关键词:通信导航设备;直击雷;电源;感应雷;接地
引言：随着飞机飞行量不断增加，对通信导航设备要求越来越高，每年由于雷击造成通信导航设备故障时有发生，直接威胁到飞行安全，因此加强通信导航设备的防雷工程设计工作十分重要。本文旨在对通信导航系统的出现的几次雷击故障进行分析，依据GB50057、MH/T4020-2006等标准对雷电防护的要求，结合实例给出雷击导致设备故障产生的原因及预防促使措施，减少雷电造成的危害。
一、塔台VHF天线雷击分析
太原机场航管楼塔台东北角VHF天线被直击雷击断。雷电直接击在塔台VHF天线上，导致VHF天线被击断。
太原机场塔台高度约35米，主楼高度13.5米，建筑防雷为1996年设计，以避雷网为主，设施防雷以消雷器、避雷针为主，三者联合形成直击雷防护接闪系统，三根避雷针呈一字东西排列，塔台半径R=8米 ，如果要保护边缘天线，主接闪器高度要高于8米，而且还不考虑侧向直击雷等情况。东西方向在保护范围，但南北方向存在漏洞，大多数天线不在避雷针保护区，此次被雷击的正是东北角度的VHF天线。改造措施：将塔台顶部消雷器拆除，代之以四支对称分布的玻璃钢支架避雷针，高度分别是：两支5.5米，两支3.5米。避雷针位置配合顶部天线的布局和建筑承重情况确定，并应尽量使接闪器与天线的水平距离不小于3米。
二、仪表着陆系统天线单元雷击分析
太原机场遭遇强雷雨天气，主降方向仪表着陆系统NM7000航向信标设备突然告警，关机。本地重新开启发射机后，系统主、备发射机告警现象一致---双监控器的CL、DS、CLR通道的RF、SDM和DDM均无监控数据； NF通道RF、SDM和DDM监控参数正常；设备维护测量参数未见异常。对本地设备及天线设施进行了初步检查，航向MCU单元遭遇雷击。
航向MCU单元雷击原因分析，航向天线所处位置尽管空旷，其高度除机房外属于最高点，太原机场主降方向仪表着陆系统航向天线采用16单元天线阵，天线阵高3.6米，在天线阵两端各安装一根避雷针，天线阵共有三个接地极，接地极使用通报钢棒，接地极之间用接地体连接，接地体用25x2紫铜带，所有接地极与接地体之间焊接，接地地阻小于1欧姆。各天线馈线进入机房前加装信号避雷器，各机柜通过16mm2接地引线连接到室内接地端子板，再经过70 mm2接地母线与室外接地系统相连。
天线阵长102米，天线阵两端两根1米高的避雷针没有能力保护天线中部，中部长达几十米的区域没有保护，且只有一个接地极，使雷击后不能迅速将雷电引入大地。防雷电感应的措施，应符合下列要求： （1）4.3.1 第二类防雷建筑物外部防雷的措施，宜采用装设在建筑物上的接闪网、接闪带或接闪杆，也可采用由接闪网、接闪带或接闪杆混合组成的接闪器。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆接闪网、接闪带应按本规范附录 B的规定沿屋角、屋脊、屋檐和檐角等易受雷击的部位敷设，并应在整个屋面组成不大于 10 m×10 m或 12 m ×8 m的网格。 （2）4.3.3专设引下线不应少于2根，并应沿建筑物四周和内庭院四周均匀对称布置，其间距沿周长计算不宜大于 18 m。当建筑物的跨度较大，无法在跨距中间设引下线，应在跨距两端设引下线并减小其他引下线的间距，专设引下线的平均间距不应大于 18 m。（3）4.3.4外部防雷装置的接地应和防雷电感应、内部防雷装置、电气和电子系统等接地共用接地装置，并应与引入的金属管线做等电位连接。外部防雷装置的专设接地装置宜围绕建筑物敷设成环形接地体。
由此可见，两根避雷针和三个接地极是太原机场主降方向仪表着陆系统航向天线阵被雷击的主要原因，为减少避雷针对天线阵影响，因在天线后上方安装接闪带对天线进行直击雷防护，接地极每间隔18米作一次接地，以减少雷电感应对设备造成的损害。
三、二次雷达设备雷击分析
2015年8月1日，太原罕山雷达站INDRA二次雷达遭遇强雷暴，雷达主用A通道TDLS（TCPU）板件雷击。故障现象：SLG监控显示B通道主用，且MEX-MRU2告警，雷达COM1-4告警。根据现场设备的组成和信号流程的走向，结合基本信息的确认和检查，分析录取器和PAN故障的可能性较大。首先更换B通道录取器(-板，通电试机故障依旧；其次更换A通道录取器TDLS板，试机故障依旧。鉴于上述情况，将B通道断电停机， A通道直接通电试机， SLG显示COM1-4为红色；替换A通道录取器TDLS板，通电试机， SLG显示COM1-4为绿色，雷达信号恢复正常，由此可见，A通道录取器TDLS板故障。将A通道断电停机， B通道直接通电试机， SLG显示COM1-4为绿色，雷达信号正常。INDRA二次雷达A、B通道同时通电试机，SLG的监控界面显示为A黄色、B绿色，端口COM1、COM 3、COM 4显示绿色但是COM2显示为红色。将A通道录取器或者B通道录取器的COM2线缆断开，A、B通道的COM2就会变绿色，说明是B通道录取器板COM2或者PAN的COM2带载能力下降。
雷击原因分析，检查发现联通光纤PCM未做接地，造成雷击由联通光纤引至联通PCM，造成连接在联通PCM上的所有实时传输信号的接口损坏，导致连接在SB25\26的雷达串口数据板TDLS串口击毁，当时雷达主用通道为A通道。
联通光纤PCM未做接地造成的损害可以看出等电位连接的重要性。等电位连接强调将机房所有导电体连接并和大地电位相等的连接。GB50057-94对等电位连接定义 “将分开的装置、诸导电物体等用等电位连接导体或电涌保护器连接起来以减小雷电流在它们之间产生的电位差。”因此所有与建筑物组合在一起的大尺寸金属件都应等电位连接在一起，并应与防雷装置相连。如果工作场所中各类地极是分开设置的，那么当雷击时，会引起某个雷击点附近地极电位的剧增，形成这个地极与其他地极间的电位差U，进而引起不同地极系统之间的电位不平衡，产生有害过电压，压差达到一定的数值时，由地极向上形成反击电流，会击穿或损坏电子设备。
结束语：本文对通信导航设备被直击雷和感应雷造成的雷击故障进行了分析，提出完善避雷针防护范围，增加接地极更好放电，及机房所有导体做等电位连接，减少直击雷和感应雷造成的伤害,以确保通信导航设备正常运转。
参考文献：
[1]《建筑物防雷设计规范》GB50057—1994
[2]《民用航空通信导航监视设施防雷技术规范》MH/T4020-2006
论文作者:郭述升
论文发表刊物:《科技中国》2018年6期
论文发表时间:2018/8/10
标签：天线论文; 防雷论文; 通道论文; 设备论文; 避雷针论文; 电位论文; 塔台论文; 《科技中国》2018年6期论文;