無源場致等離子防雷裝置對機動設(shè)備的防護

尤貴斌

遼寧鑫眾科技股份有限公司 遼寧鐵嶺 112609

1 概述

無源場致等離子防雷裝置是專門為機動裝備直擊雷防護需求研制的防雷配套產(chǎn)品。目的旨在提供一種適用于機動裝備直擊雷防護的防雷產(chǎn)品和工程化應(yīng)用方案。

2 防雷機理

利用防雷裝置架設(shè)于制高位置的陣列針管，在雷云電場的作用下，起到地面突出物的似尖端效應(yīng)引起電場畸變，使得防雷裝置附近的電場強度遠(yuǎn)高于保護目標(biāo)附近的電場強度，從而保護目標(biāo)處在相對較低電場強度的安全水平。

防雷裝置內(nèi)部電極依靠電場感應(yīng)建立的內(nèi)電場將數(shù)百倍于雷云電場，隨著雷云聚集，大氣電場強度提升到一定區(qū)域值時，兩電極之間便形成電暈，電離產(chǎn)生等離子體，中和雷云電荷及其在地面的感應(yīng)電荷，使得保護區(qū)域內(nèi)的大氣電場強度穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)，不至于達(dá)到云地空氣擊穿的水平，過頂雷云電場不至于激化形成雷擊而逐漸飄移出被保護范圍，從而實現(xiàn)直擊雷防護目的。也可以考慮選配車載雷電預(yù)警器通過該儀器對環(huán)境現(xiàn)場的大氣電場進行監(jiān)測并提供預(yù)警，當(dāng)預(yù)警器的監(jiān)測值超過范圍時，提供雷電報警，此時人員應(yīng)進入裝備內(nèi)進行躲避。

無源場致等離子防雷裝置在任務(wù)區(qū)內(nèi)建立直擊雷保護區(qū)，避免人員和裝備遭受直擊雷電的威脅和破壞。主要用于雷達(dá)、通信車等機動裝備的防雷保護，也可用于高山部隊、高層建筑物駐地日常雷電防護。

無源場致等離子防雷裝置與有源等離子防雷系統(tǒng)的區(qū)別主要在于：針對機動裝備的防雷需求設(shè)計，產(chǎn)品重量輕、體積小，便于集成架設(shè)；雷云電場激勵產(chǎn)生等離子，不需要提供外部工作電源；無電子器件設(shè)計，具有更好的環(huán)境適應(yīng)性，易于維護；采用自身感應(yīng)激勵方式，防雷保護范圍相對變小；產(chǎn)品具有更好的性價比。

2.1 裝置組成

防雷裝置主要由13根針管和電暈腔體構(gòu)成。

2.2 安裝方式

防雷裝置采用6個螺栓固定在升降桿或鐵塔頂部．

（1）技術(shù)指標(biāo)。

保護范圍（安裝位置不低于被保護2m的高度）：

防雷最大保護半徑：≤80m；

防雷保護角度：45°≤θ≤83°

電離電流：≥15mA

雷電流通流能力：≥50kA(10/350μs）

平均故障修復(fù)時間：≤0．5小時

平均故障間隔時間：≥3000小時

環(huán)境適應(yīng)性

工作溫度：-40℃至+50℃

相對濕度：≤95%

抗風(fēng)能力：≤50米/秒

工作海拔高度：≤5000米

重量：≤25kg

尺寸：架高部分直徑：≤0．5米，針桿長度：≤2米

（2）機動裝備的直擊雷防護設(shè)計。為滿足機動裝備機動轉(zhuǎn)移和快速布撤，以及在全地域和全天候的環(huán)境條件下的防雷保障需求，擬采用不吸引雷電的無源等離子防雷裝置進行直擊雷的防護，在不改變現(xiàn)有裝備技術(shù)狀態(tài)的情況下，將防雷裝置直接寄生在機動裝備之上，隨裝備遂行轉(zhuǎn)移，并可同步機動裝備的布撤時間，快速0構(gòu)建直擊雷防護區(qū)，為裝備實現(xiàn)雷電防護。

①防雷設(shè)備布局。

防雷裝置寄生安裝。無源等離子防雷裝置及其接地線固定于升降桿之上，并將升降桿寄生安裝在機動裝備的邊角位置。在撤收狀態(tài)下，高度不大于3．6m。在加改裝時還需考慮：

隨升降桿高度變化的接地線的收放；

防雷接地線與方艙及升降桿的絕緣固定；

接地棒、外延接地線的收納放置；

土木工具的放置。

防雷裝置架設(shè)。升降桿選用手動式，展開高度為12m。架設(shè)時通過搖把將升降桿升到最高處即可。

防雷接地線的布設(shè)。防雷接地線與車體及相關(guān)金屬體絕緣，將采用2根高絕緣線纜，其中一根是連接防雷裝置到防雷接地端子位置的部分，長度13m，將依附在升降桿上，可隨升降桿的升降變化。另外一根是防雷接地端子與接地棒之間的接地線，長度為40m，將采用收線盤進行收放。

接地棒的埋設(shè)。采用2根1．2m長的離子接地棒。防雷接地棒需遠(yuǎn)離車體30m以上距離，并在系統(tǒng)接地樁的反方向位置布置，盡量打入土壤中。

②防雷設(shè)備設(shè)施配置。直擊雷防護設(shè)備主要包括無源等離子防雷裝置、升降桿、接地線、接地棒、土木工具。具體見表。

表1 防雷設(shè)備配置明細(xì)表

③防雷系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)。

保護半徑≤35m

最小高度≤3．5m

舉升高度≤12m（或高于被保護設(shè)備的2米）

架設(shè)時間≤10min（2人)

環(huán)境適應(yīng)性：

工作溫度-40℃至+50℃

儲存-50℃至+65℃

濕度≤95%

抗風(fēng)≤28m/s

沖擊符合GJB150A要求

結(jié)構(gòu)參數(shù)：

系統(tǒng)總重量：≤25kg

迎風(fēng)面積：≤0．2m2

可靠性：

使用壽命：≥20年

2.3 安裝方式

防雷裝置寄生安裝：無源等離子防雷裝置及其接地線固定于升降桿之上，并將升降桿寄生安裝在機動裝備（如方艙）的邊角位置。在撤收狀態(tài)下，高度不大于3．6m。在加改裝時還需考慮：

隨升降桿高度變化的接地線的收放；

防雷接地線與方艙及升降桿的絕緣固定；

接地棒、外延接地線的收納放置；

按照無源等離子防雷裝置的性能效果，完全不破壞原設(shè)備任何性能指標(biāo)的基礎(chǔ)上，安裝在每個被保護設(shè)備上，例如安裝在某雷達(dá)結(jié)構(gòu)示意圖，見圖1所示：

圖1 單臺雷達(dá)寄生示意圖

安裝寄生在雷達(dá)的加高塔上。

圖5 寄生安裝在雷達(dá)的加高塔上示意圖

在已有的雷達(dá)陣地上也可安裝一個簡易固定塔將防雷設(shè)備安裝在上面，達(dá)到對現(xiàn)有的陣地防雷保護作用。

3 結(jié)語

無源等離子防雷裝置利用電場感應(yīng)產(chǎn)生等離子中和雷云電荷實現(xiàn)直擊雷防護，為主動防雷開辟一條新思路，滿足了機動裝備快速布撤、機動轉(zhuǎn)移、全天候作戰(zhàn)訓(xùn)練的雷電防護的保障需求。是有源等離子防雷系統(tǒng)的有效補充。