民航空管雷达站雷电影响及综合防雷措施

民航空管雷达站雷电影响及综合防雷措施

秦旭东

民航山西空管分局

摘要：近年来，随着我国民航空管事业的快速发展，新建了大量的空管一、二次雷达设施，为管制工作的开展发挥了巨大的作用。由于雷达站通常选址在海拔较高处，且雷达天线塔为周边建筑群制高点，在雷雨季节极易受到雷击，严重影响雷达设备的正常运行。本文将阐述雷电产生及其危害的特点，结合民航空管雷达站的环境及雷达设备的工作特点，从防雷系统设计、器件维护等方面提出建议，希望对业内同仁提供一些帮助及借鉴。

关键词：空管；雷达站；防雷

引言

民航空管雷达主要有一次雷达、二次雷达、场面监视雷达等。其主要功能是将目标的位置在显示屏幕上进行实时显示。管制员根据雷达提供的飞行动态，发布管制指令。所以，如果雷达站遭受雷击，将可能会影响管制指挥，进而影响飞行安全。

一、雷电的形成及危害

雷电是天空中的云层与另一块云层或者与大地，由于所带电荷性质相反而产生剧烈放电的现象。带电荷的雷云与地面的突起物接近时，它们之间会发生激烈的放电。在放电地点会出现强烈的闪光和爆炸的轰鸣声。

雷击灾害就是指由闪电产生的雷电流从云中泄放到大地时造成的危害。通常有三种形式：直击雷、感应雷、球形雷。

1、直击雷的危害

直击雷是指闪电直接击在建筑物、大地或其他物体上时，产生电磁效应、热效应和机械效应的雷击。当雷电直接击打在建筑物上时，强大的雷电流会使建筑物的水分因受热发生汽化膨胀的现象，产生强大的机械力，导致建筑物发生爆炸和燃烧，如果雷击作用的对象是民航金属物体或者是接地体，接地引线等。电流在通过金属导体的时候会产生非常高的电压，设备与线路会产生电位差，而这种电位差控制难度非常大，从而产生危害。

2、感应雷的危害

感应雷是指在直击雷放电过程中，强大的脉冲电流对周围的导线或金属物产生电磁感应发生高电压，继而发生闪击现象的二次雷。感应雷主要分为电磁感应雷及静电感应雷两种：

（1）电磁感应雷

电磁感应雷是由于雷电放电时，巨大的冲击雷电流在周围空间产生迅速变化的强磁场引起的。这种迅速变化的磁场能在邻近的导体上感应出很高的电动势。雷电感应引起的电磁能量若不及时泄入地下，可能产生放电火花，引起火灾、爆炸或触电事故。电磁感应雷击一般都是发生在避雷针上或者是供电线路周围，当雷电击打在避雷针上时，产生强大的交变电磁场，交变电磁场的能量作用到周围的输电线路及电子设备上面，对输电线路和电子设备造成严重伤害。

（2）静电感应雷

静电感应雷是由于带电雷云接近地面，在架空线路或其他凸出物顶部感应出大量电荷引起的。当雷云之间进行放电以及雷云与大地之间进行放电时，云层中的负电荷会在一瞬间全部消失，这种现象带来的后果就是输电线路上感应出来的正电荷也会在一瞬间失去束缚，在强大的电势能的作用下，这些失去束缚的正电荷会在电路中产生强大的电流冲击，对设备造成严重的损坏。

（3）球形雷

球形雷俗称滚地雷，指通常在强雷暴时出现的外观呈球状的一种奇异闪电。这是一个特殊的物理现象，略呈圆球形，直径大约是15～40厘米不等。通常只会维持数秒，但也有维持1-2分钟的纪录。颜色除常见的橙色和红色外，还有黄色、蓝色等。球形雷的危害较大，它会随气流起伏在近地空中飘飞，对供电设备等产生较大危害。

二、雷达站的综合防雷

1、雷达站建筑特点

空管雷达站根据建筑物功能划分，主要包括雷达塔、雷达机房、UPS机房、高低压配电机房、油机房和值班室等。雷达塔为台站区域内的最高点，其它建筑一般不超过两层。台站建筑物一般较为紧凑，便于直击雷的防护。

图1 山西空管分局某雷达站平面图

2、直击雷防护

雷电以直击状态作用时，防雷系统可以利用接闪器，接地装置，引下线等来实现防护效果。

根据《建筑物防雷设计规范》（GB50057-94）的标准，雷达站天线旁边及雷达天线罩均应安装防直击雷避雷针。在雷达塔边缘等距离设置2到4根等高避雷针，为减少避雷针对雷达天线收发信号的影响，避雷器支撑杆应采用具有良好电磁通过性的玻璃钢材料，且玻璃钢支撑杆的高度应高于雷达天线顶端2m以上。接闪器安装在玻璃钢支撑杆上，至少要延伸出玻璃钢顶端2英尺以上，并可靠固定在杆上。按照《民用航空通信导航监视设施防雷技术规范》，“一、二次雷达塔的避雷针引下线不应少于四条，引下线沿天线罩外壁均匀分布，引下线应采用截面积不少于50mm2的多股铜线”。

3、感应雷防护

由于雷达站机房内的传输设备及雷达设备均为使用大规模集成电路的弱电设备，内部芯片耐压水平低，高强度的感应雷电脉冲将通过通信、供电、天馈线缆进入机房，对设备造成极大的损坏。例如：2015年8月1日，山西空管分局某雷达站遭到雷击，雷电通过运营商传输线进入雷达机房，感应雷击坏了INDRA二次雷达的MCPU板，导致雷达信号中断。

雷达机房的屏蔽是确保雷达设备等不受雷电感应脉冲损坏的重要措施。屏蔽可以充分利用建筑物自身钢筋结构，将其设置为屏蔽网格形式，所有的钢筋交叉点进行焊接地处理，从而完成防雷设置。如果机房设计为静电地板，在建设过程中，需要在静电地板下做环形架空钢带，以此确保等电位设备与机房接地的安全性。机房供电线缆与通信线缆在布线时，线缆接口应该安装避雷器。

4、防雷设施设备维护

台站防雷系统的建设和维护是一项持续的工作，例如雷雨季节前后的防雷检查、避雷器的老化损坏、接地电阻的阻值变化等，均需要按照规章制度要求严格落实。

三、结束语

民航空管雷达站雷电防护是一项综合的系统工程，涉及台站规划、土建、电气、工艺安装等多方面内容。需要根据不同自然环境、不同地理位置来具体设置，以确保防雷设施的有效性与针对性。随着防雷技术的不断发展，维护人员及时了解和掌握防雷的新技术，将其应用到雷达站的建设和维护中，才能使雷达站运行安全得到更好的保障。

参考文献

[1]段文定.雷达站综合防雷设计浅谈[J].信息通信，2012（1）：132~133.

[2]张卫华.民航雷达站防雷方法研究[J].黑龙江科技信息，2016（27）.