淺談機動式雷達的電子設備防雷設計

張國育

安徽四創電子股份有限公司

淺談機動式雷達的電子設備防雷設計

張國育

安徽四創電子股份有限公司

本文針對雷達電子設備的特點，提出從架設避雷針、加強電源防護、增加電涌防護模塊、保證接地效果等方面設計，從而實現現代化防雷技術。

機動式雷達；電子設備；防雷設計

前言

伴隨著我國多元化氣象裝備的不斷發展，越來越多的機動式雷達裝備被應用到業務單位中。現代的雷達大量使用電子信息化高度集成的電子設備，帶來了電子設備的工作電壓低、功耗小等優點，同時也帶來了耐過壓能力弱的缺點。對互連電纜上感應雷擊產生強電磁干擾極為敏感，極容易造成設備損壞，影響使用。

1　雷電的損害途徑

雷擊通常有3 種形式：直擊雷、感應雷和球形雷。

直擊雷是帶電的云層與大地上的某一點之間發生的放電現象。直接作用于物體上，被雷擊的物體會產生強烈的電效應、熱效應和機械效應，具有很強的破壞能力，通常會造成物體受到嚴重損害。

球形雷常見山區，多表現為紅色和橙色兩種顏色的球形發光體，最大直徑可以達到一米左右，其持續時間較短，沒有聲音。不接觸導體，其表現形式不是很劇烈，一旦與電子設備接觸則可能會導致爆炸的發生。

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域由于地質的不一致，土壤的電阻率（電阻）也就不相同。電阻率的不同會造成有的區域高電壓，有的區域低電壓，就會產生閃擊現象；或者在直擊雷放電過程中，強大的脈沖電流對周圍的導線或者金屬物產生電磁感應；閃擊和電磁現象都屬于感應雷。

感應雷雖然不會像直擊雷和球形雷對電子設備損害那么大，但是其破壞主要集中在電子設備的內部電路。尤其機動式雷達由于各主要設備之間的電纜不能像其它固定式雷達那樣埋地處理，更容易通過電纜損害到雷達內部的電子設備。

2　防雷相關設計

2.1避雷針設置

雷電對電子設備損害中，以直擊雷最為嚴重，為了防止電子設備遭到直擊雷的破壞。需要在機動式雷達的附近增加避雷針。

在避雷針保護范圍的計算方法中，有常用的“折線法”和國標的“滾球法”兩種。

“滾球法”的主要特點是可以計算避雷針與網格組合時的保護范圍。凡安裝在建筑物上的避雷針，不管建筑物的高度如何，都可采用滾球法來確定保護范圍，并且保護范圍與雷電流大小有關，但獨立避雷針、避雷線受相應的滾球半徑限制（60m），其高度和計算相對復雜，比“折線法”要增大投資。

“折線法”的主要特點是設計直觀、計算簡便、節省投資，但只適用于120m 以下的避雷高度，不能計算高度120m 以上建筑物的保護范圍，而且計算結果與雷電流大小無關。

計算避雷針在地面上的保護半徑可用公式Rp=1.5hP

（1）式中：Rp—保護半徑；h—避雷針的高度；P—高度影響因數。

其中，P 的取值是：當h≤30m，P =1；當30m ＜ h≤120 m時，只能取h=120m。被保護物高度hp 水平面上保護半徑的計算：

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

式中：

Rp ——避雷針在hp 水平面上的保護半徑；

hp ——被保護物的高度；

ha ——避雷針的有效高度。

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

機動式雷達的天線一般高度為5.5m，天線高度需要保護范圍直徑大約為10m，根據上面公式（3）計算，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

在機動式雷達中，電源的提供來源于電站，也就是車載柴油機發電機組。其優點是機動性強，可以根據需要隨時轉移。但是，缺點也很明顯，由于是機動的，所以不能像固定發電機組的防雷設施齊全。這就需要在電站的輸出端和電子方艙的電子設備增加相應的避雷器，以此來實現多級電源的防雷保護。

在機動式雷達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雷順著電源電纜進入電站或者電子方艙內部，造成電站和電子方艙的相關電源的損壞。

同時，根據最新發布的電子設備防雷標準，電子設備的直流低壓電源也需要增加防雷的防護。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雷在電源電纜上產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，進而提高電子方艙鐘的敏感設備抵御雷電電磁脈沖的能力。

避雷器的安裝方式對其防雷能力有著重要影響。感應雷在電纜上產生的電磁脈沖，主要與電纜的長度相關聯，通過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度盡可能的縮短，可以有效減小引線電感產生額外的殘壓。

為保證避雷器能夠將感應電流泄放完全，電源電纜的長度需要不能小于15m，主要原因是兩級電源避雷器之間泄放順序決定的，必須保證前后級之間的泄放時間，才能保證泄放效果。

2.3信號電纜防雷措施

信號防雷器是防止雷電和其他內部過電壓侵入設備造成損壞，對間接雷電和直接雷電影響或其他瞬時過壓的電涌進行保護的設備，專門適用于信號線路的雷電防護標準。

目前，市場上的關于信號的防雷模塊種類較多，根據應用場合的不同，信號防雷器大致分為以下幾類：電話信號、網絡信號、同軸信號、模擬信號、數字信號和組合信號等防雷器。

在機動式雷達中，電子設備信號互通主要是在電子方艙和天線車之間，其信號主要為低電壓、低電流的信號，因此只需要使用數字信號防雷器。又因為連接兩個設備之間的電纜為雙絞線電纜，所以選用雙口信號防雷器。

導軌式電涌保護器串聯在4～20mA 控制信號或雙絞線數據信號（RS232，RS422，RS485）等的線路上，保護系統設備免遭過電壓浪涌的襲擊。

2.4接地裝置的設計

在機動式雷電的防雷設計中，接地設計有著特殊的地位，對整體的防雷效果作用明顯。如果接地不良，會嚴重影響防雷效果，甚至可能造成加重雷電的干擾。

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

3　結束語

綜上所述，通過本文防雷設計的方法，可以使機動式雷達的電子設備達到避免受到雷電直擊以及感應雷產生的電涌電壓損壞的目的，從而以提高機動式雷達電子設備的穩定性與可靠性，為其它電子設備的防雷設計提供一定的設計參考價值。

［1］白雪楊，沈健，張德磊. 機動式指揮通信系統的雷電防護設計［J］.指揮信息系統與技術，2013，04：74-79.

［2］郭銀景.電磁兼容管理與應用［M］.清華大學出版社，2012.