呂建榮

衡陽(yáng)泰豪通信車輛有限公司，湖南 衡陽(yáng) 421001

0 引言

通信車的使用地點(diǎn)大多在野外，容易成為雷擊的主要目標(biāo)。為適應(yīng)各種地理?xiàng)l件，不同氣候條件和不同季節(jié)的作戰(zhàn)使用，保障人身安全和設(shè)備完好，通信車的雷電防護(hù)越來(lái)越重要了。本文就有關(guān)無(wú)線綜合通信車的防雷設(shè)計(jì)技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行探討。

1 無(wú)線綜合通信車的組成

1.1 無(wú)線綜合通信車的設(shè)備組成

無(wú)線通信設(shè)備：短波電臺(tái)一部、超短波電臺(tái)3部、微波通信設(shè)備1部；

有線信息設(shè)備：交換機(jī)1臺(tái)、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)2臺(tái)、計(jì)算機(jī)2臺(tái)；

電源設(shè)備：柴油發(fā)電機(jī)組1臺(tái)、綜合電源1臺(tái)。

1.2 無(wú)線綜合通信車的結(jié)構(gòu)形式

無(wú)線綜合通信車由一臺(tái)陜汽載車和一個(gè)方艙（4400mm×2438mm×1700mm，長(zhǎng)×寬×高）組成，方艙后部安裝微波電動(dòng)升降桿，短波電臺(tái)及超短波電臺(tái)天線裝在方艙頂部，有線信息設(shè)備和電源設(shè)備裝于電子方艙中。

2 防雷方案設(shè)計(jì)

結(jié)合無(wú)線綜合通信車“移動(dòng)”的特點(diǎn)和內(nèi)部通信結(jié)構(gòu)，以國(guó)家防雷標(biāo)準(zhǔn)和通信行業(yè)防雷標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，提出無(wú)線綜合通信車的整體防雷建議。整體防雷建議分外部防護(hù)、內(nèi)部防護(hù)和等電位連接措施三部分。

2.1 外部防護(hù)

2.1.1 避雷針

為防止無(wú)線綜合通信車野外空曠地帶作業(yè)時(shí)遭受直接雷的襲擊，工程設(shè)計(jì)中采用避雷針主動(dòng)式防雷，避雷針的高度采用“滾球法”計(jì)算出，可按下列計(jì)算式確定：

式中rx為避雷針在hx高度平面上的保護(hù)半徑（m）；

ro為避雷針在地面上的保護(hù)半徑（m）；

h為避雷針高度（必須是h≤hr）（m）；

hx為被保護(hù)物的高度（m）；

hr為滾球半徑（m）。

實(shí)踐證明，提供有效保護(hù)并不需要架設(shè)極高的避雷針，避雷針一般只需高出受保護(hù)體25mm～90mm。避雷針在車頂固定安裝時(shí)其安裝支架應(yīng)與車體絕緣，如與其他天線處于同一平面時(shí)，應(yīng)加大避雷針與其他天線的隔離度。避雷針設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)布局空間制造成可折疊式或可拆卸式，方便運(yùn)輸和安裝。

2.1.2 接地

避雷針底部通過(guò)引下線接到泄流地網(wǎng)，引下線采用截面積50mm2外皮包裹高絕緣材料的多股銅芯電纜，引下線與車體絕緣。通過(guò)引下線將雷電流引下，消除側(cè)向調(diào)火和環(huán)流電位差，減少電磁感應(yīng)的影響程度和影響距離，避免對(duì)天線桿、微波饋線和車廂內(nèi)電子設(shè)備的嚴(yán)重影響和損壞。

泄流地網(wǎng)采用多個(gè)金屬接地棒和離子接地棒低電阻接地模塊兩種配置形式。多個(gè)接地棒與屏蔽地線連成地網(wǎng)，引下線與接地棒的連接方式為壓接。接地棒采用表面銅、鎳鍍層的冷拔鋼管，直徑70mm、長(zhǎng)度1200mm，導(dǎo)電性好，機(jī)械強(qiáng)度高。低電阻接地模塊是一種導(dǎo)電性、穩(wěn)定性好的非金屬為主的接地體，通過(guò)增大接地體的泄流面積，減少接地體與土壤之間的接觸電阻。

2.2 內(nèi)部防護(hù)

2.2.1 電源防護(hù)

在車壁電源進(jìn)線盒處安裝交流電源電涌保護(hù)器，通流量不小于30kA（8/20μs），防止由外部引入的雷擊過(guò)電壓使車內(nèi)通信設(shè)備損壞，電涌保護(hù)器地線就近與電源進(jìn)線盒接地系統(tǒng)相連；綜合電源輸出的直流電源經(jīng)直流電源轉(zhuǎn)接盒分供各用電設(shè)備，直流分線盒內(nèi)加安裝直流電源電涌保護(hù)器，其通流量不小于3kA（8/20μs），防止雷電時(shí)地電位反擊時(shí)使直流電源轉(zhuǎn)接盒側(cè)通信設(shè)備損壞，又同時(shí)對(duì)感應(yīng)雷擊過(guò)電壓也能起到抑制作用。直流電源電涌保護(hù)器的地線就近與設(shè)備安裝機(jī)柜的紫銅匯流排相連。

2.2.2 天饋線防護(hù)

無(wú)線綜合通信車天饋線在饋線壁盒處安裝有天饋線電涌保護(hù)器，通流量不小于50kA（8/20μs），加裝天饋線電涌保護(hù)器的目的是為了防止由外部引入的雷擊過(guò)電壓使車體內(nèi)設(shè)備損壞。天饋線防護(hù)主要有“放電管”同軸保護(hù)技術(shù)和1/4波長(zhǎng)（1/4λ）同軸保護(hù)技術(shù)。

1）“放電管”同軸保護(hù)技術(shù)

放電管在常態(tài)下是一種絕緣體，與被保護(hù)的設(shè)備并聯(lián)。當(dāng)發(fā)生過(guò)電壓，放電管達(dá)到了脈沖放電電壓時(shí)，線路會(huì)在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生短路，從而將電涌或過(guò)電壓引導(dǎo)至接地網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)電涌或過(guò)電壓消失后，放電管恢復(fù)到絕緣狀態(tài)，等待下一次電壓的來(lái)臨。脈沖放電電壓取決于過(guò)電壓上升率，過(guò)電壓上升速度（dv/dt）越高，電涌保護(hù)器（浪涌保護(hù)器或防雷器）的脈沖放電電壓也隨之升高。一般特征：駐波比＜1.3，插入損耗＜0.2dB，帶寬0到4GHZ，最大放電電流Imax=20kA（8/20μs），接頭：N、F、BNC等。

2）1/4波長(zhǎng)（1/4λ）同軸保護(hù)技術(shù)

采用一種四分之一波長(zhǎng)的短路桿，所以被稱為“1/4λ”同軸保護(hù)器（同軸防雷器）。此短路桿連接電纜芯線和外部接地，起帶通濾波器的作用，通過(guò)調(diào)整機(jī)械尺寸，濾波器可做成窄帶或?qū)拵АＳ捎诶纂婎l譜較低（從幾百kHZ到幾MHZ），濾波器將把它從正常的頻率信號(hào)中過(guò)濾掉。

2.2.3 信號(hào)線防護(hù)

信號(hào)防雷器一般串聯(lián)于線路上，應(yīng)根據(jù)被保護(hù)設(shè)備的工作電壓（電平）、傳輸速率、傳輸頻率、頻帶寬度、特性阻抗、接口類型、插入損耗等參數(shù)選用插入損耗小、限制電壓（箝位電壓）不超過(guò)被保護(hù)設(shè)備耐受電壓水平的信號(hào)線保護(hù)器。

1）工作電壓（工作電平）的選擇

信號(hào)防雷器的工作電壓是根據(jù)信號(hào)傳輸線的工作電壓來(lái)確定，且必須大于信號(hào)線的工作電壓。

2）傳輸速（bit/s）的選擇

信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率各不相同，串聯(lián)在信號(hào)線上的信號(hào)線保護(hù)器支持的傳輸速率應(yīng)不小于信息系統(tǒng)本身的傳輸速率，否則將導(dǎo)致信號(hào)中斷或誤碼率增加（數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼`碼率一般低于10-5），影響信息系統(tǒng)的正常工作。

3）接口類型的選擇

為了匹配特性阻抗并最大限度的降低接觸電阻，必須選擇于信號(hào)線上相同類型的接口。同軸電纜的接口要注意公（M或J）母（F或K）配合。

2.2.4 車內(nèi)設(shè)備保護(hù)接地

車內(nèi)接地根據(jù)不同的功能分為大信號(hào)地、小信號(hào)地、電源地、保護(hù)地、避雷地等。本車的大信號(hào)地主要指電臺(tái)類設(shè)備的接地線，采用紫銅帶鋪設(shè)，相互隔離，以最短的距離匯至接地點(diǎn)后接入大地。小信號(hào)地是指除電臺(tái)外所有通信設(shè)備的信號(hào)接地線，采用紫銅帶作為公共母線，各設(shè)備的信號(hào)接地點(diǎn)通過(guò)接地導(dǎo)線分別就近接入，整車信號(hào)輸入口的信號(hào)濾波器地也可接入小信號(hào)地。電源地也采用紫銅帶作為公用母線，所有用電設(shè)備的電源地、電源濾波器地、電源插座地和綜合電源自身的地均就近接入。車廂內(nèi)外蒙皮、設(shè)備殼體均通過(guò)保護(hù)地接入大地，以起到屏蔽的作用。所有的線纜的屏蔽層也通過(guò)保護(hù)地接入大地。

車廂內(nèi)地板下環(huán)形布置鋪設(shè)的接地匯流銅排，銅排規(guī)格為40mm×2mm，用于連接的導(dǎo)線使用多股銅芯線，其截面積不小于35mm2。接地匯集導(dǎo)線其截面積不小于95mm2。

2.3 等電位連接

機(jī)動(dòng)式的防雷接地難度大于固定防雷接地的設(shè)計(jì)，特點(diǎn)是要求架設(shè)快速、接地效果好、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，無(wú)線綜合通信車采用等電位連接設(shè)計(jì)法。將車內(nèi)設(shè)備安裝的機(jī)柜、車廂內(nèi)外蒙皮等所有金屬連接起來(lái)，并由電源進(jìn)線盒處的接地點(diǎn)一點(diǎn)接入大地，減小雷擊時(shí)車內(nèi)導(dǎo)體之間的電位差，防止發(fā)生反擊。

3 結(jié)論

無(wú)線綜合通信車防雷是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，由于雷電對(duì)各種設(shè)備設(shè)施的破壞和人身安全威脅，越來(lái)越受到關(guān)注，本文提供的防雷系統(tǒng)設(shè)計(jì)效果如何，必須通過(guò)實(shí)際應(yīng)用和驗(yàn)證。

[1]陳窮等.電磁兼容工程設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1993.

[2]GJB 1210-91 接地、搭接和屏蔽設(shè)計(jì)的實(shí)施.

[3]GJB 5080-2004 軍用通信設(shè)施雷電防護(hù)設(shè)計(jì)使用要求.

[4]潘忠林.現(xiàn)代防雷技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，1997.