张承宽
云南希普防雷工程有限公司 650021
摘要：本文主要根据机场地理位置、地质情况和设备特点,进行综合防雷技术设计，充分考虑接闪、分流、均压、屏蔽和接地措施,科学有效、安全可靠。
关键词：接闪、分流、均压、屏蔽及合理布线、接地
1、现场勘测报告及雷击原因分析
1.1 机场围界安防系统现状
昆明新机场围界报警系统采用的是美国西南南微波公司所生产的，包括振动电缆报警系统与泄露电缆报警系统两大系统组成。其中振动电缆报警系统又包含了16个子系统，每个子系统包括了2到4个报警主设备及多个辅助设备，每个子系统可独立工作，与监控室机房互相通讯。泄漏电缆报警系统包含了6个子系统，每个子系统只包含了1个报警主设备及相关辅助设备，每个子系统可独立工作，与监控室机房互相通讯。
目前设备供应商已经对西南微波公司的产品已经做了一定的防雷措施，由于系统中个子系统均需外部供电和与中控室通讯，因此，在各个子系统的主设备上都加了国产的浪涌保护器以及光隔离耦合器，但是就目前来看效果还是不理想，在雷雨天气还是有设备遭受损坏，很多情况下，国产浪涌保护器没有损坏，而被保护的设备却被雷击坏。
1.2 雷击风险
昆明市平均雷暴日为66.5天，属于强雷暴区，结合昆明新机场土壤地质和地貌特征分析得知，机场的土壤电阻率在不同层次土壤中变化明显。一般来说，在地面土壤电阻率发生突然变化的地方，局部特别潮湿的地方或地形突变交界边缘之处，容易发生雷击；且空旷、平坦的地区，突出的建（构）筑物（如机场围界环状刺笼）其尖端电场较强，易发生雷击事故。根据机场的地理位置、机场围界的走向，围界顶部环状刺笼直接雷击的几率很大。
电磁感应是由于雷击时候，巨大的雷电流在周围空间产生迅速变化的强大磁场所致，这种磁场能在附近金属导体上感应出很高的电压。根据我公司多年的经验，雷电对信息系统造成损害较为严重，主要途径有以下几个方面：
1、雷电通过通信线路以雷电波侵入的形式传导进入系统损坏设备。
2、雷击建筑物或邻近地区雷电放电，从而导致建筑物内部设备网络环路中由于空间电磁感应产生瞬态过电压造成损坏。
3、雷电通过供电线路耦合而引入系统电源导致设备损坏。
4、接地措施处理不当，引起地电位的反击。
5、静电感应，产生瞬变电荷的反击。
由于闪电或静电释放引起的电磁场环境的瞬变，通过以上几种途径侵入到信息系统中，而信息系统对浪涌电压或雷电磁脉冲特别敏感，耐压较差，仅几十伏的电压就可将其损坏。根据机场围界情况，围界安防系统安装里大量的监控和报警设备，Y型立柱、护栏钢网和环状刺笼均未做可靠的接地处理，尤其螺旋环状刺笼易与雷电耦合产生电磁感应而产生高电压，如未及时泄放，将会对整个围界安防智能化系统产生很大的雷击风险。
3、雷击原因分析
（1）直接雷击：雷电直接击中暴露在空间的各种设备和机场围界环状刺笼，它能在数微秒之内产生数万伏的乃至数拾万伏的高压，产生火花放电，形成巨大的热能和机械能量，摧毁设备，危及人身安全，根据现场勘查，目前暂没有出现这种雷击现状，但随着使用年限的增加，直接雷击的可能性会增加。
（2）感应雷击：机场围界总长23公里，雷云天气，使附近的导体,即围界Y型立柱、护栏网、环状刺笼、控制箱、摄像机立杆等金属物、设备感应出大量异性电荷；雷云放电后，云与大地之间的电场虽然消失，但金属面上所感应聚积的电荷来不及立即逸散，因而产生很高的电压。
（3）电磁脉冲辐射：雷电虽然未直接击中设备，但击中远处螺旋环状刺笼，螺旋环状极易产生交变电磁场，形成强烈的雷击电磁脉冲辐射，使附近导体（或控制箱）上感应出极高的电动势，产生强大的暂态耦合电流，以波的形式沿电源线、信号线等侵入控制箱，损坏控制设备。
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2、围界安防系统防雷保护
2．1、接闪
设置避雷针（避雷带）、引下线和接地装置构成外部防雷系统，将暴露在直击雷区的设备纳入避雷针（避雷带）的保护范围。当雷电袭来时，避雷针（避雷带）接闪，强大的雷电流通过引下线接入地网泄放，从而保护设备免遭侵害。根据目前机场围界的情况，环状刺笼（高3.24米）相当于避雷带，就是很好的接闪装置。但环状刺笼（避雷带）只能对悬挂在护栏钢网上的警报器和振动电缆进行保护，不能对环状刺笼以外的构筑物进行保护。
2.2、分流
进入建筑物的电源线和通信数据线及天线馈线应在不同的防雷区交界处，以及终端设备的前端根据《雷电电磁脉冲防护标准》IEC1312的规定，安装上不同类别的电源类SPD、通讯网络类SPD及天馈类SPD（SPD瞬态过电压保护器），将侵入设备的雷电过电流通过SPD瞬时导通入地中合，SPD是用以防护电子设备遭受雷电闪击及其它干扰造成的传导电涌过电压的有效手段。根据勘测情况，机场围界安防系统设备供应商已安装SPD防雷保护装置。
3、围界安防系统接地降阻解决方案
3.1工程地质情况勘查
昆明新机场位于云南省昆明市官渡区长水村附近，根据《云南省水文地质图》以及中国水文地质资料库资料，场区岩溶作用发育,尤其是岩溶地基(包括溶穴、溶管、溶洞、溶蚀裂隙)稳定性问题十分突出。场区地貌特征划分为溶蚀剥蚀准平原和溶蚀剥蚀丘陵。
3.2接地降阻的意义及其组成
接地是把导体（线路和设备）使用导线接到大地，并和埋在大地的接地极和地网连结。接地的主要目的是以大地作为电气设备的零电位，安全泄放雷电流或其它故障电流，避免地电位升高太大，通过均压和等电位联结以保障设备和人员安全。对于现代化的通信、微电子设备而言，除设备和人员安全外，对保障系统和设备的稳定性十分重要。对于接地系统最重要的要求是接地电阻，它由三部份组成：
1.1接地导体包括连接导体及连接器的电阻。
1.2接地导体表面与其相连接土壤间的接触电阻。
1.3接地导体周围土壤的散流电阻。
4、围界安防系统等电位连接解决方案
4.1围界安防系统等电位连接情况
悬挂在护栏钢网或立杆上的警报器和震动报警电缆，机场围界的护栏钢网与Y型立柱采用抱卡连接，护栏钢网钢丝做了喷塑处理，连接基本不可靠；Y型立柱采用直接浇筑，部分浇筑在回填土上，埋置深度仅为十多厘米，未做有效的接地处理.
4.2立柱与网状格栅等电位连接
Y型立柱顶部加设螺旋环状刺笼，既可防人员入侵又可做避雷带使用，但雷电发生时环状刺笼因电磁原理会产生感应电流，为了防止环状刺笼和护栏钢护栏网因雷电感应产生电位差，需对Y型立柱、环状刺笼及整个护栏钢护栏网进行等电位连接，采用氩弧焊的方式将立柱与抱卡连接的护栏网钢丝连接贯通，上端焊接2个点，下端焊接2个点，每一立柱需焊接连通4个点；立柱下端采用40X4mm热镀锌扁钢将立柱与已经安装深井降阻的控制箱的接地端，进行等电位连接处理；所有焊点采用喷漆防腐处理；整个机场围界与控制箱接地端可靠连接。
4 结语
机场围界安防系统的防雷设计应采用综合防雷措施, 需从接闪、分流、均压、屏蔽及合理布线、接地五个系统同时进行设计。每个系统应依据相关的国家标准和行业标准。接闪、分流、均压、屏蔽及合理布线、接地五个系统环环相扣，缺一不可，才能保障机场围界安防系统的安全运行。
参考文献:
[1] GB50057—2010建筑物防雷设计规范.
[2] MH/T4020-2006.民用航空通信导航监视设施防雷技术规范.
[3] QX 2－200.新一代天气雷达站防雷技术规范.
论文作者:张承宽
论文发表刊物:《防护工程》2018年第12期
论文发表时间:2018/10/22
标签：环状论文; 雷电论文; 系统论文; 设备论文; 立柱论文; 防雷论文; 机场论文; 《防护工程》2018年第12期论文;