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雷达系统万博manbetx客戶端下载技术综述

文章来源:admin    时间:2016-09-21 05-30-34

军队由于信息化建设步伐的加快,新型的电子信息化装备不断地更新,从而大大地提高了军队的高技术条件下信息化作战的能力。但是由于电子信息化装备是集电脑技术和集成微电子技术于一身的高技术产品,信号电压很低,在闪电强磁场环境下的易损性很高,因此部队信息化装备受雷电危害的可能性增大,雷电隐患形势十分严峻,尤其是部队特殊性的需要,如部队的雷达站、观察站、通信站、导航站、侦听站、气象站、测控站等多设在高山、海岛上,都处于雷电的高发区,受雷击的危害比较严重,站内各类电子信息化装备经常遭受雷击而无法工作,如有的观通站被雷击损坏,长时间难以修复,有的雷达站指挥所设备被雷击损坏,有的通信站一年多次被雷击,有的测控站一次雷击多个系统损坏,不得不推迟重要任务的执行。

据我们的了解,这些军事通信设备雷击损坏,不是上述场合有没有安装万博manbetx客戶端下载设施的问题,可以肯定地说,上述场合都百分之百的安装了国家万博manbetx客戶端下载标准规定的万博manbetx客戶端下载设施,这些万博manbetx客戶端下载措施得当吗?能够保证这些系统的安全吗?也可以肯定地说,现在采用的万博manbetx客戶端下载措施,特别是直接雷击保护措施,富兰克林避雷针是一种加大雷击概率、加重雷击危险程度的技术措施,对于部队雷电高发区的雷达站、通信站、导航站、侦听站、气象站、测控站等,这种地方一定会发生直接雷击的危害,标准规定的万博manbetx客戶端下载技术是不能蒙混过关的,也即现在传统的万博manbetx客戶端下载技术是不能保证我们现代化的军队在雷雨天气的作战要求的。

要解决雷达系统的雷击损坏难题,必须在技术上采取对症下药的措施,在此就雷达系统的雷击损坏原因、传统保护技术缺陷、区域范围内直接雷击保护可靠性技术机理和实施意义给以具体说明。

我们可以从电源系统的安全特性、直接雷击地闪电流特性、零电位点和零电势点物理意义的区别、地电势反击的机理给以认识。

1.电器系统设备的安全特性

电气系统设备的安全特性,有过电位安全特性和过电压安全特性这两个基本内容。

1)过电压安全特性

任何电气设备,在产品设计中都有一个安全的电压工作范围,这个安全工作范围的工作参数有工作电压、温度、湿度等,而最主要的是产品的工作电压范围,在规定的工作电压范围内,产品的任何一个组件都能经得住考验正常工作,当工作电压超过这个范围时,电路的组件就可能过载而损坏。因此,对任何一种电气设备而言,有这样一个电压安全特性:

①当过压时间小于毫秒时,小于1500伏的过压不会损坏电气设备;

②当过压时间大于毫秒时,大于280伏的过压都有可能使电气设备损坏。

2)过电位安全特性

在电器系统设备的有源线路端口和机壳间存在着基本的过电位安全特性,当二者之间的空气间隙的电位差小于1000伏/毫米时,电位是安全的;当二者之间的空气间隙的电位差大于1000伏/毫米时,就会发生打火放电的故障。

万博manbetx客戶端下载措施的目的是用于保证电气设备的安全的,如要在技术上达到保护可靠性的要求,其技术性能必须符合上述过压时间和幅度的要求。

2.直接雷击电流危害成分特性分析

有直接雷击的发生,才有雷击电流的产生,我们知道直接雷击有两种方式:云闪和地闪。

云闪:两种不同极性正、负电荷的对流云层之间的放电现象;

地闪:云层和地面(设施)之间的放电现象。

我们知道形成直接雷击地闪一次放电的雷云是单一极性的电荷,放电过程中,其极性不变,在放电过程中变化的是电荷的数量(雷电流大小),其产生的直接雷击放电电流是一个单向脉冲波。

一个简单规则的单向脉冲电流其波形可分解为:对一次直接雷云地闪电流,其主要成分为直流基波,其次为幅度较小的谐波成分,其危害主要是直流成分的雷电流基波和低次谐波(规则单脉冲波为一次谐波)。

运用电流波形分解图,和简单的数学级数知识,可以知道,一次谐波的幅度减小,谐波的频率根据f=1/T。

假定直接雷击单次放电的时间为1毫秒级,其一次谐波的频率为1000Hz;假定直接雷击单次放电的时间为10毫秒级,其一次谐波的频率为100Hz;根据物理知识,放电时间越长,频率越低,对10000Hz以下的电流,其主要特性是电流流过途径阻抗性质的消耗特性,而不是对周围空间的辐射特性。

对实际发生的直接雷击地闪电流,为不规则的单脉冲电流,会有各种高次谐波成分,但这些高次谐波其幅度很低,隔空传输的衰减很大,其对220伏电源系统无安全隐患。

事实上近距离的直接雷击危害的症结是直接雷击地闪电流在接地系统上产生的地电势ε的反击,其大小直接和雷击地闪电流成正比。

3.零电位参考点和零电势参考点的物理意义区别

电位和电势是两个不同系统的物理量,电位是闭合回路电源电动势的物理参数,电势是单电荷系统的物理量,其物理概念有本质的区别:

1)零电位点的物理意义

通常我们认为的闭合回路的机壳接地点处为零电位参考点,是为了计算电路各点相对电位的参考点,这个参考点不是物理意义上的零电位参考点,更不是零电势参考点。

2)零电势点的物理意义

电势是单电荷系统涉及的物理量,是非理想导体单电荷导体场的作用特性参数,有限远处物体表面最后一个电荷分布的点,就是物理意义的零电势点。

3)零电位点和零电势的区别和联系

零电位点是闭合回路电源电动势的一个用于计算电位的参考点,没有具体的物理意义,零电势点有特定的物理意义,电位为零的参考点处,其电势不为零。

电势是标量,电位也是标量,在一个系统中,正负不同的两个标量可以叠加,在零电位点处,可以叠加电势的标量。

4.地电势反击对系统设备的危害机理

由于物理书本知识中缺少零电势点和零电位点的物理意义的说明,概念混淆不清,使我们的万博manbetx客戶端下载技术人员无法搞清地电位反击的真正机理,在一个典型的机房电子系统设备中,地电势反击对机房系统设备的损坏机理。

接地体PE1对设备电源系统的闭合回路来说,是可以假设该点为零电位参考点的,即电位U=0,但雷云Q直接雷击在该点的雷电势不为零,其大小为ε,ε值的大小取决于雷云能量的大小和接地体表面的零电势参考界面的位置,雷电流是雷电荷由高电势向低电势自动转移的电荷流,在某一时刻,接地体上形接地体上形成的地电势ε,通过过压保护元件接地点、设备电源整流模块和电源相线形成电势差,在某一个瞬间,因相线电压具有交变的相位差,会发生叠加效果,如果供电系统的远端接地点位置比近端零电势点位置低很多,那么这个叠加就会形成雷电流,当电势ε较大(正)或较小(负)时,都有可能损坏避雷元件和整流模块,而且这个损坏发生也是随机的概率。

5.直接雷击对雷达系统的损坏原因评估

直接雷击的危害表现为冲击力、电弧热损坏、机架电势和地电势反击、感应雷击、雷声、辐射。

雷达系统的直接雷击危害主要为机架电势和地电势反击,机架上的直接雷击击闪电弧在机架上产生的机架电势和电气系统的等电位连接体的地电势,会通机架、系统零线和地线对电源系统产生地电势反击损害。我们可以根据此评估因素分析各万博manbetx客戶端下载措施的可靠性。

 

传统击闪型直接雷击保护措施可靠性缺陷分析

 

1.雷达系统保护措施规范

新一代天气雷达站万博manbetx客戶端下载工程的设计主要依据GB50057-1994《建筑物万博manbetx客戶端下载设计规范》及QX 2-2000《新一代天气雷达站万博manbetx客戶端下载技术规范》,QX3-2000《气象信息系统雷击电磁脉冲防护规范》,参照其他规范及国际标准的相关部分。

2.雷达主体设备的直接防护措施

在雷达四周安装三或四支专用避雷针,在女儿墙上明设避雷带,建筑的四根结构柱内的钢筋作为引下线,由于整个塔楼结构为剪力墙及墙内设暗柱形成砼体,其剪力墙作为侧击雷防护及屏蔽措施。塔楼及裙楼建筑基础作为自然接地体,与人工接地网连接成共用接地系统,考虑到雷达的扫描的频率特性,避雷针支撑杆用玻璃钢,用铜线直接把避雷针接闪器直接连接在接地系统。

当雷达系统四周的避雷针上产生直接雷击地闪时,直接雷击地闪电流通过避雷针引到机架系统会产生机架电势ε1,泄放到接地系统,就会在接地系统产生地电势ε2,会通过雷达基础机架、系统零线和地线对雷达设备电源系统产生地电势反击损害,在某一时刻,和电源系统的任何一相叠加,损坏该相电源系统的有源设备。

3.电源系统的保护

电源电涌保护器的设置应三级以上,第一级要安装在配电房内,应选用符合Ⅰ级分类实验的产品,我们一般选用国外产品;第二级电源电涌保护器一般安装在楼层配电箱,主要保护雷达机房、应急照明、消防系统等重要设施,一般选用Isn=40或60kA(8/20μs)的SPD。在雷达机房设备配电箱前和火灾报警联动控制盘处各安装第三级电源电涌保护器,一般选用Isn=40或60kA(8/20μs)。

理论保护机理是电源系统的感应雷击过电位(UA、UN)通过相线和零线上的电涌保护器(如BL1、BL2),限制输入到电子设备的雷击过电压,UAN=UA–UN。

事实上这个保护机理在发生直接雷击时有一个特殊情况,直接雷击地闪发生时,直接雷击地闪电流在接地系统上产生地电势ε,地电势ε会和三相中的一相或二相电压产生叠加,形成地电势反击电流,如图5和A相叠加,此时通过电涌保护器(如BL1、BL2)保护的输出浪涌保护器的残压综合效果为单个浪涌保护器(BL1)的残压参数,我们知道,单个浪涌保护器的残压参数都是大于1500伏的,而且直接雷击地闪电流的持续时间都是大于毫秒的,对大的直接雷击,都会大于几百毫秒,根据电气设备的安全特性,要求保护参压小于300伏以下,这是技术上无法做到的,是否可以辅以其他措施可以解决?

1)多级保护

由于电作用的同时性,残压的主要特性为直流脉冲,对雷电残压级间设置的阻抗元件的消减效果很小,这种靠增加SPD级数的方法从技术上无法达到输出残压小于280伏的要求。

2)接地改造

万博manbetx客戶端下载接地电阻有两个概念,一个是系统各设备间的等电位连接的等电位连接电阻,另一个是等电位连接体后的埋入地下的接地体电阻。

应该说,对万博manbetx客戶端下载接地系统,用于等电位连接的设备间的接地连接线电阻越小越好,而接地体电阻并不是越小越好,雷电流在通过等电位体后,其泄放到接地体时,流过接地体的雷电流会在接地体上表现消耗电势,这个消耗电势会叠加到等电位体的入地电势上,接地体电阻为零,表示的是在接地体上的消耗电势为零,并不代表该点的入地电势为零,通过接地体的雷电流在接地体后还是要同时表现出消耗电势,这个消耗电势会通过接地体在等电位连接体上表现出入地电势。

在一个等电位环内分布的电荷个数,和等电位环的分布面积有关,和电流和电势的单个大小关系不大(即等电位环面积S=a・b=b・a),也即和接地电阻的数值无关。

雷电能量消耗过程持续的时间和万博manbetx客戶端下载接地线的电阻数值没有关系,其中关系仅是消耗雷电流、雷电势的大小关系,泄放时间取决于外界所加的雷电能量。

良好接地体并不是万博manbetx客戶端下载保护的必要条件,万博manbetx客戶端下载接地体电阻越小越好,是一种人为的技术要求。

通过接地改造或独立接地系统保护,其效果有限,因为大地中雷电荷是一种自动由高电势向低电势移动的过程,埋入地下的接地体影响不大,其实在整个低压供电系统中,接地系统可以通过一定的方法分开,但零线系统是联系在一起的,且零线系统的传输电阻远比大地电阻小,因此传统的击闪型富兰克林避雷针对此故障是无解的。

 
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