淺談機場導航設(shè)施防雷

嚴曉波

摘 要：一般來說，導航設(shè)備都位于偏僻地區(qū)，并且導航天線高，極易引來雷電，對于夏季這種雷雨交加的季節(jié)更是如此。對于民用機場，如何采取有效的措施防止導航臺被雷電擊到，以免影響正常使用，或是造成重大損失，這是機場導航設(shè)計者與使用者都必須要關(guān)注的問題，文章簡要敘述了一些機場導航防止雷擊的措施。

關(guān)鍵詞：雷電危害；防雷措施；日常維護

機場導航設(shè)施一般包括導航設(shè)備系統(tǒng)、天線系統(tǒng)以及遠程遙控監(jiān)視系統(tǒng)。導航設(shè)備系統(tǒng)包括設(shè)備機柜、電源系統(tǒng)等；天線系統(tǒng)包括發(fā)射天線與監(jiān)控天線等；遠程遙控監(jiān)視系統(tǒng)包括設(shè)備遙控裝置、無線測控系統(tǒng)、通信傳輸系統(tǒng)等。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，機械、電氣、儀表等各項技術(shù)的發(fā)展，機場導航設(shè)施設(shè)備也越來越先進，電路集成裝置也越來越高，感應(yīng)雷電入侵極易造成電子元件、設(shè)施等的損壞，再加上機場導航系統(tǒng)很多設(shè)施都在室外，電線裸露，天線外置，這些更加快了機場導航系統(tǒng)遭雷擊的可能性。在這種高風險的形勢下，對于導航系統(tǒng)只安裝一個避雷針來防止其被雷擊的措施已遠遠不能滿足要求，需要建立完善的防雷體系，做到“綜合管理、層層防護、重點保護、全面系統(tǒng)防衛(wèi)”，增強臺站的立體防御能力，使機場導航設(shè)施遭雷擊損壞的幾率降至最低水平。

1 雷擊的分類

雷擊一般分為直擊雷和感應(yīng)雷。顧名思義，直擊雷就是直接擊到建筑物、動植物、人體等物體上，造成建筑物直接損壞、動植物毀壞或傷亡等，這種雷擊方式主要是靠電效應(yīng)、熱效應(yīng)等混合力作用造成。感擊雷實際是利用感應(yīng)電壓間接損壞動植物、建筑物等的過程。這種感應(yīng)雷是通過雷云之間或雷云對地之間放電在附近的架空線路、埋地線路或其他傳電導體上產(chǎn)生了感應(yīng)電壓，從而傳導至相關(guān)設(shè)備造成微電子設(shè)備的間接損壞。感應(yīng)雷對于微電子設(shè)施的傷害極大，比如監(jiān)控設(shè)備、計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、通訊設(shè)施等，在雷擊造成的以上設(shè)施損壞的數(shù)據(jù)中，有五分之四以上的設(shè)施都是感應(yīng)雷造成的。

2 雷電對民航無線電通信導航設(shè)施的危害

根據(jù)基礎(chǔ)電力學常識，電流都是要通過電阻相對較小的路徑，所以，對于聳入大氣的低電阻接地導體就會極易引來雷電發(fā)來的電流連接入地。為了保證通訊質(zhì)量，確保無線電通訊信息可靠，對于民航導航系統(tǒng)都是建立在空曠的大地上或是空山上，其高高的天線和長長的饋線都是良好的引電流入地的導體，極易引來直擊雷和感應(yīng)雷，造成導航設(shè)施的損壞。無線電通信導航設(shè)備大多由集成模塊構(gòu)成，其耐沖擊能量只有幾微瓦秒，其一般所能承受的尖峰電壓約為700V，很容易引起元器件的擊穿和燒壞。因此，當民航導航系統(tǒng)被雷擊時，若保護不當，會引來極大的安全隱患，或者造成設(shè)備輕度受損，使停機無法運行；或者造成整個設(shè)備報廢，系統(tǒng)紊亂，影響飛行安全。雷擊所產(chǎn)生的強大電流和強烈的電磁輻射等物理效應(yīng)，給整個民航導航系統(tǒng)帶來巨大的危害。

3 防雷改造的設(shè)計方案

根據(jù)雷擊的分類與特點，在進行防雷技術(shù)設(shè)計時不單獨考慮一種防雷技術(shù)，需要從多方面考慮，綜合治理，層層防護，單一的防雷技術(shù)起不到很好的效果，只能防止一種雷擊類型，或保護外部設(shè)備（防止直擊雷破壞），或保護內(nèi)部設(shè)備（防止感應(yīng)雷破壞），防護有缺失或遺漏，防護效果欠佳。作為防雷的綜合防護體系需要綜合考慮這兩種雷擊類型的特點，全面防護，缺一不可。下面，文章主要介紹一下機場導航臺的外部與內(nèi)部設(shè)備的防護措施。

3.1 機場導航臺站外部直擊雷防護

首先介紹一下防止直擊雷破壞室外設(shè)備設(shè)施的防護措施，這種防護措施又稱為外部防雷系統(tǒng)，主要由接閃器、引下線和接地系統(tǒng)三部分組成。據(jù)專家統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，外部防雷系統(tǒng)可以瀉放雷電50%以上的能量，防雷效果較好。

3.1.1 接閃器其主要組成就是我們常說的避雷針或避雷帶（網(wǎng)），通過這些避雷針、帶、網(wǎng)的組合系統(tǒng)，可以有效將雷電引入此系統(tǒng)，通過自身系統(tǒng)接入雷電，而防止其破壞被保護設(shè)備。在技術(shù)要求方面，接閃器與天線的水平距離應(yīng)不小于3m，避雷帶（網(wǎng)）應(yīng)鋪設(shè)在臺站天面的四周，且在四角安裝避雷針進行防護，避雷針間要相互連接，并且都要就近連接至下引線。

3.1.2 引下線與避雷針連接，目的是將接閃的雷擊電流直接導入大地。為了使導電入地的效果更好，就要求每一個避雷針都要連接一個獨立的下引線，且引線要保持完整獨立的一根，防止有焊點，避免時間過久影響導電防雷效果。

3.1.3 接地系統(tǒng)

（1）接地電阻的要求和等電位聯(lián)接

從理論上講，接地電阻越小越好。當然，現(xiàn)代防雷技術(shù)觀點認為，各設(shè)備進行等電位聯(lián)接形成“等電位孤島”，可以大大降低對接地電阻的要求。依據(jù)GB50057-2010《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》和IEC61312標準的防雷要求，綜合多方面因素考慮，導航臺站的接地宜采用統(tǒng)一接地的接地形式，并在各處做等電位連接，鐵塔地腳螺釘應(yīng)與接地系統(tǒng)做可靠的電氣連接，其統(tǒng)一接地電阻要求≤4Ω。

（2）聯(lián)合接地

這種接地方法是將所有接地的引線匯集于一個網(wǎng)絡(luò)，將設(shè)備設(shè)施進行等電位聯(lián)接，以降低接地電阻值，再用引下線直接聯(lián)接到地網(wǎng)，該系統(tǒng)共地網(wǎng)而不共線，使得設(shè)備設(shè)施被保護。

（3）垂直接地

為保證接地網(wǎng)的長期使用，確保其耐腐蝕性好，一般采用石墨制作地網(wǎng)。水平接地多用扁鋼，垂直接地采用角鋼，根據(jù)地形設(shè)計連接成網(wǎng)狀，防止內(nèi)部設(shè)備被雷擊損壞，使得雷電電流有效導入大地。

3.2 導航臺內(nèi)部防雷

據(jù)統(tǒng)計，遭雷擊損壞的微電子設(shè)備80%以上由感應(yīng)雷造成，所以內(nèi)部防雷系統(tǒng)同樣重要，內(nèi)部防雷主要有兩種類型，電源防雷和信號線防雷。

3.2.1 電源防雷

對于大多數(shù)導航臺來說，尤其是遠離機場的外導航臺，其設(shè)備電源都是通過架空線進入臺站。這種高空架線由于電線長，易感應(yīng)較強的雷電流，為保證其不被感應(yīng)雷電損壞，通常采用三級防雷技術(shù)。即第一級在變壓器低壓輸出端安裝電源避雷器，設(shè)計通流容量大于50kA；第二級在進入導航臺主設(shè)備輸入端安裝電源避雷器，設(shè)計通流容量20kA；第三級在各設(shè)備端加裝串聯(lián)避雷器，設(shè)計通流容量1kA。

3.2.2 信號線防雷

由于從室外進入主控機房的信號線較長，且大多暴露于室外，易受雷電感應(yīng)，引入較強電流，從而導致內(nèi)部設(shè)備損壞。為防止感應(yīng)雷擊破損信息系統(tǒng)，在所有信息系統(tǒng)進入的電纜內(nèi)芯線端，對地加裝避雷器，電纜中的空線應(yīng)接地，并做好屏蔽接地。實際工作中需要根據(jù)通導設(shè)備對雷電的敏感度來確定。同時，在機場各個通信導航機房內(nèi)的無線監(jiān)控系統(tǒng)前端安裝信號避雷器，對機房光端機配線柜采用銅塑線進行良好的接地，光纜金屬護套和金屬芯線在尾纖盒進入設(shè)備之前，把芯線和金屬護套做接地處理，以達到避雷目的。

4 結(jié)束語

防雷技術(shù)是一項系統(tǒng)性的、綜合性的技術(shù)工程，在進行機場導航系統(tǒng)防雷設(shè)計時，即要考慮外部設(shè)備的防雷，又要考慮內(nèi)部設(shè)備的防雷。文章只是對普遍使用的防雷技術(shù)做了簡單的敘述。但是，我們需要認識到再精心的設(shè)計也不可能保證雷擊事件的發(fā)生率為率，我們只能在設(shè)計之初，盡量將可能的雷擊情況考慮全面，將可能的防雷措施做全面，并不斷的改善，以盡量避免雷擊事故發(fā)生，確保導航系統(tǒng)正常，從而保證安全飛行。

參考文獻

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