工业雷达测距系统的综合防雷技术

贺亚利 陈爱勇

摘 要：针对现代工业生产中仪表测控系统雷电侵害的严重性，首先介绍了雷电的基础知识和现代防雷技术，然后通过对工业雷达测距系统的综合防雷措施，实现了系统的雷电防护，保证了系统的稳定可靠运行。

关键词：测距雷达；雷电感应；防雷措施

1 引言

雷电是大气自然中的一种气体放电现象，雷电是由雷云放电引起的，其危害早已被人们所认知。随着工业电子技术的迅速发展，很多工业电子设备和计算机网络通讯设备，尤其是微波数字通讯的微电子技术设备，它们的核心部件大都是大规模的微电子器件，因其允许的能量限值非常小，操作过压所引起的尖峰脉冲电压会干扰它的正常工作，甚至破坏整个器件。随着数字电路和模拟电路采用的工作电源电压越来越低，系统的抗干扰和防护等级越来越高，因而防雷系统设计已成为现代工业生产安全可靠的重要基础。

2 雷电基础

雷电放电涉及到气象、地形、地貌、地质等许多自然因素，随机性很大。但雷电在同一区域里，分布虽然不均匀，但有一定的选择性。一次闪击放电的过程可分为先导放电、主放电、余辉放电三个阶段。其中主放电的放电电流最大，速度最快，破坏性也最大。雷电放电主要有三种形式：（1）云对地放电，便形成直接雷，破坏性最强，也是主放电阶段。（2）云对云放电，产生感应雷击，感应雷主要是静电感应、电磁感应或它们的综合作用形成的。（3）云内放电，其放电强度不会太高，是最弱的一种雷达活动形式。

雷电感应会产生很多效应类型。例如：电效应，热效应、机械效应、静电感应、电磁感应、雷电侵入波、防雷装置的反击效应等，也可直接对人类形成危害。电效应会能产生高达数万伏的冲击电压，将电力系统设备击穿或使发生短路，引起火灾和爆炸事故。热效应将通过导体的强大的雷电流在极短时间内转换成热能，产生的高温可能导致火灾。静电感应和电磁感应均会产生火花放电现象。雷达侵入波是雷电在架空线路、金属管道上产生冲击电压，使雷电波沿线路和管道迅速传播，造成电力线路和配电装置损坏。雷电反击是指雷电流沿着接闪器、引下线和接地体流入大地时会在其上面产生很高的电位，如果防雷装置与建筑物内外电气设备、电线或其它金属管线的绝缘距离不够，它们之间会产生放电现象。

3 现代防雷技术及措施

现代防雷技术的原则强调全方位防护、综合治理、层层设防，把防雷看作一个系统工程。建筑物内，尤其是在使用电子信息设备较多的建筑物内，防雷设计应按综合防雷概念，将外部防雷措施和内部防雷措施整体统一考虑，才能使建筑物防雷工程设计做的安全可靠、技术先进、经济合理。

直接雷击的防护主要是运用接闪、传导和接地等技术措施。雷击感应过电压防护主要是运用多级分流、滤波、屏蔽和接地等技术措施。地电位反击的防护主要是运用等电位和接地措施等技术措施。雷电电磁脉冲的防护主要是运用滤波、屏蔽和接地等技术措施。

接闪是为保护预定的建筑物、设施或设备，将一定范围内出现的闪电不能任意选择放电通道，而只能按照事先设计的规定通道（防雷系统）将能量泄放到大地中去。避雷针、避雷线、避雷网等都是接闪装置，是直击雷防护的主要措施，避雷针的引雷作用就是主动式接闪。不同的引下线可能会出现电位差，将多个引下线等电位连接，形成均压环，在某些地区还可以铺成均压网，可防止多根引下线出现不均匀的雷电流。屏蔽是用金属网、箔、壳或管子等导体把需要保护的对象包围起来，使雷电的电磁脉冲波从空间入侵的通道全部截断。所谓分流就是在一切从室外来的导线（包括电力电源线、电话线或信号线、天线的馈线等）与接地装置或接地线之间并联一种适当的避雷器。接地是让已经纳入防雷系统的闪电流顺利流入大地，而不能让雷电能量集中在防雷系统的某处对被保护物体产生破坏作用。躲避是指在建筑物基建选址时，就应该躲开多雷区或易遭雷击的地点，以免日后增大防雷工程的开支和费用，当雷电发生时，关闭设备，拔掉电源插头。

4 工业雷达测距系统的综合防雷

测距雷达是采用微电子技术的现代电子设备，对雷电比较敏感，而且安装在露天储罐的罐顶，系统工作在易燃易爆场所，甚至有些设备工作在防爆区域的1区或0区。图1为系统所采用的综合防雷措施。

图1 系统综合防雷措施

整个系统建筑物的直击雷防护按有关建筑物的防雷规范进行设计，采用避雷针、避雷带、避雷网等三种接闪器截获闪电，引下线上与接闪器连接，下与地下一定深处的接地装置连接，将雷电流顺利流散到大地中。为提高接地的可靠性，降低雷电流和地电位，防止反击和跨步电压，使用场所接地应大于两处，系统的防雷接地、防静电接地、电气设备的工作地、保护接地等应共同连接，共用一组接地装置，同时采取屏蔽的方法。

控制室机房的供电系统采用三级防雷措施，第一级电源防雷器（SPD）安装在机房电源进线处，连接线尽可能短而直；第二级SPD安装在机房不间断电源（UPS）输出端，连接线尽可能短而直，将第一级SPD未泄放完的雷电流瞬间泄放入地；三级SPD作为精细保护装置安装在机房内重要设备或弱电设备前端，将线路上的剩余瞬间过电压限制在1.0kv以下，还可以吸收操作过电压。电源防雷器采用对地并联连接，通过开关跳闸或熔断器烧断保护了电源系统。

控制室机房内的通讯线路上串接信号防雷器，信号防雷器除了对微电子器件组成的电子设备提供精细保护外，还可以响应瞬间过压。将带地线的防雷器的接地线与防雷系统的接地引线焊接，并用绝缘胶布包裹。防雷器的安装接线必须注意方向，尤其是信号防雷器，所有信号防雷器的输出（OUT）端连接被保护设备。

将控制室机房内的防静电地板做接地处理，由于室内空气干燥时很容易在防静电地板表层聚集大量电荷，为充分发挥防静电地板的效用，将机房内的设备外壳与不带电金属物件有效接地，并进行均压等电位连接。

露天储罐虽已接入大地，但为防止雷电反击，在每台测距雷达的前端串接弱电防雷器。接地是防雷技术最重要的环节，不管是直击雷、感应雷或是其他形式的雷电最终都是把雷电流送入大地，没有合理而良好的接地装置的防雷系统是不可靠的。系统的接地装置PE的阻值不大于4Ω，共用接地PE的阻值小于1Ω。注意：供电系统防雷装置应给闪电流提供一条或几条低阻抗的通道，可并接分流器对地电流进行分流。整个系统布线做了屏蔽处理或埋地敷设，屏蔽层两端接地。控制室机房进出线路埋地并采取屏蔽，无一架空。

5 结束语

文章详细介绍了采用躲、等电位、多级分流、滤波、屏蔽、良好接地等现代防雷技术措施进行完整系统防雷设计的方法，通过包括对直接雷击、雷击感应过电压、雷电电磁脉冲、地电位反击等多个方面防护，弥补了潜在的危险和缺陷，防止了直擊雷、感应雷和雷电波的侵入，保护了系统设备的正常运行和操作人员的人事安全。

参考文献

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