淺談機(jī)動(dòng)式雷達(dá)的電子設(shè)備防雷設(shè)計(jì)

張國(guó)育

安徽四創(chuàng)電子股份有限公司

淺談機(jī)動(dòng)式雷達(dá)的電子設(shè)備防雷設(shè)計(jì)

張國(guó)育

安徽四創(chuàng)電子股份有限公司

本文針對(duì)雷達(dá)電子設(shè)備的特點(diǎn)，提出從架設(shè)避雷針、加強(qiáng)電源防護(hù)、增加電涌防護(hù)模塊、保證接地效果等方面設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化防雷技術(shù)。

機(jī)動(dòng)式雷達(dá)；電子設(shè)備；防雷設(shè)計(jì)

前言

伴隨著我國(guó)多元化氣象裝備的不斷發(fā)展，越來(lái)越多的機(jī)動(dòng)式雷達(dá)裝備被應(yīng)用到業(yè)務(wù)單位中。現(xiàn)代的雷達(dá)大量使用電子信息化高度集成的電子設(shè)備，帶來(lái)了電子設(shè)備的工作電壓低、功耗小等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也帶來(lái)了耐過(guò)壓能力弱的缺點(diǎn)。對(duì)互連電纜上感應(yīng)雷擊產(chǎn)生強(qiáng)電磁干擾極為敏感，極容易造成設(shè)備損壞，影響使用。

1　雷電的損害途徑

雷擊通常有3 種形式：直擊雷、感應(yīng)雷和球形雷。

直擊雷是帶電的云層與大地上的某一點(diǎn)之間發(fā)生的放電現(xiàn)象。直接作用于物體上，被雷擊的物體會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的電效應(yīng)、熱效應(yīng)和機(jī)械效應(yīng)，具有很強(qiáng)的破壞能力，通常會(huì)造成物體受到嚴(yán)重?fù)p害。

球形雷常見(jiàn)山區(qū)，多表現(xiàn)為紅色和橙色兩種顏色的球形發(fā)光體，最大直徑可以達(dá)到一米左右，其持續(xù)時(shí)間較短，沒(méi)有聲音。不接觸導(dǎo)體，其表現(xiàn)形式不是很劇烈，一旦與電子設(shè)備接觸則可能會(huì)導(dǎo)致爆炸的發(fā)生。

云層中的多余電荷隨著雷擊而迅速消失，但是在地面的不同區(qū)域由于地質(zhì)的不一致，土壤的電阻率（電阻）也就不相同。電阻率的不同會(huì)造成有的區(qū)域高電壓，有的區(qū)域低電壓，就會(huì)產(chǎn)生閃擊現(xiàn)象；或者在直擊雷放電過(guò)程中，強(qiáng)大的脈沖電流對(duì)周圍的導(dǎo)線或者金屬物產(chǎn)生電磁感應(yīng)；閃擊和電磁現(xiàn)象都屬于感應(yīng)雷。

感應(yīng)雷雖然不會(huì)像直擊雷和球形雷對(duì)電子設(shè)備損害那么大，但是其破壞主要集中在電子設(shè)備的內(nèi)部電路。尤其機(jī)動(dòng)式雷達(dá)由于各主要設(shè)備之間的電纜不能像其它固定式雷達(dá)那樣埋地處理，更容易通過(guò)電纜損害到雷達(dá)內(nèi)部的電子設(shè)備。

2　防雷相關(guān)設(shè)計(jì)

2.1避雷針設(shè)置

雷電對(duì)電子設(shè)備損害中，以直擊雷最為嚴(yán)重，為了防止電子設(shè)備遭到直擊雷的破壞。需要在機(jī)動(dòng)式雷達(dá)的附近增加避雷針。

在避雷針保護(hù)范圍的計(jì)算方法中，有常用的“折線法”和國(guó)標(biāo)的“滾球法”兩種。

“滾球法”的主要特點(diǎn)是可以計(jì)算避雷針與網(wǎng)格組合時(shí)的保護(hù)范圍。凡安裝在建筑物上的避雷針，不管建筑物的高度如何，都可采用滾球法來(lái)確定保護(hù)范圍，并且保護(hù)范圍與雷電流大小有關(guān)，但獨(dú)立避雷針、避雷線受相應(yīng)的滾球半徑限制（60m），其高度和計(jì)算相對(duì)復(fù)雜，比“折線法”要增大投資。

“折線法”的主要特點(diǎn)是設(shè)計(jì)直觀、計(jì)算簡(jiǎn)便、節(jié)省投資，但只適用于120m 以下的避雷高度，不能計(jì)算高度120m 以上建筑物的保護(hù)范圍，而且計(jì)算結(jié)果與雷電流大小無(wú)關(guān)。

計(jì)算避雷針在地面上的保護(hù)半徑可用公式Rp=1.5hP

（1）式中：Rp—保護(hù)半徑；h—避雷針的高度；P—高度影響因數(shù)。

其中，P 的取值是：當(dāng)h≤30m，P =1；當(dāng)30m ＜ h≤120 m時(shí)，只能取h=120m。被保護(hù)物高度hp 水平面上保護(hù)半徑的計(jì)算：

（1）當(dāng)hp ≥0.5h 時(shí)，被保護(hù)物高度hp 水平面上的保護(hù)半徑：Rp=（h-hp）P=haP （2）

式中：

Rp ——避雷針在hp 水平面上的保護(hù)半徑；

hp ——被保護(hù)物的高度；

ha ——避雷針的有效高度。

（2）當(dāng)h p≤0.5 h 時(shí)，被保護(hù)物高度h p 水平面上的保護(hù)半徑Rp=（1.5h - 2hp）P

機(jī)動(dòng)式雷達(dá)的天線一般高度為5.5m，天線高度需要保護(hù)范圍直徑大約為10m，根據(jù)上面公式（3）計(jì)算，避雷針大概需要14m，所以建議配備15m 的避雷針。

2.2電源防護(hù)

在機(jī)動(dòng)式雷達(dá)中，電源的提供來(lái)源于電站，也就是車載柴油機(jī)發(fā)電機(jī)組。其優(yōu)點(diǎn)是機(jī)動(dòng)性強(qiáng)，可以根據(jù)需要隨時(shí)轉(zhuǎn)移。但是，缺點(diǎn)也很明顯，由于是機(jī)動(dòng)的，所以不能像固定發(fā)電機(jī)組的防雷設(shè)施齊全。這就需要在電站的輸出端和電子方艙的電子設(shè)備增加相應(yīng)的避雷器，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)多級(jí)電源的防雷保護(hù)。

在機(jī)動(dòng)式雷達(dá)的電站的輸出端和電子方艙的輸入端需要加裝高電壓電源避雷器，以防止直擊雷和感應(yīng)雷順著電源電纜進(jìn)入電站或者電子方艙內(nèi)部，造成電站和電子方艙的相關(guān)電源的損壞。

同時(shí)，根據(jù)最新發(fā)布的電子設(shè)備防雷標(biāo)準(zhǔn)，電子設(shè)備的直流低壓電源也需要增加防雷的防護(hù)。其原因是，雖然在電子方艙的輸入電源端增加了電源的高壓避雷器，但是仍然不能完全將直擊雷和感應(yīng)雷在電源電纜上產(chǎn)生的電磁脈沖干擾消除。這就需要在電子方艙的直流配電屏加裝直流避雷器，進(jìn)而提高電子方艙鐘的敏感設(shè)備抵御雷電電磁脈沖的能力。

避雷器的安裝方式對(duì)其防雷能力有著重要影響。感應(yīng)雷在電纜上產(chǎn)生的電磁脈沖，主要與電纜的長(zhǎng)度相關(guān)聯(lián)，通過(guò)將電力線與避雷器的連線和避雷器與接地匯接板連線的長(zhǎng)度盡可能的縮短，可以有效減小引線電感產(chǎn)生額外的殘壓。

為保證避雷器能夠?qū)⒏袘?yīng)電流泄放完全，電源電纜的長(zhǎng)度需要不能小于15m，主要原因是兩級(jí)電源避雷器之間泄放順序決定的，必須保證前后級(jí)之間的泄放時(shí)間，才能保證泄放效果。

2.3信號(hào)電纜防雷措施

信號(hào)防雷器是防止雷電和其他內(nèi)部過(guò)電壓侵入設(shè)備造成損壞，對(duì)間接雷電和直接雷電影響或其他瞬時(shí)過(guò)壓的電涌進(jìn)行保護(hù)的設(shè)備，專門適用于信號(hào)線路的雷電防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)。

目前，市場(chǎng)上的關(guān)于信號(hào)的防雷模塊種類較多，根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合的不同，信號(hào)防雷器大致分為以下幾類：電話信號(hào)、網(wǎng)絡(luò)信號(hào)、同軸信號(hào)、模擬信號(hào)、數(shù)字信號(hào)和組合信號(hào)等防雷器。

在機(jī)動(dòng)式雷達(dá)中，電子設(shè)備信號(hào)互通主要是在電子方艙和天線車之間，其信號(hào)主要為低電壓、低電流的信號(hào)，因此只需要使用數(shù)字信號(hào)防雷器。又因?yàn)檫B接兩個(gè)設(shè)備之間的電纜為雙絞線電纜，所以選用雙口信號(hào)防雷器。

導(dǎo)軌式電涌保護(hù)器串聯(lián)在4～20mA 控制信號(hào)或雙絞線數(shù)據(jù)信號(hào)（RS232，RS422，RS485）等的線路上，保護(hù)系統(tǒng)設(shè)備免遭過(guò)電壓浪涌的襲擊。

2.4接地裝置的設(shè)計(jì)

在機(jī)動(dòng)式雷電的防雷設(shè)計(jì)中，接地設(shè)計(jì)有著特殊的地位，對(duì)整體的防雷效果作用明顯。如果接地不良，會(huì)嚴(yán)重影響防雷效果，甚至可能造成加重雷電的干擾。

由于機(jī)動(dòng)式雷達(dá)陣地的選擇，不能像固定站那樣考慮周全，周圍的環(huán)境也可能會(huì)很惡劣。這些不良的影響都會(huì)影響到接地效果。雖然防雷接地電阻越小越好，但是也要考慮。

3　結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)本文防雷設(shè)計(jì)的方法，可以使機(jī)動(dòng)式雷達(dá)的電子設(shè)備達(dá)到避免受到雷電直擊以及感應(yīng)雷產(chǎn)生的電涌電壓損壞的目的，從而以提高機(jī)動(dòng)式雷達(dá)電子設(shè)備的穩(wěn)定性與可靠性，為其它電子設(shè)備的防雷設(shè)計(jì)提供一定的設(shè)計(jì)參考價(jià)值。

［1］白雪楊，沈健，張德磊. 機(jī)動(dòng)式指揮通信系統(tǒng)的雷電防護(hù)設(shè)計(jì)［J］.指揮信息系統(tǒng)與技術(shù)，2013，04：74-79.

［2］郭銀景.電磁兼容管理與應(yīng)用［M］.清華大學(xué)出版社，2012.