Menu

19.1. A jó földelés

 

A függőleges sugárzókra vonatkozó tudományos vizsgálatok többnyire arra az esetre szorítkoznak,amikor ideálisan jó a föld, vagyis amikor R=0 a talaj ellenállása. Gyakorlatilag azonban nincs ideális föld, de megfelelő költségekkel nagyon közel hozhatók tulajdonságai az ideális esethez.

Az a nagyon elterjedt nézet, mely szerint a villám elleni védelem jó földelése egyúttal nagyfrekvenciásan is jól földeli a függőleges antennát, súlyos tévedés. Ez a megállapítás főként a mélyföldelőkre vonatkozik, amelyekkel gyakran találkozhatunk, és amelyeknek nagy keresztmetszetű vezetője a talajvíz szintjéig vezeti le a villám energiáját. A például sziklás talajokban használatos felületi földelők azonban nagyfrekvenciásan is többnyire jó földelésnek tekinthetők. A függőleges antennák jó villámvédelmi földelést és jó nagyfrekvenciás földelést követelnek meg. Megfelelő kombinációkkal mindkét követelményt kielégíthetjük.

Először a villámvédelemhez szükséges jó földe lésről beszélünk, mert éppen a függőleges antennák azok, amelyekhez biztonsági okokból mindig szükség van erre a földre.

Sok amatőr azt hiszi, hogy a vízvezeték-hálózat teljes mértékben eleget tesz a jó földelés követelményeinek. Aki bever a földbe egy darab csövet, és ily módon „saját" földelés birtokába kerül, többnyire azt gondolja, hogy nemcsak a jó nagyfrekvenciás kisugárzás, hanem a megbízható villámvédelem érdekében is mindent megtett. Ezek a kedvelt földelési lehetőségek sajnos alkalmatlanoknak bizonyulnak. A vízvezetékek PVC-csöveket is tartalmazhatnak, a vízfogyasztást mérő készülékekben pedig többek között olyan műanyag alkatrészek vannak, amelyek galvanikusan megszakítják a vízvezetéki áramkört. A csövek összecsavarozott részein nem mindig kifogástalan az érintkezés. Bár nagy felületre terjed ki az összekötés, elektromosan sokszor csak hiányosan érintkeznek egy mással a felületek. Ennek oka a tömítés és a rozsdásodás. Használható vagy esetleg jónak is mond ható földelést a legtöbb esetben csak akkor kapunk, ha a földelővezetéket nem sokkal a földbe süllyesztés előtt vagy már a föld alatt kötjük össze a vízvezeték-hálózat fővezetékével.

A csőföldelők abban az esetben elégítik ki a villámvédelem követelményeit, ha elérik a talajvíz szintjét, de még így is legalább két csövet kell egy mástól 2. ..3 m távolságban bevernünk a földbe, hogy kisebb legyen a földelés átmeneti ellenállása. A külföldi irodalomban sok helyen ajánlják a 19.3. ábra szerinti megoldást, vagyis hogy egy kis árok kal vegyük körül a csőföldelőt, és valamilyen higroszkopikus sóval töltsük meg az árkot.

 

 

19.3. ábra. Földelőcső

 

Erre a célra például kősó (marhasó), magnézium szulfát vagy réz-szulfát használható. Az árokba betöltött sót bőségesen megöntözzük vízzel, majd betakarjuk földdel. Ily módon kedvezően meg növelhetjük a talaj vezetőképességét. A 30. . .50 kg sótöltet hatása 2...3 évig tart. A villámvédelmi földelőre a szakágazati szabvány érvényes, és bizonyos körülmények között az általános villámvédelmi rendelkezések is kötelezőek (lásd a 33. fejezetben).

A függőleges antenna nagyfrekvenciás sugárzása közben a rúd körül le eltolási áramok alakulnak ki a szabad térben (19.4. ábra), és ahol elérik a föld felületét, Ik konvekciós áramok alakjában folynak vissza a sugárzó talppontjához (vagyis a földben elképzelt tükörképhez).

 

 

 

19.4. ábra. A függőleges sugárzó külsőtéri 1 eltolás áramának és a földben folyó Ik konvekciós áramának feltételezett görbéi

 

A talaj adottságaitól függően kisebb vagy nagyobb R szétterjedési ellenállást kapunk a földben. Ennek megfelelően a visszavezetési földáramok feszültségeséseket hoznak létre a földellenállás mentén, és az ezáltal előidézett Joule-veszteségek rontják az antenna hatásfokát. Az antenna talp pontjának környezetében a legnagyobb az áram sűrűség, mert itt radiálisan összefutnak a földáramok, úgyhogy ebben a tartományban a legnagyobbak a veszteségek is.

A talajban kialakuló szétterjedési ellenállás ezen kívül gyengíti és eltorzítja a földfelszín közelében a külső teret, és ezáltal megváltoztatja a függőleges síkban felvett sugárzási diagram alakját. Ezt a változást a talaj vezetőképességének különböző értékeire a 19.5. ábra érzékelteti.

 

 

19.5. ábra. A negyedhullámú rúdantenna függőleges sugárzási diagramja különböző vezetésű talajokra:

a görbe=ideális talajra; b görbe=jó talajviszonyokra; c görbe= rossz vezetésű talajra

 

A szaggatott vonallal kihúzott a görbe szabályos félkör; ez az elméleti ideális görbe arra az esetre, amikor teljesen meg szűnik a földben a szétterjedési ellenállás. A b görbének megfelelő sugárzási viszonyok abban az esetben alakulhatnak ki a függőleges síkban, amikor normális vagy esetleg jó a talaj vezetőképessége, míg a c görbe a rossz vezetésű talajokra érvényes. Jól érzékelteti a c görbe a függőleges emelkedési szög káros megnövekedéséből származó, jelentős sugárzási veszteségeket. Már ebből is láthatjuk, milyen döntő mértékben szabja meg a talaj vezetése a Marconi-antenna használhatóságát.

Pregnáns és biztos külső jelek nem árulják el a talaj vezetőképességét. Például a nedves talaj vagy a magas szintet elérő talajvíz nem jelenti feltétlenül azt, hogy különösen kicsi a szétterjedési ellenállás; a száraz talaj sokszor jobban vezeti a nagyfrekvenciás áramokat, mint néhány helyen a nedves földréteg. A víznek nagy a dielektromos állandója, ezért főként a behatolási mélységet csökkenti, vagyis kisebb mélységig engedi behatolni az áramokat a földbe. A sósvizes területek vagy a sós vízben gazdag mocsaras talajok mindig jól vezetnek. A jó nagyfrekvenciás földnek jól vezető terjedési utakat kell biztosítania a felület közelében folyó visszavezetési áramok részére. A mélyföldelő nem tesz eleget ennek a követelménynek ; ebből a szempontból csak a felületi földelőhálózat jöhet számításba. Ezt a hálózatot úgy valósítjuk meg, hogy az antenna talppontjából kiindulva sugarasan lehetőleg minél több és minél hosszabb fémhuzalt fektetünk be földbe. A talaj felszínén is elhelyezhetjük ezeket a radiális huzalokat, általában azonban 20. . .50 cm mélyen a felszín alatt helyezzük el őket. A radiális fektetés megfelel a földben vissza folyó áramok irányának, és az antenna talppontjának környezetében (ahol legnagyobb az áram sűrűség) egyúttal a legnagyobb huzalsűrűséget eredményezi.

A középhullámú műsoradók majdnem minden hol függőleges antennával sugározzák ki a műsort, és földelőhálózatuk a kör mentén egyenletes el oszlásban legalább 120 radiális földelőhuzalt tartalmaz. A mérések szerint csak 60 földelőhuzal esetén 7%-kal nagyobbak a veszteségek, és ha csak 30 huzalból áll a hálózat, ez a növekedés meg haladja a 15%-ot is. Rövidhullámon azonban kevesebb huzal is elegendő, és rövidebbek is lehetnek a huzalok, de továbbra is érvényes a szabály, hogy annál kisebbek a földveszteségek, minél nagyobb a radiális huzalok száma és hossza. A radiális huzalokból elkészített sűrű és nagy felületű hálózat mint nagyfrekvenciás földelőberendezés egyúttal a villámcsapás ellen is jó védelmet nyújt, mert rendszerint nagyon kicsi az átmeneti ellenállása.

A rövidhullámú függőleges sugárzóhoz legalább hat földelőhuzalból kell elkészíteni a földelőhálózatot. Az antenna talppontjából kiindulva úgy kell nagyjából ásóvágásnyi mélységben a földbe helyez ni ezeket a huzalokat, hogy radiálisan haladva a kerület mentén egyenletes legyen az eloszlásuk. A huzalok hossza a legnagyobb üzemi hullámhossz felével legyen egyenlő. A hosszabb huzalok jobbak, de szükség esetén rövidebb huzalokkal is be érhetjük. Ezeket a huzalokat középen fémesen összekötjük, és ajánlatos e helyen egy csőföldelőt is beverni a földbe. Ezt a földelőt egyúttal arra is felhasználhatjuk, hogy rögzítjük vele a földelő hálózat radiális huzalainak a végét. Minthogy a talppontban a legnagyobb az áramerősség, az antenna végét egy lehetőleg minél nagyobb felületű fémlapra helyezzük.

Ajánlatos ezenkívül az egyes huzalok szabad végét csőföldelővel is ellátni. Horganyozott vas huzalból vagy rézhuzalból készítsük el a hálózatot;a könnyűfém huzalok használhatatlanok, mert szétmennek a földben. A legjobb anyag – amely egyúttal a villámvédelem követelményeinek is meg felel a 30x3,5mm méretű horganyozott szalag acél vagy a 10 mm átmérőjű horganyozott köracél. A radiális földelőhálózat nem merev előírás, de különösen kedvező alak. A helyi adottságoktól függően sok esetben más eljárást kell követni. A lényeg mindig az, hogy a földelőhuzalok lehetőleg minél nagyobb felületre terjedjenek ki, és a talppont körül sűrűsödjenek.

A függőleges antenna teljesítőképessége nagy mértékben függ a földelőhálózat jóságától, és minden túlzás nélkül állíthatjuk, hogy a jó nagyfrekvenciás földelés a siker kulcsa.

 

 

Függőlegesen polarizált rövidhullámú antennák

Tartalom

A negyedhullámú függőleges sugárzók jellemző adatai