Základné zariadenia rádioamatéra sú vysielač, prijímač a anténa. Pripojenie na sieťové rozvody a na antény musí spĺňať slovenské normy. Pri obsluhovanej aj neobsluhovanej prevádzke (Remote) musíme zabezpečiť ovládanie ochrany pred atmosférickým prepätím.
Sieťové
rozvody
Pripojenie zariadenia na
sieťový rozvod je jednoduché. Bytový sieťový rozvod má fázový vodič, nulový
vodič a ochranný vodič. Fázové napätie je 230V, nulovací vodič by mal mať
nulové napätie voči zemi a ochranný vodič chráni sieťový rozvod pred
napätím na neživom kryte zariadenia. Dnes máme v bytoch dva typy rozvodov,
starý dvojvodičový - TNC, kde je ochrana
nulovaním (ochranná svorka zásuvky je prepojená s nulovacou) a nový
trojvodičový rozvod - TNS, kde sú nulovací a ochranný vodič oddelené. Cez
ochranný vodič prúd netečie (nesmie tiecť).
Hlavne v starších
činžiakoch, kde je dvojvodičový TNC rozvod, už nemusí byť napätie nulovacieho
vodiča voči uzemneniu rovné nule. V rodinných domoch a na prízemí
činžiakov býva napätie blízke nule, ale v činžiakoch na vyšších
poschodiach nameriame na nulovacom
vodiči proti dobrému uzemneniu aj 2-3 Volty a skratový striedavý prúd
nulák-uzemnenie aj 10 A. Či máme tento
problém sa dá jednoducho vyskúšať. Pripojíme 20A ampérmeter medzi
ochranný vodič rozvodu a najbližšiu zem, napríklad radiátor kúrenia. Pokiaľ
nám tečie aj malý skratový prúd nesmieme anténu uzemňovať. Pri trojvodičovom
rozvode tieto problémy nenastávajú, lebo medzi ochranným vodičom a uzemnením
môže tiecť maximálne 30 mA, inak sa vypne prúdová ochrana.
V činžiakoch so
starým rozvodom môžeme mať nasledovný problém. Kúpime si FM transceiver na
pásmo 144 MHz, na strechu si namontujeme GP anténu, podľa najlepšieho svedomia pripojíme
držiak antény na hromozvodnú sieť a po pol hodine počúvania zaujímavej
prevádzky na prevádzači zistíme, že transceiver je horúci, hoci ešte nevysielal.
Po odpojení antény transceiver ochladne. Pritom odber transceivra zo zdroja je
v poriadku, ale medzi kostrou transceivra a opletením napájacieho
koaxu tečie vysoký striedavý prúd napr. 10 A. Šikovný amatér si urobí pomocnú
škatuľku s dvomi konektormi SO-239, živé vývody prepojí silnejším vodičom
a zemné vývody prepojí keramickým kondenzátorom 47n/1kV, prípadne niektoré
antény vyžadujú kondenzátor medzi živými aj medzi zemnými vývodmi, ale celkovo
to nie je správne riešenie. Problém je v upevnení antény na uzemnený
stožiar. Po počiatočnom rozčúlení zistíme, že podľa STN normy sa anténa nesmie pripojiť priamo na hromozvodnú sieť,
ale len cez iskrište. V nových činžiakoch s novým rozvodom tento
problém nenastáva, ale aj tak uzemnenie antény (opletenia napájacieho koaxu) nesmie
byť pripojené na hromozvodnú sieť.
Ochrana
pred atmosférickým prepätím
Problém sieťových
rozvodov je atmosférické prepätie v búrkovom období, ktoré pôsobí na naše
anténne systémy aj na rozvody v bytoch. Obidva priestory musíme ochrániť.
Zákon prežitia hovorí, že anténa môže byť pripojená na transceiver len keď nie
je v blízkosti búrka. Keď je v blízkosti búrka musí byť anténa odpojená
od zariadenia, teda živý prívod aj
opletenie koaxu a oba sú pripojené na vonkajšiu hromozvodnú sieť, aby sa
prepätie z hromozvodnej siete nedostalo do bytového rozvodu. Aby sme
to nezabudli, musí sa anténa automaticky
odpojiť pri vypnutí napájania 230 V pre zariadenie. Obzvlášť nutné je to pri neobsluhovanej
prevádzke.
Tu treba vysvetliť, že prepätie
je napätie voči zemi na živom vodiči, na opletení koaxu a samozrejme aj
medzi živým vodičom a opletením.
Pozn.1:
Samotná rádioamatérska anténa musí byť ochránená voči atmosférickému prepätiu. Všetky
antény napájané koaxiálnym káblom musia mať medzi živým vodičom a opletením
koaxiálneho kábla zapojenú aspoň 100 kA bleskoistku (DGT). Klasická KV-VKV
smerovka z duralových trubiek s oddeleným žiaričom od zeme, musí byť pripojená
na hromozvodnú sieť a napájací koaxiálny kábel by mal mať blízko antény medzi
opletenie a hromozvodnú sieť
pripojenú druhú 100 kA bleskoistku. Antény,
ktoré majú vodivo spojený živý vývod a opletenie, napríklad vertikálna
anténa, či HB9CV musia byť uzemnené len cez bleskoistku, či iskrište. Drôtové
dipóly a drôtové smerovky napríklad Hexbeam, tiež musia mať medzi
opletenie a živý vývod napájacieho koaxiálneho kábla pripojenú bleskoistku
a medzi opletenie napájača a hromozvodnú sieť pripojenú druhú. Pozri obr. 6. Je to
takzvaná ochrana v zóne 0.
Snom každého amatéra je mať
zariadenie, ktoré pri vypnutí transceivra automaticky odpojí anténu od
transceivra a pripojí ju obomi pólmi na hromozvodnú sieť. Počas búrky sa aj tak nedá vysielať
a takto automaticky ochránime transceiver. Takéto zariadenie začali
predávať asi pred tromi rokmi v Nemecku, v poslednej dobe ho vyrábajú
firmy INRAD, PARADAN RADIO a ďalšie.
Pre amatérov
v rodinnom dome s jednou anténou odporúčam tento jednoduchý odpojovač,
prípadne jeho lepšiu verziu na obr. 5, ktorý ochráni transceiver pri vypnutí
napájacieho napätia. Na základe popisu a zapojenia INRADU som navrhol
podobné zariadenie, lebo originál nespĺňal naše normy. Pozri na obr. 3,4
a 5. Základ
zariadenia je „Prepínač antén“, ktorý obsahuje relé RE1 a RE2, pričom relé
RE2 prepína signál na jednu z dvoch antén. Keď máme len jednu anténu, relé
Re2 vynecháme. Relé RE3 skratuje vo vypnutom stave v Spliteri VF konektor
transceivra či PA.
Popis činnosti Prepínača antén: vo vypnutom stave sú relé RE1 a RE2 v kľudovej polohe, oba kontakty relé RE1, alebo kontakty RE1 a RE2 skratujú živý vývod koaxu s opletením a tento bod (uzemnenie) je prepojený krátkym, silným vodičom na hromozvodnú sieť. Pre väčšie výkony sa odporúčajú relé RE1 a RE2 automobilové. Tieto relé majú len jeden prepínací kontakt na 40 až 60 A. V prepínači antén sú tri zeme, modrá (opletenie koaxov oboch antén), zelená (pripojenie na hromozvodnú sieť) a fialová (kostra TRX, alebo PA). Prepínač antén je napájaný po prepojovacom koaxiálnom kábli cez jednotku „SPLITER VF/DC“, ktorá má prenos od 1 – 50 MHz = 0 dB a na 144,5 MHz = – 1 dB. Jednotka „Voľba antény“ sa napája z TRX zdroja cez DC/DC menič z 13,8V na 12V, pričom vstupné svorky meniča sú galvanicky oddelené od výstupných. Keď má jednotka „Voľba antény“ na výstupe +12V máme pripojenú ANT2 a keď je zvolené napätie -12V máme pripojenú ANT1. Keď vypneme napájací zdroj, antény sa odpoja od napájacieho koaxu a uzemnia sa. Antény vtedy pracujú ako snímače (hromozvody) a v jednotke „SPLITTER“ kontakty relé Re3 skratujú vstupný VF konektor, teda živý vývod so zemou. Jednotka „SPLITTER“ môže byť umiestnená pod stolom, jednotka „Voľba antény“ musí byť v dohľade operátora na stole a jednotka „Prepínač antén“ musí byť na streche v blízkosti hromozvodnej siete.
Keď sa blíži búrka, alebo ideme na dovolenku musíme odpojiť anténny kábel z TRX alebo PA a zavesiť ho na trubky či radiátor kúrenia, mimo všetkých ostatných káblov nášho zariadenia.
Obr. 5 Schéma odpojovača jednej
antény - upravený od firmy Paradan Radio
Tento
odpojovač jednej antény sa dá použiť pre každý zvod našich antén, ktoré prepíname ručne podľa potreby. Čiže koľko máme zvodov antén toľko potrebujeme
odpojovačov. Spliter a napájanie ochrany „Voľba antény“ nám stačí len po
jednom.
Na predchádzajúcom
obrázku je jednotka „Voľba antény“ pre dve antény. Prepínač antén má tri polohy
(ON-OFF-ON). V krajných polohách si volíme jednu z dvoch antén
a v strednej polohe sú všetky
tri relé bez napätia a prepínač antén je vypnutý. Zelená LED indikuje
pripojenie záťaže (relé) a červené LED indikujú zvolenú anténu.
Použité bleskoistky:
Bleskoistky
Bl1 a Bl2 sú aspoň na 100 kA a majú zápalné napätie 350-450 Voltov. Pre
výkon 750 W musíme zapojiť aspoň dve do série. Bleskoistku Bl1 používame na
ochranu napájacieho koaxiálneho kábla pri anténe (medzi živým a opletením).
Bleskoistku Bl2 používame medzi opletením napájacieho koaxu a hromozvodnou
sieťou, prípadne stožiarom pripojeným na hromozvodnú sieť.
Bleskoistky
v jednotke „Prepínač antén“ sú na 20 kA a zápalné napätie majú 350-450
Voltov. Napríklad typy CG2-350L alebo CG470L. Ale je to už ochranná zóna 1.
Zápalné
napätie bleskoistiek BL1 volíme podľa používaného výkonu tak, aby sa
bleskoistka nezapálila výkonom vysielača. Výkon 100 W na 50 ohmoch dáva 70,7 Veff,
ale pri PSV 1:3 plus rezerva potrebné zápalné napätie môže byť aj 210 Veff
, čo je asi 300 Vš. Výkon 1 kW dáva 224 Veff a potrebujeme zápalné napätie aspoň 950
V. Z dôvodov rezervy dávajú výrobcovia tri 500 V bleskoistky do
série. Vzorec na výpočet minimálneho zápalného napätia bleskoisky je:
Uz= √2 x (√(W x 50)) kde Uz je zápalné napätie pri PSV 1:1 a W je výkon
Pri PSV=2 je treba násobiť Uz x 1,5, pri PSV=3 je treba násobiť Uz x 2.
Bleskoistky
CG2-470L a podobné typy do zóny 1 dostaneme u viacerých predajcov
elektroniky napríklad gme.sk, tme.sk, hakel.cz a u ďalších.
Bleskoistky vhodné pre rádioamatérov do zóny 0 sú na stránke https://www.polyphaser.com/ alebo na https://www.arraysolutions.com/as-302u. Vyrábajú
ich aj firmy Diamond, OPEK, MFJ atď. Cena bleskoistky na 1500 W do zóny 0 je
vyše 100 USD. Samozrejme sa môžeme pozrieť na rádioamatérske stránky ako sa to
dá spraviť lacnejšie, lebo profesionáli vyrábajú bleskoistky pre operátorov
veľkých sietí do 3 GHz a nám obyčajne stačia do 100 MHz.
Bleskoistka PolyPhaser IS-VU50HN-MA
Táto profi bleskoistka, ktorá sa u nás vyskytovala, mala tieto základné parametre:
Prenášaný výkon - 750 W pri záťažovom PSV < 1:1,3. Maximálne vf. napätie je 1200 V.
Vypínací čas je 15 ns.
Je na špičkový prúd 50 kA.
Originálna bleskoistka pracuje v pásmach 50 MHz až 300 MHz a 380 MHz až 550 MHz. Upravená pracuje v pásme 1 - 500 MHz.
Home
Made bleskoistka
Bleskoistku si môžeme
spraviť aj sami. Potrebujeme hliníkovú krabičku G-105 (z AVELMAK), prepojovaciu
planžetu PP, dva konektory SO239 teflón, 2 – 3 ks CG2-470L. V tomto
obsadení to bude bleskoistka 20 kA, spínací čas 15 ns.
Obrázok obr. 13 je pohľad
dovnútra krabičky a obrázok obr. 14 ukazuje zmontované bleskoistky BL1
a BL2.
Útlm bleskoistky som
meral s NWT-500, v rozsahu 1-150 MHz a 400-450 MHz bol útlm 0,2
dB. Spínacie napätie 350-450 V. Používa dve bleskoistky CG2-470L.
Maximálny prenášaný výkon
je asi 500 W v rozsahu 1-70 MHz. Keď bleskoistka zopne pri našom výkone pridáme do série ešte jednu bleskoistku.
Dôležité súčiastky v jednotke SPLITER:
Oddeľovací kondenzátor 3x10n/3kV musí byť dimenzovaný na VF prúd pretekajúci kondenzátorom.
Tlmivka 125 uH má asi 55 závitov smaltovaného drôtu s hodvábnou izoláciou (CuPl) s priemerom 0,5 mm, alebo len smaltovaným drôtom na kúsku feritovej antény s priemerom 8 mm dlhom asi 35 mm. Kúsok feritovej antény získame tak, že ihlovým pilníkom si na mieste zlomu vybrúsime po celom obvode drážku a potom ju v rukách opatrne zlomíme. Meranie impedancie tlmivky na NWT500: 1,8 MHz = -20 dB, 3,5 MHz = -26 dB, 7 MHz = -31 dB, 14 MHz = - 39 dB, 21 MHz = -46 dB, 29 MHz = - 52 dB, 50 MHz = -48 dB, 144 MHz = - 27,5 dB
- Kondenzátor 10n/250V je kvalitný keramický kondenzátor.
- Relé RE1 a RE2 musia byť kvalitné relé, napríklad FINDER, SCHRACK RT1 alebo RT2 a podobné na 12V s kontaktmi na 16 A. Ja som použil namiesto relé RE1 dve FINDER relé, každé s jedným prepínacím kontaktom. Relé RE3 môže mať kontakty na 8 A.
- Bleskoistka v zóne 0, je umiestnená
v blízkosti napájacieho konektora antény a pripojená medzi opletenie
koaxu a hromozvodnú sieť a medzi živým vodičom a opletením. Pokiaľ
používame vyšší stožiar, musíme zaradiť každých 5 metrov bleskoistku 100 kA
medzi opletenie koaxu a stožiar.
- Prepäťová ochrana v zóne 1 je typu CG2-350L
až CG2-470L výrobcu Littelfuse, alebo podobná.
- DC/DC menič je napríklad typ SWC03A-12V
(SWC05A-12). Pri vstupnom napätí 9-18V
má výstupné napätie 12V. Maximálny výkon je 3W (5W).
- Vstupné napätie jednotky „Voľba antény“ je
13,8V zo zdroja pre TRX. Keď zdroj vypneme, tak sa antény automaticky odpoja od
transceivra !
- Jednotka „Prepínač antén“ je vstavaná do
vodotesnej krabičky, do ktorej nezabudneme na spodnej strane vyvŕtať otvory na
odvod skondenzovanej vody alebo použijeme pretlakovú membránu Amphenol
VENT-PS1YBK-N8001 (TME á 2,50 €) aby nám tam nevliezli pavúky, či natiekla
voda.
- V bytových rozvodoch je nutné
používať poistky aj zásuvky s ochranou proti prepätiu.
Montáž zariadenia: Anténa
musí byť namontovaná podľa predchádzajúcej Pozn.1. Jednotka „Prepínač antén“
musí byť namontovaná na streche domu v blízkosti vodičov hromozvodnej siete a svorka „Uzemnenie“
musí byť krátkym silným vodičom pripojená na hromozvodnú sieť. Opletenie
koaxiálneho kábla spájajúceho jednotku „Prepínač antén“ a TRX nesmie byť priamo
pripojené na hromozvodnú sieť, maximálne cez bleskoistku. Dôležité: všetky
zvody od antén musia byť vedené k zariadeniu úplne oddelene od ostatnej
kábeláže.
Hlavne jednotku „Prepínač
antén“ a bleskoistky v zóne 0 musíme raz za rok alebo vždy po blízkom
údere blesku kontrolovať. Skontrolujeme hlavne relé RE1 a všetky
bleskoistky vymeníme.
Téma ochrany pred bleskom
a atmosférickým prepätím je zanedbávaná, lebo poznáme krásnu výhovorku, „ja
mám anténu už 50 rokov a žiadny blesk mi ešte neublížil“. Príspevok som
písal dlhšiu dobu, bol zverejnený v Tatranskom zborníku, informácie
som postupne dopĺňal a preto nejdú chronologicky po sebe. Každá veta má
svoj význam, ale môžu tam byť nejasnosti.
Bolo by dobré, keby sa
našiel výrobca jednotiek „Prepínač antén“, „Spliter VF/DC“ a „Voľba antény“,
hoci jednotky sú jednoduché a ich výrobu zvládne každý amatér.