無源場致等離子防雷裝置對機(jī)動(dòng)設(shè)備的防護(hù)

尤貴斌

遼寧鑫眾科技股份有限公司 遼寧鐵嶺 112609

1 概述

無源場致等離子防雷裝置是專門為機(jī)動(dòng)裝備直擊雷防護(hù)需求研制的防雷配套產(chǎn)品。目的旨在提供一種適用于機(jī)動(dòng)裝備直擊雷防護(hù)的防雷產(chǎn)品和工程化應(yīng)用方案。

2 防雷機(jī)理

利用防雷裝置架設(shè)于制高位置的陣列針管，在雷云電場的作用下，起到地面突出物的似尖端效應(yīng)引起電場畸變，使得防雷裝置附近的電場強(qiáng)度遠(yuǎn)高于保護(hù)目標(biāo)附近的電場強(qiáng)度，從而保護(hù)目標(biāo)處在相對較低電場強(qiáng)度的安全水平。

防雷裝置內(nèi)部電極依靠電場感應(yīng)建立的內(nèi)電場將數(shù)百倍于雷云電場，隨著雷云聚集，大氣電場強(qiáng)度提升到一定區(qū)域值時(shí)，兩電極之間便形成電暈，電離產(chǎn)生等離子體，中和雷云電荷及其在地面的感應(yīng)電荷，使得保護(hù)區(qū)域內(nèi)的大氣電場強(qiáng)度穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)，不至于達(dá)到云地空氣擊穿的水平，過頂雷云電場不至于激化形成雷擊而逐漸飄移出被保護(hù)范圍，從而實(shí)現(xiàn)直擊雷防護(hù)目的。也可以考慮選配車載雷電預(yù)警器通過該儀器對環(huán)境現(xiàn)場的大氣電場進(jìn)行監(jiān)測并提供預(yù)警，當(dāng)預(yù)警器的監(jiān)測值超過范圍時(shí)，提供雷電報(bào)警，此時(shí)人員應(yīng)進(jìn)入裝備內(nèi)進(jìn)行躲避。

無源場致等離子防雷裝置在任務(wù)區(qū)內(nèi)建立直擊雷保護(hù)區(qū)，避免人員和裝備遭受直擊雷電的威脅和破壞。主要用于雷達(dá)、通信車等機(jī)動(dòng)裝備的防雷保護(hù)，也可用于高山部隊(duì)、高層建筑物駐地日常雷電防護(hù)。

無源場致等離子防雷裝置與有源等離子防雷系統(tǒng)的區(qū)別主要在于：針對機(jī)動(dòng)裝備的防雷需求設(shè)計(jì)，產(chǎn)品重量輕、體積小，便于集成架設(shè)；雷云電場激勵(lì)產(chǎn)生等離子，不需要提供外部工作電源；無電子器件設(shè)計(jì)，具有更好的環(huán)境適應(yīng)性，易于維護(hù)；采用自身感應(yīng)激勵(lì)方式，防雷保護(hù)范圍相對變小；產(chǎn)品具有更好的性價(jià)比。

2.1 裝置組成

防雷裝置主要由13根針管和電暈腔體構(gòu)成。

2.2 安裝方式

防雷裝置采用6個(gè)螺栓固定在升降桿或鐵塔頂部．

（1）技術(shù)指標(biāo)。

保護(hù)范圍（安裝位置不低于被保護(hù)2m的高度）：

防雷最大保護(hù)半徑：≤80m；

防雷保護(hù)角度：45°≤θ≤83°

電離電流：≥15mA

雷電流通流能力：≥50kA(10/350μs）

平均故障修復(fù)時(shí)間：≤0．5小時(shí)

平均故障間隔時(shí)間：≥3000小時(shí)

環(huán)境適應(yīng)性

工作溫度：-40℃至+50℃

相對濕度：≤95%

抗風(fēng)能力：≤50米/秒

工作海拔高度：≤5000米

重量：≤25kg

尺寸：架高部分直徑：≤0．5米，針桿長度：≤2米

（2）機(jī)動(dòng)裝備的直擊雷防護(hù)設(shè)計(jì)。為滿足機(jī)動(dòng)裝備機(jī)動(dòng)轉(zhuǎn)移和快速布撤，以及在全地域和全天候的環(huán)境條件下的防雷保障需求，擬采用不吸引雷電的無源等離子防雷裝置進(jìn)行直擊雷的防護(hù)，在不改變現(xiàn)有裝備技術(shù)狀態(tài)的情況下，將防雷裝置直接寄生在機(jī)動(dòng)裝備之上，隨裝備遂行轉(zhuǎn)移，并可同步機(jī)動(dòng)裝備的布撤時(shí)間，快速0構(gòu)建直擊雷防護(hù)區(qū)，為裝備實(shí)現(xiàn)雷電防護(hù)。

①防雷設(shè)備布局。

防雷裝置寄生安裝。無源等離子防雷裝置及其接地線固定于升降桿之上，并將升降桿寄生安裝在機(jī)動(dòng)裝備的邊角位置。在撤收狀態(tài)下，高度不大于3．6m。在加改裝時(shí)還需考慮：

隨升降桿高度變化的接地線的收放；

防雷接地線與方艙及升降桿的絕緣固定；

接地棒、外延接地線的收納放置；

土木工具的放置。

防雷裝置架設(shè)。升降桿選用手動(dòng)式，展開高度為12m。架設(shè)時(shí)通過搖把將升降桿升到最高處即可。

防雷接地線的布設(shè)。防雷接地線與車體及相關(guān)金屬體絕緣，將采用2根高絕緣線纜，其中一根是連接防雷裝置到防雷接地端子位置的部分，長度13m，將依附在升降桿上，可隨升降桿的升降變化。另外一根是防雷接地端子與接地棒之間的接地線，長度為40m，將采用收線盤進(jìn)行收放。

接地棒的埋設(shè)。采用2根1．2m長的離子接地棒。防雷接地棒需遠(yuǎn)離車體30m以上距離，并在系統(tǒng)接地樁的反方向位置布置，盡量打入土壤中。

②防雷設(shè)備設(shè)施配置。直擊雷防護(hù)設(shè)備主要包括無源等離子防雷裝置、升降桿、接地線、接地棒、土木工具。具體見表。

表1 防雷設(shè)備配置明細(xì)表

③防雷系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)。

保護(hù)半徑≤35m

最小高度≤3．5m

舉升高度≤12m（或高于被保護(hù)設(shè)備的2米）

架設(shè)時(shí)間≤10min（2人)

環(huán)境適應(yīng)性：

工作溫度-40℃至+50℃

儲(chǔ)存-50℃至+65℃

濕度≤95%

抗風(fēng)≤28m/s

沖擊符合GJB150A要求

結(jié)構(gòu)參數(shù)：

系統(tǒng)總重量：≤25kg

迎風(fēng)面積：≤0．2m2

可靠性：

使用壽命：≥20年

2.3 安裝方式

防雷裝置寄生安裝：無源等離子防雷裝置及其接地線固定于升降桿之上，并將升降桿寄生安裝在機(jī)動(dòng)裝備（如方艙）的邊角位置。在撤收狀態(tài)下，高度不大于3．6m。在加改裝時(shí)還需考慮：

隨升降桿高度變化的接地線的收放；

防雷接地線與方艙及升降桿的絕緣固定；

接地棒、外延接地線的收納放置；

按照無源等離子防雷裝置的性能效果，完全不破壞原設(shè)備任何性能指標(biāo)的基礎(chǔ)上，安裝在每個(gè)被保護(hù)設(shè)備上，例如安裝在某雷達(dá)結(jié)構(gòu)示意圖，見圖1所示：

圖1 單臺雷達(dá)寄生示意圖

安裝寄生在雷達(dá)的加高塔上。

圖5 寄生安裝在雷達(dá)的加高塔上示意圖

在已有的雷達(dá)陣地上也可安裝一個(gè)簡易固定塔將防雷設(shè)備安裝在上面，達(dá)到對現(xiàn)有的陣地防雷保護(hù)作用。

3 結(jié)語

無源等離子防雷裝置利用電場感應(yīng)產(chǎn)生等離子中和雷云電荷實(shí)現(xiàn)直擊雷防護(hù)，為主動(dòng)防雷開辟一條新思路，滿足了機(jī)動(dòng)裝備快速布撤、機(jī)動(dòng)轉(zhuǎn)移、全天候作戰(zhàn)訓(xùn)練的雷電防護(hù)的保障需求。是有源等離子防雷系統(tǒng)的有效補(bǔ)充。