隨著我軍移動電站、特種裝備車輛以及通信車輛等的快速發展,雷電對在縱橫交錯的公路上奔馳的各種車輛造成了嚴重威脅。移動電站工作于野外、控制信號電壓低、模塊集成度高,各種控制模塊中的電子元器件越來越小型化、輕量化和低能耗化,伴隨而來的是它們的耐壓水平也越來越低,從而導致其因遭雷擊而損壞的情況也越來越多,其有一個集成塊損壞,整個控制模塊就有可能癱瘓。在行駛狀態中的移動電站接地不良、無法預知雷擊,被雷擊損壞的概率也大,因此研究移動電站行駛狀態下的防雷接地裝置具有重大的意義[1] 。

“防雷”必須“接地”,即將雷電順利地疏導至大地。移動電站的防雷接地技術一般都是采用所謂的“剛性接地技術”,即用接地棒將雷電引導下來并疏導至大地之中, 那么行駛中的車輛就只能被迫停頓下來才能接地。目前所采用打“接地棒”接地方法就是這樣的,一般為了使接地有良好的效果,常需要用兩根甚至多根接地棒接地,也就是說實施一次防雷接地,移動電站需停止行駛,這在戰爭中是不允許的。

移動電站這類移動車輛,經常暴露在大氣中甚至雷雨中,非常容易遭受雷擊。因此,移動電站接地是很關鍵的環節,如果有可靠的接地系統, 雷電防護裝置就可建立一條與大地進行電荷泄放的通道,引導雷電泄放,才能確保移動電站的安全性。

目前有些移動裝備車輛在行車時,常用的接地方式是在車底拖一條鐵鏈或導電橡膠帶,依靠鐵鏈或導電橡膠與大地的接觸,解決接地問題。但鐵鏈或導電橡膠與大地摩擦后損耗得很快,當短到不與大地連接時,喪失接地功能。另外,鐵鏈或導電橡膠與大地的連接并不緊密,運動過程中會彈起,造成接地不良,車體的雷電電流難以有效地泄放,會造成車內控制模塊通信設備的損壞,而移動電站沒有采取該移動接地系統[2] 。

在駐車狀態下,利用傳統的固體接地棒,需要打入大地中,可以解決防雷接地問題,但顯而易見,難以應用在車輛的行駛狀態中。鐵鏈或導電橡膠帶雖然可以應付運行中一部分接地問題,但實際運用中仍存在磨損大、接地電阻大、接觸不穩定甚至不接地等問題[3] 。本文提出了移動電站“流體接地系統”,該系統科學地解決移動電站在高速行駛中的接地問題。

該系統是一套適用于軍事裝備防雷接地的新系統,如圖示1 所示,其核心技術為雷電防護的流體介質接地技術,防雷流體接地系統主要運用于車輛行駛過程中的防雷接地(包括某些對駐車工作時間有嚴格限制的車輛防雷接地)。本系統以柔性接地代替剛性接地,并在接閃前準確先灑,提前構建雷電泄放通道,從而解決了累積電荷轉移、降低雷擊概率、以及流體導電介質實時噴射接地泄放雷電電流問題,該系統主要由以下部分構成:(1)雷電接閃裝置(2)檢測單元(3)控制單元,該系統已用于其他軍事裝備,如圖示2 所示。

移動電站的有效防雷關鍵技術是為雷電建立一個泄放通道,即有效接地的問題,這也是該系統解決的最關鍵問題。其技術原理為:雷電來臨前,在接閃器附近感應出較高的電場電壓或在傳感器上感應出高點電暈電流,檢測器將其信號傳至信號放大控制單元檢測雷擊電荷累積的危險狀態信號,當其大于安全閾值時產生并輸出有效的控制信號再處理控制放大單元選擇、判斷計算,并放大信號后傳至執行單元;執行單元放大執行信號,驅動執行器,使儲存在容器中經特殊配置的流體導電介質,按照規定的路徑、噴注直徑、噴灑到大地的空間,以使所述導電介質在車體接地部位與大地之間形成電荷泄放通道,如圖3 所示。

移動電站方艙內發動機、發電機、控制模塊、電子設備金屬外殼、屏蔽線等均與金屬艙體相連,全部屬于防雷流體接地裝置保護的范圍,考慮到雷電較大電流的快速釋放,設計時將移動電站艙體外殼整體與流體接地裝置相連,在雷電釋放時流體接地系統與大地導通,確保了移動電站的安全運行和電站操作人員的人身安全。

a) 由于該裝置電控部分需要與移動電站電氣設計相結合,一般不能在原有移動電站上安裝該系統;

b) 為了使移動電站能夠更好達到避雷效果,該裝置只能在方艙與車頭之間或方艙的前后端面的空間安裝;

c) 該裝置中接閃器、檢測單元等元件的安裝高度不能高于車輛的點;

d) 接閃器如需安裝在高于車輛點時,須考慮加裝升降桿系統; e) 控制、執行單元的電、氣外接能源,如果使用車輛自身的能源,則一定考慮與車內的電源和氣體相匹配;否則,應考慮系統本身自帶。

防雷流體接地系統在移動電站行進中處于待機狀態,實時對雷電進行檢測與電荷泄放,從而保證了移動電站行駛中的人員安全與發電機組不受雷電損壞;該防雷系統對野外環境工作的移動電站提供了重要的電站防雷技術,確保移動電站安全、可靠、高效的為我軍裝備及后勤保障提供高品質電能,同時該系統也能為我軍移動軍事裝備防雷設計提供可靠的防雷保障。