为什么现代电话避雷器比旧避雷器更不容易出现(整流)RFI 问题?

电器工程 二极管 电话 浪涌保护 历史 闪电
2022-01-15 07:21:57

我在我的 ARRL RFI 书籍(第一版,版权 1998)、第 9 章“电话 RFI”(Pete Krieger,以前的 WA8KZH,现在的 K8COM)和第 9.6 页中阅读了有关电话避雷器的内容(强调我的):

避雷器

电话服务通过位于电话公司下落房屋末端的接地、熔断式避雷器进入房屋。多年暴露在天气或潮湿环境中会导致防雷器外壳内的电线、接线盒或组件腐蚀或变色(腐蚀开始)。如果避雷器可触及,良好的目视检查可能会发现潜在问题。 避雷器,尤其是那些已经完成了几次工作的避雷器,可能会变成非线性的,就像二极管一样,对电话线上存在的任何射频能量进行整流(就像许多火腿早年建造的水晶收音机一样)。 如果您发现避雷器正在产生 RFI,事实是它正在整流 RF是无论如何都需要更换的迹象之一! 现代避雷器比旧避雷器更不容易出现 RFI 问题。

关于这句话的一些注释......这是整个(小)部分,所以这可能是我的问题背后的所有信息。此外,上下文确实表明避雷器是标准电话服务设备,因此是标准陆线电话装置的一部分;因此,这个问题可能仅限于标准电话公司设备。很可能,它可能是一个更广泛的概括——我只是不知道。

所以,最后一句话引起了我的兴趣。 为什么,确切地说,现代避雷器不太容易出现 RFI 问题? 它是否更“磨损”,所以它不会变成二极管?它是一个更好的设计,所以它可以持续更长时间并且更优雅地失败吗?


编辑:

为了准备提出以下要求,我更加强调了书中引用的“二极管”方面:

我想争辩说,要让我接受答案,您的答案必须表明半导体在旧样式中发生的频率更高,或者显示半导体在新样式中发生的频率更低。这是因为我无法在已经给出的两个非常好的答案之间做出决定。闪电(或湿气,或时间)是如何导致碳块(旧式)成为半导体的?

4个回答

有许多不同类型的避雷器——它们的工作方式不同,使用时间不同,失效也不同。

避雷器将高压雷击转移到地面,而不是让电压通过您的无线电设备。

有些只是基本上是火花塞的设备。高压跨过电极并接地,而低压则不会。其他的由充气管组成,在高压下电离并导电,而在较低电压下保持惰性和不导电。今天许多都是固态设备,例如一系列 MOV。

受到雷击后,电极可能会损坏或熔化。由于压力,气体可能会升温、膨胀并产生泄漏。固态器件中的结可能会损坏。

您可以争辩说,最危险的故障是它们不再向地发送高电压,但肯定有一些故障模式会导致它们具有高阻抗、阻塞射频,并且在某些情况下,它们会像二极管一样进行整流,因为它们会导通部分的波形接地。

许多人建议在每次雷击后更换避雷器。有些还具有估计寿命,之后应该更换它们。

我不知道我是否同意一个笼统的说法,即新的避雷器设计优于旧设计,但我同意新制造的避雷器将优于已使用多年的避雷器。

这是老式电话线避雷器的样子。
现代密封金属氧化物压敏电阻 (MOV) 已经取代了这些,因为它们是一种卓越且更可靠的设计。

顶部的保护盖已被移除,露出由黄铜条隔开的两个碳块(我认为这是压敏电阻碳块火花隙)。大概,黄铜条连接到接地棒,每个块上的外部触点分别连接到每根电线。

那些块可能不是纯碳的,我也不知道那两个红色的圆柱是什么。

我父母以前家里的那个有一个瓷器底座而不是电木底座。在某个时候,我看到一个 Bell System 修理工拧下压敏电阻盖并拧上一个看起来像是滑锤的东西,他上下抽动了几秒钟。直到今天,我都不知道他为什么这样做。

较旧的电话线避雷器


来自维基百科

火花隙是在 19 世纪开发的电话电路中仍然存在的最古老的保护性电气技术之一。碳棒电极与绝缘体保持在与第二电极特定距离处。间隙尺寸决定了火花将在两个部件之间跳跃并短路到地的电压。北美电话应用的典型间距为 0.076 毫米(0.003 英寸)。碳块抑制器类似于气体放电器 (GDT),但两个电极暴露在空气中,因此它们的行为会受到周围大气,尤其是湿度的影响由于它们的操作会产生明火,因此这些设备绝不应安装在可能形成爆炸性环境的地方。


该页面上还有另一张不同类型的照片。

当存在足够的电离电压和持续时间时,碳块变得与高功率 TRIAC 完全相同(具有触发电压 (<250V))。

触发时会增加负电阻(雪崩效应),并且与电流成反比。

线路电感限制了再辐射 EMI,因为它会喷出低电流的脉冲,但在电信线路上却很普遍。宽带 EMI 约为。L/-ESR = omega -3dB 在沿 CO 的径向方向上。(中央办公室)

上升时间 dI/dt=V/L 约为 0.35/f 带宽,使用 80% 的上升时间。(10~90%)

这种平行间隙更接近 3K/mm,而锐边或尖端 =< 1kV/min 干燥空气。此 BVD 阈值还会随着空气质量和较高的湿度以及溅射碳造成的表面污染而降低。

  • 以上有助于降低 BDV 阈值。
  • 当涉及污染物时,矿井效应中总有一种叫做局部放电的金丝雀,当没有污染物时,它听起来就像静电闪电。由于电离和臭氧效应,这也具有随机间隔的弛豫振荡器效应。因此,它可能听起来像一个具有自放电的盖革计数器,而不是整流 AM RF 广播的线性效应,但这种二极管整流效应也是可能的。
  • 因此,大型环氧涂层金属氧化物压敏电阻更好,但导电寿命有限,因此佛罗里达人可能需要定期更换。这是基于过去的经验阅读目前不方便的规范。

使用@Mike 的数据,1kV/mm 为 0.076 mm = 76V,新的 -48 至 -54V 电信直流电压为 228 V @ 3kV/mm。因此,对我来说,对于避雷器和 TVS 而言,这是一个很好的设计价值,但对于暴露的碳间隙而言,长期而言并不那么可靠。弛豫脉冲可能不会在电话摘机时出现低阻抗,但只有在高阻抗时才会出现,因此电容电荷可以从闪电的进入积累,然后在电话线上的局部放电出口被 AM 和 HAM 无线电接收到,此外数百英里外的真实闪电EMI,靠近时会强得多,远时会弱得多。(弗里斯损失)

如果说潮湿的电力线套管上的电晕放电,例如100kV会触发较低水平的爬电水分和灰尘,那么当您在高压电力线和变压器附近行走时,您可能会在早上听到这些带有露水的声音,就像无害的表面啪啪啪啪啪啪啪啪啪啪啪啪啪啪啪啪啪啪啪啪啪啪啪啪啪啪啪啪啪啪啪啪啪啪啪啪啪啪啪啪啪啪啪啪啪啪啪啪啪啪啪声局部放电 (PD) 但是当积聚了足够多的污垢时,如果不能从雨水中自我清洁,它可能会导致故障,就像碳间隙避雷器一样。我听说在高尔夫球场和公寓后巷的 HVAC 线路在头顶噼啪作响。当他们用电路监控这一点并确定 HVDC 或 HVAC 线路处于危险之中时,他们会驾驶直升机和穿着法拉第笼服的技术人员喷洒清洁绝缘套管。

电话线避雷器技术可能已经从碳块单元发展到气体放电管,现在依靠金属氧化物压敏电阻。

碳块与金属接地电极之间的间距小于 0.1 毫米的碳块单元,如果在一段时间内由电弧引起的金属沉积物弥合间隙,则可能会导致来自本地 AM 广播的干扰。换句话说,它们可以用作“剃须刀/铅笔芯”散兵坑无线电探测器。

“改进的”气体排放装置也可能导致该问题。“改进”单元的结构类似于荧光管灯启动器。持续气体放电产生的热量会使双金属条充分变形,从而使管电极短路并熄灭放电。条带将在冷却时恢复其形状。未能恢复可能会导致电极之间的金属接触不当,从而形成整流结。

虽然金属氧化物压敏电阻是高压半导体器件,但它们具有背靠背串联齐纳二极管的特性,不会引起本地 AM 广播的干扰。