野战指挥车的雷电防护研究

2018-02-05 神汽专用车

对于雷电的探索最早始于1752年,富兰克林利用著名的 “风筝实验”得出了最初的雷电理论,并揭开人类对抗雷电的历史。随着电子信息技术的发展,各种信息设备在军队装备中,尤其是指挥系统中应用的范围之广、数量之大、品种之多前所未有。然而,以微电子技术为基础的电子信息设备因其集成度高、工作电压低,运算速度快,而耐过电压、过电流和抗雷电电磁脉冲(LEMP(linghtning electro magnetic pulse)的能力差,极易遭受雷电的危害,特别是雷电电磁脉冲造成的损害更为严重。中国南部和东南部雷雨期较长,每年大约有90~110d左右的雷暴日,而野战指挥车在野外作战中地位特殊,其安全直接影响到战争的胜负。提高野战指挥车的雷电防护能力,有效降低或者消除雷电对其设备的威胁,是野战指挥车安全防护一个不可回避的问题。

雷电防护的集中技术手段
1、拦截
野战指挥车防雷的第一道防线是对直击雷的拦截。最经济、最有效的方法仍然是接闪器(避雷针)法。采取新型接闪器,以降低雷电流徒度,减小二次雷击的感应电压,或在条件允许的前提下,尽量降低接地电阻,对于直击雷的防护有良好效果。单支避雷针的设置和保护范围计算一般采用滚球法确定。如图2所示,以针尖O为圆心,R为半径(根据车体大小可取R=10)作狐与水平线AB交于两点,再分别以A,B为圆心,R为半径作经过针尖并与地面相切的圆弧。
 

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避雷针在h,高度的平面上的保护半径,按式(2)计算:
 

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在确定保护半径rx时可反推接闪器的设置高度h。

2、接地处理
接地是防雷系统的基础环节,接地质量的好坏直接影响到防雷系统的最终性能,对接地的形式、接R地电阻值要求较高,由于野战指挥车机动性强,单点接地电阻可能达不到要求,因而可采取多点联合接地的办法来降低接地电阻阻值。良好的接地系统能把车体上的大部分雷电流泄人大地,同时可以消除因静电放电积累而对设备和人身安全的威胁。一般安全地作为各设备金属箱相连后接入大地,工作地的作用在于维持各设备电压的恒定,其接地方法如图3所示。

3、等电位处理技术
等电位连接是指将分开的装置、诸导电物体用等电位连接导体或浪涌保护器(SPD)连接起来,以减小雷电流在它们之间形成的电位差。等电位连接原理是通过等电位连接器自动导通设备之间的电位差,从而形成更大的联合接地系统,更有效地进行异常能量的释放。同时能有效地防止地电位反击,达到抑制电位差和消除电磁干扰的目的。SPD是在设备间不便直接相连时使用,其主要元件为压敏电阻或放电管,利用阻值非线性原理,当其两端电位差大于某一值时以纳秒级速度导通。SPD主要作用是泄放雷电流,限制

雷电浪涌电压,并限制电源系统内部发生的漏电流。等电位连接方法见图4。
 

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4、屏蔽
屏蔽可以阻挡、衰减甚至消除雷电感应的干扰,对于指挥车内设备的屏蔽,可采用金属外壳屏蔽、线路的屏蔽,如采用有金属屏蔽层的电缆,对没有金属屏蔽层的电缆可采用穿金属管进行屏蔽。车上各种线缆均采用屏蔽措施可大大减少雷电电磁脉冲感应对计算机等信息系统的影响。雷电流的“趋肤效应”可使相当大的一部分雷电流沿屏蔽层接地口泄入大地。指挥车方舱是屏蔽类电磁脉冲的一道防线,同时也是最主要的防护层,对于目前来说提高方舱的电磁屏蔽性能是一个最好的方法,它具有简单、成本低、整体效果好等优点。比如方舱可以采用新型的防电磁辐射材料制作或涂刷防电磁辐射除层就能很好地提高屏蔽的效果。

5、其他手段
另外还需注意的是车上线缆分布应尽量合理,闭合的回路在电磁环境中容易产生感应电动势。解决的办法是在野战指挥车设计时应减少闭合回路的数量和回路的面积,以达到减弱电磁感应效应的目的。电磁辐射对光纤没有影响,用光纤作为数据传输线有诸多好处。此外单芯金属导线比多发导线抗辐射效果也要好。值得注意的是军队指挥系统中使用的芯片大多没有区别于民用的标准,采用特殊材料和特种封装技术的防辐射芯片的应用没有得到足够的重视,这也是今后值得努力的方向。在指挥系统软件设计方面也同样可以有所作为,利用冗余技术、容错技术、标志技术以及数字滤波技术等技术增强系统的稳定性。这些措施对于抵抗其他电磁辐射干扰同样适用。


(唐克,谢保军)