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雷电防护在船舶中的应用探讨

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据报道，船舶雷击事件时有发生，并造成人员伤害和设备损失。同时，船舶雷电防护标准少、不细致、革新慢，或直接参照其它标准，落实到实际应用中，表现为不受重视，甚至不做强制执行。军船一般都要求直击雷防护，但对于感应雷的防护缺少相关规范或有力措施[1-3]。本文通过分析船舶雷击的分类及后果，阐述现行防护标准和实船应用状况，探讨雷电防护的不足之处和发展方向。

1 船舶雷击分类

通常，根据雷击特点及其危害方式，将船舶雷击分为直击雷、感应雷和接地雷[1]。

直击雷指雷电直接击中设备、线路或船体结构，因电效应、热效应和机械效应等造成设施损坏及人员伤亡，其危害程度与物体电流传导、热传导的性能相关[1-4]。船舶的金属船体和桅杆为雷电起到良好引导作用，并形成低阻抗通道导入大海，危害较小；而玻璃钢船体或具有天线罩或木质桅杆、旗杆的船舶，雷电袭击时会遭受严重破坏。

感应雷是雷电引起的电磁辐射效应，即雷电产生电磁脉冲辐射并与船载设备相互作用的现象。大气雷电电磁脉冲是对船舶平台的敏感系统构成危害的强电磁脉冲源之一[5]。

接地雷是由直击雷引起的。当雷电对桅杆等高点放电时，雷击电流通过船体向海面扩散，雷击处(高压)与较远设备(低压)之间会产生很大电位差，电流从高压处流向低压处；当设备接地不良时，高电位差导致设备遭到电击损坏。

2 船舶雷电防护的相关标准、规范

目前国内船舶雷电防护常用标准、规范有：《钢质海船入级规范》(2018)、GJB 4000-2000《舰船通用规范》、GB -2019《建筑物防雷设计规范》和CB/T 《船舶电缆敷设和电气设备安装附件接地件》等。此外，还有GB/T -2009《小艇电气装置避雷保护》(艇体长度小于24 m的小艇避雷保护设备的设计、制造和安装要求)。

不同国家船舶雷电防护标准存在差异，即使在同一国家，标准归口组织、起草单位、颁布机构不同，规定内容、适用范围及实施结果也存在差别。以美国为例，防护标准是由不同机构发布的，如美国船舶和帆船理事会、海岸警卫队和国家消防协会等。再如我国的《钢质海船入级规范》(2018)一般适用于民船，军船也会参考，而GJB 4000-2000《舰船通用规范》一般都用于军船。

此外，相对其它行业，船舶雷电防护缺乏完善、细致的综合防护规范内容。在GB -2012《建筑物电子信息系统防雷技术规范》中，详尽规定对电子信息系统采取的外部、内部综合防护措施，建筑物电子信息系统综合防雷系统见图1。

图1 建筑物电子信息系统综合防雷系统

3 船舶雷电防护应用现状

除适用标准、规范匮乏外，船舶雷电防护应用起步较晚、发展较慢、普及度低，而在其它领域，如建筑物、矿井等场所，船闸、港口机械等设施的防雷都有较为广泛的研究和成熟的应用。

目前，钢质船舶雷电防护多采用安装避雷针的方法。避雷针发展至今种类繁多，除传统的富兰克林避雷针还有电荷转移系统、半导体消雷器和提前流光发射空气端子等，但船用环境要求避雷针构造简单、安装方便、风阻小、重量轻，不影响船体结构，富兰克林避雷针更为适用。实际上，很多船舶的避雷针就是桅杆顶端伸出一根尖顶圆钢，用于防护直击雷，但对感应雷很少采取针对性防护措施。

除加装避雷器外，文献[1]～[4]针对船舶防雷措施的缺失提出应对策略。如表1所示，有的对策已经应用，有的措施本意并非为防雷，客观上却起到防雷效果。雷电防护实施情况会因船舶任务性质、设计标准、建造方式、生产成本不同有所差异。

3.1 民船雷电防护应用状况

民船标准不要求钢质船强制执行防雷规定，《钢质海船入级规范》(2018)中规定：“对金属结构船舶，由于其桅、构件和船体构成了固有的对地低电阻通路，故不需另设避雷系统”，国外船级社的规定与此类似。业内存在共识：钢质船无需装防雷装置，其船身就是良好等电位屏蔽体，对雷击能自然接闪、分流，与水接触的船体会快速释放电荷，并能屏蔽雷击电磁脉冲，保护人员、设备安全。如果船东无要求，设计所、船厂、设备厂一般都不会设计、加装雷电保护装置或雷击抑制器。由于淡水导电接地中介作用不如海水，淡水中船舶更易遭受雷击，据统计，美国弗罗里达州西南部每年有3%的游艇遭受雷击损坏，其中大部分没有安装防雷装置。

表1 船舶雷电防护对策和实际应用情况比较序号雷电防护对策实际应用情况1桅杆、基座、支架等舾装件可靠接地金属材质舾装件一般采用焊接或螺栓连接方式固定于船体,能满足可靠接地要求2电气设备接地良好,尽可能平抑整体电位差多数船舶采用三相三线绝缘制电网,为保障航行安全或屏蔽设备内组件,都要求电气设备就近接地3采用带金属屏蔽的电力、通信电缆,且屏蔽层接地良好,尤其甲板面暴露电缆尽可能加设钢制护罩或盖板民船大多不使用价格昂贵的金属屏蔽电缆;若非特殊要求,军船甲板面暴露电缆也很少采取防护措施4强、弱电缆避免交叉并行,分开敷设考虑强、弱电缆电磁耦合干扰传输信号,敷设工艺要求电缆分开敷设,但因电缆数量庞大、施工空间狭小很难实施5电源回路中设置隔离变压器为减少系统间电气影响,一般都装设厨房隔离变压器,军船特种舱室也会因电磁兼容要求配备隔离变压器6保护电气电子设备免受雷击电磁脉冲的危害,如在监测回路的传感器侧和隔离栅侧加装浪涌保护器件若非特别要求,电气电子设备普遍不加装防雷装置

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