浅谈民航通信导航系统中的工艺防雷接地系统

饶红伟

（上海民航新时代机场设计研究院有限公司，上海 200335）

1 民航通信导航系统防雷接地的重要性

在进行民航通信导航系统防雷接地工作开展之前，就需要了解且实施了防雷接地的重要性与必要性，从而为后续的工作也提供了重要的基础。在航班运行过程中需要通信设备实现管制指挥和飞行器的通信，也需要导航设备为飞行器提供航路航线以及精密仪表进近指引。如果民航通信导航系统因雷击故障，或因雷击产生的电磁干扰出现信号失真、不稳定的问题，会影响航班的正常运行，甚至影响航行安全。现在的民航通信导航系统其核心部件都是大规模的集成电路等微电子的器件，具有了体积比较小、耐压比较低的特性，通流量也只有微安级，即使是操作过电压引起的脉冲电压峰值，也会干扰其正常运行，甚至整个设备有可能被毁坏。因此如果出现雷击灾害的话，会很容易出现系统信号的中断，甚至设备的损坏，造成较大的直接与间接的财产损失，危害民航安全。

2 造成雷点危害的原因

2.1 直击雷

直击雷是民航通信导航系统中较有可能发生的雷击形式，这一类型的雷主要是指带电云层和大地中的某一个点，由于周边自然条件的影响迅速产生放电的现象。由于热效应和电效应以及机械效应等的混合作用，会导致建筑物被直接摧毁，而且还会有人员伤亡等情况出现。由于直击雷放电速度非常快，瞬间的冲击是特别大的，在机房微电子设备可以从浪涌过电压受到影响，后果可能会非常严重。

2.2 感生雷击

感生雷击是指雷电云与地面之间的放电量或雷电云与地面之间的感生电压，以及雷电云附近架空线路、金属管或类似传导的地下导线。电压传输设备通过导体间接导致精密和复杂电子线路的损坏。感应闪电的强度小于直接闪电，但发生和危害的概率是很高的。感应雷是对微电子设备危害最大的一种雷电，尤其是通信设备和电子通信网络系统。

2.3 造成雷电（浪涌）过电压入侵的主要原因和途径

（1）地网地电位的上升是由于直接雷击通过避雷器（如避雷针（带））直接插入地面造成的。而造成地电位反击的原因则是高电压由设备接地线引入电子设备。

（2）当引下线通过雷电电流进入地面时，使得引下线周围产生磁场并且其周围不同金属管（线）上出现经感应而产生的多电压。

（3）电源线和进出建筑物或设备间通信线路沿闪电电压，过电流的外部直接雷击或感应雷电加载行进入。

（4）过电压的操作：当导体上有电流流过时，就会产生磁场用来储存能量。电流越大，导体就越长，它所能储存的能量就越多。当负载（特别是感应负载）电气设备打开或关闭时，会产生瞬时过电压。操作过电压，如感应雷击，会间接损坏微电子设备。

3 民航通信导航系统中的防雷措施

图1 整体防雷示意图

3.1 避雷针设置

根据滚球法理论，避雷针的高度和安装的位置要进行合理的设置，并且雷击点由它控制，避免雷击直接击中被保护物。在实际设置避雷针时，应充分考虑保护物高度和地理环境位置的影响，通过软件模拟手段，优化提高直击雷防护实施方案。以某全向信标测距仪导航台工程实例简要介绍避雷针的设置思路。

全向信标反射网一般为直径26m至40m的钢结构，反射网上设置1.4m的中心天线和3.5m的测距仪天线以及全向信标环状边带天线，综合考虑结构反射网构型及安装天线情况，一般采用在反射网上均匀设置4根等高避雷针，对反射网上的天线进行保护。

该导航台因由于机场净空限制，全向信标反射网上避雷针高度受限，净空限制反射网上设施高度需控制在6.3m至9.1m之间，常规等高避雷针在满足直击雷防护时会超出净空限制要求，满足净空要求时又无法保护反射网上的天线和维护人员。按照建筑及民航防雷规范要求，按照半径30m滚球法，通过软件模拟多次优化避雷针布局和高度，以两根5.5m和两根8.5m避雷针的设置方案，同时满足直击雷防护和净空要求。直击雷防护计算软件模拟图如下：

图2图3中目标保护物为全向边带天线（红色）和测距仪天线（黄色），设置避雷针（蓝色）4根，模拟直击雷保护范围为绿色。

图2 直击雷防护图（侧视）

图3 直击雷防护图（俯视）

3.2 接地系统

接地系统主要是通过接地线、接地带和接地极之间的有效连接，通过接地系统可以实现电流的引导，当过载电流出现的时候，必须要快速的把电流导入到大地里边去。接地系统在实际工作中需要根据现场的环境进行合理设置，依据不同情况选择直击雷接地、设备保护接地以及联合接地等接地形式。通过减阻剂、化学接地电极和铜片的组合，一个完美的低阻抗接地网结构可以获得低冲击接地电阻，并且雷电能量可以迅速地释放到大地。在雷达塔等项目建设中，为了增加雷电流泄放的途径，使雷电流尽快下地，在每根避雷针基脚各引出一条连续铜线或钢带作为雷电流专用接地引下线，并自天线承台向下每间隔10m沿塔身外墙设置闭合均压环。

3.3 等电位连接

在机房设置等电位端子箱或接地汇流排，通过沿线缆桥架设置的接地铜带，或机房框架地板内的接地网，将各类工艺电源保护接地，信号多点接地、单点接地分别并联接入等电位端子箱或者是接地汇流排；进出工艺室的所有非电气金属柜、静电地板金属支架、外壳、金属管、电缆护套等，均采用黄绿相间色标的铜质绝缘导线并联接入最近的接地汇流排。所有的等电位搭接必须采用压接后加热焊或直接热焊紧固连接。

3.4 电磁屏蔽

利用集中式电子设备屏蔽主机房，可有效抑制太空闪电的电磁感应，还能被大型集成电路的现代通信及电子设备广泛应用。利用土建立柱内垂直主筋的电气贯通、横向（水平）主筋的电气贯通、水平与垂直钢筋的电气贯通、垂直主筋的下地处理，或金属外墙的等电位连接，建筑主结构钢与地下部分建筑及人工地网共同构成一个接地良好的“法拉第笼”；部分要求高的机房可通过在六个面设置金属格栅网的形式取得更好的电磁屏蔽效果。

3.5 进线保护

室外进线采取金属线槽或金属管防护后埋地引入，并保证金属线槽或金属管外壳金属管与联合主地网可靠多点连接。在各种电缆的入口处、防雷分区的接口、为了更加有效抑制雷电的冲击，使得设备的端子处需要安装多级合格的电源还有信号避雷器，并把地线连接完善。

4 结束语

在当前时代下进行民航通信导航系统防雷接地是非常重要的，良好的防雷接地系统，可以提高现场工作的安全系数，使通信导航设备设施的财产安全得到了保障，为航空器的正常飞行运行保驾护航。在通信导航等台站建设过程中选择科学的防雷接地方案，从雷击点控制、良好等电位连接以及电磁屏蔽、安全可靠的雷电流入地引导、完善的低阻抗地网、合理设置防浪涌保护装置等多方面做好防雷接地建设，并加强防雷接地系统的定期检测与维护，以保障民航安全与民航事业的稳定发展。