民航台站防雷系统浅谈

摘要：随着经济的发展，民航航班越来越多，为满足迅速增长的航班，逐渐开辟越来越多的航路。根据民航相关要求，需在航路上建设相应的民航台站服务航路上的飞机。为了更好的信号覆盖，民航台站往往建设在高海拔地区，而高海拔地区多为雷电频发区域，所以民航台站在建设和日常维护中，防雷工作至关重要。本文从雷电产生及危害、民航台站防雷措施和防雷新谈说进行介绍。

关键词：民航台站；防雷；高海拔地区

1 雷电产生和危害

雷电是在积雨云强烈发展阶段，当云层之间、云地之间、云与空气之间的电位差达到一定程度时的放电现象。

雷电灾害除了直接雷击造成破坏外，还有雷电的静电感应作用，电磁感应作用，放电时产生的电磁脉冲，地电位反击，以及雷电波侵入可能沿架空电力线、信号传输线、天线、电缆和金属管线等进入设备，造成设备损坏。

2 雷电侵入方式

雷达侵袭的途径有多种多样，主要直击雷侵袭、感应雷侵袭、雷电波侵入、地电位反击和电磁脉冲侵袭几种。

（1）直击雷侵袭

直击雷是在云体上聚集很多电荷，大量电荷需找到一个通道来泄放。人、动物或物体都可能变成电荷泄放的一个通道。雷电直接击在建筑物、构架、树木、动植物上，由于电效应、热效应等混合力作用，直接摧毁建筑物、构架以及引起人员伤亡等[1]。

（2）感应雷侵袭

感应雷通常指电磁感应。由于雷电流迅速变化在其周围产生瞬变的强电磁场，使附近导体上感应出很高的电动势。当建筑物附近发生雷击时，建筑物及内部的设备都处在这个危险的电磁环境中。依据电磁感应原理，如果瞬变磁场中的导体是一个开环，则会产生感生电压；如果是一个闭合回路则要产生感生电流，闭合回路的面积越大，通过的磁通量越多，产生的感生电流也越强，电流越强危害越大。

（3）雷电波侵入

雷电击中电力线路、通信线路、天馈线等传输线路后，雷电流会沿着线路侵入建筑物内部，损坏连接在线路上的各种设备。例如，当雷电击中架空电力线路时，高压雷电波会沿着线路进入用户端，烧毁家用电器、工业设备等。

（4）地电位反击

当雷电流通过接地装置流入大地时，会在接地装置周围形成电位分布。如果建筑物内的设备接地与防雷接地之间的距离不够，或者接地系统设计不合理，就可能导致地电位升高，使设备外壳带电，从而对设备和人员造成危害。比如，机房内的设备接地与防雷接地共用一个接地极，当遭受雷击时，地电位瞬间升高，可能会反击到设备上，损坏设备。

（5）电磁脉冲侵袭

雷电放电过程中会产生高强度的电磁脉冲，其频率范围很宽，能够以辐射的方式传播到周围空间。这些电磁脉冲可以耦合到电子设备的电路中，干扰设备的正常运行，甚至损坏设备的敏感元件。

3 民航高山台站防雷措施

民航高山台站雷电防护应尽可能地减少雷电对设施设备的危害，保证人身安全。首先从建设中考虑，台站防雷建设，应对当地雷电环境、土壤、气象、地形、地质条件进行认真调查和评估，确定雷电防护等级，应结合建筑物外形与结构、设备类型及性能参数、天线和馈线的类型与架设方式、传输线路特性与布局、设备抗过压及抗电磁干扰能力、设备的重要性与价值等情况。下面将从直击雷防护、供配电系统的保护、信号传输系统的保护、天线馈线系统的保护、屏蔽与等电位连接和接地系统等介绍防雷措施。

（1）直击雷防护[2]

直击雷防护的最主要的设施是接闪器，目前民航台站接闪器的保护范围按滚球半径45 m计算，对于雷电较为严重的防雷等级为台站，其接闪器保护范围宜按滚球半径30 m计算。接闪器的安装位置和安装高度需与所要保护的设施和天线等配合，所有的设施和天线均要在接闪器的保护范围内。接闪器与天线的水平距离不宜小于3 m。

对于民航台站设备，对于直击雷还有一些特殊要求。一、二次雷达天线基座平台上安装避雷针时，避雷针根数不应少于三支。为了避免对雷达信号造成遮挡和反射，避雷针或避雷线支撑杆在雷达天线仰角零度以上宜采用非金属支撑杆。全向信标（DVOR）设备宜在地面架设不少于三支避雷针接闪，避雷针应沿天线平台均匀分布。

（2）供配电系统的电涌保护

民航台站往往从外部引进高压电源，在台站通过变压器变成低压使用。从架空高压电力线终端杆引入的高压电力线，宜采用铠装电缆或敷设在首尾电气贯通的金属管内全程埋地进入变压器，金属铠装层或金属管两端应就近接地，埋地长度宜大于200 m。架空高压电力线终端杆与铠装电缆接头处和配电变压器高压侧，应分别就近对地加装相应额定电压等级的避雷器，其接地端子应就近接地。

进入台站变成低压后，低压电力电缆同样采用铠装电缆或敷设在首尾电气贯通的金属管内埋地引入，铠装层或金属管两端应就近接地，埋地深度不应小于0.7 m，埋地长度应考虑土壤电阻率。

设备设施的供配电系统应安装多级SPD进行保护，确保被保护设备的耐冲击过电压额定值（UW）与SPD的电压保护水平（Up）之间满足下面公式的要求：

Up  ≤ 0.8 UW

（3）信号传输系统的电涌保护

进出机房通信缆线应采用金属护套电缆或敷设在首尾电气贯通的金属管道内埋地进入，金属外护套或金属管道应两端就近接地。

缆线埋地深度不应小0.7 m。

进入机柜通信缆线在总配线架或分线盒处应加装信号SPD。若无总配线架，电缆信号线两端要单独加装信号SPD。SPD的最大持续运行电压Uc宜大于或等于信号峰值电压的1.2倍。响应时间应在纳秒级。同时， SPD特性参数应满足设备对信号传输速率、带宽、插入损耗、特性阻抗的要求。

（4）天馈系统的电涌保护

天馈系统首先通过接闪器避免直击雷破坏，然后对馈线屏蔽层进行接地处理，根据馈线长短可对馈线屏蔽层进行多级接地。在一些特殊场合应安装冲击电流Iimp不小于2.5 kA（10/350 μs）的SPD， 该SPD接地端子应就近接地或接到等电位连接带上。

天馈线SPD的选择，应根据被保护设备的工作频率、输出功率、接口型式、馈线特性阻抗、插入损耗、驻波比等要求，选用适配的天馈SPD。在无特殊要求的情况下，天馈线路SPD宜安装在收、发通信设备的射频出、入端口处。

（5）屏蔽与等电位连接

台站在建设时，需在设备所在建筑物六面增设屏蔽网，设备设施所在建筑物或房间的金属支撑物、金属框架或墙内钢筋等自然构件构成一个格栅形空间屏蔽，穿入这类屏蔽的导电金属物应就近与其做等电位连接。建筑物上的大尺寸金属件，需连接在一起，并与防雷装置相连。

所有进入设备所在建筑物的金属管道及外来导电物，均应在室内和室外交界处进行总等电位连接。设备电源线、信号线或天馈线宜分开敷设，其中，电源线、信号线应分开敷设在强、弱电井内，在采用非屏蔽电缆时，应分开敷设在强、弱电井内的金属线管内，若跨越机房需进行等电位连接。

4 防雷措施新探索

常规的防雷设施往往在建设期间会有一定疏漏或防雷措施失效问题，仍存在设备设施被雷击坏的情况。根据各案例总结出一些新的措施。关于建设时未使用屏蔽信号线情况，目前采用对信号线敷设屏蔽网并进行接地处理。将常用的RS232和RS485协议接口信号避雷器替换成光电隔离器，通过物理手段完成雷电隔离。同时在部分台站安装有防雷检测装置，通过雷电感应电流检测雷电大小和次数为防雷维护提供数据。

5 结束语

民航台站的安全性不言而喻，为了确保台站设施设备正常运行，台站防雷工作至关重要。防雷是一项持续性的系统工作，防雷设施的日常维护也十分重要。随着科技不断发展，新的防雷技术不断涌入，我们将不断探索和应用，不断提升雷电防护水平。

参考文献

[1] 孙涛，胡家庆.对无线电监测设施雷电危害的探讨[J].中国无线电2019（2）：59-62

[2]  MH/T 4020——2006，民用航空通信导航监视设施防雷技术规范 （S）：8-13.