機(jī)場通信導(dǎo)航臺站的雷電防護(hù)系統(tǒng)探究

董占斌

（民航新疆空中交通管理局，新疆 烏魯木齊 830000）

機(jī)場通信導(dǎo)航系統(tǒng)中包括通信導(dǎo)航設(shè)備系統(tǒng)、天線系統(tǒng)及遙控監(jiān)視系統(tǒng)等，是基于遠(yuǎn)端監(jiān)視組成的控制臺站工作情況，用于處理數(shù)據(jù)信息、反饋指令等。現(xiàn)代導(dǎo)航設(shè)備越來越先進(jìn)，電路的精密程度也越來越高，這些電子電氣設(shè)備對雷電及雷電電磁脈沖的感應(yīng)能力越來越強(qiáng)，機(jī)場通信導(dǎo)航系統(tǒng)的無線電導(dǎo)航設(shè)備通常處于室外天氣中，暴露于室外會增加感應(yīng)雷擊的風(fēng)險(xiǎn)，所以應(yīng)當(dāng)完善導(dǎo)航臺的防雷系統(tǒng)，堅(jiān)持層層設(shè)防的理念，以增強(qiáng)整體的防雷能力，極大地降低雷擊對機(jī)場通信導(dǎo)航臺站產(chǎn)生的危害。

1 雷擊災(zāi)害的分類與入侵形式

1.1 雷擊災(zāi)害的種類

雷電是一種自然災(zāi)害，屬于強(qiáng)大脈沖所造成的放電現(xiàn)象，具有較大的破壞力，放電瞬間產(chǎn)生的脈沖電流可以達(dá)到1000～100000A。雷電災(zāi)害又被稱為“電子時(shí)代的一大公害”，瞬間產(chǎn)生的電擊由于超出了人類設(shè)備所能承受的極限，所以電擊會損壞電子設(shè)備。主要的雷電災(zāi)害分為以下幾種：（1）直擊雷的形式會在建筑物上產(chǎn)生電效力與熱效力，也會直接造成巨大的電流量；（2）雷電感應(yīng)的形式會在導(dǎo)體上靜感應(yīng)與電磁感應(yīng)之間產(chǎn)生金屬火花，對設(shè)備造成損害；（3）電磁感應(yīng)的形式會在物體的周圍呈現(xiàn)瞬間的強(qiáng)電磁場，導(dǎo)致附近的導(dǎo)體具備較高的電動勢。（4）雷電波侵入架空線路與金屬管道時(shí)會發(fā)生作用，而電波侵入的過程也會對電氣設(shè)備造成危害，甚至威脅人身安全。

1.2 雷電入侵的方式

機(jī)場通信導(dǎo)電臺站的建設(shè)較為特殊，主要包括以下幾種雷電入侵的方式：（1）雷電直擊到天線塔的頂端，由避雷針導(dǎo)入避雷系統(tǒng)的接地網(wǎng)中，輸送到大地，隨著地電位的升高可能會影響電氣設(shè)備的安全；（2）電力線路遭到雷擊以后，其電能會入侵到交流輸電線路之中，進(jìn)而對電源系統(tǒng)造成損傷。（3）雷電經(jīng)過天饋線進(jìn)入到機(jī)房中，又經(jīng)過機(jī)架導(dǎo)入大地，也可能會對設(shè)備造成感應(yīng)電壓的入侵。（4）系統(tǒng)中的傳輸設(shè)備受到雷擊，會導(dǎo)致導(dǎo)航設(shè)備受到破壞。

2 機(jī)場通信導(dǎo)航臺站的雷電防護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 機(jī)場通信導(dǎo)航臺站的外部雷電防護(hù)系統(tǒng)

機(jī)場通信導(dǎo)航臺站的外部雷電防護(hù)系統(tǒng)構(gòu)造，主要為了保護(hù)外部的物體，避免這些物體被雷電直接擊中，可以設(shè)置接閃器、引下線及接地系統(tǒng)，加強(qiáng)外部的防護(hù)裝置，瀉放高額的雷電能量。

（1）接閃器。接閃器在建筑物的安裝中包括避雷針和避雷網(wǎng)，在針、帶、網(wǎng)的配合下，會對建筑物形成一定的保護(hù)范圍，對處于接閃器保護(hù)范圍內(nèi)的設(shè)施都可以起到保護(hù)的作用。接閃器的防雷功能在于防止被保護(hù)物被雷電直接擊中，在設(shè)置接閃器時(shí)，應(yīng)使其與天線的水平距離高于3m的范圍，設(shè)置在屋頂部分的避雷帶最容易受到雷擊，將其直接連接到下引線中，可以將電流分散導(dǎo)入大地。而臺站保護(hù)區(qū)以外的天線設(shè)施，應(yīng)單獨(dú)設(shè)置接閃器保護(hù)，不要與建筑的接閃器共同使用。（2）引下線。引下線可以將接閃器的雷電流導(dǎo)入地下，在布置引下線時(shí)，應(yīng)至少安置2根，在設(shè)備機(jī)房建筑區(qū)的四周均勻分布，可以維持能量場的通暢瀉放，盡可能地減少所瀉放的雷電流對建筑物內(nèi)設(shè)備的影響。引下線要平直舒展，間距小于18m，與其他強(qiáng)弱電線保持1.8m的間距以上，橫截面積在50mm2以上才能夠滿足導(dǎo)電的需求。可以在天線塔身設(shè)置多個(gè)均壓環(huán)連接電位，使其與接地系統(tǒng)形成連接，而通信導(dǎo)航臺站的天線塔較高，還應(yīng)預(yù)防側(cè)擊雷，每隔10m處應(yīng)設(shè)置均壓環(huán)，使其與引下線之間相互連接，保證各點(diǎn)電位的相同，進(jìn)而避免出現(xiàn)電位差。（3）接地系統(tǒng)。接地系統(tǒng)的安裝形式，可以參考大地統(tǒng)一電位來降低雷擊對設(shè)備的影響，接地是防雷體系中最有效的措施，多數(shù)的防雷系統(tǒng)設(shè)計(jì)都要以接地為主要核心，在通信導(dǎo)航系統(tǒng)及天線塔等處可以設(shè)置單獨(dú)的接地網(wǎng)，各個(gè)接地網(wǎng)要保持多途徑連接。通常情況下，避雷地線的直流通路電阻值較低，那么，雷擊瞬間沖擊作用下的電壓值就會下降，而建筑物所承擔(dān)的雷擊風(fēng)險(xiǎn)就越低。規(guī)定的接地電阻值要小于4Ω。在公用的接地網(wǎng)及埋地金屬管道中，連接處要圍繞建筑物外部形成環(huán)狀，可以采用鉚接或者螺栓的方式來連接接地裝置與導(dǎo)線，焊接處應(yīng)涂刷瀝青等防腐劑。在每年雷雨多發(fā)季節(jié)，要使用地阻儀檢查地阻值，確認(rèn)地阻值符合標(biāo)準(zhǔn)以后，可以保證其接地裝置安全可靠。

2.2 機(jī)場通信導(dǎo)航臺站的內(nèi)部雷電防護(hù)系統(tǒng)

雷電危害不僅包括直擊形式的雷擊破壞，還包括感應(yīng)雷在設(shè)備導(dǎo)體出現(xiàn)的高電動勢，也會對電子器件造成損傷，所以完整的機(jī)場通信導(dǎo)航臺站的雷電防護(hù)系統(tǒng)也包括建筑內(nèi)部的防護(hù)系統(tǒng)，加強(qiáng)對內(nèi)部雷電防護(hù)措施的應(yīng)用，要從每一個(gè)內(nèi)部防護(hù)位置進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括電源防雷、防雷器、屏蔽等部分，防雷器也包括電源一級防雷器、電源二級防雷器等，信號線引入中連接信號防雷器，經(jīng)由均壓環(huán)后可以將雷電接入大地中的接地體，接地體連接降阻模塊，以此系統(tǒng)形成了內(nèi)部雷電防護(hù)系統(tǒng)的主要構(gòu)成。

（1）電源線路的防護(hù)。微電子之所以會受到傷害，是由于雷擊會對電源線路造成過量的電壓，而電源所具備的防雷作用屬于綜合防護(hù)的重點(diǎn)，而雷擊集中在通信導(dǎo)航設(shè)備機(jī)房或者天線鐵塔時(shí)，瞬間產(chǎn)生的強(qiáng)電流會導(dǎo)致電磁場變化，進(jìn)而產(chǎn)生過電壓，多數(shù)的雷害都是從這二次感應(yīng)中產(chǎn)生的。供電防雷的措施是指將電子避雷器并聯(lián)在輸入電源與地線之間，可以有效限制雷電的電流幅度。避雷器可以將電壓降低10倍，使電壓處于電子器件可以接受的范圍內(nèi)，而避雷器的原理主要是在雷電擊穿間隙時(shí)，能夠?qū)Φ爻掷m(xù)放電，那么，設(shè)備必須具有良好的接地性，可以采用電源保護(hù)器SPD，依照“分級保護(hù)、逐級瀉流”的設(shè)置原則，技術(shù)人員可以按照具體的情況搭配多種電源防雷器，匹配能量參數(shù)，提升響應(yīng)時(shí)間的適宜程度，可以有效提升防護(hù)的效果。在實(shí)際的工作中，為提升對不間斷電源（UPS）設(shè)備的防雷效果，還可以搭配二級和三級防雷保護(hù)器的安裝形式，對機(jī)房的電源系統(tǒng)提供更有效的保障，如在主配電柜中安置廣州雷迅PPS-L/3-100BA，這一電源防雷保護(hù)器可以作為二級輔助保護(hù)裝置，或是在主要設(shè)備的前端安裝AM2-40/1+NPE，這一防雷保護(hù)器可以作為三級防雷保護(hù)裝置。如此一來，雷擊產(chǎn)生的電流經(jīng)過三級電源防雷保護(hù)器的過渡或減少浪涌，而且電源避雷器的插入模式以模塊式為主，可以單向?qū)Φ貙?dǎo)通，具有較好的保護(hù)效果。（2）信號線防雷。信號線的傳輸距離較長且耐壓水平較低，容易因感應(yīng)雷電而造成設(shè)備的損壞，所以在系統(tǒng)中加設(shè)避雷器裝置，能夠在電纜中使用空線接地的方式，做好防護(hù)措施后，再以導(dǎo)航設(shè)備的敏感性為基礎(chǔ)，選擇恰當(dāng)?shù)谋芾灼鳌C(jī)場的各個(gè)通信導(dǎo)航機(jī)房內(nèi)的無線測控系統(tǒng)的裝置都應(yīng)加設(shè)避雷器，可以采用銅塑線的形式將機(jī)房光端機(jī)配線柜的接地性能提升，在接入金屬芯線與光纜金屬保護(hù)套之前，先對其進(jìn)行接地的處理，可以實(shí)現(xiàn)避雷的目標(biāo)。（3）屏蔽。屏蔽可以減少雷電電磁脈沖與電磁干擾，在機(jī)場通信導(dǎo)航機(jī)房內(nèi)應(yīng)采用屏蔽的措施，包括建筑物屏蔽與線纜屏蔽，在建設(shè)機(jī)房的過程中，可以將墻體的鋼筋設(shè)置成網(wǎng)孔狀，網(wǎng)孔的尺寸越小其屏蔽的效果就越好，在門窗處也應(yīng)設(shè)置金屬網(wǎng)，使建筑物的鋼筋構(gòu)造形成電氣連接，而設(shè)備的安裝位置要遠(yuǎn)離門窗，距離要大于1m。多數(shù)的天饋線線纜暴露在外部，而機(jī)房內(nèi)的電纜要盡可能采用屏蔽電纜，在架空電力線從終端桿中引下以后，可以水平直埋50m，深度在0.6m以上，兩端接地，非屏蔽類線纜應(yīng)使用鍍鋅鐵管保護(hù)。

3 結(jié)語

機(jī)場通信導(dǎo)航臺站的雷電防護(hù)系統(tǒng)是一項(xiàng)綜合性的大工程，對于整體的機(jī)場通信導(dǎo)航臺站而言，具有非常重要的實(shí)用意義，建設(shè)良好的防雷系統(tǒng)，可以維護(hù)機(jī)場通信設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，避免雷電原因造成的通信系統(tǒng)癱瘓，可以通過防護(hù)系統(tǒng)對雷擊的引入途徑進(jìn)行規(guī)劃和保護(hù)，層層分流瀉電，對可能發(fā)生的雷擊事故防患于未然，按照嚴(yán)格的接地原則布設(shè)接地網(wǎng)絡(luò)，能夠確保整體通信導(dǎo)航系統(tǒng)的安全無恙與可靠運(yùn)行。