以在相線和零線上各接一只壓敏電阻，并將兩只壓敏電阻的另一端接電源外殼并接地。兩種接法對防雷和防浪涌電壓干擾脈沖都有很好的效果。2.電臺設(shè)備：目前能見到的收發(fā)信機，就是新產(chǎn)品也是前幾年設(shè)計和定型的，發(fā)射機中還很少見到有避雷設(shè)施，只在TS450S/690S和870S等幾個機型中見到其天線端子上并聯(lián)有一只DSA301LA箝位二極管，這個二極管雖有一定的防雷作用，但由于工藝和技術(shù)上的局限性、其耐沖擊性很差。所以這只二極管的主要作用應該是當天線意外開路或阻抗突然升高150時，防止高頻大功率管被反向電壓

16、擊穿而采取的保護措施。而有些較講究的收信機那么在天線輸入端采取了避雷措施，如SIEMENS-E401，國產(chǎn)的239、339。收信機能先于發(fā)射機采用避雷措施，是因為其信號電壓很低，技術(shù)上難度較低。在發(fā)射機上采取避雷措施的難點在于，所采用的避雷元件必須具有極小的電容量、極強的耐沖擊性能以及極快的反響速度。很多種性能優(yōu)良的元件，因為不能同時滿足上述三個條件，均無法用于發(fā)射機如瞬態(tài)電壓抑制二極管、氧化鋅壓敏電阻均由于電容量為幾百pF，不能用于HF、VHF及UHF電路。幾年前，由于"小型陶瓷氣體放電管"的研制成功，才使得發(fā)射機的防雷有了適用的元件。不僅全面滿足了發(fā)射機防雷的三項技術(shù)要

17、求，而且由于它是無源元件、體積小且可靠性高，安裝使用簡單方便，已逐漸引起廠家和HAM's的重視?，F(xiàn)以EPCOS-R238XMA為例，介紹其使用方法和本卷須知。1可將R238XMA直接并聯(lián)在輸出阻抗為50的200W以下HF、VHF或UHF發(fā)射機的天線插座上，并將發(fā)射機外殼的地線端子可靠接地。使用R238XMA后的插入損耗0.1dB。對于功率較大的發(fā)射機，如500-1000W50可用兩只串聯(lián)。2在100-200W單邊帶電臺天線插座上并聯(lián)R238XMA，還可以有效保護發(fā)射機的高頻功率管。其擊穿電壓、開關(guān)速度等與TS450S/690S,870S等機中采用的DSA301LA真空封裝雙向箝位半導體

18、二極管相近，但其耐沖擊性及可靠性至少要大2-3個數(shù)量級。3對于天線阻抗非50的發(fā)射機，只要天線電壓最大值不超過R238XMA標稱擊穿電壓的50-70%，即可使用。如XD-D2B機可將R238XMA接在"Y1"和"地"之間。4也可以如本文所附圖片所示做一個"T型同軸避雷器"，將R238XMA接到同軸插座的芯線和外皮間即可。5業(yè)余條件下的測量方法：將被測管與一只100-200W的白熾燈泡串聯(lián)后，接在一手動調(diào)壓器的輸出端上，逐漸升高調(diào)壓器輸出電壓，當?shù)竭_放電管的擊穿電壓時，可由放電管外看到管內(nèi)有橙黃色閃光。這時調(diào)壓器輸出電壓的最大值即為放電

19、管的擊穿電壓。注意：串聯(lián)燈泡是為了防止電網(wǎng)被短路和調(diào)壓器過載，同時這也是在沒有大功率脈沖源時保護被測管的一種變通測量方法。這樣，每次連續(xù)測量10秒鐘也不會造成被測件和設(shè)備的損壞。用普通萬用表AC電壓檔測量交流電壓時，所顯示的是方均根值rms,有效值，應將測量結(jié)果乘以1.414才是最大值。實測R238XMA的擊穿電壓為230VUmax,最大值，誤差2V；方均根值為160-165Vrms。3.天線和地線：天線防雷是個很難處理的問題。有位老HAM住在高層塔樓內(nèi)，樓頂有避雷針，他在樓頂較合理的選擇了天線高度和位置，既和避雷針保持了一定間隔 ，又在它的防護范圍內(nèi)，安裝了一副很好用的四波段倒V天線。還有一

20、位HAM在樓頂TV公用天線避雷針的保護范圍內(nèi)，裝了一副三波段YAGI和一支多波段垂直天線，效果也很好。天線不能距避雷針太近是因為在天線振子附近，不能有超過最高工作頻率1/4波長的金屬物體，否那么將大量吸收輻射的能量，嚴重影響效率。要注意高頻電纜的防雷。在高樓林立的城市中，往往出現(xiàn)"側(cè)雷"，電纜沿樓體外墻引下，遇到側(cè)雷時首當其沖。按國家標準和施工標準要求，應將電纜穿在鐵管中，并將鐵管與防雷地線或?qū)Ю拙€可靠連接。這一點在業(yè)余條件下很難做到，不過有些樓的中部有天井或通氣管道，假設(shè)將高頻電纜由此引下那么平安的多。有人在天線入戶點按裝一個雙向閘刀，一端連發(fā)射機，另一端接地，并養(yǎng)成不工作時將天線接地的習慣。應該說在業(yè)余條件下這是一個不錯的方法，唯一的缺憾是對天線系統(tǒng)的阻抗有一點影響。國外近兩年已有采用陶瓷放電管的同軸避雷器產(chǎn)品，如鉆石牌CA-23RS工作頻率：DC-1500MHz，阻抗：50,插入損耗：0，1dB，功率：200W,KANSAI牌KT-35PDC-500MHz,50，400W。以上兩種產(chǎn)品性能都不錯，因為避雷器本身帶有SL-16或L16