船舶雷电防护技术研究.pdf

2015年第1期
2015年3月
△.怎象
第35卷
总第141期
船舶雷电防护技术研究
王鹏,高金阁2,王蕙堂3,王浩,梁倩,封雅琼
(1.潍坊市气象局,山东潍坊26101:2.北京市气象局,北京100089:3.国家气象信息中心,北京100081
4.北京市避雷装置安全监测中心,北京100089
摘要:为了能够科学合理地为大型复杂的船体进行雷电防护设计,文章依据雷电形
成的过程及特点,分析总结船舶遭受雷电危害可能存在两方面的原因:一种是船舶
直接接闪雷电流;另一方面是雷电没有直接击中船舶,而是雷击电磁脉冲对船舶造
成的间接影响。最后文章从船舶本身的特殊性出发,提出安装接闪器、引下线和泄
流装置的方法防止雷电对船舶造成的直接危害,提出采取等电位连接、屏蔽、接地
和安装电涌保护器的方法减少船舶遭受雷电的间接影响,并考虑船舶所处工作大环
境提出防护建议。只有合理地采用各种防护措施才能最大限度地避免船舶遭受雷电
千扰
关键词:船舶;雷电防护;电磁脉冲;接闪器
中图分类号:S429
文献标识码:B文章编号:10050582(2015)0100.3204
的损坏,67%出现明显的船体损坏?。以上事例表
明,由于船舶本身的特点以及所处的特殊环境导致
雷电灾害已经被联合国列为最严重的十种白船舶仍然很谷易遭到雷电袭击。因此,进一步认识
然灾害之一,随着经济社会的发展和现代化水平的雷击事故对船舶造成的危害并做好预防是保障航
提高,雷电灾害的威胁程度及其造成的损失及社会行安全的重要工作。
影响越来越大。日前,建筑行业?、电力行业シ
以及通信行业中等都对雷电的防扩非常重视,然而,
船舶遭受雷电危害的原因
对于船舶的雷电防护资料及措施却很少。
有观点认为海上的船舶与海水有充分的接触,
相对于平坦的海面而言,航行在水面上的船舶海水会将击中船舶的雷电流泄放入海,所以即使海
无疑成为海面上的突出物,因此船舶受到雷击的可上航行的船舶被雷电击中,也不会对人身财产造成
能性非常大。1988年6月,某海运局的一艘游轮在危害。其实,如果只考虑直击雷击中船体的情况,
大连码头被雷电击中,装在船尾的一个全方位有源上述观点尚且可以认为是对的,但是,雷电对船舶
电视天线被击落在甲板上,天线上八根金属振子全造成的威胁不单只有击中船体的情况,一-旦雷电击
部被击散。同时,装代室内的电视信号放大器和卫.中船上的电视天线、导航系统、通信系统或电气控
星导航仪中的线路板也被雷电损坏。1991年制系统等设备,或是雷电感应对抗干扰能力较低的
Thomson对71起船舶遭雷击事件进行分析,结果设备产生电磁干扰,都会对册舶的安全航行构成严
表明,遭受雷击的所有船舶中有96%出现电子设备重威胁。所以,文中讲述的船舶雷电防护不单是针
收稿日期:2014-07-0
作者简介:干鹏(1987-),男,陕西大荔人,本科,助理工程师,主要从事电防护科学与技术工作。
对船体本身的保抑,还包括船上所有电子设备、通
雷电通道
信系统等的全方位保护。
1.1直击雷的危害
直击雷是指带电雷云与地表面上某一点之间发
生猛烈的放电现象。航行在海面上的船舶是海上的
船上金属环
尖端,根据尖端放电理论可以知道,在雷电放电发
生过程中这些船舶会起到引雷的作用。直击雷的电
海面
流峰值可以高达几万~几十万安培,如此强大的雷
电流通过被击中的物体时会产生大量的热量。根据
焦耳定律可以得到一次闪击的雷电流产热量为
图1电磁感应原理图
其中Q是一次雷电的产热量(J):R是雷电流
山于雷电流有极大的峰值和陡度,在它問围的
通道的电阻(?):i是雷电流的大小(A),1是
空间会产生强人的变化电磁场,变化的电磁场会对
次雷电持续的时间(s)。在忽略教热的影响时,
处在其中的导体产生较大的电动势,这个电势足以
以计算得到苗电流通路上由苗电流引起的温使存在开口的金属环气隙(a,b间)放电,放电产
(△T)
生的火花可能引起易燃物品起火或爆炸。当雷电没
△T=Q/mec
2)
有直接击中船体而是击打在附近海面时,强大的电
其中△T是温度升高量(K);m是雷电流通道
磁场可能耦合到船上的电缆线上,感应产生的电动
物体的质量(kg);c是形成通道物质的比热容
势或电流可能击穿船上的配电箱或电子设备,造成
(J?kg'?K')。通过公式(1)和(2)可以证电线短路起火。据统计,雷电对微电子设备和计算
在一次雷电过程中,通道温度能提升至6000
札U网络造成的破坏有80%左右是由于闪电感应引
000℃0甚至更高。如果船舶上的金属体截面积起的。
不够大,那么就有可能导致金属熔化:如果雷电流
2船舶雷电防护措施
遇到易燃物质就可能引起火灾
岀电流沿?体传播时有可能出现反击现象,即
随着电子技术的发展,现代船舶的通信、导航
遭受雷击的金属物体与其附近的其他物体发生闪和电气控制等白控系统中大量使用电子信息设备和
络现象,这也会对船舶上的物品造成威胁。
精密仪器设施,其耐压、过流能力脆弱,一旦这些
1.2闪內电感应的危害
设备因雷击造成损坏会对船舶安全航行造成极大隐
另外,闪电静电感应也是导致雷击灾害事故的患。所以,为了避免雷电对船舶产生威胁,必须采
重要原因之一。闪电静电感应是指当雷云来临时船用外部防雷和内部防雷相结合的综合防护措施。
舶上的导体会产生大量与雷电极性相反的束缚电2.1外部防雷
荷,当雷云放电后这些束缚电荷就变成白出电荷,
船舶的外部防雷,就是应用防直击雷装置(接
从而产生感应电压。这种过电压往往会造成船舶上闪器、引下线和泄流装置)吸引雷电击中自身并将
的导线、大型金属设备以及与船体连接不良的金属电流尽快畅通地泄放到海水中。由于船舶相对海
导体放电而引起电火花,进而造成供电通信系统损半面而言具有突出的特点,而固定在船体的桅杆通
坏,甚至火灾、爆炸等危及人身安全的严重事故。常是整个船的至高点,所以可以利用桅杆上的水久
1.3雷击电磁脉冲的危害
性金属物作为外部防雷的接闪器,杆体内钢筋作为
最后一种情况是由于雷电放电产生电磁感应泄放电流的引下线,但是,必须保证桅杆底部与金
进而产生感应电压造成的,其原理如图1所示。
属船体有艮好的焊接或压接,这样就可以利用与海