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志，裝有高光強的發(fā)光燈器，有完備的附屬設(shè)施，可同時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，減輕了航標職工的勞動強度。但對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

煙臺航標處下屬燈塔十九座，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)備大都采用了先進的電子測控技術(shù)、計算機技術(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)，實現(xiàn)了無人值守。遠程遙測遙控技術(shù)，微電子技術(shù)對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，經(jīng)常造成多座燈塔設(shè)備損壞，動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)施的改造勢在必行。

二、雷電對燈塔及設(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。當直擊雷對地放電時，在電網(wǎng)中產(chǎn)生很高的電位差會損壞設(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)，對電器和電子設(shè)備損壞。通過對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。雷電對地放電是通過被保護物，就稱被保護物被雷擊中。當直擊雷對地放電時，在8us左右達到峰值，頻率極高、沖擊力極強，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。認真防護。

2、感應(yīng)雷的危害

雷云對地放電的主通道雖然沒有經(jīng)過被保護物，但放電過程中產(chǎn)生的強大的電磁場可以在附近的導體中感應(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)生于導體中并沿導體傳播，損壞于導體相連的某些設(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

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

1、直擊雷的防護

避雷針的防護是將雷電引向自身，通過導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，讓雷電流均勻入地，便于地網(wǎng)散流均衡電位。同時，均勻?qū)ΨQ分布可使引下線瀉流時產(chǎn)生的強電磁場在燈塔周圍相互抵消，減少雷電感應(yīng)的危險。接地體是指埋在土壤中起散流作用的導體，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)，當直擊雷來時，通過避雷針引雷，經(jīng)過避雷線迅速把雷電引入地下，保護燈塔和設(shè)備免遭雷擊。

2、感應(yīng)雷的防護

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，附近的導體也會感應(yīng)相反的電荷，當雷電放電時，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，迅速變化的雷電流在其周圍產(chǎn)生強大的瞬變電磁場，在附近設(shè)備產(chǎn)生很高的感應(yīng)電動勢，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

在實際工作中發(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)重點防護電源。對用市電供電的燈塔，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入燈塔，不能空中架線。二是電源上逐級加裝避雷器和浪涌抑制器，實現(xiàn)多級防護。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，當電路正常時，壓敏電阻呈高阻狀態(tài)，不影響供電電路正常工作。當電路中由于雷電引起峰值電流或高能量脈沖時，壓敏電阻以納秒級的響應(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水平上。當能量脈沖過后，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順序。避雷器的動作電壓是后級不低于前級。確保設(shè)備正常運行，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)，整個系統(tǒng)在燈塔周圍只有一個基礎(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。當發(fā)生雷擊時，等電位體就會隨著接地點的電位起伏而變化，確保整個燈塔設(shè)備系統(tǒng)安然無恙。對傳感器等整體部件做等電位防雷保護。等電位保護是雷電保護系統(tǒng)的核心和根本，由于接地線存在電阻和電感，整個系統(tǒng)對地可產(chǎn)生幾萬伏高電位。此電位對燈器及設(shè)備是毀滅性的，因此要對整個系統(tǒng)和各種接口做等電位保護，使整個燈塔設(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)生的高電位對燈塔設(shè)備設(shè)施造成破壞。

四、結(jié)束語

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