民航雷達(dá)站雷擊威脅及防雷方法研究

李牧

摘 要：雷電是一種大規(guī)模靜電放電的自然現(xiàn)象，可分為電磁效應(yīng)、電效應(yīng)、熱效應(yīng)等。雷電電磁脈沖伴隨雷電電流產(chǎn)生的輻射電磁場。當(dāng)民航雷達(dá)站周圍發(fā)生雷電時(shí)，其脈沖將被感應(yīng)到電源模塊和傳輸鏈路中，形成感應(yīng)電流。其動能會對設(shè)備造成損壞，產(chǎn)生的高壓會導(dǎo)致雷達(dá)系統(tǒng)故障。

關(guān)鍵詞：民航雷達(dá)站；雷擊威脅；防雷方法

前言

民航雷達(dá)是一種新型的單脈沖二次雷達(dá)，其部件集成化程度高，數(shù)字電路使用電壓低，具有明顯的現(xiàn)代信息設(shè)備的特點(diǎn)，極易遭受雷電波和靜電損壞。在民航雷達(dá)開始布點(diǎn)的這十多年內(nèi)，國內(nèi)就有多次最新建成的雷達(dá)遭受了不同程度的雷擊損壞現(xiàn)象。為保障民航雷達(dá)站設(shè)備安全，本文針對民航雷達(dá)站防雷電設(shè)計(jì)方法進(jìn)行分析研究。

1 直擊雷防護(hù)設(shè)計(jì)

1.1 建筑物直擊雷防護(hù)

沿著雷達(dá)站外圍，建設(shè)十座避雷塔，各避雷塔間采用避雷線相連接，避雷塔接地網(wǎng)必須與雷達(dá)樓預(yù)留的金屬護(hù)欄進(jìn)行等電位連接，金屬護(hù)欄和結(jié)構(gòu)柱子內(nèi)主鋼筋進(jìn)行電氣連接。結(jié)構(gòu)柱子內(nèi)用于防雷接地引下線的主鋼筋必須全程電氣連接。有效的防止直擊雷的損壞和衰減一定量的雷電電磁脈沖，以保護(hù)建筑物、設(shè)備、和人員安全。

1.2 雷達(dá)天線直擊雷防護(hù)

沿著雷達(dá)天線塔外圍，分別建設(shè)21m、22m、24m、29m四座避雷塔，形成防御直擊雷的第一道防護(hù)措施。在雷達(dá)塔外由鍍鋅鋼筋制作成不大于5m×5m或6m×4m接閃網(wǎng)，利用基礎(chǔ)樁內(nèi)豎向鋼筋、承臺鋼筋網(wǎng)、地梁的水平鋼筋就近相互焊接連通形成建筑物地網(wǎng)，焊接連通至天面的接閃器。天線罩主體由纏繞型玻璃玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂管構(gòu)成，內(nèi)設(shè)一根截面積不小于50m2的多股銅線與建筑物地網(wǎng)連通，實(shí)現(xiàn)對雷電流的引下入地。

2 閃電感應(yīng)的防護(hù)設(shè)計(jì)

2.1 對雷達(dá)天線塔建筑設(shè)計(jì)的要求

1）等電位連接網(wǎng)的設(shè)計(jì)

等電位連接網(wǎng)是將建（構(gòu)）筑物內(nèi)系統(tǒng)（帶電導(dǎo)體除外）的所有導(dǎo)電性物體相互連接組成的一個網(wǎng)。等電位連接網(wǎng)設(shè)計(jì)是做好雷電防護(hù)的關(guān)鍵，包含整個施工過程，因此，設(shè)計(jì)要全面，施工要嚴(yán)格。

2）接地端子設(shè)計(jì)

為有效設(shè)置共用等電位連接網(wǎng)，天線塔設(shè)置預(yù)留總等電位端子，總端子與主樓預(yù)埋接地網(wǎng)可靠連接。由總接地端子向設(shè)計(jì)各預(yù)留位置引出。接地端子設(shè)置在內(nèi)墻側(cè)，采用暗敷，由大樓的接地主筋引出，作電氣導(dǎo)通處理。

3）屏蔽設(shè)計(jì)

屏蔽設(shè)計(jì)包括以下內(nèi)容：（1）雷達(dá)機(jī)房外部屏蔽。在雷達(dá)機(jī)房建設(shè)時(shí)，其墻體面和頂面鋼筋網(wǎng)格的綁扎不大于1m×1m，附屬設(shè)施金屬件與墻體主鋼筋作電氣導(dǎo)通連接形成整體外層格柵屏蔽網(wǎng)，使之具有法拉第籠效應(yīng)，確保對雷達(dá)主機(jī)房的大空間屏蔽。同時(shí)設(shè)定屏蔽空間內(nèi)電氣、電子設(shè)備的安全距離。

（2）線纜屏蔽。雷達(dá)站數(shù)據(jù)傳輸線纜敷設(shè)時(shí)，必須進(jìn)行屏蔽處理，并與低壓配電線纜保持足夠凈間距。（3）配電系統(tǒng)線纜的屏蔽。配電系統(tǒng)采用TN-S供電制式，從總配電進(jìn)入雷達(dá)塔的高低壓配電線纜，使用帶金屬鎧屏蔽層線纜，線纜穿金屬管且做重復(fù)接地，并保證埋深。（4）雷達(dá)天線至主控機(jī)房的信號線纜的屏蔽。從雷達(dá)天線至雷達(dá)機(jī)房的所有線纜和波導(dǎo)管實(shí)行金屬線槽進(jìn)行屏蔽，線槽之間使用金屬軟帶跨接，保證有效的電氣導(dǎo)通，穿入主機(jī)房的金屬線管在預(yù)埋時(shí)與屏蔽格柵作電氣連接。

2.2 配電系統(tǒng)的閃電感應(yīng)防護(hù)設(shè)計(jì)

配電系統(tǒng)的閃電感應(yīng)防護(hù)設(shè)計(jì)包括以下內(nèi)容：

1）根據(jù)雷擊大地平均密度修正值防雷等級劃分，例如延安雷達(dá)站為防雷二等；

2）總配電柜開關(guān)前端安裝第一級電涌保護(hù)器，雷電通流量60kA，電壓保護(hù)水平不大于2.5kV，響應(yīng)時(shí)間小于25ns；

3）雷達(dá)機(jī)房樓層配電安裝第二級電涌保護(hù)器，雷電通流量40kA，電壓保護(hù)水平不大于2.0kV，響應(yīng)時(shí)間小于25ns；

4）在雷達(dá)設(shè)備電源安裝第三級電涌保護(hù)器，雷電通流量20kA，電壓保護(hù)水平2.0kV，響應(yīng)時(shí)間T≤25ns；

5）如2個SPD安裝距離小于10m，需在線路上安裝感抗型SPD。

2.3 接地裝置設(shè)計(jì)

接地裝置設(shè)計(jì)包括以下內(nèi)容：（1）接地裝置利用下墊面土壤電阻率低的條件，將雷達(dá)塔基礎(chǔ)作為接地體，樁內(nèi)主筋通過承臺筋連接在一起，形成接地網(wǎng)，在雷達(dá)天線塔周圍設(shè)置環(huán)形人工輔助地網(wǎng)，2個接地網(wǎng)中連接組成聯(lián)合地網(wǎng)；（2）塔樓地網(wǎng)接地電阻設(shè)計(jì)值，基礎(chǔ)土壤狀況為沙質(zhì)黏土，土壤電阻率約為50Ω·m，依據(jù)QX/T2—2016《新一代天氣雷達(dá)站防雷技術(shù)規(guī)范》的規(guī)定，雷達(dá)站聯(lián)合地網(wǎng)接地電阻設(shè)計(jì)值確定為不大于4Ω；（3）將等電位連接網(wǎng)和接地裝置連成整體的接地系統(tǒng)。

3 供電和信息系統(tǒng)防雷設(shè)計(jì)

3.1 供電系統(tǒng)防雷設(shè)計(jì)

按照《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50057-2015，延安雷達(dá)站供電系統(tǒng)采用一級和二級電源防雷設(shè)計(jì)，雷達(dá)站總配電柜設(shè)計(jì)一級電源防雷保護(hù)，總開關(guān)處安裝電源避雷器，雷達(dá)機(jī)房總配設(shè)計(jì)一級電源防雷保護(hù)，安裝電源避雷器，雷達(dá)系統(tǒng)內(nèi)部供電線路中設(shè)計(jì)二級電源保護(hù)。

3.2 電子信息系統(tǒng)防雷設(shè)計(jì)

雷達(dá)數(shù)據(jù)傳輸采用光纖傳輸，在光纖進(jìn)入交換機(jī)，交換機(jī)與設(shè)備的線路之間安裝信號SPD進(jìn)行保護(hù)，信號SPD接地線必須于雷達(dá)室內(nèi)的等電位端子進(jìn)行連接。雷達(dá)機(jī)房的所有電子設(shè)備及柜體必須進(jìn)行等電位連接和接地處理。

3.3 雷達(dá)機(jī)房等電位連接和接地雷達(dá)主機(jī)房和控制

室內(nèi)的所有供電系統(tǒng)內(nèi)的PE線、屏蔽接地、直流接地、防靜電地板和避雷器接地均與建筑物預(yù)留的TD28等電位聯(lián)結(jié)端子箱中的等電位端子進(jìn)行可靠電氣連接。雷達(dá)站設(shè)計(jì)共用接地系統(tǒng)防直擊雷接地和防雷電感應(yīng)、電氣設(shè)備、信息系統(tǒng)工作接地等共用同一接地系統(tǒng)。

結(jié)束語

綜上所述，民航雷達(dá)站的雷電防護(hù)是一個綜合性的保護(hù)系統(tǒng)。民航雷達(dá)站由于信號覆蓋的要求，建設(shè)選址位置及自身特點(diǎn)決定其較易受到雷電干擾和破壞，閃電感應(yīng)防護(hù)是雷達(dá)站建設(shè)的重點(diǎn)關(guān)注方向，做好雷電防護(hù)的綜合設(shè)計(jì)，重點(diǎn)突出，才能為雷達(dá)設(shè)備在雷雨季正常運(yùn)行提供必要的保障。

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