Устройство заземления для средневолновой передающей антенны индивидуального радиовещания

Разработано на основании пункта 2, дефис 3
Рекомендаций Круглого стола «Индивидуальное
(любительское) радиовещание в России»

Сергей Комаров

Устройство заземления для передающей антенны отличается от распространенных методик устройства заземления для приемных антенн детекторных и ламповых радиоприемников, а также электроустановок. Заземление для передающей антенны должно отводить в землю большой высокочастотный ток с малыми потерями, и должно иметь большую контактирующую поверхность с землей. Рисунок 1. Наличие заземления у протяженных высокорасположенных проволочных антенн необходимо не только с точки зрения эффективного излучения радиоволн, но и для защиты передатчика и оператора от статического электричества и грозовых разрядов.

Заземление должно располагаться в непосредственной близости от точки питания активного вибратора передающей средневолновой антенны и у точки соединения противовесов. Крайне желательно — непосредственно под ними. Поэтому, прежде, чем приступить к устройству заземления, необходимо определиться на местности, где будет расположены активные элементы антенны и как будет подходить к ним кабель или настроенная линия от радиопередатчика.

В данной методике предполагается, что устройство заземления выполняется летом.

Для устройства заземления необходимы:

Материалы:

• старый радиатор водяного отопления из 8–12 секций, или два радиатора по 5–6 секций.
• медная трубка диаметром 15–20 мм и длиной 2,5 метра. Подойдет от кондиционеров.
• болт М10×30 из нержавеющей стали или оцинкованный с шайбой гровера.
• медный купорос (CuSO₄) — 5 кг.
• вода — 180-200 литров.
• сухие сосновые дрова — 0,3 кубометра.
• дизельное топливо (соляра) — 3 литра.

Инструменты и приспособления:

• Дрель и сверла диаметром 8,5 и 10 мм.
• Набор метчиков М10 и вороток.
• Рожковый гаечный ключ на 17.
• Небольшая наковальня и слесарный молоток.
• Ножовка по дереву.
• Большой драчевый напильник.
• 300 мм линейка или 2 м рулетка.
• Толстый темный фломастер.
• Трос диаметром 6 мм — 10-12 метров.
• Два листа фанеры размером 1×1 м.
• Ведро объемом 10 литров.
• Пятиведерный бак для воды (или 5 ведер).
• Резиновые сапоги.
• Лестница шириной не более 0,6 и длиной 3 м.
• Штыковая и совковая лопаты или мини-экскаватор с шириной ковша не более 800 мм.
• Доски 40×150 длиной 2 метра — 3 штуки.
• Большая тряпка из мешковины (1,5×2 м).

Меры безопасности:

Поскольку устройство заземления связано с земляными работами на глубине более роста человека, то при проведении работ необходимо участие двух человек. Причем на глубине может находиться только один человек. Второй должен выполнять работы наверху и страховать того, кто работает на глубине в случае обрушения стенок траншеи. В процессе подготовительных работ необходимо закрепить стенки траншеи досками и распорками. На ночь необходимо закрывать траншею листами фанеры, чтобы исключить падение в траншею детей или домашних животных.

Подготовительные работы

1. Аккуратно с выбранного места для устройства заземления снять дерн, уложить его в тень, накрыть тряпкой из мешковины и каждый день поливать.
2. Экскаватором или лопатами вырыть траншею шириной 0,7–0,8 метра, длиной 1,5–1,6 метра (размеры по дну траншеи) и глубиной 1,8–2 метра. По возможности, сделать стенки траншеи максимально вертикальными. Установить посередине траншеи к боковым стенкам две доски 40×150×2 м и вбить между ними две распорки из третьей доски на глубине 0,8 и 1,6 метра. Нужную длину распорок определить по месту и отпилить от третьей доски ножовкой по дереву. При этом расстояние между досками на уровне дна траншеи должно быть не меньше 0,6 метра.
3. На месте, отведенном для костра, сложить поколотые дрова колодцем, размером 1×0,7 метра, соблюдая расстояния между поленьями в каждом слое для свободного доступа воздуха при горении. Высота сложенного костра должна быть 0,4 метра. Сверху на поленницу положить старый радиатор батареи водяного отопления. Полить поленницу солярой прямо сквозь отверстия между ребрами радиатора, чтобы она протекла внутрь и смочила все слои дров. Зажечь костер. По мере прогорания дров, подкладывать новые поверх радиатора, чтобы он прокалился, и с него обгорела все краска, обнажив металлическую поверхность. После прогорания всех дров (0,3 кубометра) дать радиатору естественно остыть на месте костра, оставив его на ночь. Ни в коем случае не охлаждать его водой.
4. Собрать всю остывшую золу и потухшие угли от костра и равномерно рассыпать их по дну траншеи. Затем, вылить в яму два ведра воды.
5. Неподалеку от траншеи поставить 50-и литровый бак (или 5 ведер) и залить его водой. Высыпать в него 2,5 килограмма медного купороса (по 0,5 кг на ведро) и помешивая воду, добиться его полного растворения. Делить медный купорос на порции для растворения удобно рассыпав его на кучки на листе фанеры.
6. Осмотреть отожженный радиатор и если на его поверхности осталась окалина или шлак от сгоревшей краски, то очистить его поверхность и, по возможности, зачистить ее до металлического блеска драчевым напильником.
7. В центре торцевой заглушки радиатора просверлить отверстие, диаметром 8,5 мм и нарезать в нем резьбу М10. Драчевым напильником зачистить поверхность заглушки вокруг резьбового отверстия до чистого металлического блеска. Обильно смочить зачищенную поверхность и резьбу в отверстии раствором медного купороса для омеднения.
8. Расплющить конец медной трубки на длине 80 мм. На расстоянии 30 мм от конца просверлить в расплющенной части отверстие, диаметром 10 мм. Если изначально трубка была скручена в кольцо, расправить ее в длину.
9. Толстым фломастером с помощью линейки или рулетки нанести на медную трубку нумерованные метки, по которым в дальнейшем будет производиться засыпка земли в траншею. Смотри рисунок 2. Метка № 1 — 150 мм от расплющенного конца трубки. Метка № 2 — 450 мм. № 3 — 650 мм. № 4 — 850 мм. № 5 — 950 мм. № 6 — 1050 мм. № 7 — 1350 мм. № 8 — 1550 мм. № 9 — 1750 мм. Далее, не нумеруя, нанести метки толстым фломастером через каждые 200 мм до конца трубки.

Основные работы

1. С помощью троса, сложенного вдвое и пропущенного между ребрами радиатора, опустить радиатор на дно траншеи, предварительно сориентировав его так, чтобы заглушка с резьбовым отверстием М10 оказались бы в требуемом месте выхода на поверхность земляной шины. При опускании радиатора в траншее не должно быть людей.
2. Установить в траншею лестницу, уперев ее в лежащий на дне радиатор, спуститься одному человеку и привернуть расплющенный конец медной трубки к поверхности заглушки болтом М10×30, подложив под его шляпку шайбу гровера. Расплющенный конец трубки должен непосредственно контактировать с зачищенной и омедненной поверхностью заглушки. Сильно затянуть болт гаечным ключом. Расправить медную трубку в нужное положение.
3. Набросать на дно траншеи слой земли в 100 мм (радиатор должен выступать на треть своей толщины). Вылить равномерно на всю набросанную землю два ведра раствора медного купороса. Обуть резиновые сапоги, спуститься в траншею и расчавкать ногами набросанную землю с раствором до получения сметанообразной жижи.
4. Набросать в траншею слой земли еще в 100 мм до первой метки (радиатор должен полностью скрыться под землей). Вылить равномерно на всю набросанную землю три ведра раствора медного купороса. В резиновых сапогах спуститься в траншею и расчавкать ногами набросанную землю с раствором до получения сметанообразной жижи. Жижа должна затечь в полости между ребрами радиатора. Поверхность жижи после перемешивания земли с раствором должна быть на уровне первой метки и полностью покрывать радиатор. При необходимости, в процессе перемешивания, досыпать еще земли. Если окажется слишком круто, то добавить ведро воды.
5. Снова наполнить водой опустевший бак (пять ведер воды) и растворить в нем оставшиеся 2,5 килограмма медного купороса.
6. Набросать в траншею слой земли в 300 мм до второй метки. Спуститься в траншею в резиновых сапогах и несильно притоптать землю по всей поверхности.
7. Набросать в траншею слой земли еще в 200 мм, до третьей метки. Спуститься в траншею и плотно притоптать землю по всей поверхности.
8. Выбить нижнюю распорку между досками, крепящими стенки траншеи.
9. Набросать в траншею слой земли еще в 200 мм, до четвертой метки. Спуститься в траншею и сильно (сначала уминая и утаптывая, а затем прыжками) утрамбовать землю по всей поверхности.
10. Набросать в траншею слой земли еще в 100 мм до пятой метки. Вылить равномерно на всю набросанную землю два ведра раствора медного купороса. В резиновых сапогах спуститься в траншею и расчавкать рыхло лежащую землю с раствором до получения сметанообразной жижи.
11. Набросать в траншею слой земли еще в 100 мм до шестой метки. Вылить равномерно на всю набросанную землю три ведра раствора медного купороса. В резиновых сапогах спуститься в траншею и расчавкать ногами набросанную землю с раствором до получения сметанообразной жижи. Поверхность жижи после перемешивания земли с раствором должна быть на уровне шестой метки. При необходимости, в процессе перемешивания, досыпать еще земли. Если окажется слишком круто, то добавить ведро воды.
12. Выбить вторую распорку между досками, крепящими стенки траншеи. После этого, покачивая доски вынуть их из траншеи. В образовавшиеся отверстия вылить по ведру воды, затем засыпать земли и затрамбовать.
13. Набросать в траншею слой земли в 300 мм до седьмой метки. Спуститься в траншею в резиновых сапогах и несильно притоптать землю по всей поверхности.
14. Набросать в траншею слой земли еще в 200 мм, до восьмой метки. Спуститься в траншею и плотно притоптать землю по всей поверхности.
15. Набросать в траншею слой земли еще в 200 мм, до девятой метки. Спуститься в траншею и сильно (сначала уминая и утаптывая, а затем прыжками) утрамбовать землю по всей поверхности.
16. Далее, слоями по 200 мм засыпать в траншею землю и сильно ее утрамбовывать, пока не будет заполнена траншея до самого верху.
17. Изогнуть по месту медную трубку шины заземления, расплющить ее конец на расстоянии 80 мм от конца и просверлить в расплющенной части нужные отверстия для подключения клемм заземляющих проводников антенной системы. Не прикладывать механических усилий к шине заземления. Если требуется натяжение заземляющих проводников, то производить его к вбитому в землю рядом с траншеей металлическому колу, а к шине заземления подключать проводники без натяжения.
18. Оставить так до первого сильного дождя, но не менее, чем на неделю. Через день после дождя досыпать в осевшую яму оставшуюся землю, сильно утрамбовать, плотно уложить на утрамбованную землю заранее снятый дерн и вылить на него два ведра воды.
    Заземление готово.

Физика работы

Данное заземление реализует объемный контакт с землей с помощью созданной в грунте зоны повышенной проводимости. В качестве контакта с этой зоной используется металлический предмет, имеющий большую площадь поверхности. Для этой цели идеально подходит чугунный многосекционный радиатор водяного отопления. В качестве электролита для создания проводимости в грунте использован раствор медного купороса (CuSO₄), который при взаимодействии с железным радиатором будет осаждать на его поверхности слой металлической меди, одновременно превращаясь в железный купорос Fe₂(SO₄)₃, который, также как и медный, растворяется в воде и обладает хорошей электрической проводимостью. Такой химический процесс надолго обеспечит хороший электрический контакт с землей.

Использование медного купороса также обусловлено и следующими факторами:

• он используется в сельском хозяйстве для обработки растений и попадание его в почву не имеет негативного эффекта;
• он доступен, распространен, дешев и его легко купить в магазинах удобрений.

Наличие в траншее двух областей, содержащих раствор медного купороса, необходимо чтобы увеличить поверхность контакта и тем самым снизить сопротивление заземления. Следуя капиллярному эффекту, от каждой области жижи начнется во все стороны медленное растекание раствора и когда через неделю, да еще после дождя эоны повышенной проводимости сомкнутся, то контакт с землей будет очень хорошим. Заодно, верхняя область будет дополнительным источником раствора для нижней, по мере того, как дожди будут промывать поверхностный слой земли, и купорос будет впитываться все глубже и глубже. Если бы мы сделали лишь один слой раствора, вокруг железного радиатора, то с течением времени, под воздействием вымывания, зона повышенной проводимости опустилась бы вглубь, и был бы ухудшен контакт с объемной областью повышенной проводимости. А так мы получаем большую область повышенной проводимости и опускание вглубь нижней зоны лишь даст расширение общей зоны проводимости за счет того, что верхняя зона будет расширяться преимущественно вниз.

Однако, следует заметить, что такое заземление должно устраиваться вдали от колодцев с питьевой водой и от водоемов, где производится забор воды для питья.

Возможные варианты изменения конструкции

Вместо старого радиатора водяного отопления можно использовать десяток отрезков старых водопроводных труб приблизительно по метру длиной, сваренные вместе с помощью стальных уголков или любой другой металлический предмет, имеющий большую площадь контакта с землей.

При отсутствии медного купороса, можно использовать поваренную соль (NaCl) в том же количестве, однако, в этом случае не будет проходить реакция омеднения поверхности железного заземлителя, и качество заземления со временем будет ухудшаться по мере его ржавения.

При применении поваренной соли желательно использовать в качестве материала заземлителя оцинкованное железо. К примеру, три листа рифленого кровельного железа, 1×1,5 метра, расположенные вдоль длинных стенок траншеи. Рисунок 3. Раствор поваренной соли в этом случае необходимо заливать с обеих сторон каждого листа и делать нижнюю зону соленой земляной жижи на всю высоту листов железа. Соединять листы между собой следует припаянной к ним припоем ПОС-40 полосой из такого же оцинкованного железа, шириной не менее 200 мм в месте подключения шины заземления. Шину заземления в этом случае надо припаять к среднему листу. Пайку следует производить газовой горелкой или паяльной лампой, используя в качестве флюса травленую паяльную кислоту (насыщенный водный раствор ZnCl₂). Однако, нужно помнить, что заземлитель из листового железа в земле, при отсутствии восстановительной химической реакции, весьма недолговечен.

В случае использования такого заземлителя, для значительного увеличения его эффективности, можно рекомендовать развернуть три листа по отношению друг к другу под 120 градусов и, соответственно, изменить форму траншеи.