民航通信导航监视设备防雷保护策略

董娟娟

新疆空中交通管理局阿克苏空管站 新疆 阿克苏 843000

引言

近些年，全球空难事故时有发生，航空运输与陆地运输、海上运输不同，一旦发生空难事故，空中人员生存概率几乎为零，因此社会对如何提升民航飞行安全十分关注。通信导航监视设备是保障飞机飞行安全的重要措施，通信导航监视设备不仅可以发挥通信作用，同时还可以监视飞机运行参数，地面人员根据实时显示的参数信息划定飞行路线，降低风险事故发生概率。通信导航监视设备有很多，并且多个设备需要协同运作，大部分设备都是弱电运行，一旦发生雷击事故会对设备运行稳定性造成极大影响。因此，如何做好民航通信导航监视设备防雷保护工作是需要重点考虑的问题。

1 民航通信导航监视设备防雷击的重要性

在民航日常运转当中，为了能够保障通信导航监视设备信号收发质量，发挥监视系统作用，通常要将通信导航监视设备设置在有利位置，如山上或高处设置雷达、高频仪器等装置，这样设备高度会高于周边建筑和山坡，提升通信整体质量。但也正是因为这些设备的高位设置，一旦遇到雷雨天气，无论是室内设备还是线路，其受雷击的概率大大增加，轻则影响设备功能，重则直接造成设备损坏。此外，由于通信导航监视设备十分精细，内部含有诸多的微电子零部件，这些零部件都是高度集成的微小部件，抗压能力很弱，被雷击中容易损坏，通常无法修复，需要更换整个部件，成本很高[1]。由此可见，民航通信导航监视设备防雷保护的重要性。

2 民航通信导航监视设备雷击形式与雷电防护区划分

2.1 雷击形式

民航通信导航监视设备主要有感应雷、直击雷两种遭受雷击形式，其主要表现在：

2.1.1 感应雷。民航通信导航监视设备最常见的雷击形式就是感应雷。大气中闪电会伴随着超高频电磁波，电磁波会作用在监视设备的供电线、通信线等导线上，感应雷的高频电磁波对弱电电缆的负面影响非常大，从而导致整个通信导航监视系统无法正常运行。如果受到感应雷的影响，导致电缆中电流量激增，大电流会烧毁监视设备中的微小元器件，造成设备损坏。感应雷在雷雨天气中产生十分频繁，也是通信导航监视设备主要的雷击形式，这就需要针对感应雷的危害开展防雷保护，从而保障民航通信导航监视设备安全、平稳运行。

2.1.2 直击雷。虽然相比感应雷来说，直击雷造成的事故概率要低得多，但直击雷造成的后果更加严重，会给整个通信导航监视系统带来影响，严重会造成通信导航监视系统瘫痪，地面和空中飞机直接断联。所以，即使直击雷事故发生概率再低，也要全方位防止直击雷产生的伤害。同时，通信导航监视设备中包含了雷达、无线电等设备，这些设备会发射电磁波，而电磁波是直击雷的导体之一，雷电会顺着电磁波精准定位设备，因此这些设备更容易受到直击雷击中，极大的影响通信导航监视系统整体安全。需要注意一点，在直击雷事故发生中可能会伴随一种球形闪电，这种球形闪电并无良好的防范方法，好在这种球形雷电发生概率极低，但也应提前制订好紧急预案，将事故发生的影响降到最低。

2.2 雷电防护区划分以及防护等级

直击雷非防护区LPZ0A。该区域物体全部裸露在外，受到直接雷击的概率非常大。第二，直击雷防护区LPZ0B。该区域物体设置了防雷措施给予保护，不会直接受到雷击。可以细分为：

2.2.1 第一屏蔽防护区LPZ1。该区域物体不会直接遭受雷击，所流经各个导体的电流相比LPZ0B更小，并且外部以及周围建筑物也可以起到相应的屏蔽作用。LPZ1的电磁场强度逐渐减弱。

2.2.2 第二、第三屏蔽防护区LPZ2、LPZ3。这两个防护区的主要作用是减少电流和磁场强度，一般是指建筑中的屏蔽室以及设备屏蔽外壳[2]。

根据通信导航监视设备所处地区雷暴环境、建筑高度、地质地貌等因素，可以将通信导航监视雷电保护分为三个等级，即甲、乙、丙级。介于近些年我国异常天气、极端天气较多，且绝大部分地区平均雷暴日在30～80天之间，因此需采取甲级防护。但考虑到通信导航监视设备多数都设置在开阔地区或高山地区，更容易受到雷击影响，再加上部分设备都安装在较高天线塔上，因此基本都满足特级防护条件，也就是最高的防护等级。

3 民航通信导航监视设备的防雷保护策略

通信导航监视设备整体可以分为两种类型，即通信导航设备、监视设备。这两种设备对防雷保护的要求也有所不同，其主要表现在：

3.1 通信导航设备防雷措施

在通信导航设备中，主要防雷保护对象为无线信号发射设备和线缆，应采取针对性防雷保护措施。

3.1.1 通信导航设备的架空线缆。民航通信导航系统建设中，部分线缆受到地形地势限制、应用要求限制，会设置一些架空线缆，这些线缆有着重要作用，如传输信号、输送电力等。上文提出线缆主要受到感应雷影响更多，所以在架空线缆设计中应重点做好感应雷防护，也就是加强线缆的电磁屏蔽。在实际操作中，一种方式是在架空线缆上设置接地导线，这样感应雷击中线缆会顺着导线将电流传输到大地，从而实现对电磁场的屏蔽。另一种方式就是采用新型的电磁屏蔽线缆，该类型线缆的绝缘层中会增设一层导线网，按照要求正确连接防护层即可实现接地的作用，从而对整个线路实施防护[3]。

3.1.2 电源线路防雷措施。通信导航系统的电源线防雷保护十分重要，如果电源线出现问题会直接影响整个通信系统的运行。因此，应对电源线全方位采取防雷保护措施。目前常见的电源线防雷击方法是增设避雷器，一旦电源遭受雷击会直接作用在避雷器上，避雷器通过接地线将雷击产生的电流输送给大地，从而实现对电源线路的保护。在应用避雷器时，应根据通信系统电源规格以及当地雷电情况选取避雷器，为了保障通信导航系统电源运行安全，应选择比电源线需求更高一级规格的避雷器，减少意外发生概率。接地电缆的选择应确保在指定时间内将雷击电流传输给大地，要求接地线缆直径在50mm以上，保持接地线路完整，不得出现断点和破损等情况[4]。设置接地网，接地线缆和接地网采用多点连接方式，从而提升雷击电流的传输效果。

3.1.3 信号发射设备防雷措施。通信导航系统中包含了大量无线信号发射装置，从而保障对飞机飞行的有效引导。这些无线发射装置通常设置在高处，因此受到雷击的概率更大。在信号发射装置防雷保护中，主流的方法是在设备周围安装接闪器，将接闪器接地即可。接闪器设置高度应高于信号发射设备，为了确保信号发射装置足够安全，一般会在信号发射装置周围设置多个接闪器，为了避免接闪器接雷时对信号发射装置造成影响，应保持接闪器和信号发射装置有不低于3m的距离。在安装接地线时，根据相关规定要求，接地线间距不得低于18m，并且还要保持接地线缆和通信线缆之间保持至少2m的距离。在接地网设计中，接闪器接地网要与电源线防雷接地网隔离，避免接闪器接地网电压高于电源线路电压而造成事故。

3.1.4 机房防雷措施。为了降低室外环境对通信设备的影响，一些重要的通信设备主要设置在机房中，例如计算机设备、服务器设备等。在防雷保护设计中应最大程度上避免雷击直接作用在机房上。在防雷保护中，可以将机房整个建筑设置成为防雷结构，也就是将机房建筑钢筋设置成钢筋网，钢筋网与大地直接连接，这就相当于机房自带一个金属屏蔽网，保障机房建筑整体的防雷性能。结合以往经验以及查阅相关材料，钢筋网钢筋设置间距为1m时的电磁屏蔽效果较为理想，并且成本不是很高[5]。机房窗户结构中也应增设一层铁丝网，铁丝网可以和钢结构连接，形成一个整体，保障机房的整体电磁屏蔽效果。

3.2 民航监视设备防雷措施

民航通信导航监视系统中，监视设备主要包括计算机、雷达、线缆等，当然监视设备想要正常运行也离不开通信系统的支持，但大多数情况是有线通信系统。民航监视设备防雷措施如下：

3.2.1 雷达系统防雷措施。在监视系统当中，雷达是实现监视功能的核心设备。雷达系统在运行当中处于旋转扫描状态，为了确保雷达监控系统可以正常运行，在设置避雷装置中，应避免这些避雷装置被雷达扫描到。由于雷达大部分是设置在独立的铁塔上，铁塔上常用的避雷装置是避雷针。可以在铁塔四周均匀设置避雷针，保持避雷针和雷达天线之间有不低于1m的距离。为了确保雷达运行不受到影响，应在铁塔上设置均压环，间距不得低于5m[6]。如果雷达天线铁塔周围存在杆状设施时，应将天线扫描角度进行调试，避免其余设备进入到雷达扫描范围内影响雷达运行质量。

3.2.2 通信线路防雷措施。监视系统运行时需要向控制塔传递飞机飞行信息，而信息全过程传递则需要通信线路。监控系统通信线路防雷措施有以下两种：①在通信线路上增设电磁屏蔽装置，如可以在电路周围增设导线网，导线网可以规避感应雷对通信线路的负面影响；②规避接地线路对通信线路造成的影响，一般情况下加大接地线路和通信线路之间的距离即可实现这一目标。无论是采用哪种方法，都要注意防雷系统、防雷设施都应正确有效接地，并且日常运维中应定期对防雷设施进行检修，确保防雷系统安全、平稳、有效的运行，这样才能够起到防雷保护作用。

3.2.3 监控系统电源线路防雷措施。上文提到通信导航系统电源线防雷措施是通过增设避雷器的方式，并将避雷器接地以达到防雷保护的目的。监视系统电源线路防雷保护也可以采取该项措施达到防雷保护要求。监控系统电源线路防雷的着重点是消除线路被雷击产生的电涌，除了要安装避雷器，还需要设置电磁屏蔽器，在双重防护下可以同时降低感应雷和直击雷带来的伤害。防雷设施均要做好接地，连接接地网、接地线时，应保持连接部位的铆接强度，同时对接地网采取防腐措施。避雷器接地网与电子避雷器接地网之间需要做好隔离，保持二者间距在1.8m以上，避免两个接地网之间的电压相互影响，降低线路运行的稳定性。

4 结束语

综上所述，民航通信导航监视设备主要会受到感应雷、直击雷的影响，特别是感应雷对弱电系统的影响最为常见。因此，在民航通信导航监视设备防雷保护设计中，应同时做好机房、通信导航监视设备、线缆的防雷保护工作，特别是要保证防雷装置有效接地，保持不同防雷装置、不同线缆之间的间距，这样才能够达到民航通信导航监视设备防雷保护的目的。