淺談機場導航設施防雷

嚴曉波

摘 要：一般來說，導航設備都位于偏僻地區，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，這是機場導航設計者與使用者都必須要關注的問題，文章簡要敘述了一些機場導航防止雷擊的措施。

關鍵詞：雷電危害；防雷措施；日常維護

機場導航設施一般包括導航設備系統、天線系統以及遠程遙控監視系統。導航設備系統包括設備機柜、電源系統等；天線系統包括發射天線與監控天線等；遠程遙控監視系統包括設備遙控裝置、無線測控系統、通信傳輸系統等。隨著信息技術的發展，機械、電氣、儀表等各項技術的發展，機場導航設施設備也越來越先進，電路集成裝置也越來越高，感應雷電入侵極易造成電子元件、設施等的損壞，再加上機場導航系統很多設施都在室外，電線裸露，天線外置，這些更加快了機場導航系統遭雷擊的可能性。在這種高風險的形勢下，對于導航系統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、全面系統防衛”，增強臺站的立體防御能力，使機場導航設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、熱效應等混合力作用造成。感擊雷實際是利用感應電壓間接損壞動植物、建筑物等的過程。這種感應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生了感應電壓，從而傳導至相關設備造成微電子設備的間接損壞。感應雷對于微電子設施的傷害極大，比如監控設備、計算機網絡系統、通訊設施等，在雷擊造成的以上設施損壞的數據中，有五分之四以上的設施都是感應雷造成的。

2 雷電對民航無線電通信導航設施的危害

根據基礎電力學常識，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來的電流連接入地。為了保證通訊質量，確保無線電通訊信息可靠，對于民航導航系統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雷，造成導航設施的損壞。無線電通信導航設備大多由集成模塊構成，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，當民航導航系統被雷擊時，若保護不當，會引來極大的安全隱患，或者造成設備輕度受損，使停機無法運行；或者造成整個設備報廢，系統紊亂，影響飛行安全。雷擊所產生的強大電流和強烈的電磁輻射等物理效應，給整個民航導航系統帶來巨大的危害。

3 防雷改造的設計方案

根據雷擊的分類與特點，在進行防雷技術設計時不單獨考慮一種防雷技術，需要從多方面考慮，綜合治理，層層防護，單一的防雷技術起不到很好的效果，只能防止一種雷擊類型，或保護外部設備（防止直擊雷破壞），或保護內部設備（防止感應雷破壞），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部設備的防護措施。

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備設施的防護措施，這種防護措施又稱為外部防雷系統，主要由接閃器、引下線和接地系統三部分組成。據專家統計數據表明，外部防雷系統可以瀉放雷電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），通過這些避雷針、帶、網的組合系統，可以有效將雷電引入此系統，通過自身系統接入雷電，而防止其破壞被保護設備。在技術要求方面，接閃器與天線的水平距離應不小于3m，避雷帶（網）應鋪設在臺站天面的四周，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

（1）接地電阻的要求和等電位聯接

從理論上講，接地電阻越小越好。當然，現代防雷技術觀點認為，各設備進行等電位聯接形成“等電位孤島”，可以大大降低對接地電阻的要求。依據GB50057-2010《建筑物防雷設計規范》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，鐵塔地腳螺釘應與接地系統做可靠的電氣連接，其統一接地電阻要求≤4Ω。

（2）聯合接地

這種接地方法是將所有接地的引線匯集于一個網絡，將設備設施進行等電位聯接，以降低接地電阻值，再用引下線直接聯接到地網，該系統共地網而不共線，使得設備設施被保護。

（3）垂直接地

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

3.2 導航臺內部防雷

據統計，遭雷擊損壞的微電子設備80%以上由感應雷造成，所以內部防雷系統同樣重要，內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

對于大多數導航臺來說，尤其是遠離機場的外導航臺，其設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，易感應較強的雷電流，為保證其不被感應雷電損壞，通常采用三級防雷技術。即第一級在變壓器低壓輸出端安裝電源避雷器，設計通流容量大于50kA；第二級在進入導航臺主設備輸入端安裝電源避雷器，設計通流容量20kA；第三級在各設備端加裝串聯避雷器，設計通流容量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，引入較強電流，從而導致內部設備損壞。為防止感應雷擊破損信息系統，在所有信息系統進入的電纜內芯線端，對地加裝避雷器，電纜中的空線應接地，并做好屏蔽接地。實際工作中需要根據通導設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的無線監控系統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 結束語

防雷技術是一項系統性的、綜合性的技術工程，在進行機場導航系統防雷設計時，即要考慮外部設備的防雷，又要考慮內部設備的防雷。文章只是對普遍使用的防雷技術做了簡單的敘述。但是，我們需要認識到再精心的設計也不可能保證雷擊事件的發生率為率，我們只能在設計之初，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生，確保導航系統正常，從而保證安全飛行。

參考文獻

[1]GB50057-2010.建筑物防雷設計規范[S].

[2]民用航空通訊導航監視設施防雷技術規范[S].

[3]雷電電磁脈沖的防護（IEC61312）[S].國際電工委員會標準，1995.

[4]張平東.機場導航臺雷電防護[J].湖南工業職業技術學院學報，2005，9（03）.