CN106374343B - 旋转雷达天线的避雷装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种旋转雷达天线的避雷装置，包括若干避雷针、引下线、大电流导流滑环；相邻避雷针通过避雷针连接导体连接；避雷针连接导体、引下线、大电流导流滑环依次连接；大电流导流滑环包括大电流导流滑环旋转环和大电流导流滑环固定环，大电流导流滑环旋转环通过高压绝缘装置与旋转天线体连接，大电流导流滑环固定环安设在天线金属转台基座上；大电流导流滑环固定环上设有若干导电碳刷；导电碳刷与大电流导流滑环旋转环实现弹性电气接触；在避雷针、避雷针连接导体、引下线与旋转天线体之间设有高压绝缘装置；天线金属转台基座接地。本发明能在不影响旋转雷达天线正常工作的情况下，使旋转雷达天线免遭雷电直接袭击。

Description

旋转雷达天线的避雷装置

技术领域

本发明属于电子设备雷电防护领域，具体涉及一种旋转雷达天线的避雷装置。

背景技术

雷电对电子设备构成了严重危害。军用和民用的通信系统、雷达系统均遭受过雷电袭击，造成设备损坏、系统瘫痪等严重后果。电子设备的天线通常布置在舱室、建筑物顶部和桅杆上，位置比较高，且周围环境开阔，极易受到雷电的袭击而烧毁天线及电缆后端的电路和功能模块，甚至危及操作人员安全。因此，必须对各种军用和民用的通信、雷达等电子设备和系统进行雷电防护，确保电子设备和操作人员的安全。

对电子设备的雷电防护，需要考虑直击雷和雷电电磁脉冲两种情况。直击雷的防护，通常采用接闪器（避雷针或避雷带）、引下线和接地装置等组成的外部防雷装置，将雷电流引入大地，避免电子设备的天线、电缆等外露部分被雷电直接击中。对雷电电磁脉冲的防护，则主要是通过电磁屏蔽、滤波、瞬变抑制等措施，尽量减小雷电电磁脉冲对电子设备的耦合，并在必要的地方对雷电电磁脉冲的耦合信号进行拦截泄放，保护后端的敏感电路和易损伤模块。为了保护电子设备免受由瞬变大电流引起的地电位突变带来的破坏，对电子设备和系统还需要进行良好的接地和等电位处理。

现有的避雷针安装方法为：避雷针安设在顶部，避雷针的引下线从天线的中心或从天线的两侧引下，与接地装置通过焊接或螺接方式相连。这种安装方法对固定不动的天线最适合，但对于旋转的天线，这种固定结构的避雷针和引下线，就不适用了。这是因为架设在天线附近的避雷针，可能会影响旋转天线的正常工作，遮挡雷达天线的视角，减少天线的照射覆盖范围，引起天线的工作盲区或探测角度误差，影响探测精度。且旋转天线通常安装有旋转关节，用于射频信号和直流电源的传输，由避雷针接闪产生的雷电大电流，不应对旋转关节构成危害。

发明内容

本发明的目的在于提供一种旋转雷达天线的避雷装置，该避雷装置能在不影响旋转雷达天线正常工作的情况下，使旋转雷达天线免遭雷电直接袭击。

本发明所采用的技术方案是：

一种旋转雷达天线的避雷装置，包括避雷针和引下线，所述避雷针安设在旋转天线体的顶部，所述引下线对称设置在旋转天线体的两侧；引下线的上端与避雷针连接，引下线的下端与大电流导流滑环连接；大电流导流滑环包括大电流导流滑环旋转环和大电流导流滑环固定环，大电流导流滑环旋转环通过高压绝缘装置与旋转天线体连接，大电流导流滑环固定环固定环设在天线金属转台基座上；大电流导流滑环固定环上设有若干导电碳刷；导电碳刷与大电流导流滑环旋转环实现弹性电气接触；

在避雷针、避雷针连接导体、引下线与旋转天线体之间设有高压绝缘装置，避免雷电流流过时，形成电弧流入旋转天线体；天线金属转台基座接地，并与大地良好连接；

避雷针、引下线、避雷针连接导体、高压绝缘装置、大电流导流滑环旋转环随旋转天线体旋转。

按上述方案，所述避雷针装置还包括阻抗监测碳刷、状态监测探头、雷击监测传感器、信号分析显示终端；所述阻抗监测碳刷通过绝缘支撑件与监测回路金属支架连接，监测回路金属支架固定在天线金属转台基座上；阻抗监测碳刷与大电流导流滑环旋转环实现弹性电气接触；阻抗监测碳刷、监测回路金属支架分别通过导线与状态监测探头连接；状态监测探头通过信号电缆或光纤与信号分析显示终端连接；信号分析显示终端还与安设在天线金属转台基座上的雷击监测传感器连接；

信号分析显示终端用于记录、显示、定期采样、存储大电流导流滑环的阻抗电阻状态，当阻抗状态出现异常（接触电阻超过预设值）时发出声、光报警提示，便于及时维护；信号分析显示终端还可记录、显示、存储每次雷击发生的时间、电流峰值、波形等参数，便于雷击事故的诊断和分析。

在天线金属转台基座上设置状态监测回路和雷击监测传感器，通过信号分析显示终端，监测避雷装置的阻抗状态和发生雷击的时间、雷电流幅值等，以便对避雷装置进行维护和对雷击事故进行分析。

雷击监测传感器为一个大型电流环，其内径稍大于天线金属转台基座的外径，安装在天线金属转台基座上，处于大电流导流滑环固定环的下方，通过电缆或光纤与信号分析显示终端相连，以便于信号分析显示终端显示、分析监测的雷击电流数据。

按上述方案，所述避雷针有多个，相邻避雷针通过避雷针连接导体连接；避雷针连接导体与引下线的上端连接。

按上述方案，将避雷针布置在旋转天线体的顶部中央，如果旋转天线体顶部面积较大，则采用两针或四针等多针方案，将避雷针对称布置在旋转天线体顶部边缘或对角；避雷针的高度和数量按照滚球法进行确定，确保天线的顶部、侧面、边缘均在避雷针的保护范围之内。避雷针的材料为铜、铁等良导体金属棒，顶部为半球形，高度至少高出旋转天线体顶部300mm ，直径20mm-25mm，避雷针安装底部的绝缘支撑件应有足够的耐压能力，避免出现避雷针根部至天线体间的电弧。避雷针连接导体材料为铜、铁等良导体金属带或棒。

按上述方案，引下线的上端通过焊接或螺接方式与避雷针连接导体相连；引下线的下端与大电流导流滑环旋转环通过螺接或焊接相连；若干个导电碳刷通过螺接方式安装在大电流导流滑环固定环上，大电流导流滑环旋转环与大电流导流滑环固定环通过导电碳刷实现多点弹性接触电连接；大电流导流滑环固定环的内径略大于天线金属转台基座的外径尺寸，通过多个螺钉紧固方式实现牢固安装和良好电连接。

按上述方案，引下线的截面积不小于70mm2。引下线材料为带高压绝缘的铜、铁等良导体金属导线。

按上述方案，监测回路金属支架通过焊接或螺接固定在天线金属转台基座上，且电气连接良好；阻抗监测碳刷与监测回路金属支架不电气连接。大电流导流滑环旋转环为高耐磨、耐腐蚀的金属材料，导电碳刷和阻抗监测碳刷为自润滑、高导电、耐磨损的合成材料。

本发明的有益效果在于：

将避雷针安装在天线的顶部中央或顶部对角对称位置，引下线从天线两侧对称引下后与接地装置（大电流导流滑环、金属转台基座等）连接，可以对天线实行有效的雷击保护，且避雷针、引下线、避雷针连接导体、高压绝缘装置、大电流导流滑环旋转环等随旋转天线体旋转，对旋转天线的方向图和照射覆盖范围不会产生不可接受的影响，探测精度影响小；避雷针连接导体除具有一定的接闪功能外，还可以使某一避雷针接闪的雷电流分流至各个引下线，降低单根引下线的雷电电流，从而减小引下线周围的电场和磁场；对称布置的引下线还对天线内部空间的强磁场具有抵消作用，可以减小雷电流产生的电磁脉冲辐射对天线内部电路的影响；

采用大电流导流滑环的方式，可以将避雷针、引下线传下的雷电流导入天线金属转台基座，再通过基座的金属外壳流入大地，可以保护旋转天线内部的旋转关节和信号通道免受雷电大电流的危害；

采用监测回路（大电流导流滑环、导体、雷击监测传感器、状态监测探头、监测回路金属支架、天线金属转台基座等组成），可以对雷电大电流导流滑环的阻抗状态进行监测、记录和故障告警，便于远程监测和及时维护，避免天线在长时间旋转工作过程中由于机械磨损、外部因素等造成雷电接地装置失效而可能出现的雷电灾害；

大电流导流滑环旋转环选用高耐磨、耐腐蚀的金属材料，导电碳刷和阻抗监测碳刷选用自润滑、高导电、耐磨损的合成材料，可以增加旋转雷达天线避雷装置的使用寿命，延长维护周期，并保证良好的接地性能；

采用螺接的方式连接，便于调试和更换器件，以提高整个避雷装置的使用寿命；

在天线金属转台基座上安装与信号分析显示终端相连的雷击监测传感器，可以准确监测、记录、存储发生在被保护的旋转天线上的雷击时间、雷电电流幅值、波形等参数，作为对可能出现的故障现象进行分析的依据。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明旋转雷达天线的避雷装置的结构示意图。

其中：1、避雷针，2、避雷针连接导体，3、引下线，4、高压绝缘装置，5、旋转天线体，6、天线旋转面，7、天线金属转台基座，8、大电流导流滑环固定环，9、导电碳刷，10、大电流导流滑环旋转环，11、监测碳刷，12、导线，13、绝缘支撑件，14、监测回路金属支架，15、状态监测探头，16、信号电缆或光纤，17、雷击监测传感器，18、信号分析显示终端，19、接地平面。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参见图1，一种旋转雷达天线的避雷装置，包括若干避雷针1、引下线3、大电流导流滑环旋转环10、大电流导流滑环固定环8、导电碳刷9、状态监测探头15、信号分析显示终端18，引下线3的截面积不小于70mm²，且引下线3材料为耐高压绝缘的铜导线。如果旋转天线体5顶部面积不大，仅安设1根避雷针1在旋转天线体5的顶部中央，此时避雷针直接与引下线的上端连接；如果旋转天线体5顶部面积较大，则采用两针或四针等多针方案，将避雷针1对称布置在旋转天线体5顶部边缘或对角，相邻避雷针1通过避雷针连接导体2连接，此时避雷针连接导体2与引下线3的上端连接；避雷针1的高度和数量按照滚球法进行确定，确保天线的顶部、侧面、边缘均在避雷针1的保护范围之内；避雷针1的材料为铜、铁等良导体金属棒，高度至少高出旋转天线体5顶部300mm ，避雷针1的直径为20mm-25mm，顶部为半球形，避雷针1针体金属部分与天线顶部安装面之间设耐高压的绝缘支撑件；避雷针连接导体2材料为铜、铁等良导体金属带或棒。引下线3为两根或四根，对称设置在旋转天线体5的两侧；引下线3的上端通过焊接或螺接方式与避雷针连接导体2（或避雷针1）连接，引下线3的下端通过螺接或焊接方式与大电流导流滑环旋转环10连接；4~10个导电碳刷9通过螺接方式均匀安装在大电流导流滑环固定环8上，大电流导流滑环旋转环10通过高压绝缘装置4与旋转天线体连接；大电流导流滑环旋转环10与大电流导流滑环固定环8通过4~10个导电碳刷9实现多点弹性接触电连接，大电流导流滑环固定环8安装在在天线金属转台基座7上；大电流导流滑环固定环8的内径略大于天线金属转台基座7的外径尺寸，通过多个螺钉紧固方式实现牢固安装和良好电连接；天线金属转台基座7接地，并与大地良好连接；在避雷针1、避雷针连接导体2、引下线3与旋转天线体5之间设有高压绝缘装置4，高压绝缘装置4将避雷针1、避雷针连接导体2、引下线3与旋转天线体5、天线旋转面6隔开，确保雷击时雷电大电流引起的高电压不会击穿高压绝缘装置4对雷达天线体形成电弧放电，使雷电大电流通过大电流导流滑环旋转环10和大电流导流滑环固定环8流向天线金属转台基座7外壳，再流向大地，保护天线金属转台内部的旋转关节和信号通道等免受雷电大电流的危害。避雷针1、引下线3、避雷针连接导体2、高压绝缘装置4、大电流导流滑环旋转环10随旋转天线体旋转，使整个避雷装置对旋转雷达天线的方向图和照射覆盖范围不会产生不可接受的影响，探测精度影响小。

为了对避雷装置滑环的连接状态进行监测，本避雷装置还设置了滑环阻抗监测回路，包括与大电流导流滑环旋转环10弹性接触的1~4个监测碳刷11；监测碳刷11通过螺钉固定安设在绝缘支撑件13上，绝缘支撑件13固定在监测回路金属支架14上；监测回路金属支架14通过焊接或螺接的方式固定在天线金属转台基座7上；监测碳刷11与监测回路金属支架14电气不连接；状态监测探头15通过导线12分别连接至监测碳刷11和监测回路金属支架14上；状态监测探头15通过信号电缆或光纤16与信号分析显示终端18连接；信号分析显示终端18还与安设在天线金属转台基座7上的雷击监测传感器17连接；雷击监测传感器17为一个大型电流环，其内径稍大于天线金属转台基座7的外径，安装在天线金属转台基座7上，处于大电流导流滑环固定环8的下方，通过电缆或光纤与信号分析显示终端18相连，雷击监测传感器17在有雷电击发生情况下输出信号的幅值、带宽满足信号分析显示终端18的信号采样需求，并不会通过雷击监测传感器17和信号分析显示终端18将雷电流传导至电网，不会对其他设备造成危害；信号分析显示终端18用于记录、显示、定期采样存储大电流导流滑环的阻抗连接状态，当阻抗状态出现异常（接触电阻超过预设值）时发出声、光报警提示，及时对避雷装置进行维护；信号分析显示终端还可记录、显示、存储每次雷击发生的时间、电流峰值、波形等参数，便于故障和雷击事故的分析。

本发明中，大电流导流滑环旋转环10的材料为高耐磨、高硬度、耐腐蚀的导电金属材料。

本发明中，导电碳刷9采用螺接方式均匀安装大电流导流滑环固定环8；监测碳刷11采用螺接方式均匀安装在绝缘支撑件上。导电碳刷9和监测碳刷11均通过弹性连接与大电流导流滑环旋转环实现良好电气连接（接触电阻小于1Ω），所产生的摩擦阻力不影响天线的正常转动。

本发明中，为了保护信号分析显示终端18免受雷击大电流的损坏，同时也避免雷电流通过状态监测探头15和信号分析显示终端18传导进入电网对其他设备造成危害，状态监测探头15在设计中采取保护措施，加装多级雷电保护器件。

大电流导流滑环固定环8与天线金属转台基座7应电气连接良好，连接电阻小于10mΩ；天线金属转台基座7需进行良好接地，接地电阻小于10mΩ，确保雷击大电流流过时，不会对其内部的电子设备、器件造成危害。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，如滑环和碳刷的安装方向、数量等，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种旋转雷达天线的避雷装置，包括避雷针和引下线，所述避雷针安设在旋转天线体的顶部，其特征在于：所述引下线对称设置在旋转天线体的两侧；引下线的上端与避雷针连接，引下线的下端与大电流导流滑环的大电流导流滑环旋转环连接；大电流导流滑环包括大电流导流滑环旋转环和大电流导流滑环固定环，大电流导流滑环旋转环通过高压绝缘装置与旋转天线体连接，大电流导流滑环固定环固定环设在天线金属转台基座上；大电流导流滑环固定环上设有若干导电碳刷；导电碳刷与大电流导流滑环旋转环实现弹性电气接触；

在避雷针、避雷针连接导体、引下线与旋转天线体之间设有高压绝缘装置；天线金属转台基座接地；

避雷针、引下线、避雷针连接导体、高压绝缘装置、大电流导流滑环旋转环随旋转天线体旋转；

所述避雷针装置还包括阻抗监测碳刷、状态监测探头、雷击监测传感器、信号分析显示终端；

所述阻抗监测碳刷通过绝缘支撑件与监测回路金属支架连接，监测回路金属支架固定在天线金属转台基座上；阻抗监测碳刷与大电流导流滑环旋转环实现弹性电气接触；阻抗监测碳刷、监测回路金属支架分别通过导线与状态监测探头连接；状态监测探头通过信号电缆或光纤与信号分析显示终端连接；信号分析显示终端还与安设在天线金属转台基座上的雷击监测传感器连接；

信号分析显示终端用于记录、显示、定期采样、存储大电流导流滑环的阻抗状态，当阻抗状态出现异常时发出声、光报警提示；信号分析显示终端用于记录、显示、存储每次雷击发生的时间、电流峰值、波形参数，便于雷击事故的诊断和分析。

2.根据权利要求1所述的避雷装置，其特征在于：所述避雷针有多个，相邻避雷针通过避雷针连接导体连接；避雷针连接导体与引下线的上端连接。

3.根据权利要求1或2所述的避雷装置，其特征在于：避雷针的高度和数量按照滚球法进行确定，确保天线的顶部、侧面、边缘均在避雷针的保护范围之内。

4.根据权利要求1所述的避雷装置，其特征在于：引下线的上端通过焊接或螺接方式与避雷针连接导体相连；引下线的下端与大电流导流滑环旋转环通过螺接或焊接相连；引下线的截面积不小于70mm²；导电碳刷通过螺接方式安装在大电流导流滑环固定环上。

5.根据权利要求1所述的避雷装置，其特征在于：阻抗监测碳刷采用螺接方式安设在绝缘支撑件上；监测回路支架通过焊接或螺接的方式固定在天线金属转台基座上。