随着我军军用移动电站、特种装备车辆以及通信车辆等的快速发展,雷电对在纵横交错的公路上奔驰的各种军用车辆造成了严重威胁。军用移动电站工作于野外、控制信号电压低、模块集成度高,各种控制模块中的电子元器件越来越小型化、轻量化和低能耗化,伴随而来的是它们的耐压水平也越来越低,从而导致其因遭雷击而损坏的情况也越来越多,其有一个集成块损坏,整个控制模块就有可能瘫痪。在行驶状态中的军用移动电站接地不良、无法预知雷击,被雷击损坏的概率也大,因此研究军用移动电站行驶状态下的防雷接地装置具有极其重大的意义[1] 。

“防雷”必须“接地”,即将雷电顺利地疏导至大地。军用移动电站的防雷接地技术一般都是采用所谓的“刚性接地技术”,即用接地棒将雷电引导下来并疏导至大地之中, 那么行驶中的车辆就只能被迫停顿下来才能接地。目前所采用打“接地棒”接地方法就是这样的,一般为了使接地有良好的效果,常需要用两根甚至多根接地棒接地,也就是说实施一次防雷接地,军用移动电站需停止行驶,这在战争中是不允许的。

军用移动电站这类移动车辆,经常暴露在大气中甚至雷雨中,非常容易遭受雷击。因此,军用移动电站接地是很关键的环节,如果有可靠的接地系统, 雷电防护装置就可建立一条与大地进行电荷泄放的通道,引导雷电泄放,才能确保军用移动电站的安全性。

目前有些移动装备车辆在行车时,常用的接地方式是在车底拖一条铁链或导电橡胶带,依靠铁链或导电橡胶与大地的接触,解决接地问题。但铁链或导电橡胶与大地摩擦后损耗得很快,当短到不与大地连接时,丧失接地功能。另外,铁链或导电橡胶与大地的连接并不紧密,运动过程中会弹起,造成接地不良,车体的雷电电流难以有效地泄放,会造成车内控制模块通信设备的损坏,而军用移动电站没有采取该移动接地系统[2] 。

在驻车状态下,利用传统的固体接地棒,需要打入大地中,可以解决防雷接地问题,但显而易见,难以应用在车辆的行驶状态中。铁链或导电橡胶带虽然可以应付运行中一部分接地问题,但实际运用中仍存在磨损大、接地电阻大、接触不稳定甚至不接地等问题[3] 。本文提出了军用移动电站“流体接地系统”,该系统科学地解决军用移动电站在高速行驶中的接地问题。

该系统是一套适用于军事装备防雷接地的新系统,如图示1 所示,其核心技术为雷电防护的流体介质接地技术,防雷流体接地系统主要运用于车辆行驶过程中的防雷接地(包括某些对驻车工作时间有严格限制的车辆防雷接地)。本系统以柔性接地代替刚性接地,并在接闪前准确先洒,提前构建雷电泄放通道,从而解决了累积电荷转移、降低雷击概率、以及流体导电介质实时喷射接地泄放雷电电流问题,该系统主要由以下部分构成:(1)雷电接闪装置(2)检测单元(3)控制单元,该系统已用于其他军事装备,如图示2 所示。

军用移动电站的有效防雷关键技术是为雷电建立一个泄放通道,即有效接地的问题,这也是该系统解决的最关键问题。其技术原理为:雷电来临前,在接闪器附近感应出较高的电场电压或在传感器上感应出高点电晕电流,检测器将其信号传至信号放大控制单元检测雷击电荷累积的危险状态信号,当其大于安全阈值时产生并输出有效的控制信号再处理控制放大单元选择、判断计算,并放大信号后传至执行单元;执行单元放大执行信号,驱动执行器,使储存在容器中经特殊配置的流体导电介质,按照规定的路径、喷注直径、喷洒到大地的空间,以使所述导电介质在车体接地部位与大地之间形成电荷泄放通道,如图3 所示。

军用移动电站方舱内发动机、发电机、控制模块、电子设备金属外壳、屏蔽线等均与金属舱体相连,全部属于防雷流体接地装置保护的范围,考虑到雷电较大电流的快速释放,设计时将军用移动电站舱体外壳整体与流体接地装置相连,在雷电释放时流体接地系统与大地导通,确保了军用移动电站的安全运行和电站操作人员的人身安全。

a) 由于该装置电控部分需要与移动电站电气设计相结合,一般不能在原有移动电站上安装该系统;

b) 为了使移动电站能够更好达到避雷效果,该装置只能在方舱与车头之间或方舱的前后端面的空间安装;

c) 该装置中接闪器、检测单元等元件的安装高度不能高于车辆的最高点;

d) 接闪器如需安装在高于车辆最高点时,须考虑加装升降杆系统; e) 控制、执行单元的电、气外接能源,如果使用车辆自身的能源,则一定考虑与车内的电源和气体相匹配;否则,应考虑系统本身自带。

防雷流体接地系统在军用移动电站行进中处于待机状态,实时对雷电进行检测与电荷泄放,从而保证了军用移动电站行驶中的人员安全与发电机组不受雷电损坏;该防雷系统对野外环境工作的军用移动电站提供了极其重要的电站防雷技术,确保军用移动电站安全、可靠、高效的为我军武器装备及后勤保障提供高品质电能,同时该系统也能为我军移动军事装备防雷设计提供可靠的防雷保障。