淺談民航通信導航系統中的工藝防雷接地系統

饒紅偉

（上海民航新時代機場設計研究院有限公司，上海 200335）

1 民航通信導航系統防雷接地的重要性

在進行民航通信導航系統防雷接地工作開展之前，就需要了解且實施了防雷接地的重要性與必要性，從而為后續的工作也提供了重要的基礎。在航班運行過程中需要通信設備實現管制指揮和飛行器的通信，也需要導航設備為飛行器提供航路航線以及精密儀表進近指引。如果民航通信導航系統因雷擊故障，或因雷擊產生的電磁干擾出現信號失真、不穩定的問題，會影響航班的正常運行，甚至影響航行安全。現在的民航通信導航系統其核心部件都是大規模的集成電路等微電子的器件，具有了體積比較小、耐壓比較低的特性，通流量也只有微安級，即使是操作過電壓引起的脈沖電壓峰值，也會干擾其正常運行，甚至整個設備有可能被毀壞。因此如果出現雷擊災害的話，會很容易出現系統信號的中斷，甚至設備的損壞，造成較大的直接與間接的財產損失，危害民航安全。

2 造成雷點危害的原因

2.1 直擊雷

直擊雷是民航通信導航系統中較有可能發生的雷擊形式，這一類型的雷主要是指帶電云層和大地中的某一個點，由于周邊自然條件的影響迅速產生放電的現象。由于熱效應和電效應以及機械效應等的混合作用，會導致建筑物被直接摧毀，而且還會有人員傷亡等情況出現。由于直擊雷放電速度非常快，瞬間的沖擊是特別大的，在機房微電子設備可以從浪涌過電壓受到影響，后果可能會非常嚴重。

2.2 感生雷擊

感生雷擊是指雷電云與地面之間的放電量或雷電云與地面之間的感生電壓，以及雷電云附近架空線路、金屬管或類似傳導的地下導線。電壓傳輸設備通過導體間接導致精密和復雜電子線路的損壞。感應閃電的強度小于直接閃電，但發生和危害的概率是很高的。感應雷是對微電子設備危害最大的一種雷電，尤其是通信設備和電子通信網絡系統。

2.3 造成雷電（浪涌）過電壓入侵的主要原因和途徑

（1）地網地電位的上升是由于直接雷擊通過避雷器（如避雷針（帶））直接插入地面造成的。而造成地電位反擊的原因則是高電壓由設備接地線引入電子設備。

（2）當引下線通過雷電電流進入地面時，使得引下線周圍產生磁場并且其周圍不同金屬管（線）上出現經感應而產生的多電壓。

（3）電源線和進出建筑物或設備間通信線路沿閃電電壓，過電流的外部直接雷擊或感應雷電加載行進入。

（4）過電壓的操作：當導體上有電流流過時，就會產生磁場用來儲存能量。電流越大，導體就越長，它所能儲存的能量就越多。當負載（特別是感應負載）電氣設備打開或關閉時，會產生瞬時過電壓。操作過電壓，如感應雷擊，會間接損壞微電子設備。

3 民航通信導航系統中的防雷措施

圖1 整體防雷示意圖

3.1 避雷針設置

根據滾球法理論，避雷針的高度和安裝的位置要進行合理的設置，并且雷擊點由它控制，避免雷擊直接擊中被保護物。在實際設置避雷針時，應充分考慮保護物高度和地理環境位置的影響，通過軟件模擬手段，優化提高直擊雷防護實施方案。以某全向信標測距儀導航臺工程實例簡要介紹避雷針的設置思路。

全向信標反射網一般為直徑26m至40m的鋼結構，反射網上設置1.4m的中心天線和3.5m的測距儀天線以及全向信標環狀邊帶天線，綜合考慮結構反射網構型及安裝天線情況，一般采用在反射網上均勻設置4根等高避雷針，對反射網上的天線進行保護。

該導航臺因由于機場凈空限制，全向信標反射網上避雷針高度受限，凈空限制反射網上設施高度需控制在6.3m至9.1m之間，常規等高避雷針在滿足直擊雷防護時會超出凈空限制要求，滿足凈空要求時又無法保護反射網上的天線和維護人員。按照建筑及民航防雷規范要求，按照半徑30m滾球法，通過軟件模擬多次優化避雷針布局和高度，以兩根5.5m和兩根8.5m避雷針的設置方案，同時滿足直擊雷防護和凈空要求。直擊雷防護計算軟件模擬圖如下：

圖2圖3中目標保護物為全向邊帶天線（紅色）和測距儀天線（黃色），設置避雷針（藍色）4根，模擬直擊雷保護范圍為綠色。

圖2 直擊雷防護圖（側視）

圖3 直擊雷防護圖（俯視）

3.2 接地系統

接地系統主要是通過接地線、接地帶和接地極之間的有效連接，通過接地系統可以實現電流的引導，當過載電流出現的時候，必須要快速的把電流導入到大地里邊去。接地系統在實際工作中需要根據現場的環境進行合理設置，依據不同情況選擇直擊雷接地、設備保護接地以及聯合接地等接地形式。通過減阻劑、化學接地電極和銅片的組合，一個完美的低阻抗接地網結構可以獲得低沖擊接地電阻，并且雷電能量可以迅速地釋放到大地。在雷達塔等項目建設中，為了增加雷電流泄放的途徑，使雷電流盡快下地，在每根避雷針基腳各引出一條連續銅線或鋼帶作為雷電流專用接地引下線，并自天線承臺向下每間隔10m沿塔身外墻設置閉合均壓環。

3.3 等電位連接

在機房設置等電位端子箱或接地匯流排，通過沿線纜橋架設置的接地銅帶，或機房框架地板內的接地網，將各類工藝電源保護接地，信號多點接地、單點接地分別并聯接入等電位端子箱或者是接地匯流排；進出工藝室的所有非電氣金屬柜、靜電地板金屬支架、外殼、金屬管、電纜護套等，均采用黃綠相間色標的銅質絕緣導線并聯接入最近的接地匯流排。所有的等電位搭接必須采用壓接后加熱焊或直接熱焊緊固連接。

3.4 電磁屏蔽

利用集中式電子設備屏蔽主機房，可有效抑制太空閃電的電磁感應，還能被大型集成電路的現代通信及電子設備廣泛應用。利用土建立柱內垂直主筋的電氣貫通、橫向（水平）主筋的電氣貫通、水平與垂直鋼筋的電氣貫通、垂直主筋的下地處理，或金屬外墻的等電位連接，建筑主結構鋼與地下部分建筑及人工地網共同構成一個接地良好的“法拉第籠”；部分要求高的機房可通過在六個面設置金屬格柵網的形式取得更好的電磁屏蔽效果。

3.5 進線保護

室外進線采取金屬線槽或金屬管防護后埋地引入，并保證金屬線槽或金屬管外殼金屬管與聯合主地網可靠多點連接。在各種電纜的入口處、防雷分區的接口、為了更加有效抑制雷電的沖擊，使得設備的端子處需要安裝多級合格的電源還有信號避雷器，并把地線連接完善。

4 結束語

在當前時代下進行民航通信導航系統防雷接地是非常重要的，良好的防雷接地系統，可以提高現場工作的安全系數，使通信導航設備設施的財產安全得到了保障，為航空器的正常飛行運行保駕護航。在通信導航等臺站建設過程中選擇科學的防雷接地方案，從雷擊點控制、良好等電位連接以及電磁屏蔽、安全可靠的雷電流入地引導、完善的低阻抗地網、合理設置防浪涌保護裝置等多方面做好防雷接地建設，并加強防雷接地系統的定期檢測與維護，以保障民航安全與民航事業的穩定發展。