郝 娜

（民航新疆空管局空管中心技術(shù)保障中心，新疆 烏魯木齊 830001）

0 引 言

雷電是一種可以形成具有極強(qiáng)破壞力的大電流和高電壓的強(qiáng)烈自然大氣放電現(xiàn)象，其可在短時(shí)間內(nèi)釋放出巨大能量，嚴(yán)重威脅著人類的生命財(cái)產(chǎn)安全。近年來，隨著我國計(jì)算機(jī)信息技術(shù)以及通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，民航雷達(dá)站雷達(dá)系統(tǒng)成為集高頻微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、微波技術(shù)以及電子通信技術(shù)等為一體的電子設(shè)備，具有高精度、高頻率、高靈敏性、復(fù)雜化等特點(diǎn)。但與此同時(shí)，民航雷達(dá)站內(nèi)部儀器設(shè)備的絕緣性較差，并且存在過電壓耐受能力差等致命弱點(diǎn)，在雷雨天氣很容易受到雷電的威脅。因此，雷達(dá)站內(nèi)的雷達(dá)系統(tǒng)成為防雷工程中重要、急需探討的問題。倘若民航雷電站雷達(dá)系統(tǒng)受到雷擊危害將會(huì)導(dǎo)致雷達(dá)站內(nèi)部的電子系統(tǒng)以及通信系統(tǒng)破壞、損害，甚至可能導(dǎo)致整個(gè)雷達(dá)站雷達(dá)系統(tǒng)的癱瘓，最終影響民航的健康長遠(yuǎn)運(yùn)行，對民航乃至社會(huì)發(fā)展造成不可估量的直接與間接的巨大經(jīng)濟(jì)損失。因此，相關(guān)部門已經(jīng)開始提高對民航機(jī)場雷達(dá)站防雷方法的研究工作，以期保障雷達(dá)站長久健康運(yùn)行，發(fā)揮最大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

1 雷擊的種類和途徑

1.1 雷擊的種類

雷擊主要分為直擊雷和感應(yīng)雷。當(dāng)雷云直接接觸到導(dǎo)體裝置時(shí)，會(huì)產(chǎn)生極具破壞性的熱效應(yīng)和機(jī)械效應(yīng)的強(qiáng)大電流，稱為直擊雷。感應(yīng)雷指的是通過導(dǎo)線的靜電感應(yīng)作用，將位于導(dǎo)體上方的雷云電吸引到導(dǎo)體端，使導(dǎo)線帶上強(qiáng)電荷，當(dāng)雷云對大地放電，就會(huì)稀釋導(dǎo)體上的電荷，進(jìn)而形成雷電波并沿導(dǎo)體線路侵入設(shè)備，損害設(shè)備的性能。根據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，感應(yīng)雷更容易引起導(dǎo)航臺(tái)、雷達(dá)站遭受雷擊，也是民航站防衛(wèi)雷擊的重要類型[1]。

1.2 雷擊途徑

當(dāng)感應(yīng)電壓達(dá)到10～20 kV，即使雷擊發(fā)生在距保護(hù)目標(biāo)3 000 m之外的區(qū)域，無屏蔽的線路也會(huì)感應(yīng)到5～7.5 kV的過電壓，光纜中心的金屬屏蔽層會(huì)直接感應(yīng)雷電電涌，如果不采取有效的防護(hù)措施，容易引發(fā)通信設(shè)備毀壞或者電力系統(tǒng)紊亂的問題[1]。常見的雷擊途徑有天饋線引入、光纖電纜引入、電力電纜引入、低電位反擊引入四種。

2 民航雷達(dá)站雷擊的危害

2.1 對電源系統(tǒng)的危害

面對復(fù)雜多變的雷雨天氣，由于民航雷達(dá)站內(nèi)部體系較為復(fù)雜多樣，導(dǎo)致電源配電系統(tǒng)很容易受到雷擊威脅。雷達(dá)站內(nèi)部線路搭建較為復(fù)雜和隨機(jī)，導(dǎo)致雷達(dá)站內(nèi)外部的架空線路、金屬管線較容易受到巨大的沖擊電壓。這會(huì)帶來一系列的連鎖反應(yīng)，最終擊穿雷達(dá)站線路的絕緣層，發(fā)生短路現(xiàn)象，破壞雷達(dá)站的供電系統(tǒng)；此外，擊穿過程中一旦產(chǎn)生火花，還會(huì)導(dǎo)致雷達(dá)站附近發(fā)生爆炸等后果嚴(yán)重的事故。

2.2 對監(jiān)控系統(tǒng)的危害

雷電的發(fā)生主要是因?yàn)槔子暝飘?dāng)中的電荷釋放向大地，產(chǎn)生維持上百微秒、平均幅值在幾萬安培的電流脈沖。雷電電磁干擾通過如下兩種形式來對雷達(dá)站的雷達(dá)監(jiān)控體系產(chǎn)生相互作用。一是傳導(dǎo)耦合作用，各類金屬導(dǎo)線與監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)的電阻和電容阻容受到閃電的強(qiáng)烈干擾產(chǎn)生阻容耦合作用，損害電子設(shè)備乃至整個(gè)系統(tǒng)設(shè)備[2]；二是輻射耦合作用，民航機(jī)場的雷達(dá)站外部的電子設(shè)備電纜或天線受到閃電電磁輻射耦合作用危害，進(jìn)而通過線路傳輸損毀系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)備。雷達(dá)站監(jiān)控系統(tǒng)一旦遭到破壞，就會(huì)嚴(yán)重威脅整個(gè)雷達(dá)站甚至民航系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

3 雷達(dá)站防雷系統(tǒng)

防雷系統(tǒng)作為民航雷達(dá)站運(yùn)行范疇中的重要方面，需要引起相關(guān)部門的高度重視，防雷系統(tǒng)主要分為外部防護(hù)和內(nèi)部防護(hù)兩大部分。

外部防雷發(fā)揮著雷電站建筑群“防護(hù)罩”的作用，搭建系統(tǒng)如圖1所示。

內(nèi)部防雷主要是通過截流、屏蔽、等電位連接、分流、接地等措施，均衡系統(tǒng)電位，限制過電壓幅值。

4 民航雷達(dá)站的防雷方法

4.1 民航雷電站的綜合防雷方法

4.1.1 供電系統(tǒng)防雷保護(hù)

供電系統(tǒng)的防雷保護(hù)在民航雷達(dá)站防雷工作中占據(jù)具重要地位，相關(guān)部分可以根據(jù)室內(nèi)供電系統(tǒng)的實(shí)際情況采取分級保護(hù)，在供電體系的各個(gè)組成部分應(yīng)用避雷器實(shí)施逐級防護(hù)，將雷電過電壓降低到體系可以承受的水平。

4.1.2 天線防雷防護(hù)

將民航雷達(dá)站的天線與屋頂上的防雷裝備通過多個(gè)連接點(diǎn)連接在一起，根據(jù)雷達(dá)站天線的數(shù)量和防雷裝備的防護(hù)范圍，考慮是否對天線裝設(shè)單獨(dú)的避雷針進(jìn)行防雷保護(hù)。同時(shí)，相關(guān)工作人員需要嚴(yán)格把控雷達(dá)站天線防雷接地裝置與避雷針的引下線的安裝過程，要確保二者緊密結(jié)合。

4.1.3 針對各項(xiàng)金屬管、線纜等進(jìn)行防雷保護(hù)

由于雷達(dá)站內(nèi)存在極易受到雷電威脅的各種調(diào)控信息體系以及錯(cuò)綜復(fù)雜的金屬管道、電纜以及引入、引出線，相關(guān)部門要加強(qiáng)各類金屬管、線纜的防雷措施，嚴(yán)格控制線纜在進(jìn)出口處與建筑物的防雷接地裝置緊密連接[3]。

4.2 民航雷達(dá)站的抗電磁干擾方法

圖1 外部防雷搭建系統(tǒng)流程圖

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展以及雷擊威脅的不斷增大，提高民航雷達(dá)站防雷電電磁干擾的能力至關(guān)重要，也成為雷達(dá)站不可缺少的技術(shù)措施。雷擊會(huì)在民航雷達(dá)站周邊產(chǎn)生強(qiáng)烈的電磁干擾，給民航雷達(dá)站中供電系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)信息傳輸系統(tǒng)以及監(jiān)控系統(tǒng)等電子信息設(shè)備產(chǎn)生錯(cuò)誤的代碼和指令，干擾雷達(dá)站的信號(hào)系統(tǒng)正常運(yùn)行，甚至可以直接擊中民航雷達(dá)站，進(jìn)而導(dǎo)致雷達(dá)站的多個(gè)系統(tǒng)設(shè)備遭受嚴(yán)重影響。因此，在民航雷達(dá)站鋼架互連結(jié)構(gòu)施工時(shí)，施工部門需要嚴(yán)格把控，對民航雷達(dá)站內(nèi)的進(jìn)出線路應(yīng)盡量采用屏蔽線纜，連通焊接室內(nèi)的全部鋼筋，確保電氣緊密相連，并且要提高屏蔽層接地的可靠性。此外，為了提高民航雷達(dá)站供電電壓在受雷擊時(shí)的穩(wěn)定性以及安全性，單獨(dú)屏蔽和隔離屋頂天線、監(jiān)控探頭等容易被干擾的電路，配電間及控制機(jī)房應(yīng)采取穩(wěn)壓電源供電。最后，在雷達(dá)站設(shè)備的電源端采用低通濾波器，要防止各種接地之間的互相干擾，應(yīng)用先進(jìn)的隔離及光纖數(shù)字傳輸技術(shù)進(jìn)行雷達(dá)站上下走線的安裝以及改造工作。

4.3 民航雷達(dá)站的防雷擊接地方法

在雷擊發(fā)生時(shí)，雷電流會(huì)通過民航雷達(dá)站內(nèi)大量的各類電子設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)布線系統(tǒng)，特別是被各類線纜所覆蓋室內(nèi)的頂板、吊頂、底板等迅速的引入大地。為確保民航雷達(dá)站各項(xiàng)設(shè)備的正常運(yùn)行，相關(guān)部門需要設(shè)計(jì)細(xì)致、嚴(yán)謹(jǐn)、科學(xué)、合理的防雷接地系統(tǒng)。首先，為保障計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的安全，屏蔽鎧裝處理供電電纜，采用聯(lián)合接地裝置將民航雷達(dá)站機(jī)房內(nèi)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的接地和建筑物的防雷接地連接，防止雷擊時(shí)遭受反擊。其次，將雷達(dá)站內(nèi)的控制系統(tǒng)接地和民航雷達(dá)站建筑物本身的防雷接地分開，根據(jù)雷達(dá)站內(nèi)部的實(shí)際大小進(jìn)行調(diào)整，盡量控制兩者間距離在20 m左右，并適當(dāng)減小抗干擾能力強(qiáng)設(shè)備之間的距離。民航雷達(dá)站在安裝一些重點(diǎn)設(shè)備時(shí)，要確保設(shè)備與地網(wǎng)之間形成良好導(dǎo)通，并且嚴(yán)格檢查連接處有無銹蝕、折角情況。

4.4 民航雷達(dá)站的信號(hào)系統(tǒng)防護(hù)措施

雷達(dá)天線承擔(dān)著雷達(dá)站雷達(dá)信號(hào)采集和發(fā)射的功能，并且天線塔是雷達(dá)站周圍最高的建筑物，十分容易受到雷擊危害。為了減少通信信號(hào)與雷達(dá)信號(hào)之間的干擾，需要在雷達(dá)站的通信信號(hào)發(fā)射器跟天線塔之間維持一定的距離，實(shí)現(xiàn)天線塔周圍的凈空要求，民航雷達(dá)站的信號(hào)系統(tǒng)防護(hù)措施主要是架設(shè)獨(dú)立的避雷針。

民航雷達(dá)站的計(jì)算機(jī)機(jī)房內(nèi)集中了集成度敏感度高的雷達(dá)監(jiān)控設(shè)備、交換機(jī)以及傳輸設(shè)備網(wǎng)絡(luò)等重要設(shè)備，雷雨天氣很容易受到電磁感應(yīng)作用，電擊脈沖經(jīng)過接口電路傳進(jìn)對機(jī)房相關(guān)設(shè)備產(chǎn)生危害。因此，需要根據(jù)民航雷達(dá)站的實(shí)際情況，在機(jī)房內(nèi)各種信號(hào)線前端安裝與通頻帶寬及傳輸速率相匹配的，并且插入損耗、駐波比較小的電涌保護(hù)器，并使用長度小于0.5 m的接地線就近與等電位體連接。信號(hào)電涌保護(hù)器的安裝數(shù)量要充分考量民航雷達(dá)站的實(shí)際情況以及計(jì)算機(jī)信號(hào)系統(tǒng)的運(yùn)行情況，確保實(shí)現(xiàn)雷達(dá)站信號(hào)系統(tǒng)正常的運(yùn)行的前提下發(fā)揮最佳的防雷效應(yīng)。

5 結(jié) 論

民航雷達(dá)站的防雷方法和策略是一項(xiàng)重要而復(fù)雜的研究，涉及到眾多領(lǐng)域。雖然雷擊屬于小概率事件，但是一旦發(fā)生就會(huì)造成不可彌補(bǔ)的損失，相關(guān)部門需要高度重視民航雷達(dá)站的防雷工作，分類分析民用航空雷達(dá)站的防雷措施，進(jìn)而確保民航雷達(dá)站的正常運(yùn)行。