引言
随着近几年科学技术以及信息技术的不断发展，用于保障飞行的空管通信导航监视设备越来越完善。为了确保通信导航监视设施设备的安全运行，如何做好设备设施的防雷工作，切实做好风险防控，确保飞行安全，具有重要的现实意义。
1.雷电入侵的主要形式
雷电是发生在大气层中大气或云块在气流作用下产生异性电荷的积累使某处空气被击穿，电荷中和产生强烈的声、光、电并发的一种物理现象。我们根据生活常识和结合有关资料，发现雷的种类通常有三种形式：直击雷、感应雷、雷电浪涌。
（1）直击雷
云层与地面之间产生放电现象，同时雷电直接击中建筑物的现象即为直击雷。这一雷击现象是自然界中最普遍的一种天气现象，同时也是人类接触频次最高的一种现象，以雷雨天气条件下的发生频率最高，且直击雷的形式较为简单，一旦未能做好预防工作极易造成惨重的人员财产损失。直击雷发生时往往会产生强大的热效应、电效应与机械效应，进而对建筑物构成一定程度的损坏。
（2）感应雷
雷云与雷云之间放电产生空间辐射电磁波，或雷云对地放电进而在建筑物周围产生电磁场感应的现象即为“球型雷”和“落地雷”，这两种情况被统称为感应雷。与直击雷相比，感应雷由于不直接与建筑物接触，导致雷电产生的大多数能量均流失在外部环境当中，因此其强度要小于直击雷。当“落地雷”出现在建筑物周围时，其产生的电磁场往往会产生空间电磁辐射，进而对建筑物当中的弱电系统及其设备造成一定程度的电磁干扰。
（3）雷电浪涌
雷电浪涌现象是破坏弱电系统的一项重要内容。近些年来，随着电子信息技术的飞速发展，电气设备的集成化程度越来越高，与此同时其耐过压与过流能力则显著降低。与此同时，信号来源则大幅增加，进而导致弱电系统遭受雷电波入侵的概率明显增加。一旦产生感应雷击或电磁干扰，极易引发浪涌电压与电流，同时浪涌电压与电流的强度要比电子设备稳态电压、电流的强度要大的多，最终将严重损坏电子设备。
2.雷电保护等级
《民用航空通信导航监视设施防雷技术规范》MHT4020-2006中提出,根据所处地区雷暴环境、地形地势、建筑物高度，通信导航监视设施的雷电保护等级分为特级、甲级、乙级三个等级，如表1所示。
表1 雷电保护等级
结合表1中的条件，从表2中可以看出作者所在城市-太原，属于甲级雷电保护区。雷击损坏通信导航监视设备的风险较高。
表2 华北各机场所在城市某年平均雷暴数
3.防雷措施的基本原理
防雷，是指通过组成拦截、疏导最后泄放入地的一体化系统方式以防止由直击雷或雷电的电磁脉冲对建筑物本身或其内部设备造成损害的防护技术。对于雷电防护来说，泄放以及均衡是其中心内容。
3.1泄放
泄放，是指雷电以及雷电电磁脉冲所具备的能量以大地为途径来将其泄放，并且要注意使其符合层次性原则，尽可能多且远的将其泄放到大地。所谓层次性就是根据防雷保护区的设立分成层次来削弱雷电能量。雷电防护区（LPZ），也叫做电磁兼容分区，把通信导航监视设施按需要保护的空间，由外到里划分为不同的区域，以确定各防护空间的雷击电磁脉冲强度及应采取相应的防护措施，如图1所示。
图1 雷电防护区划分
通信导航监视设施的雷电防护，应采取分区保护的措施。如表3所示。所有通信导航监视设备的天线应放区在LPZ0B区内，即应安装防直击雷防护装置。一般机房及设备宜置于LPZ1区域或更高防护区内，重要机房及设备宜置于LPZ2区域更高防护区内。
表3 LPZ防护区划分特征
3.2均衡
均衡，是保证系统内的各个部分能够对系统造成损害的电位差不会产生，也就是说系统环境电位以及系统内金属导体本身所带的电位在瞬时状态是相等的，它的实质就是以均压等电位为基础连接的。可靠接地系统、等电位连接器以及等电位之间连接时所用导线，这三者形成一个电位补偿系统。在存在时间很短的瞬态现象内，利用该系统能够将要保护系统所处于的区域内部中所有导电原件之间将一个等电位建立起来。利用这个系统，能够在很短的时间之内将等电位区域形成。
4民航空管通信导航监视设备防雷策略
4.1直击雷防护
直击雷的电压峰值通常可达几万伏甚至几百万伏电流峰值可达几十KA乃至几百KA，破坏性极强。一套完整的避装置包括接闪器、引下线和接地装置，如图1所示。防避直击雷通常都是采用避雷针、避雷带、避雷线、避雷网或金属物件作为接闪器，将雷电流接收下来，并通过作引下线的金属导体导引至埋于大地起散流作用的接地装置再泄散入地，从而保护空管通信导航监视设备免受直击雷的损害的技术。
图1避雷装置的三个组成部件
通信导航监视设施的直击雷防护，接闪器保护范围宜按滚球半径45m计算，但对雷电保护等级为特级的通信导航监视设施适度从严，接闪器保护范围宜按滚球半径30m计算，避雷网（带）的网格尺寸不宜大于5m*5m或6m*4m。
4.2保障传输信号的稳定
民航中所用到的光纤通信具有信号容量大、可靠性高和耗能小等特点，符合民航行业的应用需求，但是光纤通信中含有一定的金属加强芯，因此在使用过程中会受到雷击的影响，进而影响信号的稳定。因此对于带有金属加强芯或者金属保护层的光缆而言，若应用这类光缆，就有可能将雷电引入到机房，为了消除这一风险，对于这类光缆和后级传输设备都应进行雷电防护，采取有效的防雷措施，可以采取以下措施：
1、进出设施的通信缆线应采用金属护套电缆或敷设在金属管内，埋地引入，并两端就近接地。埋入深度和长度均有要求（同供配电电缆）;
2、宜使用光缆代替金属导线，带有金属芯或金属外护层的光缆应在入户端将金属芯或护层接地；
3、进入设施的通信缆线在总配或分线盒处应加装信号SPD;
4、无特殊屏蔽设施中：有屏蔽特级大于10m、甲级长大于30m或垂直大于10m、乙级长大于50m或垂直大于20m；无屏蔽特级大于10m、甲级长大于10m或垂直大于5m、乙级长大于30m或垂直大于10m，电缆信号线两端应加装信号SPD。以上若建筑有良好屏蔽可以适当放宽；
5、所有不使用的管道、电缆应拆除或做接地处理；
6、SPD特性参数应满足信号传输的要求，接口要匹配。
4.3电源的电涌保护SPD
SPD是用于限制瞬态过电压和泄放电涌电流的器件，它至少含有一个非线性元件，也称浪涌保护器。当电路遭受雷击影响出现浪涌过压时，其能在纳秒级的时间内迅速导通，将过电压的幅值限制在设备的安全工作范围内，同时将浪涌能量导向大地释放掉，随后又迅速变为高阻状态，不影响正常供电，如图2所示。
图2 SPD原理图
通信导航监视设施的供配电系统应安装多级SPD进行保护（处理掉上级SPD的残压），确保最终SPD的电压保护水平Up 小于等于被保护设备的耐冲击过电压额定值Uw的80%。
特级设施宜安装四级SPD，甲级设施宜安装三级SPD，乙级设施宜安装两级SPD。其中第一级SPD安装于LPZ0区与LPZ1区交界处；以后各级安装在后续防雷区交界处，末级SPD安装在尽可能靠近设备处。
结语
空管通信导航监视设备的防雷工作对于保证民航的运行安全具有重要作用。虽然雷电的破坏形式多种多样，但可以通过科学综合雷电防护措施、严格把关施工现场、规范化和精细化的运行维护管理等来防范雷击风险，降低空管设备设施故障发生几率，提高空管设备工作的可靠性、稳定性，为保证民航飞行安全发挥重要作用。
参考文献
[1] MH/T4020-2006，民用航空通信导航监视设施防雷技术规范［S］.中国民用航空总局，2006.
[2] 邰瑞峰.民航通信导航监视设备防雷保护[J].科学中国人,2016,(18):43.
[3] 刘宝华 .民航空管通信导航监视设施设备防雷关键技术研究 [J].信息通信 ,2020(2):284-285.
