ELEKTRONISTEN LAITTEIDEN YLIJÄNNITESUOJAUS


18.7.2011

Aluksi esitän tässä pääasiassa yleistä asiaa ylijännitesuojauksesta. Sen jälkeen on vuorossa käytännön toteutus puhelinverkon ja ohjaus- sekä hälytysjärjestelmien ylijänniteongelmiin. Asiaa on tietysti myös antennin ja radion välisestä suojauksesta. Lopuksi tällä sivulla on sähkönsyötön suojaussysteemeistä ja verkossa jatkuvasti kytkettynä olevien puolijohdetekniikkaa sisältävien virtalähteiden ja mittauslaitteden suojauksesta.

On korostettava, että esittämäni suojaussysteemit ovat tarkoitetut vain ukkosen aiheuttamasta "epäsuorasta" vaikutuksesta induktion, influenssin tai galvaanisenkin kytkennän kautta suojautumiseen.
Toki niillä on vaikutusta suoran salamaniskunkin sattuessa.
Kun on tarve rakentaa järjestelmä ensisijaisesti suojautumiseen suorilta salamaniskuilta - esimerkiksi jos käytössä on rakennuksia huomattavasti korkeampi antennimasto - joudutaan tekemään huomattavasti töitä maadoituksien ja potentiaalintasauksien suhteen.

Kuluneen kesän (1999) aikana on tiedoitusvälineissä esitetty "amerikkalaisiin tutkimuksiin" pohjautuvia väitteitä antennimastojen vaarallisuudesta.
Itse en ainakaan näihin väitteisiin usko, koska esitetyt ideat oikeastaan romuttaisivat kokonaan tähänastiset ja hyväksi havaitut ukkosuojausperiaatteet esim. rakennusten suojauksen osalta.

DX-kuuntelijalla on kuitenkin hyvin harvoin vastaavia korkeita antennirakenteita kuten radioamatööreillä hyvin yleiset mastot.
Samoin on käytettävien laitteiden määrä sellainen - yleensä yksi tai kaksi vastaanotinta - ettei niiden irroittaminen kaikista johdoista siksi aikaa kun ne eivät ole käytössä ole mikään ylivoimainen tehtävä.
Mikäli kuuntelijalla on kuitenkin huomattava määrä erilaisia laitteita niin potentiaalintasauksen rakentaminen ja sen yhdistäminen kiinteistön potentiaalintasaukseen on hyödyllistä niin ylijännitteiden kuin turvallisuustekijöidenkin takia.
Eri asia on sitten - jos on kyse vanhasta kiinteistöstä - että onko nykymääräysten mukaista potentiaalintasausta eri verkkojen välille kiinteistöön ollenkaan rakennettu.

KERTOMUKSIA ELÄMÄSTÄ UKKOSEN KANSSA

Suurimman osan elämästäni maaseudulla asuneena olen joutunut kokemaan erityyppisiä ukkosen aiheuttamia laitteiden hajoamisia niin omissa kuin korjattaviksi tarjotuissa vempaimissa.
Sähköverkosta pistotulpalla irrotettavien laitteiden suhteen ei yleensä ole ongelmia jos pystyy aina ennen ukonilmaa irrottamaan ne verkosta.
Tilanne voi kuitenkin olla myös sellainen, että ukonilma voi alkaa täysin "varoittamatta". Kotonani kävi näin 60-luvulla, jolloin yhdestä pienestä pilvestä iski salama yhden ainoan kerran ja heti "kohdalleen". Silloin hajosi televisio, kilowattituntimittari ja jonkin verran repeili myös seinätapetteja sekä johtoja meni uusintakuntoon. Tuon yhden jyräyksen jälkeen ei kuulunut ukkosesta mitään!



Tässä kartassa on keskimääräisiä vuosittaisia salamatiheyksiä eri puolilla maata.

On myös huomattava, ettei asuminen kaupungissa ole mikään tae säästyä ukkosvahingoilta. Jopa kerrostaloissa on hajonnut keskusantenniin kytkettyjä laitteita salaman osuessa riittävän lähelle antennia tai suoraan siihen.
Kaapeli-TV verkot lienevätkin sitten jo varsin turvallisia tässä suhteessa.

Nykyajan elektroniikka on todella herkkää vaurioitumaan kun ollaan tekemisissä senkaltaisten jännitteiden kanssa mitä ukonilmoilla esiintyy.
Pääsääntöisesti on tilanne sellainen, ettei juuri minkään laitteen suojaustaso kestä lähimaille iskeneen salaman vaikutusta mikäli siihen on liitetetty pidempi johdin kuten antenni.
Yleisestikin ottaen ihmetyttää se, miksei ole jonkinmoisia normivaatimuksia laitteiden ylijännitesuojaustasosta. Ja jos semmoisia jossain on, ei se ainakaan näy laitteiden sisuskaluissa. Tähän asiaan pitäisi minusta kuluttajasuojasta vastaavien viranomaisten puuttua, koska onhan aivan väärin, että esim. ukkosherkillä haja-asutusalueilla asuvat kansalaiset joutuvat kesäaikaan jatkuvasti irrottelemaan laitteitaan sähkö-, puhelin - ja antenniliitännöistään mikäli haluavat niiden säilyvän ehjinä.
Itselläni ei ole esimerkiksi kesäaikaan mitään hyötyä videon ajastimesta, puhelinvastaajasta tai muista vastaavista laitteista, koska niitä ei uskalla hajoamisriskin takia laittaa käyttöön poissaollessaan. Tarpeeksi vanhaa tekniikkaa omaavat laitteet kylläkin normaalit ukonilmat kestävät - kun kyse ei ole suorasta salamaniskusta.
Ihmetystäni herätti juuri tätä kirjoittaessani postista tulleessa Tieteen kuvalehdessä Ollut kysymys, että "Onko perää vanhassa uskomuksessa siitä, että pitäisi irrottaa johdot TV:stä...." ja vastauksessa, että "ukkonen voi teoriassa vanhingoittaa.." Mielestäni ei ole mitään teoriaa se, että useimmille maaseutuasiakkaita omaaville TV-korjaamoille tulee kymmeniä ukkosen hajottamia laitteita joka kesä.
Lisäksi semmoiset laitteet kuin sähköpaimenet,langattoman puhelimen pääkoneet jne. pitää paikkapaikoin uusia ainakin kerran kesässä ukkosen takia.
Kaupassa on myös tarjottu joihinkin sähkölämmittimiin ukkosen hajottamien elektronisten termostaattien tilalle "kunnollisia bi-metalliversioita" myyjien kertoessa etteivät nuo elektroniset kumminkaan kestäisi. Mikä onkin täysin todennäköistä verkkojännitteisen ylijännitteeltä suojaamattoman elektroniikan suhteen.
Ja nimenomaan pitää tähdentää, ettei kysymys ole yleensä ollenkaan siitä, että salamanisku olisi osunut "suoraan kohteeseen".

Itselläni on pitkän ilmakaapelin (ehkä n.3,5 km) päässä oleva puhelinyhteys muodostunut kesäaikaan ongelmalliseksi.
Linjasta on ainakin osa suojavaipatonta 4-johtimista killua. Nettiyhteyksiä näyttää häiritsevän nimittäin aivan selkeilläkin poutailmoilla kaapeliin syntyvä staattinen varaus. Sen olemassaolon voi päätellä siitä, että puhelinjohtimen ja maan välillä oleva esim. mielestäni riittävän suurijännitteinen 350V purkausputki roiskaisee silloin tällöin kipinän kärkiensä välillä vaikka taivas on täysin pilvetön.
Tehdessäni tähän juttuun lisäyksiä 31.7. Kuului lähes koko päivän napsahduksia 2 - 5 minuutin välein purkausputkista. Ukkosta tosin kuului iltapäivällä vähän - lähimmän välähdyksen ja jyrinän aikaeron kuitenkin ollessa semmoinen mikä vanhan laskutavan mukaan antaa yli 5 km etäisyyden.

Sähköverkon suhteen on ongelmana myös se, että joskus lähelläkin laitetta oleva ryhmä- tai pääkeskuksen pääkytkin ei katkaise muuta kuin vaihejohtimet.
Tämän vuoksi ei ole syytä luottaa pääkytkimestä katkaisuun ukonilman ajaksi. Kaksinapaisella mekaanisella kytkimellä varustettu suojaeristetty laite on varsin hyvin irti verkosta ollessaan virta poiskytkettynä.
Puolijohdekytkimillä (esim.kaukosäädettävät laitteet) varustettujen komponenttien ylijännitteiden kestävyyteen en ainakaan minä - vanhanaikaisesta tekniikasta tämän asian suhteen pitävä - uskalla luottaa.
Uusissa 5- (3-vaihe) tai 3- (1-vaihe)johdinjärjestelmissä voitaisiin aivan hyvin katkaista vaihejohtimien lisäksi myös nollajohdin pääkytkimellä tai erillisellä kytkimellä huoneisto-, rakennus- tai laiteryhmäkohtaisesti kulutuskojeilta, koska erillisen suojamaan takia se ei aiheuta turvallisuusongelmia. Tällä olisi merkitystä sitä enemmän mitä kauempana nolla-ja suojajohtimen yhdistyspiste on ylijännitteelle herkistä laitteista.
Siirrettävässä asennuksessa sähköturvallisuusmääräyksetkään eivät kiellä laitekohtaisesti edes suojamaankaan katkaisua, jos kytkin tai muu laite erottaa kaikki johtimet samanaikaisesti.
Suojamaan katkaisua ei kuitenkaan voi yleensä suositella muulla tavalla kuin pistotulpan irrotuksella.
Pelkkän laitteiden maadoitettuihin osiin tulevan suojajohtimen kautta ei todennäköisesti "epäsuoran salamaniskun" vaikutus ulotu laitteiden puolijohdekomponentteja tuhoavasti.

Nykyisin voimassa olevien määräysten mukaan uusissa asennuksissa ei käytännössä saa mihinkään asentaa muuta kuin suojakosketinpistorasioita, joten suojamaa on ainakin tulevaisuudessa "saatavissa" lähes kaikissa paikoissa - millä osaltaan voidaan lisätä laitekohtaisen ylijännitesuojauksen tehokkuutta.

Silloin kun käytössä on modeemi tai puhelin - ja sähköverkkoon kytketty langaton puhelin niin ongelmia aiheutuu verkkojen välisistä ylijännitteiden potentiaalieroista. Voidaan ajatella myös, että puhelinverkossa oleva ylijännite hakee purkautumiskanavaa sähköverkon maadoitukseen kytketyn laitteen rungosta ja muista maadoitetuista osista.

Jotta ylijännitteet eivät "joutuisi itse etsimään" sopivaa purkautumispaikkaa voidaan sekä sähkö, puhelin että muissakin verkoissa rakentaa "hallittu purkautumistie" ylijännitesuojien avulla ennen verkkoihin kytkettyjä laitteita.
Tarkoitukseen sopivia suojalaitteita on saatavana eri käyttötarkoituksiin valmiina "palikkoina". Jonkin verran voi asiaa tunteva rakentelija itsekin tehdä edellyttäen, että tietämys käytännön rakenteista, vaadittavista etäisyyksistä yms. on riittävä.
Pistorasiaan kytkettävästä laitekohtaisesta suojalaitteesta on ollut rakennusohje mm. Elektor-lehdessä.

Ylijännitesuojissa käytettävät komponentit ovat yleensä kaasupurkausputkia, liukukipinävälejä, varistoreja sekä transienttidiodeja. Suojalaitteiden rakenteessa on huomioitava ylijännitesuojakomponentin vikaantumisen (oikosulku) aiheuttamat vaaratekijät. Tähän tarkoitukseen käytetään mm. lämpösuojia, sulakkeita ja joissain tapauksissa sarjavastuksia. Pitkiin ilmajohtoihin syntyviä staattisia varauksia voidaan joissain tapuksissa vähentää linjojen ja maan välille kytketyillä purkausvastuksilla kuten pitkien lanka-antennienkin yhteydessä. Sähköverkkoon näitä ei ole syytä kytkeä, mutta esim. puhelinverkossa tai muussa datasiirtoon käytettävässä verkossa niistä voi olla apua. Näiden vastusten mitoitus on suoritettava siten, etteivät ne aiheuta häiriöitä verkon toimintaan - eli arvon tulee olla luokkaa 1 megaohmi tai enemmän ja sijoituspaikka ylijännitesuojassa lähinnä suojattavaa laitetta.

PUHELINLINJAN YLIJÄNNITESUOJAUKSESTA

Valmiina saatavissa kaupallisissa suojalaitteissa ei yleensä ole edellä esittämäni kaltaista "pikkuhiljaa purkavaa" staattisen varauksen poistoa. Modeemiliikenteen suhteen saattaa aiheuttaa ongelmia, jos staattinen varaus nousee suojalaitteen purkausputken läpilyönnin jännitetasolle. Tällöin syntyvä hetkellinen linjan oikosulku nimittäin saattaa katkaista modeemiyhteyden tai ainakin häiritä sitä.
Järjestelmä on rakennettava niin, että ylimääräiset resistanssit ja muut mittauksia haittaavat komponentit ovat helposti poiskytkettävissä kun joudutaan suorittamaan linjojen eristysvastus - tai resistanssimittauksia. Tämä on helposti toteutettavissa puhelinpistorasiaan liitetyssä laitteessa. Hyvän maadoituksen järjestäminen voikin olla sitten tämmöisessä tapauksessa vaikeampaa. Komponenttien helppo vaihdettavuus kannattaa muutenkin huomioida. Ylijännitesuojan komponentit myös "vanhenevat" kun riittävästi purkauksia niiden kautta on tapahtunut. Purkausputkiin muodostuu silmin nähtäviä "karvoja" napojen välille. Varistorit rupeavat vuotamaan rajapintojen turmelluttua, mikä aiheuttaa varsinkin sähkönsyöttöverkon ja virtalähteiden ylijännitesuojakomponenteissa lämpenemistä. Tämän takia on syytä aika ajoin tarkistaa niin silmämääräisesti kuin mittaamalla suojalaitteen kunto samoin kuin erityisen voimakkaan ukonilman jälkeen.
Viereisessä kuvassa olevat varistorit "muuttivat ulkonäköään" tämmöisiksi lähistöllä käyneen ukonilman jälkeen.



Tässä kaaviossa on esitettynä eräs tapa toteuttaa puhelinlinjan ylijännitesuojaus. Kytkennän on suunnitellut Ile, OH3NGY. Palautetta voi lähettää Ilelle sähköpostitse. Purkausputkien lisäksi siinä on käytetty 0,7 mm kipinävälejä, varistoreja sekä staattisen varauksen purkausvastuksia. Laitteen "selektiivisen toiminnan" kannalta kelojen L1 ja L2 muodostamat induktanssit ovat oleellinen osa järjestelmää.
Käytettäessä erillisiä ja suojattavaa laitetta lähestyttäessä aina pienemmälle tasolle rajoittavia ylijännitesuojia toimii niiden välinen johdotus myös em. induktanssin tehtävässä. Maaseutuverkossa kannattaa purkausputken jännitteeksi valita 350V, jolloin suurin osa ylijännitteistä normaalitilanteessa purkautuu jo "yhtiön linjoissa" ennen kiinteistöä olevissa alle 300V purkaussuojissa. Näitä on normaalisti asennettuna linjoihin varsin lähellä verkkoon liitettyjä kiinteistöjä. Linjajohtimien välillä voidaan lisäksi vielä käyttää purkausputkea. Purkausvastusten tehonkeston on syytä varmuuden vuoksi olla muutama vatti. Laitteen rakenteessa on huomioitava reilut etäisyydet niin linjaan liitettävien johtimien kuin niiden ja maan välillä.Komponenttien liitännät maadoitukseen on tehtävä mahdollisimman suoraan ja tukeva maataso sekä siihen liitetty maadoitusjohdin (6 -16 mm²) on asennettava huomioiden ylijännitteelle mahdollisimman suora purkautumistie.
Hyvä ja riittävän poikkipinnan omaava maadoitus on tämänkaltaisen laitteen toiminnan kannalta erityisen tärkeää. Laitteen sijoituspaikka olisi parhaimillaan ulkona tiiviissä kotelossa välittömästi rakennukseen tulevassa linjassa. Puhelinlinjan suhteen vastaa kuitenkin puhelinlaitos kiinteistöön tulevasta osuudesta linjan päässä olevaan jakorasiaan tai ensimmäiseen puhelinrasiaan asti. Kiinteistön omistaja saa asennuttaa ja käyttää omia suojalaitteita vain puhelinsisäverkossa.

Edellisestä kytkennästä kehitellymmästä versiosta esitän valokuvan seuraavana.



Laitteessa on linjan puolella rinnakkaiset 230V/20kA purkausputki, 625V/20kA varistori ja sarjaankytketyt 2 kpl 470k/3W vastukset maihin kummastakin linjajohtimesta. Sen jälkeen linjajohtimissa on 1mm langalla käämityt toroidikuristimet. Lähdössä on linjajohtimien välillä 230V/20kA purkausputki ja kummastakin johdosta maihin järeät 250V/40kA varistorit.

Tuleva linjakaapeli on kaksiparinen killu. Käyttämättömässä parissa on lisäksi 470k/3W purkausvastukset, 350V/10kA purkausputket ja 275V/20kA varistorit maihin kummastakin johtimesta sekä niiden välillä 230V/20kA purkausputki.

Laite on ajateltu lähinnä jatkuvasti päällä olevaa ADSL:ää varten.
Suojauksena tämä ei kuitenkaan tyypillistä "rimpulatekniikkaa" olevalle ADSL-modeemille todennäköisesti pelkästään riitä. Tarkoituksena onkin heittää ADSL:n liitäntärasian ja modeemin väliin lisäpalikka piemmälle (90 tai 75V leikkausjännitteelle. Lisäksi ADSL ei käsittääkseni tarvitse puhelinverkossa olevaa DC:tä, joten se voidaan erottaa myös galvaanisesti.

Kokeilujeni perusteella ei esittämini ylijännitesuoja vaikuta mitään ADSL:n siirtonopeuteen kuristimistaan huolimatta.

Yleisesti ottaen voidaan sähköverkon kiinteistökohtaista maadoitusta pitää riittävänä puhelinverkon suojaukseen, mikäli se on tehty nykyisin voimassa olevien määräysten mukaisesti. Myös puhelinverkkoa koskevat määräykset suosivat sähköverkon maadoituksen käyttöä tässä tarkoituksessa.
Tässä yhteydessä puhutaan siis nykyisten määräysten mukaisesta potentiaalintasausjärjestelmästä eli kiskosta sähköpääkeskuksen läheisyydessä, johon niin sähkö-, puhelin- kuin antennijärjestelmien maadoitukset kytketään putkistojen, maadoituselektrodien ja rakennuksen betoniraudoitusten lisäksi.


Tässä kuvassa on potentiaalintasausjärjestelmän periaatekuva. Radio- ja tietokonelaitetilaan kuten myös muihin rakennuksiin voidaan asentaa lisäkisko potentiaalin tasaukseen.
Huomaa, ettei liitäntöjä saa ketjuttaa koska jonkin laitteen poistaminen katkaisee potentiaalintasauksen mikäli niin tehtäisiin.

Käytännön kokemuksen perusteella kannattaa huomata, että mikäli tuleva puhelinlinja ei sisällä maadoitusjohdinta niin sisäverkon kaapelointia ei tule yhdistää maadoitukseen ellei pisteessä jossa tuleva kaapeli vaihtuu maadoitetun vaipan omaavaan kaapeliin ole ylijännitesuojia linjajohtimien ja maan välillä.
Ylijännite hakee nimittäin tällöin itselleen lyhimmän purkautumistien esimerkiksi pisteessä mistä alkaen maadoitusjohtimen sisältävä sisäverkon kaapeli on kuorittu ja voi aiheuttaa tulipalon vaaran tai ainakin johtimien poikkipalamisen.
Ylijännitesuojien sijoittaminen mainittuun pisteeseen on kuitenkin paras tapa ja maaseudulla aina suositeltavaa.

ESIMERKKI OHJAUS- TAI HÄLYTYSJÄRJESTELMÄN SUOJAUKSESTA

Ohjausjärjestelmissä voi eri laitteiden etäisyydestä johtuen indusoitua niiden väliseen kaapelointiin ylijännitteitä varsinkin jos kaapelointi ei ole varustettu maadoitetulla suojavaipalla ja/tai on ilmakaapelina.
Radioharrastajalla tämmöisiä systeemejä voivat olla esimerkiksi antenninvaihtojärjestelmät. Myös erilaiset hälytysjärjestelmien kaapeloinnit voivat olla "hyviä keräämään" ylijännitteitä ollessaan pitkiä - vaikkapa useamman eri rakennuksen kattavia.
Jos laitteissa ei ole varsinaisesti lainkaan huomioitu ylijännitteiltä suojautumista ei tyypillinen puhelinverkon suojaukseen tarkoitetun kaltainen systeemi riitä vaan lisäksi jännite on leikattava sopivan jännitteisillä zenerdiodeilla.



Tässä kaaviossa on tyypillinen edellä kuvattuun tarkoitukseen soveltuva ylijännitesuoja. Zenerdiodien jännite valitaan sallitun maksimijännitteen mukaan. Niiden tilalla voidaan tietysti käyttää kaksisuuntaisia transienttidiodeja.

RADIOLAITTEIDEN SUOJAUS ANTENNIN YLIJÄNNITTEILTÄ

Pitkiä lanka-antenneja käytettäessä niistä muodostuu kesäaikaan melkoisia ylijännitepyydyksiä. Toisaalta myös talvella syntyy sopivissa olosuhteissa niihin staattisia varauksia kuten myös sateella varautuneiden vesipisaroiden tai lumihiutaleiden johdosta.
Korkeampien taajuuksien antennit taas pyritään saamaan usein mahdollisimman korkealle mikä lisää niiden herkkyyttä ukkosen suhteen. Tämän johdosta kaikki korkealla olevat antennirakenteet tuleekin maadoittaa mahdollisimman suoraan alastulevalla ja tarpeeksi vahvalla johtimella.
Suoraa salamaniskua eivät nimittäin mitkään tässä esittämäni suojalaitteet kaytännössä kestä, ellei suurimmalle osalle salaman energiaa ole hyvää purkautumistietä maahan. Todennäköisesti tällaisessa tapauksesssa kaikesta huolimatta laitteet vioittuvat ainakin jossain määrin.

DX-kuuntelijan kannattaa suunnitella antennijärjestelmänsä siten, että antennien ollessa käyttämättä ne ovat maadoitettuna.
Onko sitten itse vastaanottimen ja muiden laitteiden maadoittamisesta hyötyä?
Häiriösuojauksen kannalta on, mutta ukkosen suhteen ainoa järkevä tapa on irrottaa laitteet kaikista johtimista.
Ukkonen ei todennäköisesti ole "kiinnostunut" energiaansa nähden olemattomista johtimista vaan purkautuu käyttäen kaikkia johtavia materiaaleja hyväkseen myös odottamattomiin suuntiin. Rakennuksen lähelle iskenyt salama voi tulla myös maadoitusjohtimia pitkin sisäänpäin.
Oikein rakennettu potentiaalintasaus on ainoa keino estää kiinteistössä olevien johtavien osien väliset jännite-erot tässäkin tapauksessa.
Muutoin voivat salaman aiheuttamat jännite-erot aikaansaada läpilyöntejä esim. maadoitettujen rakenteiden ja sähköverkon vaihejohtimien välillä tässäkin tapauksessa.
Itse rakennuksen suhteen toimivat oikein vain tarkoitukseen suunnitellut ukkosenjohdattimet eikä niidenkään toiminta ole sataprosenttisen varmaa.
Tämmöinen suojaus edellyttää katon yläpuolella olevien (ja osittain ulkoseinilläkin) olevien metalli -tai muiden korkeiden rakenteiden yhdistämistä asianmukaisilla ukkosjohtimilla mahdollisimman suoraviivaisesti maahan.
On siis mahdollista, että verrattaessa kahta tilannetta, joista toisessa laitteet on maadoitettu ja toisessa ei, että maadoittamaton laitteisto voikin säilyä paremmin.
Kokeiluun ei kuitenkaan kannata ryhtyä vaan parasta on irroittaa kaikki johdot ukonilman uhatessa tai kun poistutaan pitemmäksi aikaa.

Mikäli kiinteistön kaikki johtavat osat ovat kytketyt täysin asianmukaisesti potentiaalintasausjärjestelmään voidaan olettaa kuitenkin laitteidenkin säilyvän todennäköisesti huomattavasti paremmin sellaisessa yllättävässä tilanteessa, jossa mitään johtoja ei ole ehditty irrottaa ja varsinkin suoran salamaniskun yhteydessä.

Kaupallisesti valmistettuina on saatavissa antennipiiriin liitettäviä ylijännitesuojia, jotka on varustettu esim. UHF-liittimin.
Mielipiteeni näistä liittimistä löydät tältä sivulta.
En ole purkanut tämmöistä valmispakettia, mutta jos sisuskalut ovat samankaltaisia kuin esim. Monitoring Times, June 1994, esitetyssä rakenteessa niin ei suojausvaikutus tyypilliselle nykyvastaanottimelle ole riittävä.
Kyseisessä rakenteessa on nimittäin sarjassa kaksi Siemensin B1-A350 kaasupurkausputkea antennijohtimen ja maan välillä.
Tämän purkausputken DC-syttymisjännite on - kuten tyypistäkin voi arvata - 350V ja syöksyvirrankesto 5 kA, joista viimeksimainittu on kyllä riittävä - syttymisjännite sensijaan aivan liian korkea. Nimittäin jos tämä on ainoa suojauskomponentti.




Ylläolevassa kaaviossa on esitetty beverageantennin komponentit mahdollisine ylijännitesuojineen. Enemmän näistä komponenteista seuraavaksi.

Antennien suojaamiseen voidaan käyttää mikäli haluaa oikein paljon asiaan paneutua karkeimpina suojina ilmakipinäväliä - jollaisia käytettiin jo radion alkuaikoina. Semmoisen voi helposti rakentaa säädettäväksi käyttäen teräväkärkistä koneruuvia kipinävälin toisena kohtiona.
Tämmoinen kipinäväli vaikka vähän suurempanakin on mielenkiintoinen seurata ukonilman aikana tai sen lähestyessä. Saattaa nimittäin nähdä varsin komeita purkauksia jännitteistä, jotka on kerännyt oma antenni radiosignaalin lisäksi. Suositeltavaa on sijoittaa kipinäväli rakennuksen ulkopuolelle vaikkapa ulkoseinälle asennettuna ja mahdollisimman suoraviivaista maadoitusta käyttäen.

Mahdollisimman pienijännitteinen kaasupurkausputki tai hohtolamppu toimii myös hyvin antenniylijännetteiden purkukanavana. Purkausputkien hetkellinen virrankesto on parempi kuin hohtolampulla. Vastaanottimissa on usein käytetty antenniliitännässä sarjassa olevaa hehkulamppua jonka suojausvaikutus toimii kaiketi kuitenkin paremmin radiolähettimen suurelta signaalitasolta suojautumisessa silloin kun samoissa systeemeissä käytetään lähetintä.
Joissain ilmastollistenkin ylijännitteiden aiheuttamissa radioiden vikatapauksissa on kokemukseni mukaan kuitenkin ainostaan ko. lamppu hajonnut radion muutoin vioittumatta.
Staattisen varauksen purkamiseen soveltuu antennin ja maan välille asennettu vastus. Sen kokoluokka voi olla 100 kohm ..1Mohm välillä.

Pitkän langan tai beverageantennin ylijännitteitä voi purkaa myös muutaman sadan metrin välein sijoitetuilla purkausputkilla antennilangasta maahan. Tämä saattaa olla hyödyllistä jos ukkosesta on ollut erityisen suuria ongelmia ja antenni on tarkoitettu pysyvään käyttöön.
Varistoreja ei käytännössä voi tässä tarkoituksessa käyttää ilman sarjakuristimia.
Jos antenniin on asennettu balun, jonka antennikelan toinen pää on maadoitettu niin purkautuvat staattiset varaukset myös tämän kautta.

Monilla on kokemuksia menetetyistä beverageantennien päätevastuksista mikäli ne on jätetty kesäajaksi paikoilleen ja jatkettu taas syksyllä kuuntelua. Eräänä ratkaisuna tähän pulmaan esitän kaasupurkausputken kytkemisen päätevastuksen rinnalle. Koska putken kapasitanssi on muutama pF se ei haittaa yhtään radiosignaalien vastaanottoa. Putken jännite voi olla suurempikin, koska ylijännite antennissa nousee lähistölle iskeneen salaman vaikutuksesta hetkellisesti kilovolttien tai kymmenien kilovolttien luokkaan. Se tietysti vähentää myöskin vastaanottopäähän tulevia ylijännitteitä jossain määrin.
Muussa tapauksessa päätevastukset kannattaa siis aina poistaa tai ohittaa oikosululla kesäajaksi. Kesäkuuntelut voinee hoitaa myös ilman päätevastuksia - koska ovat yleensä vähäisempiä taviaikaan verrattuna.

Erilaisten diodileikkainten käyttö yijännitesuojauksessa rajoittaa riittävästi ensinnä karkeammilla tavoilla vaimennettuja ylijännitteitä vastaanottimen kestämälle tasolle. Haittana näillä kuitenkin voi olla suursignaaliolosuhteissa vastaanottoon tuomat häiriöt IMD:n yms. muodossa. Esimerkiksi germaniumdiodien kynnysjännite on niin alhainen, että havaitsin eräissä tehdasvalmisteisissa antenninvirittimissä huomattavan parannuksen vastaanotossa niiden poistamisen jälkeen pitkää antennia yöaikaan käytettäessä.
Parhaana tapana suojautua ukkosen aiheuttamilta ylijännitteiltä voidaankin pitää antennien irrottamista ukonilmojen ajaksi ja muutoinkin silloin kun laitteita ei käytetä.
Staattisten varausten purkuvastuksista ja purkausputkista ei aiheudu mitään haittaa vastaanottoon.

Olen antennien suojauksen suhteen esittänyt yleisesti käytettyjä ratkaisuja, joiden tehokkuus rajoittaa ylijännitteitä ei ole mielestäni riittävän hyvä varsinkaan nykyisten puolijohdelaitteiden suhteen. Itselläni ei toistaiseksi ole suuremmin käytännön kokemusta tehokkaampien komponenttien kuten varistorien ja transienttidiodien mahdollisista haittavaikutuksista itse vastaanottoon. Oletin, että varsinkin muutamaan volttiin rajoittavat suhteellisen suuren hetkellisen virran kestävät transienttidiodit voisivat olla erinomaisia suojakomponenentteja sijoitettuna systeemissä viimeisiksi ennen vastaanotinta.

Suorittamani kokeilu antoi kuitenkin yksinkertaisella komponenttien kytkennällä antennin ja maan välillä tulokseksi selvän vaimennuksen.
Ylijännitesuojakomponenttina toimi mittauskytkentään liitettynä tavanomainen purkausputki ja 5 voltin TAZ-diodi 1N6373.
Havaintona oli signaalin heikkeneminen vastaanotossa selvästi verrattuna ilman näitä komponentteja olevaan kytkentään.
Tässä tapauksessa ei ole mitään sarjavastusta TAZ-diodilla. Suurehko sarjavastus tai sopiva induktanssi tuonee parannusta tilanteeseen vaimenemisen osalta - mutta vie terää ylijännitteen leikkaamiselta.


Ylläolevan periaatekaavion mukainen mittauskytkentä antoi ulostulevasta signaalista mainituilla komponenteilla maan ja antennisignaalilinjan välillä verrattuna ilman ylijännitesuojakomponentteja olevaan seuraavanlaisen kuvan.
Vihreä käyrä kuvaa ylijännitesuojilla varustettua kanavaa - valkoinen ilman näitä komponentteja.
Systeemiä edeltää 20 dB:n lineaarinen mittausvahvistin, jotta mittaushetkellä saatu heikohko antennisignaali saataisiin paremmin näkyviin.
Mittausalue kuvassa on 0 - 8 MHz - voimmakkaimmat sinkut ovat keskiaaltoalueella.
Huomaa, että vaimennus kasvaa selvästi mentäessä (vieritä kuvaa ylemmille taajuuksille!) lyhytaaltoalueelle.
Ensimmäisessä kuvassa on yksi diodi kytkettynä katodi antennisignaaliin.



Toisessa kuvassa on kaksi vastakkaisiin suuntiin kytkettyä diodia. Huomaa, että nämä kuvat ovat eri päiviltä ja kellonajoilta, joten antennisignaalin taso on erilainen!
Myöskin tässä (ainoastaan) kuvassa kanavat ovat eripäin - eli vihreä käyrä kuvaa ilman diodeja olevaa kanavaa !



Samassa yhteydessä kokeilin tyypillisen kahden vastakkaissuuntiin kytketyn diodin vaikutusta signaaliin "visuaalisena näkymänä".
Ero on selvä TAZ-diodin tappioksi. Toisaalta eivät piensignaalidiodit pahassa tapauksessa kestä sen luokan virtoja kuin testattu TAZ (1,5 kW hetkellinen).
Syynä eroihin TAZ- ja piensignaalidiodien eroihin on TAZ-diodien huomattavasti suurempi kapasitanssi. Sen vaikutus lisääntyy taajuuden kasvaessa.
Rakenne pienisignaalidiodilla - usein ohut neulamainen "kärki" - aiheuttaa jo "luonnostaan" pinen kapasitanssin.
Huomaa, ettei tämmöisessä kuvassa voi käytännössä havaita pientä IMD:tä yms. ylimääräistä joka saattaa kuulua "saundin nukkaisuutena" tms. kun signaalitaso ei ole kovin suuri.
Kuvien signaali on vaihtelevaa antennista tulevaa jännitettä, joten kuvia ei pidä täsmällisesti vertailla toisiinsa koska ovat eri aikoina tehdyistä mittauksista.
Näissä alimmaisissa kuvissa katkoviiva on Norjan 1314 kHz kohdalla.


Kuvassa diodit ovat germaniumia - tyyppi OA72


Tässä kuvassa taas on piidiodit 1N4148

Mittauskytkentä on kaikissa näissä kuvissa sama - ainoastaan kahden ensimmäisen kuvan TAZ- diodit on korvattu mainituilla piensignaalidiodeilla.

Puhelinjärjestelmistä löytyy 75 ohmin koaksiaalijärjestelmille ylijännitesuojia, joita voi hyödyntää antennisuojauksessa.
Seuraavassa kuvassa on tämmöinen valualumiinipurkkiin asennettu yksikkö TCQ 0485, jonka taajuusalueeksi on ilmoitettu 0.1 - 35 MHz ja vaimennus tällä alueella 0.3 dB.



Ylijännitesuoja oli varustettu 75 ohmin N-liittimillä, jotka korvasin 50 ohmisilla ja viritin vähän säätöjä tälle impedanssille.

Tämän laitteen "modifioitu tyyppikilpi kaavioineen kertoo laitteen sisältävän kaasupurkausputken, erotusmuuntajan ja joukon diodeja.
Laitteesta olen löytänyt myös version taajuusalueelle 0.06 - 12.5 MHz (vaimennus 0.3 dB), jossa ulostulopuolen maa ei ole kotelon rungossa ja jossa on pitimissä olevat vaihdettavat purkaussuojanapit.

Tein joutavista romikselta löydetyistä N-liitin T-haaroista ylijännitesuojia rakentamalla ylimääräiseen sivuhaaraan "pesän" kaasupurkausputkelle. Tämä vaati ohuen mylarkalvosta tehdyn eristyksen purkausnapin ympärille jolloin se sopi hyvin N-naarasliittimen sisään. Keskitappi vaati myös muotoilua.
Maadoitus tapahtuu urosliittimen ulko-osasta tehdystä kannesta josta on poistettu liitinosat ja tilalla on haponkestävä 6mm kuusiokoloruuvi. Sen mutteripäähän kiinnitetään maadoitusjohto. Se onko maadoitus kiinni tai irti ei tunnu vaikuttavan läpimenevän signaalin käyttäytymiseen.

Kuvassa tämä värkki semmoisena kuin se on mittauskytkennässä (SMA/N-adapterit).



Seuraavassa kuvassa SWR-käyrää. Eli on käyttökelpoinen vielä 200 MHz asti.





SÄHKÖVERKON YLIJÄNNITESUOJAT

Sähköverkko voidaan suojata moniportaisesti varsin tehokkaastikin ylijännitteiltä. Mikäli kiinteistön sähkönsyöttö on tehty AMKA-ilmakaapelilla, voidaan siihen asentaa ennen pääkeskusta venttiilisuojat. Työ on tilattava sähkölaitokselta.
Saatavana on lisäksi eri tasoille rajoittavia suojalaitteita niin pääkeskukseen kuin ryhmäkeskuksiinkin asennettavina. Useat näistä laitteista ovat varsin kätevästi asennettavissa standardiin DIN-kiskoon - mikäli sitten ko. keskuksissa on muutoin tilaa lisälaitteille.
Ylijännitesuojatarvikkeet kuten useimmat muutkin sähkötarvikkeet lienevät edullisimpia tavalliselle kuluttajalle Finnparttia OY:ssä Perniössä (02-727200) vaihdellen 220 mk:sta liki kahteen tonniin riippuen käyttötarkoituksesta ja ominaisuuksista.
Pistorasiaan liitettävän suojalaitteen, joka haaroittaa maadoitetun liitännän kahdelle liitettävälle laitteelle saa ko. firmasta 75 mk:lla. Finnparttian kuvitetussa luettelossa on myös tietysti erilaisia johtimia, jotka saattavat kiinnostaa esim.antennirakentelijoita.

Avasin takavuosina hankkimani Strömforsin tekemän pistorasiaan liitettävän transienttisuojan. Sen sisuskaluina oli verkkopistokkeen napojen välissä Siemensin S20K250 - varistori ja sarjassa sen kanssa 230V / 5kA kaasupurkausputki.
Koska laite oli ajalta, jolloin verkon nimellisjännite oli 220V nykyisen sijasta lienee purkausputken jännite nipinnapin riittävä nykyään.
Ratkaisevaa tässä kytkennässä on tietysti varistorin 250 V jännite. Jännitteen pudottua riittävän alhaiseksi (250V) katkaisee varistori purkausputken valokaaren .
Tällä on merkitystä nopeilla transienteilla, jottei verkon sulake palaisi.
Tämä kytkentä suojaa tietysti ylijännitteeltä verkon nolla ja vaihejohtimien välillä myös liitettynä maadoittamattomaan pistorasiaan.
Havaintona oli muuten se, että ainakin 5 vuotta pistorasiassa jatkuvasti olleen transienttisuojan purkausputki oli kohtalaisen "mustunut" verrattuna käyttämättömään.





Yläpuolella on kuvattuna tyypillisen pistorasiaan liitettävän varsistoreja sisältävän ylijännitesuojan kytkentä. Sulakkeet ovat oleellinen ja erittäin tärkeä osa laitetta. Selektiivisen toiminnan takia kaaviossa olevat 10A:n sulakkeet ovat sopivia, jos laite liitetään pistorasiaan, jossa on 16 A ryhmäsulake. Mikäli ryhmäkeskuksen sulakekoko on 10A on suojalaitteen sulakkeeksi valittava 6A.
Varistorien jännite on syytä tarkistaa kenties korkeammaksi kuin kuvassa, jonka 250V varistorit saattavat nykyisin - verkkojännitteen nimellisarvon ollessa 230V - varsinkin olla maaseutuverkossa liian lähellä sähköverkon todellista jännitettä. Koska laitteessa on varistori myös nolla- ja vaihejohtimien välissä, niin se rajoittaa myös ylijännitteitä ollessaan liitettynä tavalliseen pistorasiaan. Siitä huolimatta suosittelen - kuten monessa muussakin yhteydessä olen paasannut - radioharrastajalle maadoitettujen pistorasioiden käyttöä häiriösuojauksen ja turvallisuustekijöiden takia.

VÄHÄSEN MUUSTA YLIJÄNNITESUOJAUKSESTA

Laitteiden DC-jännitesyöttö voidaan suojata hyvin edellä kuvatuilla menetelmillä kunhan vain komponenttien arvot valitaan oikein.
Sinänsä laitteen verkkomuuntaja jo rajoittaa joissain määrin tyypillisiä ylijännitepiikkejä kuin radiohäiriöitäkin.
24 voltin järjestelmissä olen käyttänyt 33V varistoreja ja joissain tapauksissa myös luokkaa 28 - 30 voltin transienttidiodeja.
Tällöin olen lisäksi huomioinut komponenttien jännitteenkestossa sen, että systeemi sallii suojakomponenttien nimellisarvon mukaisen jännitteen.

Viiden voltin logikkaa varten on kaupan runsaasti sopivia TAZ-diodeja, joita ei tarvita jos DC-syöttö on jo ennen regulointia suojattu ylijännitteeltä.
Tarvittaessa voidaan tietysti rakentaa moniportainenkin suojausjärjestelmä varsinkin jos virtalähde sijaitsee kaukana elektroniikasta ja välillä olevaan johdotukseen voi päästä ylijännitteitä.
Tällöin on tietysti huomioitava suojauksen toiminta molempiin suuntiin koska virtalähde tuskin kestää elektronisilta osiltaan sen paremmin huomattavia ylijännitteitä kuin sen syöttämä elektroniikkakaan.

Alaan liittyvää kirjallisuutta:
Ylijännitesuojaus, Suomen Sähköurakoitsijaliitto ry. 1994
Maadoituskirja, Suomen Sähköurakoitsijaliitto ry. 1993
Sähköturvallisuusmääräykset käytännössä, Suomen sähkö- ja teleurakoitsijaliitto ry. 1997

Diranet Oy - UPS:ien lisäksi myös ylijännitesuojausta.

TAKAISIN MAADOITUKSIIN..!

TAKAISIN TEKNIIKKAHAKEMISTOON !