雖然雷電流脈沖波有多種頻率,每次雷電也不完全一樣,但其中我們可以找到能量最集中的區域頻率范圍。
根據能量守恒原理,信號系統被雷擊而損壞,是由于雷電通過電磁感應使雷電能量進入設備,而這部分能量即是破壞能量,我們對這部分能量的主要部分進行分析,然后找到一些有針對性的抑制方法,就可以達到防雷目的。
從上述分析得知雷電流主要能量集中區域在1KHZ附近,我們用一根兩端開路的信號線處在頻率為1KHZ的強大外電流附近進行分析。無論信號線的長短如何,都會在信號線的外導體(屏蔽層)產生感生電動勢。當該信號線的長度可以與外電流頻率四分之一波長相比較或大于外電流頻率四分之一波長時,在開路的信號線上開始先于信號線兩端產生的感生電動勢而產生感生電流(電磁波的特性)。隨著外電流頻率的升高,會在每一個波長長度的信號線的外導體(屏蔽層)上產生一個周期的電流(電壓)。這個電流所產生的感應磁場是阻礙原磁場變化的,隨著頻率的升高,該電流的變化率也逐漸加大,產生的感應磁場也逐漸加強,當該感應磁場達到與在信號線外導體處的原磁場相等時,信號線的屏蔽層才起到完全屏蔽外電磁場的作用。
雷電流的主要能量集中在1kHz附近,波長約300公里左右,而我們使用的信號線最多也就幾十米,要遠遠小于雷電流的波長,無法相互比較。在信號線的外導體還未產生感生電流時,在信號線的內外導體兩端已經產生了感生電動勢,當信號線的外導體產生感生電流時內導體也會產生感生電流,該感生電流既是破壞電流,還沒有等外導體產生足夠的感應磁場來抵消外磁場時,設備就已經被該電流損壞了。
以我們所使用的50Hz的普通變壓器為例,變壓器的次級電流也產生感應磁場,該感應磁場也是阻礙原磁場變化的,但它的磁場是不能完全抵消原磁場變化的,該道理與雷電感應有些類似。
我們還可以做一個簡單的實驗,取一段5厘米左右的直導線,放在微波爐中加熱20~30秒后取出,發現直導線被加熱了,說明在直導線中有較大的電流流過,原因只能是在導線上有電流流過,也是因為導線的長度與電磁波(微波)的波長相當,或者長于微波的四分之一波長。我們的50Hz的市電電源線在沒有用電器使用時(開路狀態),電源線中只有電壓沒有電流??梢韵胂?當電源線的長度達到或大于50Hz的四分之一波長的長度時,在沒有用電器使用時(開路狀態),在電源線中也會產生電流。
三、關于四分之一波長(λ/4)
在無線電領域里,λ/4得到廣泛采用,如各頻率的發射天線、接收天線,振子的長度都是λ/4波長或者與λ/4有關,在高頻線路的匹配、公率分配等電路中λ/4也起著不可替代的作用,它在防雷領域里也得到了應用,在發射機的射頻輸出端,并聯一個λ/4波長長度的短路環,可有效地保護發射機功放部分不被雷擊損壞。
1、交流電的T/4
如圖3所示,是在一個周期內的四個T/4時間內電壓的變化情況,在正半周的0至T/4時間內,電壓是上升的,但上升的速度在下降,由T/4至T/2時間內,電壓是下降的,而且速度越來越快,到T/2時刻下降速度最大,進入負半周,負半周由此類推,其規律是 每進入T/4的時間內,極性和變化率總會有一個發生改變。
2、天線電壓、電流、磁場的變化
將這樣一個高頻電壓加到天線的振子
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