淺談燈塔防雷技術(shù)

孫顯紅

摘 ?要：燈塔大多在高山，燈塔主體結(jié)構(gòu)一般為塔型的大型固定標(biāo)志，裝有高光強(qiáng)的發(fā)光燈器，有完備的附屬設(shè)施，可同時(shí)擁有音響和無線助航設(shè)備。常設(shè)置于沿海、島嶼岬角、港口等重要位置，供船舶測(cè)定船位或指示航路。近幾年來許多新技術(shù)、新材料在燈塔設(shè)備上應(yīng)用，尤其是智能控制器的快速發(fā)展，減輕了航標(biāo)職工的勞動(dòng)強(qiáng)度。但對(duì)防雷提出了更高的要求。本文從燈塔、供電電源及防雷接地網(wǎng)等方面介紹現(xiàn)代防雷技術(shù)。

關(guān)鍵詞：燈塔;防雷

一、引言

煙臺(tái)航標(biāo)處下屬燈塔十九座，大部分在孤島和沿海的高山地帶，地理位置突出，燈塔內(nèi)的設(shè)備大都采用了先進(jìn)的電子測(cè)控技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)。還有的燈塔采用了網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了無人值守。遠(yuǎn)程遙測(cè)遙控技術(shù)，微電子技術(shù)對(duì)防雷提出了更高的要求。每年的雷雨季節(jié)，遇到雷電頻繁時(shí)，經(jīng)常造成多座燈塔設(shè)備損壞，動(dòng)用了大量的人力物力應(yīng)急搶修，影響了船舶安全航行。所以，開展燈塔防雷研究和燈塔避雷設(shè)施的改造勢(shì)在必行。

二、雷電對(duì)燈塔及設(shè)備的危害

雷電是一種自然界常見的放電現(xiàn)象，它具有極大的破壞力。自然界中常見的雷電主要有直擊雷、感應(yīng)雷兩種。當(dāng)直擊雷對(duì)地放電時(shí)，在電網(wǎng)中產(chǎn)生很高的電位差會(huì)損壞設(shè)備，甚至能危及人的生命。雷擊電磁波是指因直擊雷的路（雷電流引入）和場（空間電磁場）效應(yīng)，對(duì)電器和電子設(shè)備損壞。通過對(duì)多起雷擊事故的分析得出的結(jié)論是：燈塔及設(shè)備的損壞主要是直擊雷和雷擊電磁脈沖（感應(yīng)雷）造成的。

1、直擊雷的危害

直擊雷是直接擊在建筑物和露天設(shè)備的雷電。雷電對(duì)地放電是通過被保護(hù)物，就稱被保護(hù)物被雷擊中。當(dāng)直擊雷對(duì)地放電時(shí)，在8us左右達(dá)到峰值，頻率極高、沖擊力極強(qiáng)，雷電直接擊中可造成設(shè)備損壞、人員傷亡和電氣短路甚至引起火災(zāi)等嚴(yán)重后果，因此，雖然被直擊雷直接擊中的概率不大，但危害確十分大，損失也非常大，所以不能掉以輕心。認(rèn)真防護(hù)。

2、感應(yīng)雷的危害

雷云對(duì)地放電的主通道雖然沒有經(jīng)過被保護(hù)物，但放電過程中產(chǎn)生的強(qiáng)大的電磁場可以在附近的導(dǎo)體中感應(yīng)起電磁脈沖，我們稱為電磁感應(yīng)脈沖，通常說的感應(yīng)雷。顯然感應(yīng)雷是由直擊雷引起的，感應(yīng)雷產(chǎn)生于導(dǎo)體中并沿導(dǎo)體傳播，損壞于導(dǎo)體相連的某些設(shè)備或某些設(shè)備中的原件。燈塔和燈塔中的控制設(shè)備由大量的集成電路組成，并且通訊和供電通過電力電纜和各種通訊傳輸電纜與外界相連。這就為感應(yīng)雷的侵入提供了良好的條件，加上現(xiàn)代通訊設(shè)備采用了大量高集成度的微電子電路，其耐沖擊水平較低，容易被感應(yīng)雷損壞，產(chǎn)生各種各樣的設(shè)備故障。如接口板損壞，內(nèi)部通訊口的損壞，整流模塊損壞等等，有時(shí)感應(yīng)雷引起故障甚至讓我們很難與雷電聯(lián)系在一起。感應(yīng)雷形成的破壞力雖然不及直擊雷大，但損壞往往是控制設(shè)備的核心器件，給設(shè)備正常工作帶來障礙。

三、燈塔及設(shè)備的防雷

雷電防護(hù)原理的核心是泄放和均衡;雷電的防護(hù)分為外部防護(hù)和內(nèi)部防護(hù)。

1、直擊雷的防護(hù)

避雷針的防護(hù)是將雷電引向自身，通過導(dǎo)體將雷電流安全引入地，從而防止了燈塔被雷電擊中。避雷針要安裝在燈塔頂端，高出燈塔幾米，采用兩根引下線分布燈塔兩邊安裝入地。采用兩根引下線不但可以提高防雷裝置的可靠性，還可以利用引下線的分流作用，降低引下線的壓降，減少側(cè)擊危險(xiǎn)，讓雷電流均勻入地，便于地網(wǎng)散流均衡電位。同時(shí)，均勻?qū)ΨQ分布可使引下線瀉流時(shí)產(chǎn)生的強(qiáng)電磁場在燈塔周圍相互抵消，減少雷電感應(yīng)的危險(xiǎn)。接地體是指埋在土壤中起散流作用的導(dǎo)體，一般采用耐腐蝕的金屬。由于燈塔多處于高山亂石中，土質(zhì)比較差接地電阻比較大。所以要良好接地，最好采用多跟接地體連接成地網(wǎng)。地網(wǎng)的布置根據(jù)條件最好采用環(huán)形地網(wǎng)，均勻分布燈塔四周。避雷線連接在環(huán)形地網(wǎng)兩端，有利于雷電流的散流和內(nèi)部電位的均衡。垂直接地體采用鋼棒，一般長為1-2米。埋深0.8米，地極間隔4米，均勻分布在燈塔四周且并聯(lián)在一起形成地網(wǎng)，當(dāng)直擊雷來時(shí)，通過避雷針引雷，經(jīng)過避雷線迅速把雷電引入地下，保護(hù)燈塔和設(shè)備免遭雷擊。

2、感應(yīng)雷的防護(hù)

感應(yīng)雷通過兩種感應(yīng)方式侵入設(shè)備：一是靜電感應(yīng)，在雷云電荷聚集時(shí)，附近的導(dǎo)體也會(huì)感應(yīng)相反的電荷，當(dāng)雷電放電時(shí)，雷云中的電荷迅速釋放，在設(shè)備中形成電脈沖，損壞設(shè)備。二是電磁感應(yīng)，在雷云放電時(shí)，迅速變化的雷電流在其周圍產(chǎn)生強(qiáng)大的瞬變電磁場，在附近設(shè)備產(chǎn)生很高的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，感應(yīng)雷可以通過供電線路，通訊電纜和天線侵入設(shè)備，造成設(shè)備損壞。

（1）電源的防護(hù)

在實(shí)際工作中發(fā)現(xiàn)，由電源侵入的感應(yīng)雷造成的設(shè)備損壞比較突出，所以應(yīng)重點(diǎn)防護(hù)電源。對(duì)用市電供電的燈塔，電源防雷主要有兩條：一是供電線路電纜應(yīng)有金屬屏蔽層且必須穿管埋地進(jìn)入燈塔，不能空中架線。二是電源上逐級(jí)加裝避雷器和浪涌抑制器，實(shí)現(xiàn)多級(jí)防護(hù)。在變壓器的高壓端加裝高壓避雷器;低壓側(cè)加裝低壓避雷器;在交流配電屏和直流配電屏分別加裝交直流浪涌抑制器。浪涌抑制器主要器件為壓敏電阻，當(dāng)電路正常時(shí)，壓敏電阻呈高阻狀態(tài)，不影響供電電路正常工作。當(dāng)電路中由于雷電引起峰值電流或高能量脈沖時(shí)，壓敏電阻以納秒級(jí)的響應(yīng)速度呈現(xiàn)低阻狀態(tài)，迅速將過電壓限制在很低的防護(hù)水平上。當(dāng)能量脈沖過后，系統(tǒng)過能量為零。所以應(yīng)盡可能減少浪涌抑制器與接地線的長度。多級(jí)布置浪涌抑制器可減小引線電感帶來的額外線壓。為保證避雷器由前到后的泄級(jí)順序。避雷器的動(dòng)作電壓是后級(jí)不低于前級(jí)。確保設(shè)備正常運(yùn)行，減少損失。

（2）聯(lián)合接地和等電位體連接

在燈塔周圍構(gòu)建包括基礎(chǔ)在內(nèi)的防雷接地網(wǎng)，整個(gè)系統(tǒng)在燈塔周圍只有一個(gè)基礎(chǔ)電位，并與室內(nèi)設(shè)備及房屋接地相連接，做到共地。接地電阻要小于4歐姆。當(dāng)發(fā)生雷擊時(shí)，等電位體就會(huì)隨著接地點(diǎn)的電位起伏而變化，確保整個(gè)燈塔設(shè)備系統(tǒng)安然無恙。對(duì)傳感器等整體部件做等電位防雷保護(hù)。等電位保護(hù)是雷電保護(hù)系統(tǒng)的核心和根本，由于接地線存在電阻和電感，整個(gè)系統(tǒng)對(duì)地可產(chǎn)生幾萬伏高電位。此電位對(duì)燈器及設(shè)備是毀滅性的，因此要對(duì)整個(gè)系統(tǒng)和各種接口做等電位保護(hù)，使整個(gè)燈塔設(shè)備設(shè)施的基礎(chǔ)電位隨地線電位的變化而變化，這就避免了雷電流產(chǎn)生的高電位對(duì)燈塔設(shè)備設(shè)施造成破壞。

四、結(jié)束語

燈塔防雷是一項(xiàng)綜合工程，由于雷電災(zāi)害有突發(fā)性、多樣性、復(fù)雜性、破壞性等特點(diǎn)，即使科學(xué)技術(shù)高度發(fā)達(dá)的今天，人們也無法全面、準(zhǔn)確的掌握雷擊的成因以及完全可靠的防護(hù)方法。任何防雷都要因地制宜，從實(shí)際出發(fā)。以上是在燈塔防雷方面提出的幾點(diǎn)建議，供參考。