無線綜合通信車的防雷設計探討

呂建榮

衡陽泰豪通信車輛有限公司，湖南 衡陽 421001

0 引言

通信車的使用地點大多在野外，容易成為雷擊的主要目標。為適應各種地理條件，不同氣候條件和不同季節的作戰使用，保障人身安全和設備完好，通信車的雷電防護越來越重要了。本文就有關無線綜合通信車的防雷設計技術問題進行探討。

1 無線綜合通信車的組成

1.1 無線綜合通信車的設備組成

無線通信設備：短波電臺一部、超短波電臺3部、微波通信設備1部；

有線信息設備：交換機1臺、網絡交換機2臺、計算機2臺；

電源設備：柴油發電機組1臺、綜合電源1臺。

1.2 無線綜合通信車的結構形式

無線綜合通信車由一臺陜汽載車和一個方艙（4400mm×2438mm×1700mm，長×寬×高）組成，方艙后部安裝微波電動升降桿，短波電臺及超短波電臺天線裝在方艙頂部，有線信息設備和電源設備裝于電子方艙中。

2 防雷方案設計

結合無線綜合通信車“移動”的特點和內部通信結構，以國家防雷標準和通信行業防雷標準為基礎，提出無線綜合通信車的整體防雷建議。整體防雷建議分外部防護、內部防護和等電位連接措施三部分。

2.1 外部防護

2.1.1 避雷針

為防止無線綜合通信車野外空曠地帶作業時遭受直接雷的襲擊，工程設計中采用避雷針主動式防雷，避雷針的高度采用“滾球法”計算出，可按下列計算式確定：

式中rx為避雷針在hx高度平面上的保護半徑（m）；

ro為避雷針在地面上的保護半徑（m）；

h為避雷針高度（必須是h≤hr）（m）；

hx為被保護物的高度（m）；

hr為滾球半徑（m）。

實踐證明，提供有效保護并不需要架設極高的避雷針，避雷針一般只需高出受保護體25mm～90mm。避雷針在車頂固定安裝時其安裝支架應與車體絕緣，如與其他天線處于同一平面時，應加大避雷針與其他天線的隔離度。避雷針設計時可根據布局空間制造成可折疊式或可拆卸式，方便運輸和安裝。

2.1.2 接地

避雷針底部通過引下線接到泄流地網，引下線采用截面積50mm2外皮包裹高絕緣材料的多股銅芯電纜，引下線與車體絕緣。通過引下線將雷電流引下，消除側向調火和環流電位差，減少電磁感應的影響程度和影響距離，避免對天線桿、微波饋線和車廂內電子設備的嚴重影響和損壞。

泄流地網采用多個金屬接地棒和離子接地棒低電阻接地模塊兩種配置形式。多個接地棒與屏蔽地線連成地網，引下線與接地棒的連接方式為壓接。接地棒采用表面銅、鎳鍍層的冷拔鋼管，直徑70mm、長度1200mm，導電性好，機械強度高。低電阻接地模塊是一種導電性、穩定性好的非金屬為主的接地體，通過增大接地體的泄流面積，減少接地體與土壤之間的接觸電阻。

2.2 內部防護

2.2.1 電源防護

在車壁電源進線盒處安裝交流電源電涌保護器，通流量不小于30kA（8/20μs），防止由外部引入的雷擊過電壓使車內通信設備損壞，電涌保護器地線就近與電源進線盒接地系統相連；綜合電源輸出的直流電源經直流電源轉接盒分供各用電設備，直流分線盒內加安裝直流電源電涌保護器，其通流量不小于3kA（8/20μs），防止雷電時地電位反擊時使直流電源轉接盒側通信設備損壞，又同時對感應雷擊過電壓也能起到抑制作用。直流電源電涌保護器的地線就近與設備安裝機柜的紫銅匯流排相連。

2.2.2 天饋線防護

無線綜合通信車天饋線在饋線壁盒處安裝有天饋線電涌保護器，通流量不小于50kA（8/20μs），加裝天饋線電涌保護器的目的是為了防止由外部引入的雷擊過電壓使車體內設備損壞。天饋線防護主要有“放電管”同軸保護技術和1/4波長（1/4λ）同軸保護技術。

1）“放電管”同軸保護技術

放電管在常態下是一種絕緣體，與被保護的設備并聯。當發生過電壓，放電管達到了脈沖放電電壓時，線路會在短時間內發生短路，從而將電涌或過電壓引導至接地網絡。當電涌或過電壓消失后，放電管恢復到絕緣狀態，等待下一次電壓的來臨。脈沖放電電壓取決于過電壓上升率，過電壓上升速度（dv/dt）越高，電涌保護器（浪涌保護器或防雷器）的脈沖放電電壓也隨之升高。一般特征：駐波比＜1.3，插入損耗＜0.2dB，帶寬0到4GHZ，最大放電電流Imax=20kA（8/20μs），接頭：N、F、BNC等。

2）1/4波長（1/4λ）同軸保護技術

采用一種四分之一波長的短路桿，所以被稱為“1/4λ”同軸保護器（同軸防雷器）。此短路桿連接電纜芯線和外部接地，起帶通濾波器的作用，通過調整機械尺寸，濾波器可做成窄帶或寬帶。由于雷電頻譜較低（從幾百kHZ到幾MHZ），濾波器將把它從正常的頻率信號中過濾掉。

2.2.3 信號線防護

信號防雷器一般串聯于線路上，應根據被保護設備的工作電壓（電平）、傳輸速率、傳輸頻率、頻帶寬度、特性阻抗、接口類型、插入損耗等參數選用插入損耗小、限制電壓（箝位電壓）不超過被保護設備耐受電壓水平的信號線保護器。

1）工作電壓（工作電平）的選擇

信號防雷器的工作電壓是根據信號傳輸線的工作電壓來確定，且必須大于信號線的工作電壓。

2）傳輸速（bit/s）的選擇

信息系統的數據傳輸速率各不相同，串聯在信號線上的信號線保護器支持的傳輸速率應不小于信息系統本身的傳輸速率，否則將導致信號中斷或誤碼率增加（數據傳輸的誤碼率一般低于10-5），影響信息系統的正常工作。

3）接口類型的選擇

為了匹配特性阻抗并最大限度的降低接觸電阻，必須選擇于信號線上相同類型的接口。同軸電纜的接口要注意公（M或J）母（F或K）配合。

2.2.4 車內設備保護接地

車內接地根據不同的功能分為大信號地、小信號地、電源地、保護地、避雷地等。本車的大信號地主要指電臺類設備的接地線，采用紫銅帶鋪設，相互隔離，以最短的距離匯至接地點后接入大地。小信號地是指除電臺外所有通信設備的信號接地線，采用紫銅帶作為公共母線，各設備的信號接地點通過接地導線分別就近接入，整車信號輸入口的信號濾波器地也可接入小信號地。電源地也采用紫銅帶作為公用母線，所有用電設備的電源地、電源濾波器地、電源插座地和綜合電源自身的地均就近接入。車廂內外蒙皮、設備殼體均通過保護地接入大地，以起到屏蔽的作用。所有的線纜的屏蔽層也通過保護地接入大地。

車廂內地板下環形布置鋪設的接地匯流銅排，銅排規格為40mm×2mm，用于連接的導線使用多股銅芯線，其截面積不小于35mm2。接地匯集導線其截面積不小于95mm2。

2.3 等電位連接

機動式的防雷接地難度大于固定防雷接地的設計，特點是要求架設快速、接地效果好、環境適應性強，無線綜合通信車采用等電位連接設計法。將車內設備安裝的機柜、車廂內外蒙皮等所有金屬連接起來，并由電源進線盒處的接地點一點接入大地，減小雷擊時車內導體之間的電位差，防止發生反擊。

3 結論

無線綜合通信車防雷是一項復雜的系統工程，由于雷電對各種設備設施的破壞和人身安全威脅，越來越受到關注，本文提供的防雷系統設計效果如何，必須通過實際應用和驗證。

[1]陳窮等.電磁兼容工程設計手冊[M].北京：國防工業出版社，1993.

[2]GJB 1210-91 接地、搭接和屏蔽設計的實施.

[3]GJB 5080-2004 軍用通信設施雷電防護設計使用要求.

[4]潘忠林.現代防雷技術[M].北京：電子工業出版社，1997.