珠澳气象雷达机房雷击电磁屏蔽设计浅析.pdf
李若松
[摘 要]雷击电磁脉冲对于甚高频机房的安全运行有着巨大的危害，本文从雷击电磁脉冲的原理出发，简单的探讨了减小空管甚高频机房雷击电磁脉冲危害的一些方法和实际的应用。
[关键词]甚高频机房 雷击电磁脉冲 电磁防护
中图分类号：TM862 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）06-0358-01
空管甚高频台一般都建在远离城市的开阔地带或高山上，这些地方都是雷电多发区，雷击通常会给甚高频设备尤其是一些接口部分造成致命的损害，造成甚高频设备无法正常工作，对管制工作造成一定的影响。无论多么完善的避雷针（带），对雷击电磁脉冲的防护都无能为力，所以对于甚高频机房的雷击电磁防护显得尤为重要。这里对雷击电磁脉冲的原理与危害及甚高频机房的防护进行简单的探讨，希望能对防雷的实际工作有所帮助。
1 雷击电磁脉冲的原因及危害
1.1 回路感應过电压
当建筑物遭受直接雷击或建筑物附近发生雷击时，在建筑物防雷系统中流过的暂态电流或雷电放电通道中的雷电流在附近空间产生强大的脉冲暂态磁场，这种空间暂态磁场除了能在宽回路中感应出过电压外，还能在由平行信号线或平行电源线所行成的窄长回路中感应出暂态过电压。由于甚高频机房与天线之间存在窄长回路，非常容易感应出暂态过电压。除此之外，脉冲暂态磁场也能在信号线或电源线与地之间构成的窄长回路中感应出暂态过电压，这两种暂态过电压之和沿平行信号线或平行电源线传到设备端，使设备损坏。
1.2 耦合过电压
当甚高频天线顶部避雷针接闪时，由于分流作用，较大部分雷电流i1将沿引下线接地体入地，而较小部分雷电流i2经电缆护套接地体入地。i2在电缆的金属护套上流过时，所产生的磁链将完全交链电缆芯线，于是就能通过磁耦合在芯线与金属护套以及芯线与芯线之间产生暂态过电压。芯线与金属护套之间产生暂态过电压能够损坏两端设备的对地绝缘，而芯线与芯线之间产生暂态过电压可以损坏输入或输出电路。电缆中的芯线与金属护套之间产生的暂态过电压峰值可按下式计算：
U2m=I2m×R
上式中的U2m为过电压峰值；I2m为金属护套中雷电流峰值；R为金属护套与芯线的转移电阻。
从以往甚高频台遭到雷击的情况看，大多数情况都是甚高频设备的接口部分最容易受到损害，而电源部分大都完好。据分析雷击产生的雷电电磁脉冲，不但在信号线上感应出暂态过电压，同时也在电源线路上也感应出暂态过电压，但电源部件却没有被雷击坏。
2 甚高频机房雷击电磁脉冲的防护措施
我们在实际防雷工作中，主要是采取“屏蔽、等电位联接、浪涌抑制器、接地装置”等技术方法来防御雷电电磁脉冲带来的威胁，通过以上几种防雷措施的综合应用对防御雷电电磁脉冲应该有着较好的效果。
下面列出几条甚高频机房雷电电磁脉冲的防护措施：
（1）在甚高频机房房顶加装屏蔽网。甚高频机房屏蔽的效果取决于屏蔽网的尺寸，与材料直径关系较小，所以在一定屏蔽效果要求下，可适当减小钢筋屏蔽网格的用材规格。另外，在屏蔽中要特别注意对各种“洞”的密封，最好将门、窗等加装金属防护网并适当加密网格的密度。
（2）为防止雷电电磁脉冲在信号线或电源线路上感应出暂态电压波，所有的信号线及低压电源线都应采用有金属屏蔽层的电缆，为防止由多点接地产生的低频干扰，可将有金属屏蔽层的电缆穿入金属管内或采用双层屏蔽电缆，将金属管或双层屏蔽电缆的外屏蔽层的两端与电子设备的外壳分别连接并就近接地，金属管内的电缆单屏蔽层或双层屏蔽电缆的内屏蔽层可采用一端接地。
（3）把从甚高频机房外引入的所有金属管道、电缆金属屏蔽层、电源系统的重复接地、机房的防雷接地线、设备保护接地线及其他金属装置用电气联接的方法连接起来，并与接地体连接成良好的电气通路，使整个机房空间成为一个良好的等电位体。
（4）电源线采用三级防雷，既在总配电处、机房配电柜和设备前端加装SPD。
（5）加装数据传输接口保护装置。因为数据传输接口等设备最容易被雷击坏，所以可安装如下数据传输接口保护电路SPD1和SPD2。（见图1）
D1和D2为双阳极雪崩二极管；G1和G2为放电管；R1和R2为电阻。每个SPD实际上是一个二级保护电路，第一级放电管用于旁路泻放暂态大电流，称为粗保护。第二级双阳极雪崩二极管用于箝位限压，称为细保护。
（6）除按规定做好机房各种线缆、管道入户的等电位措施外，应该将不同性质的线缆、接地线通过金属走线槽分开布置；按照电磁兼容的原则，弄清各个线缆电流的方向，设计好地线的走向和地线与线缆的距离，合理考虑电感性和电容性的影响，主要解决雷电过程可能存在的电感性影响。
3 甚高频机房雷击电磁脉冲的防护实例
内蒙古空管分局苏尼特右旗甚高频机房防雷设施的改造
甚高频机房房顶应采用Φ10热镀锌圆钢敷设避雷网，避雷网格尺寸不大于5m×5m（或6m×4m）。引下线采用Φ10热镀锌圆钢，上端与屋顶避雷网焊接，下端与甚高频机房环形接地装置焊接，沿建筑四角明敷6根（引下线平均水平间距不应大于12m）。
在甚高频机房防静电地板下应采用30×3紫铜排围绕墙壁四周做闭合环形等电位连接带，电气和电子设备的金属外壳，机柜、机架、金属管、槽、屏蔽线缆外层、信息设备防静电接地、安全保护接地、防雷器（SPD）接地端等均应采用6mm2多股铜缆以最短距离与等电位连接带连接。使机房内所有设备处于等电位状态。等电位连接带采用50mm2多股铜缆与接地连接。在机房防静电地板金属支架底部采用不小于16mm2的铜编织带构成与支架一致的网格，网格与环形等电位连接带可靠电气连接。
4 结束语
甚高频机房的防雷工作，关系到人员、设备的安全问题，各级领导应高度重视此项工作，对甚高频机房不合格的防雷设施，应尽快组织防雷工程技术人员加以完善，使之达到要求。在今后的防雷工作中要合理运用以上几种技术，最大限度的减少雷击造成的损失。
参考文献
[1] 陈清民，雷电学原理[M].北京，气象出版社，2004.
[2] 林守霖等，电磁脉冲波的效应与防护，电气技术，2007.2.endprint
