民航雷达站雷击威胁及防雷方法研究

李牧

摘 要：雷电是一种大规模静电放电的自然现象，可分为电磁效应、电效应、热效应等。雷电电磁脉冲伴随雷电电流产生的辐射电磁场。当民航雷达站周围发生雷电时，其脉冲将被感应到电源模块和传输链路中，形成感应电流。其动能会对设备造成损坏，产生的高压会导致雷达系统故障。

关键词：民航雷达站；雷击威胁；防雷方法

前言

民航雷达是一种新型的单脉冲二次雷达，其部件集成化程度高，数字电路使用电压低，具有明显的现代信息设备的特点，极易遭受雷电波和静电损坏。在民航雷达开始布点的这十多年内，国内就有多次最新建成的雷达遭受了不同程度的雷击损坏现象。为保障民航雷达站设备安全，本文针对民航雷达站防雷电设计方法进行分析研究。

1 直击雷防护设计

1.1 建筑物直击雷防护

沿着雷达站外围，建设十座避雷塔，各避雷塔间采用避雷线相连接，避雷塔接地网必须与雷达楼预留的金属护栏进行等电位连接，金属护栏和结构柱子内主钢筋进行电气连接。结构柱子内用于防雷接地引下线的主钢筋必须全程电气连接。有效的防止直击雷的损坏和衰减一定量的雷电电磁脉冲，以保护建筑物、设备、和人员安全。

1.2 雷达天线直击雷防护

沿着雷达天线塔外围，分别建设21m、22m、24m、29m四座避雷塔，形成防御直击雷的第一道防护措施。在雷达塔外由镀锌钢筋制作成不大于5m×5m或6m×4m接闪网，利用基础桩内竖向钢筋、承台钢筋网、地梁的水平钢筋就近相互焊接连通形成建筑物地网，焊接连通至天面的接闪器。天线罩主体由缠绕型玻璃玻璃纤维增强环氧树脂管构成，内设一根截面积不小于50m2的多股铜线与建筑物地网连通，实现对雷电流的引下入地。

2 闪电感应的防护设计

2.1 对雷达天线塔建筑设计的要求

1）等电位连接网的设计

等电位连接网是将建（构）筑物内系统（带电导体除外）的所有导电性物体相互连接组成的一个网。等电位连接网设计是做好雷电防护的关键，包含整个施工过程，因此，设计要全面，施工要严格。

2）接地端子设计

为有效设置共用等电位连接网，天线塔设置预留总等电位端子，总端子与主楼预埋接地网可靠连接。由总接地端子向设计各预留位置引出。接地端子设置在内墙侧，采用暗敷，由大楼的接地主筋引出，作电气导通处理。

3）屏蔽设计

屏蔽设计包括以下内容：（1）雷达机房外部屏蔽。在雷达机房建设时，其墙体面和顶面钢筋网格的绑扎不大于1m×1m，附属设施金属件与墙体主钢筋作电气导通连接形成整体外层格栅屏蔽网，使之具有法拉第笼效应，确保对雷达主机房的大空间屏蔽。同时设定屏蔽空间内电气、电子设备的安全距离。

（2）线缆屏蔽。雷达站数据传输线缆敷设时，必须进行屏蔽处理，并与低压配电线缆保持足够净间距。（3）配电系统线缆的屏蔽。配电系统采用TN-S供电制式，从总配电进入雷达塔的高低压配电线缆，使用带金属铠屏蔽层线缆，线缆穿金属管且做重复接地，并保证埋深。（4）雷达天线至主控机房的信號线缆的屏蔽。从雷达天线至雷达机房的所有线缆和波导管实行金属线槽进行屏蔽，线槽之间使用金属软带跨接，保证有效的电气导通，穿入主机房的金属线管在预埋时与屏蔽格栅作电气连接。

2.2 配电系统的闪电感应防护设计

配电系统的闪电感应防护设计包括以下内容：

1）根据雷击大地平均密度修正值防雷等级划分，例如延安雷达站为防雷二等；

2）总配电柜开关前端安装第一级电涌保护器，雷电通流量60kA，电压保护水平不大于2.5kV，响应时间小于25ns；

3）雷达机房楼层配电安装第二级电涌保护器，雷电通流量40kA，电压保护水平不大于2.0kV，响应时间小于25ns；

4）在雷达设备电源安装第三级电涌保护器，雷电通流量20kA，电压保护水平2.0kV，响应时间T≤25ns；

5）如2个SPD安装距离小于10m，需在线路上安装感抗型SPD。

2.3 接地装置设计

接地装置设计包括以下内容：（1）接地装置利用下垫面土壤电阻率低的条件，将雷达塔基础作为接地体，桩内主筋通过承台筋连接在一起，形成接地网，在雷达天线塔周围设置环形人工辅助地网，2个接地网中连接组成联合地网；（2）塔楼地网接地电阻设计值，基础土壤状况为沙质黏土，土壤电阻率约为50Ω·m，依据QX/T2—2016《新一代天气雷达站防雷技术规范》的规定，雷达站联合地网接地电阻设计值确定为不大于4Ω；（3）将等电位连接网和接地装置连成整体的接地系统。

3 供电和信息系统防雷设计

3.1 供电系统防雷设计

按照《建筑物防雷设计规范》GB50057-2015，延安雷达站供电系统采用一级和二级电源防雷设计，雷达站总配电柜设计一级电源防雷保护，总开关处安装电源避雷器，雷达机房总配设计一级电源防雷保护，安装电源避雷器，雷达系统内部供电线路中设计二级电源保护。

3.2 电子信息系统防雷设计

雷达数据传输采用光纤传输，在光纤进入交换机，交换机与设备的线路之间安装信号SPD进行保护，信号SPD接地线必须于雷达室内的等电位端子进行连接。雷达机房的所有电子设备及柜体必须进行等电位连接和接地处理。

3.3 雷达机房等电位连接和接地雷达主机房和控制

室内的所有供电系统内的PE线、屏蔽接地、直流接地、防静电地板和避雷器接地均与建筑物预留的TD28等电位联结端子箱中的等电位端子进行可靠电气连接。雷达站设计共用接地系统防直击雷接地和防雷电感应、电气设备、信息系统工作接地等共用同一接地系统。

结束语

综上所述，民航雷达站的雷电防护是一个综合性的保护系统。民航雷达站由于信号覆盖的要求，建设选址位置及自身特点决定其较易受到雷电干扰和破坏，闪电感应防护是雷达站建设的重点关注方向，做好雷电防护的综合设计，重点突出，才能为雷达设备在雷雨季正常运行提供必要的保障。

参考文献

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