民航通信導航監視設備防雷保護策略

董娟娟

新疆空中交通管理局阿克蘇空管站 新疆 阿克蘇 843000

引言

近些年，全球空難事故時有發生，航空運輸與陸地運輸、海上運輸不同，一旦發生空難事故，空中人員生存概率幾乎為零，因此社會對如何提升民航飛行安全十分關注。通信導航監視設備是保障飛機飛行安全的重要措施，通信導航監視設備不僅可以發揮通信作用，同時還可以監視飛機運行參數，地面人員根據實時顯示的參數信息劃定飛行路線，降低風險事故發生概率。通信導航監視設備有很多，并且多個設備需要協同運作，大部分設備都是弱電運行，一旦發生雷擊事故會對設備運行穩定性造成極大影響。因此，如何做好民航通信導航監視設備防雷保護工作是需要重點考慮的問題。

1 民航通信導航監視設備防雷擊的重要性

在民航日常運轉當中，為了能夠保障通信導航監視設備信號收發質量，發揮監視系統作用，通常要將通信導航監視設備設置在有利位置，如山上或高處設置雷達、高頻儀器等裝置，這樣設備高度會高于周邊建筑和山坡，提升通信整體質量。但也正是因為這些設備的高位設置，一旦遇到雷雨天氣，無論是室內設備還是線路，其受雷擊的概率大大增加，輕則影響設備功能，重則直接造成設備損壞。此外，由于通信導航監視設備十分精細，內部含有諸多的微電子零部件，這些零部件都是高度集成的微小部件，抗壓能力很弱，被雷擊中容易損壞，通常無法修復，需要更換整個部件，成本很高[1]。由此可見，民航通信導航監視設備防雷保護的重要性。

2 民航通信導航監視設備雷擊形式與雷電防護區劃分

2.1 雷擊形式

民航通信導航監視設備主要有感應雷、直擊雷兩種遭受雷擊形式，其主要表現在：

2.1.1 感應雷。民航通信導航監視設備最常見的雷擊形式就是感應雷。大氣中閃電會伴隨著超高頻電磁波，電磁波會作用在監視設備的供電線、通信線等導線上，感應雷的高頻電磁波對弱電電纜的負面影響非常大，從而導致整個通信導航監視系統無法正常運行。如果受到感應雷的影響，導致電纜中電流量激增，大電流會燒毀監視設備中的微小元器件，造成設備損壞。感應雷在雷雨天氣中產生十分頻繁，也是通信導航監視設備主要的雷擊形式，這就需要針對感應雷的危害開展防雷保護，從而保障民航通信導航監視設備安全、平穩運行。

2.1.2 直擊雷。雖然相比感應雷來說，直擊雷造成的事故概率要低得多，但直擊雷造成的后果更加嚴重，會給整個通信導航監視系統帶來影響，嚴重會造成通信導航監視系統癱瘓，地面和空中飛機直接斷聯。所以，即使直擊雷事故發生概率再低，也要全方位防止直擊雷產生的傷害。同時，通信導航監視設備中包含了雷達、無線電等設備，這些設備會發射電磁波，而電磁波是直擊雷的導體之一，雷電會順著電磁波精準定位設備，因此這些設備更容易受到直擊雷擊中，極大的影響通信導航監視系統整體安全。需要注意一點，在直擊雷事故發生中可能會伴隨一種球形閃電，這種球形閃電并無良好的防范方法，好在這種球形雷電發生概率極低，但也應提前制訂好緊急預案，將事故發生的影響降到最低。

2.2 雷電防護區劃分以及防護等級

直擊雷非防護區LPZ0A。該區域物體全部裸露在外，受到直接雷擊的概率非常大。第二，直擊雷防護區LPZ0B。該區域物體設置了防雷措施給予保護，不會直接受到雷擊。可以細分為：

2.2.1 第一屏蔽防護區LPZ1。該區域物體不會直接遭受雷擊，所流經各個導體的電流相比LPZ0B更小，并且外部以及周圍建筑物也可以起到相應的屏蔽作用。LPZ1的電磁場強度逐漸減弱。

2.2.2 第二、第三屏蔽防護區LPZ2、LPZ3。這兩個防護區的主要作用是減少電流和磁場強度，一般是指建筑中的屏蔽室以及設備屏蔽外殼[2]。

根據通信導航監視設備所處地區雷暴環境、建筑高度、地質地貌等因素，可以將通信導航監視雷電保護分為三個等級，即甲、乙、丙級。介于近些年我國異常天氣、極端天氣較多，且絕大部分地區平均雷暴日在30～80天之間，因此需采取甲級防護。但考慮到通信導航監視設備多數都設置在開闊地區或高山地區，更容易受到雷擊影響，再加上部分設備都安裝在較高天線塔上，因此基本都滿足特級防護條件，也就是最高的防護等級。

3 民航通信導航監視設備的防雷保護策略

通信導航監視設備整體可以分為兩種類型，即通信導航設備、監視設備。這兩種設備對防雷保護的要求也有所不同，其主要表現在：

3.1 通信導航設備防雷措施

在通信導航設備中，主要防雷保護對象為無線信號發射設備和線纜，應采取針對性防雷保護措施。

3.1.1 通信導航設備的架空線纜。民航通信導航系統建設中，部分線纜受到地形地勢限制、應用要求限制，會設置一些架空線纜，這些線纜有著重要作用，如傳輸信號、輸送電力等。上文提出線纜主要受到感應雷影響更多，所以在架空線纜設計中應重點做好感應雷防護，也就是加強線纜的電磁屏蔽。在實際操作中，一種方式是在架空線纜上設置接地導線，這樣感應雷擊中線纜會順著導線將電流傳輸到大地，從而實現對電磁場的屏蔽。另一種方式就是采用新型的電磁屏蔽線纜，該類型線纜的絕緣層中會增設一層導線網，按照要求正確連接防護層即可實現接地的作用，從而對整個線路實施防護[3]。

3.1.2 電源線路防雷措施。通信導航系統的電源線防雷保護十分重要，如果電源線出現問題會直接影響整個通信系統的運行。因此，應對電源線全方位采取防雷保護措施。目前常見的電源線防雷擊方法是增設避雷器，一旦電源遭受雷擊會直接作用在避雷器上，避雷器通過接地線將雷擊產生的電流輸送給大地，從而實現對電源線路的保護。在應用避雷器時，應根據通信系統電源規格以及當地雷電情況選取避雷器，為了保障通信導航系統電源運行安全，應選擇比電源線需求更高一級規格的避雷器，減少意外發生概率。接地電纜的選擇應確保在指定時間內將雷擊電流傳輸給大地，要求接地線纜直徑在50mm以上，保持接地線路完整，不得出現斷點和破損等情況[4]。設置接地網，接地線纜和接地網采用多點連接方式，從而提升雷擊電流的傳輸效果。

3.1.3 信號發射設備防雷措施。通信導航系統中包含了大量無線信號發射裝置，從而保障對飛機飛行的有效引導。這些無線發射裝置通常設置在高處，因此受到雷擊的概率更大。在信號發射裝置防雷保護中，主流的方法是在設備周圍安裝接閃器，將接閃器接地即可。接閃器設置高度應高于信號發射設備，為了確保信號發射裝置足夠安全，一般會在信號發射裝置周圍設置多個接閃器，為了避免接閃器接雷時對信號發射裝置造成影響，應保持接閃器和信號發射裝置有不低于3m的距離。在安裝接地線時，根據相關規定要求，接地線間距不得低于18m，并且還要保持接地線纜和通信線纜之間保持至少2m的距離。在接地網設計中，接閃器接地網要與電源線防雷接地網隔離，避免接閃器接地網電壓高于電源線路電壓而造成事故。

3.1.4 機房防雷措施。為了降低室外環境對通信設備的影響，一些重要的通信設備主要設置在機房中，例如計算機設備、服務器設備等。在防雷保護設計中應最大程度上避免雷擊直接作用在機房上。在防雷保護中，可以將機房整個建筑設置成為防雷結構，也就是將機房建筑鋼筋設置成鋼筋網，鋼筋網與大地直接連接，這就相當于機房自帶一個金屬屏蔽網，保障機房建筑整體的防雷性能。結合以往經驗以及查閱相關材料，鋼筋網鋼筋設置間距為1m時的電磁屏蔽效果較為理想，并且成本不是很高[5]。機房窗戶結構中也應增設一層鐵絲網，鐵絲網可以和鋼結構連接，形成一個整體，保障機房的整體電磁屏蔽效果。

3.2 民航監視設備防雷措施

民航通信導航監視系統中，監視設備主要包括計算機、雷達、線纜等，當然監視設備想要正常運行也離不開通信系統的支持，但大多數情況是有線通信系統。民航監視設備防雷措施如下：

3.2.1 雷達系統防雷措施。在監視系統當中，雷達是實現監視功能的核心設備。雷達系統在運行當中處于旋轉掃描狀態，為了確保雷達監控系統可以正常運行，在設置避雷裝置中，應避免這些避雷裝置被雷達掃描到。由于雷達大部分是設置在獨立的鐵塔上，鐵塔上常用的避雷裝置是避雷針。可以在鐵塔四周均勻設置避雷針，保持避雷針和雷達天線之間有不低于1m的距離。為了確保雷達運行不受到影響，應在鐵塔上設置均壓環，間距不得低于5m[6]。如果雷達天線鐵塔周圍存在桿狀設施時，應將天線掃描角度進行調試，避免其余設備進入到雷達掃描范圍內影響雷達運行質量。

3.2.2 通信線路防雷措施。監視系統運行時需要向控制塔傳遞飛機飛行信息，而信息全過程傳遞則需要通信線路。監控系統通信線路防雷措施有以下兩種：①在通信線路上增設電磁屏蔽裝置，如可以在電路周圍增設導線網，導線網可以規避感應雷對通信線路的負面影響；②規避接地線路對通信線路造成的影響，一般情況下加大接地線路和通信線路之間的距離即可實現這一目標。無論是采用哪種方法，都要注意防雷系統、防雷設施都應正確有效接地，并且日常運維中應定期對防雷設施進行檢修，確保防雷系統安全、平穩、有效的運行，這樣才能夠起到防雷保護作用。

3.2.3 監控系統電源線路防雷措施。上文提到通信導航系統電源線防雷措施是通過增設避雷器的方式，并將避雷器接地以達到防雷保護的目的。監視系統電源線路防雷保護也可以采取該項措施達到防雷保護要求。監控系統電源線路防雷的著重點是消除線路被雷擊產生的電涌，除了要安裝避雷器，還需要設置電磁屏蔽器，在雙重防護下可以同時降低感應雷和直擊雷帶來的傷害。防雷設施均要做好接地，連接接地網、接地線時，應保持連接部位的鉚接強度，同時對接地網采取防腐措施。避雷器接地網與電子避雷器接地網之間需要做好隔離，保持二者間距在1.8m以上，避免兩個接地網之間的電壓相互影響，降低線路運行的穩定性。

4 結束語

綜上所述，民航通信導航監視設備主要會受到感應雷、直擊雷的影響，特別是感應雷對弱電系統的影響最為常見。因此，在民航通信導航監視設備防雷保護設計中，應同時做好機房、通信導航監視設備、線纜的防雷保護工作，特別是要保證防雷裝置有效接地，保持不同防雷裝置、不同線纜之間的間距，這樣才能夠達到民航通信導航監視設備防雷保護的目的。