摘要：文中对机场航管系统的微电子设备，防雷电电磁脉冲干扰的措施进行论述。阐述了采用屏蔽技术，等电位联接，三级过电压保护，抑制雷电电磁脉冲对微电子设备的干扰。

关键词：雷电电磁脉冲、屏蔽、等电位、过电压

一. 概述

机场航管系统是计算机技术，通信技术及信息技术的系统集成的现代化设备。机场航管的微电子设备采用最新的网络技术为用户提供信息服务。这些微电子设备普遍存在着绝缘程度低，对雷电过电压耐受能力差的致命弱点，一旦遭雷电干扰，轻则造成系统运行失灵，重则造成永久性损坏。雷电电磁脉冲（lightning Electromagnetic Impulse）已进入新的防雷理论，国际电工委员会（IEC）将雷电电磁脉冲的防护作为标准推荐各国使用。我国于94年制定的建筑物防雷设计规范也首次把防雷电波侵入地措施作为强制性国家标准执行。雷电电磁脉冲干扰是指，自然界天空雷电波的电磁辐射对建筑物内部电气设备的干扰，当建筑物的防雷装置接闪后，强大的雷电流产生的突变磁场对附近电气设备的干扰，由外部传输线路引入的电磁波对建筑物内电气设备的干扰。

二.雷电电磁场的产生

云中或是在云对地之间的电场强度并不是到处一样的，而是一个非常不均匀的电场，当云中电荷密集处的电场强度达到25－30kV/cm时，就会由云向地开始发生先导放电，当先导通道的顶端接近地面时，地面突起的物体（楼的顶端或避雷针）可诱发迎面先导，当先导通道的顶端与迎面先导会合时，即形成了从云到地面的强烈电离通道，这时出现极大的雷电流，这就是雷电的主放电阶段，雷鸣和闪电都伴随着出现。主放电阶段存在的时间极短，约50－100μs，主放电的过程是逆着先导通道发展的，速度约为光速的1/20－1/2，主放电的电流可达数十万安，是全部雷电流的主要部分，主放电到达云端时就结束，然后云中的残余电荷经过主放电通道流下来，与地面的异号电荷中和过程称为余光阶段，由于云中电阻很大，余光阶段对应电流不大（约数百安），但持续时间却较长（0.03－0.15s）。由于云中可能同时存在着几个电荷中心向第一通道放电，因此雷电多呈多重性，每次放电相隔600ms到800ms，放电的数量平均2－3次。

雷电流具有两大特点，一是幅值大，二是持续时间短。由雷电流产生的磁场是一瞬变的电磁场，这一瞬变磁场的幅射对在一定范围内的微电子设备造成干扰，又因瞬变磁场产生的电磁感应对电压与雷电流的大小及变化速率成正比，并与雷击处的距离成反比，由于雷电流极大的幅值和陡度，其感应电压可达相当高的幅值，是对微电子设备安全运行的****威胁，也可沿着传输线、供电线侵入、干扰甚至损坏设备。

三、雷电电磁脉冲干扰抑制

抑制雷电电磁脉冲对微电子设备干扰的措施，广泛采用屏蔽技术，等电位接地技术和三级细防护等措施，几种技术的综合运用，对抑制雷电电磁脉冲干扰是行之有效的。

（1） 电磁屏蔽技术

采用屏蔽技术抑制电磁干扰是通过反射或吸收的方式来承受或排除电磁能的，因电磁干扰穿过一种介质而进入另一种介质时，其中一部分被反射，就像光通过空气和水的交界面一样，电磁波在空气和屏蔽交界面上未被反射的电磁能量将进入屏蔽层，并由感生出电流I 2R损耗被吸收。从而有效地抑制电磁波对屏蔽层内的设备的干扰。对于机场的航管楼或塔台利用建筑物的钢筋混凝土结构的顶板、墙、柱及地板形成一个立体闭式屏蔽网，对室内的微电子设备抑制空间电磁辐射的效果是极其明显的。根据我国2000年版的《建筑物防雷设计规范》（GB50057-94），将需要保护的空间分为不同的防雷保护区LPZ（Lightning Protection Zone），防雷保护区LPZ规定各部分空间不同的雷击电磁脉冲的严重程度和指明各区交界处的等电位连接点的位置。各防雷保护区以在其交界处的电磁环境有明显改变作为划分不同防雷区的特征。通常，防雷保护区的熟越高电磁场强度越小。图中防雷保护区划分为：

LPZ保护区示意图

LPZ0A区：本区内的各物体都可能遭到直接雷击和导走全部雷电流，本区内的电磁场强度没有衰减。

LPZ0B区：本区内的各物体不可能遭到大于所选滚求半径对应的雷电流直接雷击，但本区内的电磁场强度没有衰减。

LPZ1区：本区内的各物体不可能遭到直接雷击，流经各导体的电流比LPZ0B区更小；本区内的电磁场强度可能衰减，这取决于屏蔽措施。

LPZn+1后续防雷区：当需要进一步减小流入的电流和电磁场强度时，应增设后续防雷区，并按照需要保护的对象所要求的环境区选择后续防雷区的要求条件。n=1、2、…

在两个防雷区的界面上应将所有通过界面的金属物做等电位连接，并宜采取屏蔽措施。

航管系统的通信设备，计算机中心均处于LPZ2区域，在设计时要根据设备对屏蔽的不同要求，增加立体空间的网络密度，以提高屏蔽效果。而机场航管的信息网络干线，低压供电设备、通信设备等处于LPZ1区域，而无线接收，发射装置等则处于LPZ0区域，故在设计中应对航管系统的建筑物的防雷区域作以综合分析论证，制定出高性能价格比的设计方案。

（2） 等电位连接

等电位连接是“使各外露可导电部分和装置外可导电部分电位基本相等的电气连接”，根据我国2000年版的《建筑物防雷设计规范》（GB50057-94）标准，等电位连接是将分开的装置、诸导电物体用等电位连接导体或电涌保护器（或称为过电压保护器）连接起来以减小雷电流在它们之间产生的电位差。所有进出防雷保护区的导电物体组合到防雷等电位连法中，以使建筑物有一均衡的电位，它不仅是安全用电的需要，也是防雷和微电子设备安全运行的需要，是机场航管系统各种电气设备、电子设备可靠安全工作的基本保证。1992年我国在现行的行业标准《民用建筑电气设计规范》（JGJ/T16－92）第14.3.7、14.3.8条中首次引用了国际IEC标准条款提出的对建筑物内的总等电位联接和辅助等电位联接安全防护措施，并于97年编制出版了《等电位联结安装》（97SD567）标准图集。图集中把等电位联接分为三个层次，即总等电位联结（Main Equipotential Bonding），局部等电位联结（Local Equipotential Bonding）,和辅助等电位联结（supplementary Equipotial Bonding），既是IEC的新概念，也是为了实际的可操作性。场航管系统各种电气设备、电子设备的等电位联结是必需的，为了达到防雷电电磁干扰的目的，应有目的的将接闪装置与建筑物的梁、板、柱和基础的钢筋可靠的电气联结，以使整个建筑物成为良好的立体等电位体。是抑制雷电电磁脉冲对电子设备的干扰的有效措施。

（3） 三级过电压保护

三级过电压保护分别设置在微电子设备的电源系统和其信号传输线各环节，保护器件可采用氧化锌避雷器或专用保护器件。

<1>微电子设备供配电系统

机场航管系统使用的电源一般为常规低压配电系统，它是10kV经变压器降压至380/220V后经配电系统接至各用电单位，这样10kV高压线落雷的机率较大，而10kV线路上的避雷器对380/220V低压配电系统及微电子设备保护作用不大。根据我国2000年版的《建筑物防雷设计规范》（GB50057-94）第3.3.8条第五款规定，必须在变压器低压侧装设低压避雷器或专用过电压保护装置（DSOP），而第3.2.4条第八款的规定，宜在微电子设备的配电箱断路器之后加装避雷器或专用过电压保护器件。对于设置UPS电源的微电子设备，应在UPS电源之后增设低压避雷器或专用保护器件，在微电子设备的配电系统增设三级过电压细保护，能有效的抑制上级避雷器或专用保护器件的残压危害微电子设备，如上海浦东机场采用北京爱劳高科技有限公司过电压保护器DSOP系列防雷产品。

<2>微电子设备传输线上三级过电压保护

微电子设备的数据或信号传输线广泛采用同轴电缆、双绞线及光缆，这些传输线分别为通信、广播电视、微波中继及计算机之间的内部连线，处于LPZ1和LPZ2保护区内，因此对直接接入网络（局域网）的线路（专用架空线，经过调制解调器进入网络，微波接收或发射进入网络）的端口应加装防雷保护器（见公安部《计算机信息系统防雷保安器》GA173－1998），以抑制雷电电磁脉冲沿传输线侵入系统网络而干扰微电子设备，系统网络连接的微电子设备应在连接处加装专用保护器件，如同轴电缆保护（CSP）或高频信号保护器（HFP），并在数据、音频传输线和微电子设备之间采用专用的数据线保护器（DLP.RS－232.RF45）和音频保护器（TLP）串联于传输线与设备之间，以作为微电子设备抑制雷电电磁脉冲干扰的细保护。

四、结束语

因雷电电磁脉冲已进入新的防雷理论，抑制雷电电磁脉冲对微电设备的干扰是集电工理论，电磁场理论，屏蔽技术，接地技术及防雷保护器的开发设计制造等多门学科，就其理论与实践，规范与标准都需在今后的工作中进一步地去研究，并在实践中不断探索和完善，以为微电子设备的安全可靠运行及推广应用提供必要的条件。

五、参考资料

1. 《建筑物防雷设计规范》GB50057-94（2000年版）

2. 《民用建筑电气设计规范》JGJ/T16－92

3. 《计算机信息系统防雷保安器》GA173－1998

4. 《通信工程电源系统防雷技术规定》YD5078-98

5. 《通信电源设备安装设计规范》YD5040-97