浅谈机场导航设施防雷

摘 要：一般来说，导航设备都位于偏僻地区，并且导航天线高，极易引来雷电，对于夏季这种雷雨交加的季节更是如此。对于民用机场，如何采取有效的措施防止导航台被雷电击到，以免影响正常使用，或是造成重大损失，这是机场导航设计者与使用者都必须要关注的问题，文章简要叙述了一些机场导航防止雷击的措施。

关键词：雷电危害；防雷措施；日常维护

机场导航设施一般包括导航设备系统、天线系统以及远程遥控监视系统。导航设备系统包括设备机柜、电源系统等；天线系统包括发射天线与监控天线等；远程遥控监视系统包括设备遥控装置、无线测控系统、通信传输系统等。随着信息技术的发展，机械、电气、仪表等各项技术的发展，机场导航设施设备也越来越先进，电路集成装置也越来越高，感应雷电入侵极易造成电子元件、设施等的损坏，再加上机场导航系统很多设施都在室外，电线裸露，天线外置，这些更加快了机场导航系统遭雷击的可能性。在这种高风险的形势下，对于导航系统只安装一个避雷针来防止其被雷击的措施已远远不能满足要求，需要建立完善的防雷体系，做到“综合管理、层层防护、重点保护、全面系统防卫”，增强台站的立体防御能力，使机场导航设施遭雷击损坏的几率降至最低水平。

1 雷击的分类

雷击一般分为直击雷和感应雷。顾名思义，直击雷就是直接击到建筑物、动植物、人体等物体上，造成建筑物直接损坏、动植物毁坏或伤亡等，这种雷击方式主要是靠电效应、热效应等混合力作用造成。感击雷实际是利用感应电压间接损坏动植物、建筑物等的过程。这种感应雷是通过雷云之间或雷云对地之间放电在附近的架空线路、埋地线路或其他传电导体上产生了感应电压，从而传导至相关设备造成微电子设备的间接损坏。感应雷对于微电子设施的伤害极大，比如监控设备、计算机网络系统、通讯设施等，在雷击造成的以上设施损坏的数据中，有五分之四以上的设施都是感应雷造成的。

2 雷电对民航无线电通信导航设施的危害

根据基础电力学常识，电流都是要通过电阻相对较小的路径，所以，对于耸入大气的低电阻接地导体就会极易引来雷电发来的电流连接入地。为了保证通讯质量，确保无线电通讯信息可靠，对于民航导航系统都是建立在空旷的大地上或是空山上，其高高的天线和长长的馈线都是良好的引电流入地的导体，极易引来直击雷和感应雷，造成导航设施的损坏。无线电通信导航设备大多由集成模块构成，其耐冲击能量只有几微瓦秒，其一般所能承受的尖峰电压约为700V，很容易引起元器件的击穿和烧坏。因此，当民航导航系统被雷击时，若保护不当，会引来极大的安全隐患，或者造成设备轻度受损，使停机无法运行；或者造成整个设备报废，系统紊乱，影响飞行安全。雷击所产生的强大电流和强烈的电磁辐射等物理效应，给整个民航导航系统带来巨大的危害。

3 防雷改造的设计方案

根据雷击的分类与特点，在进行防雷技术设计时不单独考虑一种防雷技术，需要从多方面考虑，综合治理，层层防护，单一的防雷技术起不到很好的效果，只能防止一种雷击类型，或保护外部设备（防止直击雷破坏），或保护内部设备（防止感应雷破坏），防护有缺失或遗漏，防护效果欠佳。作为防雷的综合防护体系需要综合考虑这两种雷击类型的特点，全面防护，缺一不可。下面，文章主要介绍一下机场导航台的外部与内部设备的防护措施。

3.1 机场导航台站外部直击雷防护

首先介绍一下防止直击雷破坏室外设备设施的防护措施，这种防护措施又称为外部防雷系统，主要由接闪器、引下线和接地系统三部分组成。据专家统计数据表明，外部防雷系统可以泻放雷电50%以上的能量，防雷效果较好。

3.1.1 接闪器其主要组成就是我们常说的避雷针或避雷带（网），通过这些避雷针、带、网的组合系统，可以有效将雷电引入此系统，通过自身系统接入雷电，而防止其破坏被保护设备。在技术要求方面，接闪器与天线的水平距离应不小于3m，避雷带（网）应铺设在台站天面的四周，且在四角安装避雷针进行防护，避雷针间要相互连接，并且都要就近连接至下引线。

3.1.2 引下线与避雷针连接，目的是将接闪的雷击电流直接导入大地。为了使导电入地的效果更好，就要求每一个避雷针都要连接一个独立的下引线，且引线要保持完整独立的一根，防止有焊点，避免时间过久影响导电防雷效果。

3.1.3 接地系统

（1）接地电阻的要求和等电位联接

从理论上讲，接地电阻越小越好。当然，现代防雷技术观点认为，各设备进行等电位联接形成“等电位孤岛”，可以大大降低对接地电阻的要求。依据GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》和IEC61312标准的防雷要求，综合多方面因素考虑，导航台站的接地宜采用统一接地的接地形式，并在各处做等电位连接，铁塔地脚螺钉应与接地系统做可靠的电气连接，其统一接地电阻要求≤4Ω。

（2）联合接地

这种接地方法是将所有接地的引线汇集于一个网络，将设备设施进行等电位联接，以降低接地电阻值，再用引下线直接联接到地网，该系统共地网而不共线，使得设备设施被保护。

（3）垂直接地

为保证接地网的长期使用，确保其耐腐蚀性好，一般采用石墨制作地网。水平接地多用扁钢，垂直接地采用角钢，根据地形设计连接成网状，防止内部设备被雷击损坏，使得雷电电流有效导入大地。

3.2 导航台内部防雷

据统计，遭雷击损坏的微电子设备80%以上由感应雷造成，所以内部防雷系统同样重要，内部防雷主要有两种类型，电源防雷和信号线防雷。

3.2.1 电源防雷

对于大多数导航台来说，尤其是远离机场的外导航台，其设备电源都是通过架空线进入台站。这种高空架线由于电线长，易感应较强的雷电流，为保证其不被感应雷电损坏，通常采用三级防雷技术。即第一级在变压器低压输出端安装电源避雷器，设计通流容量大于50kA；第二级在进入导航台主设备输入端安装电源避雷器，设计通流容量20kA；第三级在各设备端加装串联避雷器，设计通流容量1kA。

3.2.2 信号线防雷

由于从室外进入主控机房的信号线较长，且大多暴露于室外，易受雷电感应，引入较强电流，从而导致内部设备损坏。为防止感应雷击破损信息系统，在所有信息系统进入的电缆内芯线端，对地加装避雷器，电缆中的空线应接地，并做好屏蔽接地。实际工作中需要根据通导设备对雷电的敏感度来确定。同时，在机场各个通信导航机房内的无线监控系统前端安装信号避雷器，对机房光端机配线柜采用铜塑线进行良好的接地，光缆金属护套和金属芯线在尾纤盒进入设备之前，把芯线和金属护套做接地处理，以达到避雷目的。

4 结束语

防雷技术是一项系统性的、综合性的技术工程，在进行机场导航系统防雷设计时，即要考虑外部设备的防雷，又要考虑内部设备的防雷。文章只是对普遍使用的防雷技术做了简单的叙述。但是，我们需要认识到再精心的设计也不可能保证雷击事件的发生率为率，我们只能在设计之初，尽量将可能的雷击情况考虑全面，将可能的防雷措施做全面，并不断的改善，以尽量避免雷击事故发生，确保导航系统正常，从而保证安全飞行。

参考文献

[1]GB50057-2010.建筑物防雷设计规范[S].

[2]民用航空通讯导航监视设施防雷技术规范[S].

[3]雷电电磁脉冲的防护（IEC61312）[S].国际电工委员会标准，1995.

[4]张平东.机场导航台雷电防护[J].湖南工业职业技术学院学报，2005，9（03）.