民航空管通信设备中防雷工作的探讨论文

随着现代科学技术的发展,微电子技术、半导体集成电路和计算机技术被广泛应用到民航通信设备中。应用这些技术后,通信设备的抗过电压能力变得比较差,对电磁脉冲(EMP)也极为敏感,一旦发生雷击,就会损坏设备,进而直接影响飞行安全,造成严重的后果。由此可知,防雷保
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  随着现代科学技术的发展,微电子技术、半导体集成电路和计算机技术被广泛应用到民航通信设备中。应用这些技术后,通信设备的抗过电压能力变得比较差,对电磁脉冲(EMP)也极为敏感,一旦发生雷击,就会损坏设备,进而直接影响飞行安全,造成严重的后果。由此可知,防雷保护工作是非常重要的。因此,在工作过程中,要采用先进、可靠、实用的防雷措施保证通信设备的安全。

  1 雷的产生及其危害

  雷电是自然界中的一种天气现象,它多出现在积雨云中。积雨云会随着温度和气流的变化不停地运动,在运动的过程中摩擦生电,形成带电荷的云层——有些云层带有正电荷,有些云层带有负电荷。静电感应的存在会使云层下的建筑物、树木等带有不同电荷的雷云,当它们与大地凸出物接近时,一旦电场超过25~30 kV/cm,将产生激烈的放电现象。

  由于放电时的温度高达2 000 ℃,空气受热会急剧膨胀,进而发出类似爆炸的轰鸣声。

  目前,还没有方法消除或阻止雷击放电。在没有任何屏蔽和浪涌保护的情况下,雷击电流会对供电回路或控制回路产生高达26.4 kV(57.1 kV)的感应浪涌电压,进而损坏电气设备。对于信号、数据线路,7.92 V(17.8 V)和33 V(72 V)的感应浪涌电压会干扰相关设备的正常运行,损坏微电子设备。因此,相关部门将雷电灾害认定为电子时代的首要灾害。

  2 雷电风险评估

  风险评估的目的是采用合理的防护措施降低风险,并将其控制在风险容限值(RT)之下。

  2.1 雷电防护的必要性

  在实际工作中,可以根据R=∑RX确定雷电防护的必要性。其中,RX=NX×PX×LX,而相关风险可分为RA、RB、RC、RM、RU、RV、RW和RZ。当R>RT时,必须要采取相应的雷电防护措施,使R 2.2 雷电防护经济的合理性

  当CRL+CPM 风险评估是雷击防护系统(LPS)、SPD设计选择的量化和优选的依据,同时,它也为不采取雷电防护措施提供了依据。

  3 民航空管通信设备防雷措施分析

  3.1 外部防护措施

  外部防护措施是指截获击向建筑物的直击雷(包括侧击雷),把雷电流从雷击点引到地面,并将其泄放入大地。在此过程中,要求不引起热和机械损害,不产生危险火花引发火灾和爆炸。因此,要在建筑物上接入接闪器,保护由杆、线、网和自然部件组成的防雷设备。

  另外,要把相应的接闪器与引下线相接,但是,引下线的数量要与避雷针的数量相等。在施工过程中,要平直、舒展地铺设引下线,保证其横截面积,同时,它也要与各类电线保持一定的距离。接地是保护通信设备最重要的一项防雷措施。接地装置的接地电阻值应根据防雷接地、交流工作接地、安全保护接地和相关设备要求的工作接地的最小值来确定。一般情况下,接地电阻不应大于4 Ω。雷击防护系统的设置情况如图1所示。

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  3.2 内部防护措施

  内部防护措施是对外部防护措施的补充,它能进一步完善雷电防护系统。运用内部防雷技术时,要重点考虑空管通信设施内部采用的防雷电措施。

  3.2.1 电源避雷措施

  在雷电天气中,做好电源的保护工作至关重要。因为大部分微电子设备遭受雷击都是电源电压过高造成的。目前,在实际工作中,主要是通过设置型号为DEHNRALL DR MOD49 255的电源避雷器来限制电流,防止出现电压过高的情况。当有雷电袭击机房和天线杆塔时,会因为电流过大或者过强的电磁场产生很高的电压,进而损坏微电子元件。当输入电源与地线之间并联电源避雷器后,会限制电流峰值,有效避免电压过高造成的危险。

  图1 雷击防护系统的设置

  3.2.2 信号避雷措施

  在雷电天气中,要加强对信号传输体系的保护。在选择通信设备的避雷方式时,要使用带金属护套的电缆或将其放置在首尾贯通的金属管内埋在地下。现阶段,针对这种情况,可在通信电缆和总配线架上安装型号为RARE SU -10TEL的SPD(浪涌保护器)避雷模块,在中心机房转报系统的外线上串接型号为雷安LAXR4508-12C的避雷器,在情报终端的环流盒上串接信号为BCT MODME24的避雷器。在此,信号的放电电流要小于3 kA。在做好接地工作的同时,要完成相应的屏蔽接地工作。

  3.2.3 天馈避雷措施

  天馈系统作为电磁波进出通信设备的接口,是现代通讯、雷达和导航等电子信息系统接收、发射空间电磁波最主要的装备之一。当在微波收发设备0卫星地面设备室外功放射频端口安装SPD遇到困难时,可以将天馈线SPD安装在中频接口处。天馈系统的馈线、信号线和电源线应用金属管全程屏蔽。在具体工作中,要将天馈系统的馈线、信号线引入机房。对于雷电保护等级为特级的通信设施,应安装冲击电流I不小于2.5 kA的SPD,并且当线路能承受预期电涌时,可以将SPD安装在受保护设备处。当传输线受到雷电感应时,雷电流会通过天馈线避雷器支路泄放到大地,并通过电压保持系统将雷电控制在设备允许的电压范围内,从而保证设备的使用安全。

  3.2.4 屏蔽措施

  屏蔽就是用金属网把物体包起来,防止电磁波进入。这是一种很常见的物理现象。因此,相关工作人员可以利用这个物理现象选择相应的屏蔽方法保护设备。屏蔽分为对线缆的屏蔽和对建筑物的屏蔽。在具体工作中,机房建筑物要使用金属门,窗户要安装金属网,即防雷窗。屏蔽和布线情况如图2所示。3.2.5 等电位连接

  等电位连接主要针对的是金属设备、金属管件和与金属材料相关的附属线路。实行等电位连接后,可以缩减设备与设备之间的电位差,将整个系统组成一个网络,系统中的所有设备具有相同的参考电位,没有电位差。这样,就可以更好地保护设备,规避雷电攻击危害。等电位连接的基本方法如图3所示。

  4 管理和维护

  防雷装置投入使用后,要定期检测。如果遇到雷电预警,要采用相应的应急处置方法。因此,在日常工作中,要积极整改、更新防护措施,将对防雷设施的维护纳入日常工作中,并由熟悉雷电防护技术的人员负责管理。发生雷击事故后,要及时调查、分析事故原因,评估雷电损失,进行必要的整改,并按照有关程序通报相关信息。

  防雷装置至少要一年维护一次,每年雷雨季节来临之前还要进行一次全面的维护。具体的维护内容包括检查避雷针、避雷网杆塔和引下线的腐蚀、损伤情况;测试接地装置的接地电阻值是否大于规定值;检查内部和外部防雷装置的电气连接性能是否完好;检测各类SPD的性能是否劣化等。另外,当防雷装置受到雷击后,要及时检查、测试相关设备,并维修、更换受损的装置或部件。

  5 结束语

  做好防雷工作能够保障民航通信设备的安全,而通信设备在保障民航飞行安全方面发挥着非常重要的作用。雷电防护是一项综合性较强的系统工程,因此,在选择防雷措施时,必须要注重系统性和每个细小环节,要使防雷设施管理更加规范化、精细化,同时,还要加大对技术人员防雷业务的培训力度,提高防雷工作水平。

  由此可知,在日常工作中,要充分发挥防雷措施的作用,防范雷击风险,降低空管设备、设施发生故障的概率,提高空管设备工作的可靠性和稳定性,进而保障民航的飞行安全。

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