雷达专用感应消雷针和雷达专用消雷设施安装结构的制作方法

本发明涉及一种消雷装置及其在雷达系统上的安装结构，尤其是用于保证雷达系统雷雨期间不间断工作的防雷保护装置，属于雷达系统的防雷安全保护技术领域。

背景技术：

雷达作为空域探测和警戒的工具，应用范围广泛，主要覆盖民用和军用两个市场。尽管雷达使用场合下都安装有国家防雷标准规定的防雷设施，但雷击事故依然存在，雷达设备因雷击损坏的现象仍然没能避免，可以说雷击保护的可靠性问题是雷达界的一大技术难题。

此外，新一代无人值守自动气象雷达站的弱电子信息辅助配套系统多，系统设备价值越来越大，系统集成度越来越高，户外环境辅助设备多，场地安全隔离金属围栏设施体积大，不间断传送的服务质量和技术要求越来越严格，这些特点都要求雷达系统的防雷设施能配备有对风、雷、冻等自然灾害的影响有更可靠、有效的应对措施。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种雷达专用感应消雷针和雷达专用消雷设施安装结构，能在不影响雷达系统正常工作的前提下为雷达系统提供防雷保护，且具有较高的雷击保护可靠性。

本发明的主要技术方案有：

一种雷达专用感应消雷针，包括普通玻璃钢避雷针接闪体、雷电能量消耗体组件和侧向引雷金属接闪体，所述普通玻璃钢避雷针接闪体和所述侧向引雷金属接闪体均安装在所述雷电能量消耗体组件的顶部金属板平面上，且二者间隔并列位于所述顶部金属板平面上，所述普通玻璃钢避雷针接闪体的高度大于所述侧向引雷金属接闪体。

所述普通玻璃钢避雷针接闪体可以采用整支的普通玻璃钢避雷针。

所述侧向引雷金属接闪体优选为斜锥体结构。

所述侧向引雷金属接闪体的高度不小于1米，底面积不小于3000平方毫米。

所述侧向引雷金属接闪体采用非喷涂的纯金属材料制成。

所述侧向引雷金属接闪体优选采用耐腐材料制成。

所述雷电能量消耗体组件中设有消耗电阻，所述消耗电阻的功率等级达到4×20千安×500千伏以上，阻抗基本等级要求是500千伏以上电压等级，且通过电流小于1毫安，所述雷电能量消耗体组件的基本外形物理尺寸在30000平方毫米×1200毫米以上。

所述侧向引雷金属接闪体可以有一到三个，当有多个时，各个所述侧向引雷金属接闪体的形状尺寸相同，安装方向应保证其锥体斜向不同的方向。

所述雷达专用感应消雷针还可以包括固定基座，所述雷电能量消耗体组件的下法兰可拆卸地连接在所述固定基座上。

一种雷达专用消雷设施安装结构，包括雷达和无固定基座的所述雷达专用感应消雷针，所述雷达安装在雷达基架上，所述雷达基架设置在塔楼上，所述雷达专用感应消雷针安装在位于所述塔楼上的消雷针固定座上，所述雷达专用感应消雷针有至少三支，并围绕在所述雷达的周围，所述普通玻璃钢避雷针接闪体的高度超过所述雷达的天线的高度，所述雷达基架的高度应保证使雷达天线扫射面水平基准线高于所述侧向引雷金属接闪体的顶点。

围绕同一雷达的所有雷达专用感应消雷针上的所述侧向引雷金属接闪体斜向水平面上的至少三个不同的方向，其中有且仅有一个所述侧向引雷金属接闪体斜向雷达的正侧面方向。

一种雷达专用消雷设施安装结构，包括雷达和带有固定基座的所述雷达专用感应消雷针，所述雷达通过机架安装在移动式雷达运载设备上，所述雷达专用感应消雷针安装在所述移动式雷达运载设备上，所述雷达专用感应消雷针有至少三支，并围绕在所述雷达的周围，所述普通玻璃钢避雷针接闪体的高度超过所述雷达的天线的高度，所述机架的高度应保证使雷达天线扫射面水平基准线高于所述侧向引雷金属接闪体的顶点。

围绕同一雷达的所有雷达专用感应消雷针上的所述侧向引雷金属接闪体斜向水平面上的至少三个不同的方向，其中有且仅有一个所述侧向引雷金属接闪体斜向雷达的正侧面方向。

本发明的有益效果是：

1、本发明利用普通玻璃钢避雷针接闪体后串联大功率、大阻抗、大体积的雷电能量消耗体组件，直接消耗有害的雷电能量，消除雷击机架电势和地电势对雷达系统设备的叠加反击，消除导致雷达系统雷击损坏的真正原因，以高可靠性确保雷达系统的防雷安全。

2、本发明直接利用普通的雷达专用玻璃钢避雷针整体作为本雷达专用感应避雷针的接闪体，在雷达工作面内不影响雷达的正常工作，利用普通玻璃钢避雷针接闪体的高度优势主动击闪雷云，保证雷达系统全天候的正常使用。

3、本发明设置与普通玻璃钢避雷针接闪体并联的斜圆锥体结构的侧向引雷金属接闪体，具有主动感应空间电场的表面积优势，通过感应方式主动吸引周围空间雷云电场，有效消除侧绕击的风险。

4、本发明利用布置在雷达周围的多个方向的侧向引雷金属接闪体的主动引雷能力，消除侧绕击的保护死角，达到全方位复杂环境系统的保护要求。

5、本发明的保护可靠性与接地电阻的数值无关，因此保护可靠性高，综合应用成本低，经济性好，能广泛适用于新建和改造的所有雷达工作环境中。

6、所述雷电能量消耗体组件及其以上各部分与不同类型的固定基座搭配安装，能满足固定和移动场合多种不同应用场合，既能满足军事特种场合的应用，也能满足军民的融合需求。

附图说明

图1是传统的雷达系统防雷保护装置示意图；

图2是所述雷达专用感应消雷针的第一个实施例（含一个侧向引雷金属接闪体、无固定基座）的结构示意图；

图3是所述雷达专用感应消雷针的第二个实施例（含两个侧向引雷金属接闪体、无固定基座）的结构示意图；

图4是所述雷达专用感应消雷针的第三个实施例（含一个侧向引雷金属接闪体、有固定基座）的结构示意图；

图5是所述雷达专用感应消雷针的第四个实施例（含两个侧向引雷金属接闪体、有固定基座）的结构示意图；

图6是图2所示的雷达专用感应消雷针的一种安装结构示意图。

具体实施方式

本发明公开了一种雷达专用感应消雷针，如图2、3所示，包括普通玻璃钢避雷针接闪体1、雷电能量消耗体组件2和侧向引雷金属接闪体3。所述普通玻璃钢避雷针接闪体和所述侧向引雷金属接闪体均通过法兰固定安装在所述雷电能量消耗体组件的顶部金属板2-1平面的对应法兰空位上，且二者并列位于所述雷电能量消耗体顶部金属板平面上部，所述普通玻璃钢避雷针接闪体的高度大于所述侧向引雷金属接闪体。所述普通玻璃钢避雷针接闪体与所述雷电能量消耗体组件为电气串联关系，与所述侧向引雷金属接闪体为电气并联关系。

本申请利用所述普通玻璃钢避雷接闪体的高度主动和雷电击闪，击闪产生的雷电流能量通过连接在所述普通玻璃钢避雷接闪体之后的所述雷电能量消耗体组件消耗，消除或减少有害的雷电能量输出，从而消除或降低雷击机架电势ε1和地电势ε2的反击强度（如图1所示），同时，本申请利用所述侧向引雷金属接闪体进行侧向主动引雷，弥补所述普通玻璃钢避雷针接闪体的主动感应能力小的不足，减少或消除由此带来的侧绕击风险隐患，综合以上，本申请能够实现对雷达系统的可靠防雷保护。

根据申请人多年研究结果，隔空传输的感应雷击的能量不足以对雷达的电源系统有关部位造成损坏，损坏电源系统的真正原因是直接雷击地闪电流产生的机架电势、地电势和电源系统任何一相相位极性相反的端口电源电压的叠加反击损坏，简称地电势反击的损坏。而传统的直接雷击保护技术是引雷，要起保护作用就需要发生直接雷击的地闪。

如图1所示，传统的雷达防雷设施是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，避雷针接闪体a的支撑杆b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。

当雷达塔楼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i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，这个机架电势、地电势具有正负极性，会通过雷达等电位连接系统（包括基础机架、系统零线和地线）对雷达设备电源系统（雷达设备电源的端口电位具有正负极性）产生地电势反击损害，在某一时刻，地电势和电源系统的任何一相极性相反的端口叠加反击，就会损坏该相电源系统的有源雷达设备。如此，根据传统雷达系统采用的引雷泄放防雷措施原理，防雷措施质量越好，损坏隐患就越严重。例如避雷针质量越好，雷击概率越高；引下线系统质量越好，前端的途径电阻越小，前端途径的雷击有害能量消耗越小，地电势幅度越大；接地系统电阻越小，雷击地闪电流越大，有害的雷击地电势持续时间越长，这些都将导致严重的损坏隐患。

本申请提前将击闪产生的雷电流能量消耗掉，而不是将有害的雷击能量直接传导消耗在接地系统后面，导致在雷电流途径后面消耗的雷击能量伴随产生超高压的入地电势，因此极大限度地降低甚至消除机架电势和地电势的强度，因此能有效抑制地电势反击损坏，满足恶劣环境下雷达系统连续不间断正常工作前提下的保护可靠性要求。

所述普通玻璃钢避雷针接闪体可以直接采用整支的普通玻璃钢避雷针成品。

所述侧向引雷金属接闪体优选为斜锥体结构，由于具有较大的主动感应空间电场的表面积优势，主动通过感应的方式吸引上方空间的雷云电场，从而有效消除侧绕击的风险隐患。进一步地，所述侧向引雷金属接闪体可以为斜圆锥体结构，方便制造。

所述侧向引雷金属接闪体的顶点的垂直高度应不小于1米，底面积应不小于3000平方毫米。所述侧向引雷金属接闪体越大感应能力越强。

所述侧向引雷金属接闪体整体应采用非喷涂的纯金属材料制成。进一步地，所述侧向引雷金属接闪体优选采用耐腐材料（例如304不锈钢）制成。

所述雷电能量消耗体组件的基本技术要求是大功率、大阻抗和大体积。所述雷电能量消耗体组件中设有消耗电阻，所谓大功率是指所述消耗电阻的功率等级应达到4×20千安×500千伏以上；所谓大阻抗是指阻抗基本等级要求是500千伏以上电压等级，且通过电流小于1毫安；所谓大体积是指所述雷电能量消耗体组件的基本外形物理尺寸在30000平方毫米×1200毫米以上。

所述侧向引雷金属接闪体可以有一到三个，以满足不同场合的不同主动引雷能力的需要。需要的主动引雷能力越高，应采用所述侧向引雷金属接闪体数量越多的所述雷达专用感应消雷针。图2、4所示分别为单侧向引雷金属接闪体的雷达专用感应消雷针和双侧向引雷金属接闪体的雷达专用感应消雷针。当所述侧向引雷金属接闪体有多个时，各个所述侧向引雷金属接闪体的形状尺寸优选为相同，安装方向应保证其圆锥体斜向不同的方向，且倾斜方向远离所述普通玻璃钢避雷针接闪体，即相对所述普通玻璃钢避雷针接闪体外斜布设。

本发明还公开了另一种雷达专用感应消雷针，如图4、5所示，除前述的雷达专用感应消雷针的各组成部分外，还包括固定基座4，所述固定基座是独立的金属构件，用作所述雷达专用感应消雷针向安装基础安装时的过渡连接件。安装时，所述雷电能量消耗体组件的下法兰可拆卸地固定在所述固定基座上，所述固定基座则可以固定连接在雷达周围的基础地面上或其他雷达运载设备上，所不同的是所述固定基座与地面或雷达运载设备的连接接口结构。对于后者，可以方便地满足移动场合的需要。当雷达运载设备为雷达运载车时，相应的固定基座为车载专用结构的基座。

基于图2、3所示的雷达专用感应消雷针，本发明还公开了一种气象系统常用塔楼基础雷达和消雷针一体的雷达专用消雷设施安装结构，如图6所示，包括塔楼6、雷达基架5、消雷针固定座7和所述雷达专用感应消雷针，雷达安装在雷达基架5上，所述雷达基架安装在塔楼6上，所述雷达专用感应消雷针安装在位于所述塔楼6上的与所述雷达基架一体的消雷针固定座7上，具体是所述雷电能量消耗体组件的下法兰安装在消雷针固定座7上，消雷针固定座位于雷达天线保护避雷针的设计安装位置。所述雷达专用感应消雷针有至少三支（图6所示实施例中有四支），并围绕在所述雷达的周围，用于在不影响雷达系统正常工作的前提下保证雷达系统的雷击保护安全。所述普通玻璃钢避雷针接闪体的高度根据雷达系统的高度确定，通常应超过所述雷达的天线的高度。所述雷达基架的高度应保证使雷达天线扫射面水平基准线s高于所述侧向引雷金属接闪体的锥形顶点的位置，做到整个360度范围内雷达扫射面上没有金属装置遮挡影响，以不影响雷达系统的正常工作。

进一步地，围绕同一雷达的所有雷达专用感应消雷针上的所述侧向引雷金属接闪体最好斜向水平面上的至少三个不同的方向。应尽可能使所述侧向引雷金属接闪体斜向更多个方向，以消除侧绕击的保护死角，达到全方位复杂环境系统的保护要求。

前文没有提及的安装结构其他细节仍然可依据gb50057-94《建筑物防雷设计规范》、qx2-2000《新一代天气雷达站防雷技术规范》和qx3-2000《气象信息系统雷击电磁脉冲防护规范》执行。

基于图4、5所示的雷达专用感应消雷针，本发明还公开了另一种雷达专用消雷设施安装结构，包括雷达、所述雷达专用感应消雷针和移动式雷达运载设备，所述雷达通过机架安装在移动式雷达运载设备上，所述雷达专用感应消雷针安装在所述移动式雷达运载设备上，具体是所述雷电能量消耗体组件及其以上的各部分通过所述固定基座安装在所述移动式雷达运载设备上。所述雷达专用感应消雷针有至少三支，并围绕在所述雷达的周围，所述普通玻璃钢避雷针接闪体的高度超过所述雷达的天线的高度，所述机架的高度应保证使雷达天线扫射面水平基准线高于所述侧向引雷金属接闪体的顶点。该雷达专用消雷设施安装结构针对于需要雷达可移动的场合。

同样，围绕同一雷达的所有雷达专用感应消雷针上的所述侧向引雷金属接闪体最好斜向水平面上的至少三个不同的方向。应尽可能使所述侧向引雷金属接闪体斜向更多个方向，以消除侧绕击的保护死角，达到全方位复杂环境系统的保护要求。其中有且仅有一个所述侧向引雷金属接闪体斜向雷达的正侧面方向，所述正侧面方向是指与相应雷达安装状态下外立面的切平面垂直的方向。

本发明从雷达系统的雷击损坏原因、雷达防雷设施的特殊要求这两个方面采取对症下药的措施，创造性的解决了雷达系统现有的防雷保护技术可靠性低的难题。

本发明结构简单，方便实施，不影响雷达天线的扫射面，防雷保护可靠性高，没有接地改造和维护的成本，可固定和移动使用，适用新建和改造工程的使用场合，具有安全性和经济性综合考量性价比高的优点，可广泛应用在所有军民雷达工作环境中，具有重大的经济和社会效益。