固定臺站立桿天線直擊雷防護設(shè)計

徐延亮，張海彬，劉成龍，王帥輝

（解放軍91876部隊，秦皇島 066203）

0 引 言

隨著電子對抗技術(shù)的飛速發(fā)展，大量無線電設(shè)備投入岸基航空兵部隊。這些設(shè)備需要各式各樣的天線完成地空間的通信、導(dǎo)航與飛機定位以及進行各種必要的電子對抗。但由于各種原因，這些天線擁擠地立在機場部分臺站頂部，以致原來的防雷措施并不能滿足防雷要求，加之臺站數(shù)公里內(nèi)十分開闊，使得這些天線完全暴露在空曠的環(huán)境中，雷雨天氣容易遭受雷擊，造成巨大損失。

目前，這些臺站主要存在以下隱患：（1）新架天線明顯高于原避雷針，原避雷針形同虛設(shè)；（2）站頂面立有多架天線，原有避雷針保護范圍不能覆蓋所有天線；（3）臺站頂面沒有足夠預(yù)留固定措施，避雷針難以架立。為此，本文提出如下解決方法：可在天線一定高度處引出一段水平線，水平線末端再引出一條向上的垂直線，以此垂線作為避雷針。此方法還適用于空間較小、天線較多、對電磁兼容性要求不高的地域，比如通信對抗部隊野外作戰(zhàn)時立桿天線的防雷問題，不適用于電磁兼容性要求較高的地域，比如海上水面艦艇桅桿天線處［1］。下面從避雷針避雷原理、避雷針的保護范圍和所需高度幾個方面說明上述方法的合理性和有效性，并分類討論各種應(yīng)用情況。

1 避雷原理

避雷針是直接承受雷擊的部分，須高出被保護物體，當閃電的下行先導(dǎo)向地面上被保護物體上發(fā)展時，處于相對高處的避雷針將率先導(dǎo)引向自身，使雷擊發(fā)生在避雷針上，讓強大的雷電流經(jīng)引下線和接地體泄入大地，從而使被保護物體免遭直接雷擊。

從雷云對地放電的發(fā)展過程來看，由于處在高于被保護物體的空間位置上的避雷針通過引下線和接地體保持與地良好的電氣連接，當雷云出現(xiàn)在地面上空時，又由于靜電感應(yīng)作用，大地及避雷針上將出現(xiàn)與雷云電荷相反的電荷。于是在避雷針的頂端處電場將發(fā)生畸變，出現(xiàn)局部集中的高電場區(qū)，這就為雷電先導(dǎo)向避雷針發(fā)展創(chuàng)造了十分有利的條件，很容易將先導(dǎo)吸引到避雷針上，使雷擊點出現(xiàn)在避雷針的頂端，而不致出現(xiàn)在其下面的被保護物體上。可見，避雷針的主要作用是引雷，是讓自身遭受雷擊從而使其下面的物體得到保護。

2 避雷針的保護范圍

避雷針有一定的保護范圍，在此范圍內(nèi)的天線可以得到較好的保護。目前，確定此空間的最佳方法是滾球法。

滾球法的計算原理是以某一規(guī)定半徑的球體，在裝有避雷針的建筑物上滾過，滾球體由于受建筑物上所安裝的避雷針的阻擋而無法觸及某些范圍，這些范圍則是避雷針的保護范圍。不同的防雷等級采用不同的滾球半徑，分成30 m、45 m和60 m 3個級別［2］。滾球半徑越小，可保護的空間就越小，同時建筑物得到保護的最小雷電流幅值越小。下面以滾球法分析避雷針的保護范圍。

2.1 單支避雷針保護范圍

如圖1所示，單支避雷針DA的高度為滾球半徑。滾球底端C置于一定水平面（地面或樓頂面）上，另一端緊密接觸避雷針頂端A，這樣，DA、DC和弧AC共同組成了一個封閉的區(qū)域。根據(jù)立體幾何知識，將此區(qū)域以DA為軸旋轉(zhuǎn)360°形成的封閉空間，便是避雷針的保護范圍。

由上述分析可知，單支避雷針的保護范圍是一個對稱的尖錐體，形如斗笠。離避雷針越近，避雷針保護高度就越高；離避雷針越遠，其保護高度就越低。避雷針越高保護范圍就越大。

多支避雷針的保護范圍同樣可用滾球法確定。這些避雷針外側(cè)分別是原單支避雷針保護范圍，內(nèi)部則是滾球在多個避雷針頂部滾動所形成的立體空間。此空間大于原單支避雷針在內(nèi)部空間的重疊交叉。各支避雷針離得越近，總體保護高度就越高，水平保護尺寸就越??；反之，總體保護高度就越低，水平保護尺寸就越大。在實際應(yīng)用中，由于目標形狀和防雷要求可能都不一樣，滾球所在面可能是斜面而不是水平面［4］，因而避雷針的高度、數(shù)目也可能不一樣，其內(nèi)部保護范圍各不相同。然而雙支避雷針內(nèi)部保護范圍的計算比較簡單，3支或3支以上避雷針內(nèi)部保護范圍的計算就十分復(fù)雜［5］。這種計算一般適合于避雷針內(nèi)部空間尺寸較大的目標，如球形氣象雷達等。本文研究的是立桿天線防雷，立桿天線在豎直方向上有較大高度尺寸，在水平方向上只有較小的橫向尺寸，因而不必細算幾架立桿天線內(nèi)部所有點的防雷高度，只是分別計算每架立桿天線所對應(yīng)單支避雷針的保護范圍。綜合比較后，剔除不能發(fā)揮效能的避雷針，剩余的避雷針即可滿足防雷要求。對于立桿天線，這樣計算得出的避雷針保護范圍不但簡單，而且防雷標準相對更高。

圖1 單支避雷針的保護范圍

設(shè)rx是避雷針在h x高度處的保護半徑［3］，當h≤hr時：

(1) 工程案例一。案例引自文獻[9]，滑坡體為黏土和粉質(zhì)黏土為主夾雜碎石，坡體傾斜度為20°，土體重度γ=18 kN/m3，土體抗剪強度參數(shù)c=130 kPa，φ=15°，抗滑樁截面尺寸a=2 m，b=3 m，抗滑樁受荷段長H=10.5 m。由不平衡荷載傳遞系數(shù)法計算出抗滑樁處的設(shè)計滑坡體推力為1 076.6 kN/m。

面對互聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展普及給我國主流政治文化傳播帶來的難得機遇和嚴峻挑戰(zhàn)，我們應(yīng)從趨利避害的角度出發(fā)，充分把握和利用其帶來的機遇，積極有效應(yīng)對其提出的挑戰(zhàn)，重點加強主流政治文化傳播理念、傳播環(huán)境和傳播體制等方面的創(chuàng)新發(fā)展，進一步增強網(wǎng)絡(luò)傳播效能，提高網(wǎng)上引導(dǎo)能力。

2.2 多支避雷針保護范圍

在直角三角形AEO中：

3 避雷針的高度

避雷針選擇合適的高度是進行防雷的關(guān)鍵。高度過高，雖能防雷，但增加了安裝難度和成本，同時加大了將雷引向天線處放電的概率；高度過低，則達不到防雷要求，同樣危險。

可見，在距離立桿天線1 m處立1根高度為12.2 m的避雷針即可滿足其防雷要求。

3.1 避雷針的最低高度

眾所周知，航空兵飛機鮮有在雷雨天氣下飛行，加之雷電對天線短波、超短波輻射影響較小，防雷對避雷針和立桿天線之間距離要求不高，只需滿足天線橫向尺寸要求即可。通常情況下，被保護天線的高度是已知的，根據(jù)滾球法可確定避雷針的理論高度。如圖2所示，天線立桿高h B，滾球半徑hr。

另外，在查處商業(yè)賄賂的多部門中，工商部門是最主要的執(zhí)法部門，擔負著巨大的工作任務(wù)。但在實踐中，工商部門并沒有查封、扣留等執(zhí)法手段，這就使得那些變相以實物進行商業(yè)賄賂的行為很難及時進行留存取證，從而讓經(jīng)營者逃避了法律的制裁。

圖2 架在天線上避雷針高度示意圖

根據(jù)上述分析可知：單支避雷針一般情況下可滿足1架或幾架立桿天線的防雷要求，多支避雷針可同時滿足幾架立桿天線的防雷要求；避雷針存在最低高度和最高高度。在實際中，被保護的立桿天線數(shù)目不定，需要的避雷針數(shù)目也不定，因此分以下3種情況具體說明。

當然，網(wǎng)絡(luò)閱讀因為渠道的復(fù)雜性，內(nèi)容還需要謹慎挑選，這方面還需要大量的閱讀指導(dǎo)，而不是一味否認。如何就這種情況想出更好的方法宣傳深閱讀，而不是一味強調(diào)深閱讀的好處，貶低淺閱讀。關(guān)鍵是在引導(dǎo)全民閱讀時，如何就閱讀內(nèi)容、閱讀目的、閱讀過程給予更好的指導(dǎo)。

可見，避雷針高度可由滾球半徑、天線高度及兩者之間距離唯一確定。理論上，此高度是立桿天線不受雷擊時避雷針的最低高度；而實際應(yīng)用中，根據(jù)經(jīng)驗，為保證防雷的有效性，滾球至少要高于水平平面1 m，因而避雷針實際最低高度相對理論高度至少也要高出1 m［6］。

高通量捕獲測序提示CLCNKB基因c.1389delA純合突變。Sanger測序驗證父親攜帶該位點雜合突變，而母親未發(fā)現(xiàn)該位點突變(圖1)。MLPA檢測證實先證者與母親均存在CLCNKB基因1-18號外顯子雜合缺失(圖2)，先證者父親無片段缺失。明確先證者致病突變及父母來源后分別采用Sanger測序與MLPA檢測羊水胎兒DNA，發(fā)現(xiàn)胎兒基因型與先證者一致。

3.2 避雷針的最高高度

避雷針的最高高度受各方面因素的影響。

醫(yī)院感染部位分布如表1所示。其中以泌尿系統(tǒng)感染所占比例最高，為45.45%，其次為下呼吸道感染，占31.82%。手術(shù)部位感染8例，占18.18%。

首先，避雷針高度不能超過與天線所對應(yīng)的滾球半徑，超過時也只能按被保護物所對應(yīng)的滾球半徑取其有效高度予以計算，超過這一高度的部分則無法得到保護［7］。一般情況下，立桿天線都是立在臺站樓頂面上，高度不超過20 m，因而滾雷半徑取30 m即可滿足其防雷要求。

The Department of State had expected that passport and visa disputes might happen, so a timely instruction was sent to Grady:

實際最低高度則為12.2 m。

再者，避雷針高度也要考慮周圍建筑物已有防雷措施，防止因避雷針過高，造成周圍防雷措施失去效能的情況發(fā)生。

4 分類討論

滾球底端C置于一定水平面（地面或樓頂面）上，另一端緊密接觸立桿天線的頂端B?，F(xiàn)從天線立桿F處以r B距離引出避雷針，則避雷針的高度：

4.1 臺站上只有1架天線

假設(shè)立桿天線高h B為10 m，與避雷針距離r B為1 m，滾球半徑hr為30 m，根據(jù)公式（13），避雷針理論最低高度h A＝11.2 m。

其次，避雷針與立桿天線之間的固定連接必須穩(wěn)定。對于同一架立桿天線，距離避雷針越遠，則避雷針越高，越不容易固定；距離避雷針越近，避雷針對天線的干擾就越大。綜合考慮，避雷針與天線距離一般取1 m即可，若天線頂部尺寸較大，可適當增加與避雷針之間的距離。

北京市高級人民法院在“百度訴奇虎案”中創(chuàng)設(shè)的非公益必要不干擾原則，是我國法院近年在處理新型競爭行為的司法實踐中最重要的法律創(chuàng)新，盡管理論上對其合理性仍存在爭議。這一原則在很大程度上得到了最高人民法院在該案再審程序中的支持，因此也被一些法院在特定案件中加以援引和適用。

4.2 臺站上有2架天線

首先在較高的立桿天線上架立避雷針。假設(shè)立桿天線1高于立桿天線2，天線1的高度h B為10 m，與避雷針1的距離r B為1 m，滾球半徑hr為30 m；天線2的高度為h x，避雷針1在2支天線確定的平面上，天線2與避雷針1的距離d。

數(shù)據(jù)計算顯示，超聲彈性成像檢查良性1至3分22例，4至5分11例，惡性1至3分5例，4至5分32例；超聲造影檢查良性1至3分28例，4至5分5例，惡性1至3分2例，4至5分35例。

由公式（1）可知：當d≤rx時，天線2在避雷針1的保護范圍內(nèi)；當d＞rx時，天線2的高度大于避雷針1在天線2處的保護高度，天線2得不到保護。此時，須在天線2上架立避雷針2或適當提高天線1上避雷針1的高度，方可滿足天線2的防雷要求。對于前者，避雷針高度的計算方法可參照4.1；對于后者，不能無節(jié)制增加避雷針1的高度以滿足天線2的防雷要求，此時不光考慮避雷針最高高度的問題，還要考慮到安裝難度和安裝成本。

4.3 臺站上有3架或3架以上天線

當有3架或3架以上天線時，首先要計算最高天線所需避雷針1的理論最低高度，此避雷針安裝位置應(yīng)盡量靠近其余天線；然后將其余天線的高度分別代入公式（4），求得這些天線的保護半徑后，再分別比較這些保護半徑與避雷針的直線距離，以確定這些天線與避雷針1保護范圍之間的關(guān)系；最后將不在保護范圍內(nèi)的天線篩選出來。

按照上述方法可一直求得避雷針2，3，4，…，n的理論最低高度。當然，也可根據(jù)實際情況在避雷針理論最低高度基礎(chǔ)上適當增加高度，以減少所需避雷針的數(shù)量。通常情況下，避雷針不會超過4個。

5 防雷系統(tǒng)規(guī)格要求

避雷針、引下線以及接地體共同組成了防雷系統(tǒng)，如圖3所示。

圖3 某臺站基于單支避雷針的防雷系統(tǒng)

避雷針頂端的針尖應(yīng)做成圓錐狀，具有較大的尖度，且應(yīng)光滑，無凸凹不平處。避雷針宜采用圓鋼或焊接鋼管制成，當針長小于1 m，圓鋼直徑大于12 mm，鋼管直徑大于20 mm；當針長1～2 m，圓鋼直徑大于16 mm，鋼管直徑大于25 mm。

將雷電流從避雷針傳導(dǎo)至接地裝置的那一部導(dǎo)體稱為引下線，其作用是將雷電流引入接地裝置。多架避雷針的引下線可并聯(lián)在一起，并直接匯接到大地中。引下線不能和天線體或其他任何金屬物體有接觸，并且越短越好。引下線采用圓鋼或扁鋼，圓鋼直徑不小于8 mm；扁鋼的界面應(yīng)不小于48 mm2，且厚度應(yīng)不小于4 mm。

接地裝置是埋入地下的接地體與接地連線的總和。沒有良好的接地裝置，防雷就不能發(fā)揮令人滿意的保護作用。接地裝置的性能直接決定著防雷保護措施的實際效果。接地地阻是表征接地性能的基本物理參數(shù)，它主要取決于土壤的電導(dǎo)率。一般情況下，可通過加入降阻劑、利用建筑物基礎(chǔ)中鋼筋作為接入體等方法降低接地地阻，實現(xiàn)接地與防雷的統(tǒng)一。

6 結(jié)束語

利用滾球法確定避雷針保護范圍和安裝高度的方法已經(jīng)廣泛應(yīng)用于氣象臺站中。本文率先采用此方法對航空兵固定臺站多架立桿天線防雷進行了設(shè)計，并在固定臺站頂部的立桿天線上安裝了多部避雷針。實踐證明，此方法簡單、安全、有效。此方法同樣適用于其他對電磁兼容性要求不高的較小空間內(nèi)天線的防雷。

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［3］吳煥勤，丁望.滾球法確定避雷器保護范圍的幾何分析［J］.現(xiàn)代建筑電氣，2010，9（1）：29－34.

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