浅谈机动式雷达的电子设备防雷设计

2016-03-16张国育

环球市场 2016年9期

关键词：避雷针方舱电子设备

张国育

安徽四创电子股份有限公司

浅谈机动式雷达的电子设备防雷设计

张国育

安徽四创电子股份有限公司

本文针对雷达电子设备的特点，提出从架设避雷针、加强电源防护、增加电涌防护模块、保证接地效果等方面设计，从而实现现代化防雷技术。

机动式雷达；电子设备；防雷设计

前言

伴随着我国多元化气象装备的不断发展，越来越多的机动式雷达装备被应用到业务单位中。现代的雷达大量使用电子信息化高度集成的电子设备，带来了电子设备的工作电压低、功耗小等优点，同时也带来了耐过压能力弱的缺点。对互连电缆上感应雷击产生强电磁干扰极为敏感，极容易造成设备损坏，影响使用。

1　雷电的损害途径

雷击通常有3 种形式：直击雷、感应雷和球形雷。

直击雷是带电的云层与大地上的某一点之间发生的放电现象。直接作用于物体上，被雷击的物体会产生强烈的电效应、热效应和机械效应，具有很强的破坏能力，通常会造成物体受到严重损害。

球形雷常见山区，多表现为红色和橙色两种颜色的球形发光体，最大直径可以达到一米左右，其持续时间较短，没有声音。不接触导体，其表现形式不是很剧烈，一旦与电子设备接触则可能会导致爆炸的发生。

云层中的多余电荷随着雷击而迅速消失，但是在地面的不同区域由于地质的不一致，土壤的电阻率（电阻）也就不相同。电阻率的不同会造成有的区域高电压，有的区域低电压，就会产生闪击现象；或者在直击雷放电过程中，强大的脉冲电流对周围的导线或者金属物产生电磁感应；闪击和电磁现象都属于感应雷。

感应雷虽然不会像直击雷和球形雷对电子设备损害那么大，但是其破坏主要集中在电子设备的内部电路。尤其机动式雷达由于各主要设备之间的电缆不能像其它固定式雷达那样埋地处理，更容易通过电缆损害到雷达内部的电子设备。

2　防雷相关设计

2.1避雷针设置

雷电对电子设备损害中，以直击雷最为严重，为了防止电子设备遭到直击雷的破坏。需要在机动式雷达的附近增加避雷针。

在避雷针保护范围的计算方法中，有常用的“折线法”和国标的“滚球法”两种。

“滚球法”的主要特点是可以计算避雷针与网格组合时的保护范围。凡安装在建筑物上的避雷针，不管建筑物的高度如何，都可采用滚球法来确定保护范围，并且保护范围与雷电流大小有关，但独立避雷针、避雷线受相应的滚球半径限制（60m），其高度和计算相对复杂，比“折线法”要增大投资。

“折线法”的主要特点是设计直观、计算简便、节省投资，但只适用于120m 以下的避雷高度，不能计算高度120m 以上建筑物的保护范围，而且计算结果与雷电流大小无关。

计算避雷针在地面上的保护半径可用公式Rp=1.5hP

（1）式中：Rp—保护半径；h—避雷针的高度；P—高度影响因数。

其中，P 的取值是：当h≤30m，P =1；当30m ＜ h≤120 m时，只能取h=120m。被保护物高度hp 水平面上保护半径的计算：

（1）当hp ≥0.5h 时，被保护物高度hp 水平面上的保护半径：Rp=（h-hp）P=haP （2）

式中：

Rp ——避雷针在hp 水平面上的保护半径；

hp ——被保护物的高度；

ha ——避雷针的有效高度。

（2）当h p≤0.5 h 时，被保护物高度h p 水平面上的保护半径Rp=（1.5h - 2hp）P

机动式雷达的天线一般高度为5.5m，天线高度需要保护范围直径大约为10m，根据上面公式（3）计算，避雷针大概需要14m，所以建议配备15m 的避雷针。

2.2电源防护

在机动式雷达中，电源的提供来源于电站，也就是车载柴油机发电机组。其优点是机动性强，可以根据需要随时转移。但是，缺点也很明显，由于是机动的，所以不能像固定发电机组的防雷设施齐全。这就需要在电站的输出端和电子方舱的电子设备增加相应的避雷器，以此来实现多级电源的防雷保护。

在机动式雷达的电站的输出端和电子方舱的输入端需要加装高电压电源避雷器，以防止直击雷和感应雷顺着电源电缆进入电站或者电子方舱内部，造成电站和电子方舱的相关电源的损坏。

同时，根据最新发布的电子设备防雷标准，电子设备的直流低压电源也需要增加防雷的防护。其原因是，虽然在电子方舱的输入电源端增加了电源的高压避雷器，但是仍然不能完全将直击雷和感应雷在电源电缆上产生的电磁脉冲干扰消除。这就需要在电子方舱的直流配电屏加装直流避雷器，进而提高电子方舱钟的敏感设备抵御雷电电磁脉冲的能力。

避雷器的安装方式对其防雷能力有着重要影响。感应雷在电缆上产生的电磁脉冲，主要与电缆的长度相关联，通过将电力线与避雷器的连线和避雷器与接地汇接板连线的长度尽可能的缩短，可以有效减小引线电感产生额外的残压。

为保证避雷器能够将感应电流泄放完全，电源电缆的长度需要不能小于15m，主要原因是两级电源避雷器之间泄放顺序决定的，必须保证前后级之间的泄放时间，才能保证泄放效果。

2.3信号电缆防雷措施

信号防雷器是防止雷电和其他内部过电压侵入设备造成损坏，对间接雷电和直接雷电影响或其他瞬时过压的电涌进行保护的设备，专门适用于信号线路的雷电防护标准。

目前，市场上的关于信号的防雷模块种类较多，根据应用场合的不同，信号防雷器大致分为以下几类：电话信号、网络信号、同轴信号、模拟信号、数字信号和组合信号等防雷器。

在机动式雷达中，电子设备信号互通主要是在电子方舱和天线车之间，其信号主要为低电压、低电流的信号，因此只需要使用数字信号防雷器。又因为连接两个设备之间的电缆为双绞线电缆，所以选用双口信号防雷器。

导轨式电涌保护器串联在4～20mA 控制信号或双绞线数据信号（RS232，RS422，RS485）等的线路上，保护系统设备免遭过电压浪涌的袭击。

2.4接地装置的设计

在机动式雷电的防雷设计中，接地设计有着特殊的地位，对整体的防雷效果作用明显。如果接地不良，会严重影响防雷效果，甚至可能造成加重雷电的干扰。

由于机动式雷达阵地的选择，不能像固定站那样考虑周全，周围的环境也可能会很恶劣。这些不良的影响都会影响到接地效果。虽然防雷接地电阻越小越好，但是也要考虑。