Наименование Артикул Цена Скидка К-во Стоимость
{$description} {$articul} {$price} {$sum} 1
Всего: ${quantity} ${sum}
Корзина заказов:
Ваша корзина пуста



Принципы комплексной грозозащиты радиооборудования

на главную Статьи ЧАО «Рокс» Принципы комплексной грозозащиты радиооборудования

Вы решили создать комплекс радиооборудования любого назначения. При этом Вам придется решить массу разного рода проблем, среди которых проблемы, связанные с комплексной грозозащитой Вашего оборудования едва ли окажутся на первом плане. Однако это те проблемы, решением которых рано или поздно придется заняться, если Вы хотите, чтобы Ваш комплекс работал надежно, и Вам не приходилось бы постоянно ремонтировать дорогостоящее оборудование. А потому, решая все другие проблемы, желательно постоянно держать в уме предварительно намеченный план комплексной грозозащиты, так как это поможет в будущем избежать лишних затрат усилий и средств на переоборудование Вашего комплекса для решения задач грозозащиты. Это касается размещения оборудования в аппаратной и на вышке и выбора схемы и средств защиты.
Данная статья в основном опирается на рекомендации дистрибьютора средств защиты и консультанта фирмы PolyPhaser Рона Блока, дополненные другими материалами от фирм-поставщиков оборудования для систем грозозащиты.
Рассчитываем, что учет этих рекомендаций поможет разработчикам комплексов радиооборудования различного назначения успешно решить проблемы грозозащиты их комплексов.

Проблемы защиты

Трудно расчитывать на надежную работу любой радиосистемы, если при ее проектировании не были учтены все опасности, связанные с таким природным явлением как грозовые разряды. Невозможно точно предсказать, где и когда они могут произойти и сколько энергии они выделят; у инженера есть только возможность постараться отвести эту энергию в землю. Другими словами, можно осуществить такой план защиты от молнии, который позволит защитить радиоаппаратуру даже от прямого разряда! Эксплуатационщики радиооборудования успешно делают это на протяжении уже многих лет; многие из них определили координаты критических мест установки оборудования на холмах или горных вершинах, где оно c наибольшей вероятностью может стать мишенью для молнии. Правильно защищенное оборудование действительно способно выдерживать прямые разряды и продолжать работать даже в условиях грозы.
В принципе, можно пытаться защитить все имеющееся оборудование, однако решение данной проблемы действительно стоит денег и действительно требует большого количества исследований, изобретательности и усилий для практической реализации защиты и поддержания средств защиты в рабочем состоянии.
План защиты может быть действительно действенным, но необходимо точно следовать определенным правилам. Любое нарушение этих правил, пусть даже небольшое, может привести к нарушению плана защиты и повреждению оборудования. В некоторых случаях повреждение некорректно защищенного оборудования может быть даже большим, чем в случае отсутствия какого-либо плана защиты вообще. Попытаемся это обосновать.

Природа молнии

Условиями, необходимыми для возникновения обычной летней грозы, являются:
- скопление большого количества влажного воздуха на высоте до нескольких тысяч метров над уровнем поверхности земли,
- скопление более прохладного воздуха немного выше,
- отсутствие ветра, 
- сильный разогрев поверхности земли ярким солнцем, что приводит к нагреванию массы воздуха в нижних слоях.
При нагревании влажный воздух быстро устремляется к более высоким слоям атмосферы, где температура ниже точки замерзания, формируя, в конечном счете, грозовую тучу, как показано на 1. Внутри грозовой тучи постоянные столкновения между частицами льда, которые поднимает восходящий поток воздуха, заставляют нарастать электростатический заряд. В конечном счете, электростатический заряд становится достаточно большим для того, чтобы вызвать электрический пробой слоя воздуха – разряд молнии.
Средняя гроза занимает приблизительно десять км в ширину и перемещается со скоростью приблизительно 40 км в час. Форма облака в виде наковальни объясняется  взаимодействием в верхнем слое атмосферы скопления теплого воздуха с большой скорости ветром, за счет чего вершина облака приобретает форму гриба и выдвигатся вперед. Область наибольшей опасности – это зона до 16 км перед передним краем облака.
Когда происходит разряд молнии, наблюдается быстрый перенос нескольких больших импульсов энергии вдоль канала лидирующего импульса. Их энергией этот канал всего за микросекунду нагревается до температуры более 50000ºF, и, следовательно, не имеет времени для расширения, так что от нагрева создается чрезвычайно высокое давление. Затем зона высокого давления быстро расширяется, сжимая окружающий воздух. Эта воздушная волна распространяется во всех направлениях. Для первых 10-ти метров она распространяется как ударная волна (со скоростью большей скорости звука), а после этого - как обычная звуковая волна в виде грома, который мы слышим.
Во время разряда молнии оборудование подвергается воздействию нескольких огромных следующих друг за другом импульсов энергии. Большая часть энергии представляет собой импульс постоянного тока, содержащий значительную долю энергии в виде колебаний радиочастоты, которые создаются за счет большой скорости нарастания импульса.

Типичное для разряда молнии время нарастания – 1,8 мксек. Нарастание импульса с такой скоростью вызывает излучение сигнала с частотой 139 КГц. Времена нарастания могут изменяться от очень быстрых (0,25 мксек) до очень медленных (12 мксек), что приводит к возникновению радиочастот в диапазоне от 1 МГц до 20 КГц. Более того, непосредственно в точке попадания прямого разряда молнии время нарастания составляет не больше 10 нсек.
Эта радиочастотная часть энергии разряда будет иметь определяющее значение при проектировании плана защиты. Кроме прямого действия импульса разряда, наблюдается и его косвенное действие за счет того, что антенны и линии передачи формируют замкнутые контуры, в которых при ударе молнии возникают затухающие колебания радиочастоты.
Средний пиковый ток первого импульса  - приблизительно 18 КA (98 % разрядов имеют пиковый ток между 3 КA и 140 КA). Для второго и последующих импульсов ток будет равен примерно половине начальной пиковой величины. Обычно наблюдается больше чем один импульс. Причиной ощущения мерцания разряда молнии, является как раз то, что он в среднем состоит из  3 - 4 импульсов на один разряд. Типичный интервал между импульсами составляет приблизительно 50 миллисекунд.

Уязвимость оборудования

Часто, конструируя высокочастотное оборудование, мы сознательно провоцируем  природу. Для обеспечения связи на большие расстояния мы помещаем наши антенны на вершинах вышек, а сами вышки помещаем так, чтобы они возвышались над окружающими зданиями в городе или холмами и деревьями в сельской местности. Вместе с увеличением зоны покрытия, такое размещение радиооборудования облегчает природе поиск кратчайшего пути для разряда. Вероятность попадания молнии в вышку зависит, прежде всего, от расположения вышки и ее высоты. Для некоторых местностей метеорологические службы составляют карты, показывающие усредненное за год минимальное количество грозовых дней. Другим значимым фактором, от которого зависит вероятность поражения молнией, является высота вышки над средним уровнем земли. Можно предположить, что, чем выше мачта, тем больше вероятность поражения. На рисунке 2 показано предполагаемое, усредненное за год, количество случаев поражения для вышек разной высоты, основанное на количестве грозовых дней в определенной местности.

Теперь, когда мы оценили степень опасности поражения, то на это у нас может быть одна из двух реакций. 
Мы можем, например, сказать, что эти предсказания несправедливы, поскольку в нашу 30-метровую  вышку, построенную два года назад, не попала ни одна молния. Возможно, нам просто повезло, но все же по закону вероятности рано или поздно разряд молнии должен нас настигнуть.
Другая реакция, которую мы могли бы продемонстрировать, такая: “Ничего себе! Это ясно показывает, что может произойти, поэтому я должен сделать все для предотвращения этого и сразу же”.
В любом случае, здесь мы хотим показать, что нужно сделать, чтобы защитить свою жизнь и оборудование от непосредственных угроз и сделать вероятность успеха максимальной. Любое радиооборудование имеет свои особенности, и нет таких решений, которые полностью подходили бы всем. Однако есть некоторые достаточно обоснованные принципы, которых следует всегда придерживаться. Отказ от следования этим принципам приведет к расходам и времени, и денег, а надежная защита без их учета все равно не будет реализована (может произойти даже большее повреждение, чем в случае, если бы не было сделано вообще ничего). Пожалуйста, тщательно следите за каждым шагом, помня об этих принципах, и тщательно применяйте полученную информацию к своим конкретным условиям.
Прежде всего, установите, что именно должно быть защищено. Цель процесса планирования состоит в том, чтобы вначале ограничить “зону защиты” пределами аппаратной, в противовес целому дому или зданию. Дополнительные зоны можно будет рассмотреть отдельно. Первым шагом  в процессе должно быть определение того, что именно вы хотите защитить. Необходимо создать список и расставить оборудование по уровню приоритета. В начале списка необходимо указать дорогое оборудование, которое должно быть защищено в первую очередь. Обычно это передающее и приемное оборудования.

Без него работа никакой радиостанции невозможна, поэтому оно должно быть в верхней части списка. Далее по списку могут располагаться: антенна, поворотное устройство и линия передачи. Список и порядок приоритетов у каждого будут различны. Мысленно построим свой приоритетный список, стараясь не забыть каких-либо элементов нашего оборудования. Далее будем работать над развитием нашего плана защиты.
Первым шагом должно быть построение полной блок-схемы оборудования, располагаемого в аппаратной, начиная с пункта высшего приоритета. ( Для  других зон, нуждающихся в защите, потребуется отдельный план). Он является обычно простым и прямым. В некоторых случаях может оказаться необходимым посмотреть на оборудование с тыльной стороны, чтобы точно определить связи между элементами. Точность диаграммы важна при определении сути и эффективности плана защиты. Можно предположить, что пункты высшего приоритета в списке – это передатчик и приемник (или приемопередатчик). Если у вас есть множество таких пунктов, то они должны быть перечислены в порядке их ценности. Они - сердце вашего радиооборудования, так что сделайте их отправной точкой плана защиты, на котором вы, в свою очередь, исследуете и изобразите схематически каждый элемент станции.
Приняв в качестве первичного пункта приемопередатчик, представьте его в блок-схеме в виде одного прямоугольника. Промаркируйте его именем изготовителя и порядковым номером. Если ваше первичное оборудование – это пара передатчик/приемник, то представьте их в виде отдельных прямоугольников. Затем проследите, каким образом антенна соединяется с приемопередатчиком, передатчиком, или приемником. Если прямо, то ведите линию передачи прямо к краю листа. В случае же, если антенна связана с оборудованием через линейный усилитель, блок настройки антенны, или многопозиционный коаксиальный переключатель, добавьте его (их) как отдельный прямоугольник (и), соединенный с первичным радиооборудованием. Линия передачи, идущая от них к антенне, должна быть продолжена на край листа. Промаркируйте на вашем плане самую низкую и самую высокую частоту линии передачи (МГц или название диапазона), максимальную передаваемую мощность в Ваттах (округленно), а также тип и разновидность разъема (например, UHF/PL-259 вилка или вилка N-типа).
Добавьте к диаграмме прямоугольники, отражающие каждый дополнительный приемопередатчик, передатчик, усилитель и приемник, размещаемые в вашей аппаратной. Убедитесь, что показали все взаимосвязи и связи с антенной для каждого из этих вторичных прямоугольников. Если у какого-либо вторичного радиооборудования есть прямая связь с антенной, изобразите линию передачи, продлив ее к краю страницы. Убедитесь, что промаркировали каждый прямоугольник именем изготовителя и порядковым номером, а каждую линию передачи - типом и разновидностью разъема, частотным диапазоном, и максимальной передаваемой мощностью.
На рисунке 4 показана блок-схема простой станции. На блок-схеме каждая часть радиооборудования и принадлежности, находящиеся в аппаратной, должны быть представлены прямоугольниками. К каждому из прямоугольников должны быть подведены линии, представляющие соединительные кабели и линии передачи. Каждая линия передачи, которая уходит из аппаратной и идет к антенне или к каким-нибудь установленным на вышке электронным приборам, должна быть проведена к краю страницы и промаркирована.

Первое приближение

Теперь пришло время один за другим исследовать каждый из прямоугольников и добавить к диаграмме другие электронные устройства (в виде прямоугольников), закончив все подключением к электросети и взаимными связями между всеми элементами. Некоторые из связей будут легко обнаружены на интуитивном уровне, в то время как другие потребуют немного более длительного «ползания» вокруг изнанки оборудования. Каждая связь должна быть включена - это важно для целостности решения. Единственное исключение – это не обладающие электропроводностью оптоволоконные линии связи. Чтобы аккуратно закончить диаграмму, выберите любой из прямоугольников и ответьте для него на все перечисленные вопросы. После выберите другой прямоугольник и сделайте то же самое, продолжая процесс до тех пор, пока все прямоугольники не будут исследованы.
Необходимо ответить на такие вопросы:
Есть ли связь между этим прямоугольником и люб



mediasat

search_ch



вверх
Рокс © 2007—2020. Спутниковое телевидение. Все права защищены