通用雷达站设计标准 [附条文说明] GB51418-2020 建标库

11  雷电防护

11.0.1  通用雷达站设备类型多样,分布环境复杂,本标准涉及气象雷达站、空管监视雷达站、场面监视雷达站等。因此,通用雷达站防雷设计除符合国家标准外,还要符合行业规范、标准。现行行业规范、标准有《民用航空通信导航监视设施防雷技术规范》MH/T4020-2006、《新一代天气雷达站防雷技术规范》QX2-2000、《风廓线雷达站防雷技术规范》QX/T162-2012。

11.0.2  为了降低被雷击的概率,通用雷达站的接闪器高度在满足保护功能的情况下要尽量低。设置在机场飞行区的接闪杆高度设计,要同时满足机场端(侧)净空的要求。如有冲突时,通常采用多根接闪杆组成的保护阵列措施,适当降低接闪杆的高度。

     为了不影响雷达电波的传输特性,接闪杆的支撑材料可采用高强度复合材料管替代金属管。其内用截面积不小于50mm2多股铜线实现接闪器与金属管的接地连接。

11.0.3  引下线是雷电流主放电通道,其建筑物引下线平均水平间距要依不同雷达类型,按各自规范规定执行。因为雷电流会产生电动力,如果引下线成直角或锐角,会被电动力拉直,致引下线断开,所以主放电通道的引下线导体弯曲半径要大于300mm。

     要利用建筑物内的钢筋做引下线。雷电流被多条引下线分流,故侧闪络和电磁干扰所带来的危险就将减小。

     因为雷电流(脉冲)流过引下线会产生很高的过电压,就此产生危险火花,同时也会有很强的LEMP产生,对雷达设备产生干扰,所以其需满足防高压击穿的间隔距离(s)要求,符合防高磁场的安全距离(ds)要求。直击雷防高压击穿的间隔距离(s)和防高磁场的安全距离(ds)计算见《雷电防护第3部分:建筑物的物理损坏和生命危险》GB/T21714.3和《雷电防护第4部分:建筑物内电气和电子系统》GB/T21714.4。

11.0.4  要利用雷达站建筑物基础钢筋作为自然接地体。当自然接地体达不到接地电阻的要求,可围绕建(构)物增设环形人工接地体。外部防雷装置专设的接地装置要设置为环形。

     相邻建筑(构)物接地体之间,至少用两条埋地接地线互相联通。接地电阻值除应符合现行国家标准《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010第4.3.6条的规定外,还要根据各类雷达工作接地的不同要求设计。当接地电阻达不到要求时,降低接地电阻的方法要符合现行国家标准《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010第5.4.6条的要求。

     接地装置要设置警示标志,要采取防跨步电压措施。

     雷达设备在接地装置上的连接点与引下线的接入点间,要保持一定的电气安全距离。引下线与平行布设的各类天线、馈线、信号线、控制线、电源线的间距,要不小于1.8m。

11.0.5  屏蔽和等电位连接,是通用雷达站防雷电电磁脉冲的重要措施,做法要符合条文规定:

     1  为实现通用雷达站的屏蔽及等电位的要求,凡已明确需要做屏蔽及等电位的部位,都要在土建施工阶段就从建筑物主钢筋焊接引出预留端子(铁板)。雷达站室外部分,供接闪杆、雷达金属外壳及金属线管、防杂波的屏蔽网等接地连接使用。雷达站室内部分,主要沿建筑物各柱子内侧主钢筋焊接引出预留端子(排)。所有预留用于等电位连接的端子排(箱)及连接件,要采取防电化学腐蚀处理。固定雷达天线座及其他装置的预埋地脚螺栓,也要与建筑物主钢筋可靠焊接。

     要充分利用建筑物内外金属构件的多重连接,实现屏蔽等电位。要将建筑物上的大尺寸金属件,如金属幕墙、干挂花岗岩的钢结构、排气孔、上下水管、门窗框、阳台、围栏、导线槽、管道、钢梯、室外金属外壳等连接在一起,并与防雷装置相连。通过以上措施建立形成屏蔽笼,对屏蔽磁场和建立保护区特别重要。

     对配电线路、通信线路、设备外壳要采取屏蔽措施。所有进入通用雷达站设施的金属管道(通信管道、电力管道、水管、暖气管等)及外来导电物,均要在LPZ0与LPZ1雷电防护区交界处,按现行国家标准《建筑物防雷设计规范》GB50057第6.3.4条要求进行总等电位连接。在后续雷电防护区交界处,按总等电位连接的方法进行局部等电位连接。

     2  因为雷电电磁场的频谱是低频磁场(电场可忽略),所以磁屏蔽材料应选高磁导的铁磁材料。线缆屏蔽一般用镀锌钢管、密闭的槽道和桥架等。屏蔽材料厚度要考虑磁饱和特性,太薄的板材易磁饱和,会起不到屏蔽作用。屏蔽体需是一个封闭的空间,可靠接地屏蔽体电气性能是连续的良好导电导磁的,所以金属屏蔽槽、管都要做低阻抗的电气连接。建筑物的外墙钢筋通常适当加密,使用金属门窗。窗上要装设不大于200mm×200mm的金属网。

     3  在线路的总配电箱等LPZ0A或LPZ0B与LPZ1区交界处,要设置Ⅰ类试验的电涌保护器或Ⅱ类试验的电涌保护器作为第一级保护(T1)。在配电线路分配电箱、电子设备机房配电箱等后续防护区交界处,可设置Ⅱ类或Ⅲ类试验的电涌保护器作为后级保护(T2)。特殊重要的电子信息设备电源端口,可安装Ⅱ类或Ⅲ类试验的浪涌保护器作为精细保护(T3)。在设备机柜装设防雷滤波型PDU,对终端设备保护可起到很好的作用。使用直流电源的信息设备,视其工作电压要求,宜安装适配的直流电源线路电涌保护器。当通用雷达站配电装置与主机房同处一室时,第一级电源防雷通常采用防雷箱形式,防雷箱要符合防火防爆要求。航空障碍灯、空调、环境监控等其他用电设备,在其配电箱处安装SPD。此外,通常在建筑设计时为雷电监测和接地监测装置预留接口,将接闪器、引下线、接地装置、SPD的运行数据列入环境监控系统进行管理。

     通用雷达站的信号线,特别是雷达方位编码,由于其频谱特性与雷电的频谱相近,经常会出现因雷击导致损坏。故一般在信号线两端加装适配的浪涌保护器或信号防护箱,使其特性参数(接口、传输速率、工作电压、波形、阻抗、驻波比、插入损耗、频带宽度等)、机械接口满足没备运行要求。其接地线需就近与机架可靠连接。实践表明,在多雷区或强雷区,雷达站天馈线部分最好采用金属板材制成的线槽,并包裹在桥架外面进行防雷保护屏蔽。

     4  机房内的低阻抗等电位连接基准网络,是最大限度减少机房设备之间的电位差。等电位连接分为星形(S型)和网形(M型)两种方法,S型等电位连接适合于低频(kHz级)和设备较少的系统,M型等电位连接则适合于高频(MHz级)和设备较多的系统。

     通用雷达机房,通常采用M型等电位连接方法。雷达站面积大于40m2的机房,要设置网形(Mm)结构连接。室内的各金属组件(设备外壳和机架、金属门窗和金属隔墙、吊顶的轻钢龙骨架、金属屏蔽线缆的屏蔽层)和直流地(逻辑地)、防静电接地、交流地、SPD的接地等各类接地,均要以最短距离连接到等电位连接带(网)上。设备接到连接网络的导体要为两根,长度相差10%。连接网络要多点接入共用接地系统,要远离主放电通道的接地点。具体做法应符合现行国家标准《建筑物防雷工程施工与质量验收规范》GB50601-2010中附录图D.0.4-4或图D.0.4-5的要求。

11.0.6  建筑物内部对浪涌和磁场的抗扰水平有限,在遭雷电和伴随产生的磁场效应时,雷电流会流经屏蔽层(特别是LPZ1)。靠近屏蔽处的磁场具有相对高的数值,可能会导致设备损坏或错误运行。因此雷达机房、监控室通常设置在距LPZ(见图1)屏蔽层有一定距离的有效屏蔽空间内部。