民航空管通信导航监视设施设备防雷关键技术研究

曹驰健

（中国民用航空西北地区空中交通管理局宁夏分局 宁夏回族自治区银川市 750001）

在航空通信系统中，空管通信导航系统设施是主要的载体之一，对于保证地-空、地-地等的通信保障有着重要作用，从而保证飞行的安全性。但是在实际运行过程中，空管通信导航监测设备容易遭受雷击，导致设备损坏，无法正常运行，因此为了保证民航空管通信导航监视设施设备正常运行，需要加强防雷技术的研究，防止雷击对其的影响，从而更好的保障飞行的安全性。基于此本文对民航空管通信导航监测设施设备防雷关键技术和策略进行了探讨。

1 空管设施设备防雷工作的必要性

1.1 空管设备对保证民航飞行安全有重要作用

民航空管通信导航监视设施设备对于保证飞机运行的安全具有重要作用，这些设备为空中管制提供着重要支持，保证着飞行的安全，是保证飞行安全的整个链条中非常重要的一环，因此保证其正常运行非常重要，是技术保障人员的重要职责。在民航系统中，空管系统非常重要，是民航运行的枢纽，空管设备为民航从起飞到降落的全过程提供连续稳定可靠的通信保障服务，对于保证民航航班正常、安全飞行具有重要意义，是不可替代的重要技术支撑。若空管设备遭受雷击而不能正常运行，会严重影响管制指挥的效率和准确性，给飞机的飞行带来安全风险，甚至引发安全事故。因此，做好空管设备的防雷工作，降低雷电对空管设备的威胁具有重要意义。

1.2 空管设备自身容易受到雷击

空管设备容易遭受雷击的影响，一方面空管设备中应用了大量的电子元器件，自身容易受到雷击，另一方面空管设备布设的地理位置多为高地或者空旷区域，两方面因素导致容易遭受雷击。空管设备中的微电子器件数量多，这些器件应用了大规模集成电路，具有集成化程度高，体积小等优点，但是耐压能力较差，只能够承受微安级的流量，承受电压、电流等冲击的能力弱，因此容易受到雷击影响而出现损坏。由于空管设备多是先进的设备，大部分需要从国外进口，成本较高，若其由于遭受雷击而无法工作，维修和更换元器件等的费用较高，会带来非常大的损失，因此做好空管设备的防雷工作是非常重要的。

1.3 地理环境恶劣，容易遭受雷击

在空管通信导航监测设备设施布设时，基于设备的不同功能和作用，需要安装在不同的地点。为了避免干扰，提高设备的性能，这些设备通常安装在地势较高或者空旷区域，这些地理位置都是容易遭受雷击的位置。举例来说，雷达、甚高频等民航空管通信导航监视设备需要安装在地势比较高的位置，或者是高山上；导航设备一般需要安装在空旷地带，或者是高山上。由于其安装位置周围较为空旷，且高度较高，因此非常容易受到雷击的影响。

2 民航空管通信导航监视设施设备的防雷策略

雷击对于民航空管通信导航监视设施设备有着比较大的影响，可能会导致其不能够正常运行，因此研究人员在民航空管通信导航监视设施设备防雷方面进行了大量的研究，下面对相关技术和策略进行探讨。

2.1 直击雷防护

安装避雷针是一种最原始的防雷措施，当前仍然是一种常用的民航空管通信导航监测设备防雷措施，而且具有良好的效果，不过为了充分发挥出避雷针的作用，在进行避雷针的安装时需要注意多方面的问题。在进行避雷针安装位置、数量和材质等参数的选择时，需要综合考虑天线和设备类型以及性能参数等多方面的因素，从而最大程度上降低屏蔽效应的影响，使天线波束可以正常工作，同时起到良好的防雷效果。在进行避雷针的安装时还需要注意，天线安装的高度和位置都应完全处于接闪器（避雷针、避雷带（线）、避雷带网）滚球半径保护范围内，这样避雷针的作用才能够充分的发挥，保护天线等不受到直击雷的影响。

当前，在民航空管通信导航监测设备中，对于甚高频设备、一次/二次雷达设备、导航无方向信标NDB设备、场监雷达设备等，都采用单独建造天线塔的方式完成室外天线的制作，通常室外天线塔采用钢筋混凝土结构和钢结构，在塔顶安装天线，进行天线的安装时需要确保其安装位置在避雷接闪器滚球半径保护范围内，同时为了避免天线和接闪器发生碰撞，二者之间应保持合适的距离。此外，金属材料可能会对电磁场波束产生遮蔽等作用，因此在选择避雷接闪器的支撑杆时，若存在干扰的情况应选择玻璃钢等非金属材质的支撑杆。当前，玻璃钢材料是场监雷达避雷针支撑杆、一次雷达和二次雷达等的首选材料。

2.2 天馈系统的浪涌保护措施

通常采取波导、同轴电缆外互层接地等措施来进行防雷，在具体的实施过程中应注意以下几方面内容：

对于架设在铁塔上的波导以及同轴电缆金属外护层进行接地保护时，需要应用三点接地法，即在塔顶上端、离开塔顶的下端位置以及设备机房入口处外侧三个位置都就近接地，来有效的进行防雷。若波导和同轴电缆的长度比较长，超过了40m，除了进行上述三点接地之外，在铁塔的中部还要增加一接地端。室外电缆走线桥架首尾两端均应做接地连接。采取上述措施，在波导和同轴电缆金属外护层感受到的雷电电流能够被迅速的泄入大地，从而保护机房内的设备不受到雷电电流的冲击。在采取这些技术的基础上，再设置各级浪涌避雷器，对设备进行防护，可以最大程度上避免受到雷击。

对于天馈系统中需要引入机房的线路，包括馈线、电源线和信号线等，在机房的入口处都应采取防雷措施，常用的方法时安装和功能适配的SPD浪涌避雷器，通过这样的方式来对雷击浪涌进行抑制，保证机房内设备的安全。在安装SPD浪涌避雷器时应注意，其参数应适配被保护设备的工作要求，在选择避雷器的类型时应综合考虑被保护设备的工作频率、接口类型、馈线特性阻抗、驻波比等各种参数，确保其满足这些参数的要求，从而确保其防雷作用可以发挥出来，同时不对设备的正常运行造成影响。在进行天馈线路的SPD的安装时需要注意，接地线的长度应控制在0.5m之内，而且应尽量的短而直，这样保证其就近接地，可以减少分布电感对雷击电磁脉冲能力泄放的影响，从而起到更好的保护效果。

2.3 信号传输系统与电源的电涌保护

在民航空管通信导航监视系统中，信号传输系统和电源是重要组成部分，做好其电涌防护，防止其受到雷击具有重要作用。

在受到雷击或者扰乱信号时，民航空管通信导航监视设施设备容易出现电涌的情况，为了做好设备的电涌防护，通常采取安装信号避雷设备、电源避雷器和接地线等手段来降低设备被雷击电涌冲击的风险，通常会安装多个信号避雷设备，安装的位置包括各种电缆的进口、雷电分区界面等。需要注意的是，采用的信号避雷器的特性和参数应满足空管设施设备的实际需求，从而确保其可以正常运行。对于航管业务楼，需要特别重视电涌保护工作，在总配线架每个信道甚高频收发线输入端都应该安装信号浪涌保护器来进行防雷保护。

当前，在民航空管地面通信系统，光纤具有广泛的应用，各种设备之间信号的传输等都采用光缆，因此需要采取有效的措施使其避免雷击。雷电是不能够对光缆内的信号传输产生干扰的，但是光缆常使用金属保护层以及金属加强芯，它们容易受到雷电的影响，并且在影响下产生雷电压和雷电流，因此对于带有金属加强芯或者金属保护层的光缆而言，若应用这类光缆，就有可能将雷电引入到机房，为了消除这一风险，对于这类光缆和后级传输设备都应进行雷电防护，采取有效的防雷措施，可以采取以下措施：

（1）在带有金属加强芯或者金属保护层的光缆接入到建筑物内时，都需要界面入户端采取就近接地的措施；对于机房内部的设备，包括光纤电缆架和光传输设备机柜等，都应进行接地。

（2）在界面位置更换光纤，改为尾纤。

（3）若区域内雷击比较频繁，应避免使用金属加强芯或者是金属外护层的光缆，采用无金属构件的光缆，降低雷击风险。

（4）若采用的是点对点传输信号的光端机，应采取防雷保护措施来保护其通信接口，降低雷击风险。在光导纤维接收器、发送器的入口处，安装信号避雷器来进行保护，并且将信号避雷器等电位的连接到机箱。对于光端机电源输入端，应安装电源浪涌避雷器，通过采取这样的措施，避免雷击导致电源出现过压、过流等情况，对电源进行保护。

光端机和PCM相连，在数据接口处的位置，应安装信号避雷器，同时为了保证设备连接电源处的安全，在电源输入端也需要安装电源浪涌避雷器。

对于电源设备，应采取措施防止电源电涌，常用的措施是采用多级浪涌保护器，应根据电源的参数选择适配的浪涌保护器来对电源进行保护。在安装时应注意，浪涌保护器两端的接导线尽可能的短直，两段导线的总长度应控制在0.5m以内。应根据设备的保护级别来选择安装浪涌保护器的级别，如特级保护的设备设施，应安装四级浪涌保护器，甲级和乙级设施应分别安装三级和两极浪涌保护器。在系统中，二次雷达、场监雷达等安装在室外的天线设备，也需要有电源供电，这些供电电源容易受到雷电的冲击，应特别做好这些工作电源的保护，在电源线两端都应安装电源避雷器，同时还需要做好接地连接，从而降低雷电对其造成的冲击。对于应用不到的管道、电缆等设施，需要及时的进行拆除，或者对其进行接线处理。在电缆的铺设时应注意，避雷网、接线器引下线等位置是绝对不能够进行缆线的系挂和铺设的。

2.4 屏蔽与等电位连接

在民航空管通信导航监视设施设备防雷工作中，可以采取各种屏蔽措施以及等电位连接的方式来提高设施设备的防雷水平。通过采取这些方式，可以使被保护设备处在防雷区的格栅形空间屏蔽内，提高防雷屏蔽的效果，同时能够实现磁场屏蔽，避免设备受到磁场干扰。完成屏蔽之后，对于传入屏蔽的导电金属，需要在附近进行等电位连接，确保各设备处于同一电位，不存在电位差，这样当出现雷击的时候，不会产生地电位差反击，进而避免由于地电位差反击而损害设备。

通过做好电磁屏蔽，能够防止雷电电磁感应的产生，从而避免其对设备造成干扰。具体来说可以采取以下措施进行屏蔽：在建筑物、房间外部等位置安装屏蔽层，通过优化设计，保证线缆路径合理，做好线缆屏蔽。为空管设备各单元都应设置有空间屏蔽体，各种线路包括天馈线、信号线和电源线等，在进入空间屏蔽体之前，都需要采取屏蔽措施，而且这些线缆应采用屏蔽电缆，最好实现360°的屏蔽。同时，应在电缆两端应设置有屏蔽层，同时在防雷区的交界的位置还需要进行等电位的连接。若电缆需要通入到屏蔽的空间，则其屏蔽层必须要进行接地处理。采取等电位连接的措施，避免出现低电位反击的问题，根据相关规范的要求来进行等电位连接，通过等电位连接和联合接地形成法拉第笼式结构，从而实现对空间磁场的屏蔽，保证设备免受地电位反击的影响。

3 结论

空管通信导航监测设施设备的防雷工作对于保证民航的运行安全具有重要作用，要做好雷电防护工作，需要注意防护工作的系统性，并且重视每一项细节，同时要不断加强雷电防护技术的研究，提高雷电防护的水平。对于不同空管通信导航监测设施设备而言，不同的设备对雷电防护水平的要求也是不同的，因此需要不断提高雷电保护等级，降低雷电对设备设施的影响，保证空管通信导航监测设施设备的安全运行，保证飞机的运行安全。