内容提要：全球每年都发生大量雷击损害事故，在这些事故中，航行于雷暴天气中的船舶最容易受到雷电袭击。文中就雷击的分类、危害、浪涌保护原理及船舶防雷击措施等方面作了介绍，以引起船舶工作人员的重视。

关键词：船舶 雷击防护 电磁效应 浪涌

引言

雷暴是由积雨云产生的一种极具危险性的天气现象。据统计，全世界每秒钟就有100次雷电产生，在海洋上空，特别是热带海域的积雨云厚度可达2万米以上。云层中蕴藏的巨大的雷击能量一旦释放，瞬间电流高达10万安培、电压高达100万伏特，可导致船舶设备损坏、船体破裂、人员蒙难。尽管现代科学技术已经创造了相当成熟的避雷装置和雷击防护措施，但全球每年仍然发生大量由雷击引起的事故，在这些事故中，航行于雷暴天气里的船舶最容易遭到雷电袭击。因此，进一步认识雷击事故对船舶造成的危害并做好预防工作是非常重要的。

1．雷电的主要形式

1．1直击雷

带电的云层与大地上某一点之间发生猛烈的放电现象称为直击雷。直击雷直接击在物体上，由于雷击时雷电压高达几百万至几千万伏，雷电流高达几万到几十万安，强大的雷电流所经物体引起电效应、热效应和机械效应的混合作用，将直接摧毁物体，引发设备损坏、人员伤亡及火灾。据有关资料介绍，一个直击雷不仅仅影响到被击中的对象，而且对周围半径1．5km范围内都有影响。

1．2感应雷

感应雷是指当雷云来临时地面上的物体，尤其是导体。由于静电感应，聚集起大量的与雷电极性相反的束缚电荷，在雷云对地或对另一雷云闪击放电后，云中的电荷就变成了自由电荷，从而产生感应电压。这种过电压往往会造成建筑物内的导线、接地不良的金属物导体和大型金属设备放电而引起电火花，进而引起火灾、爆炸、危及人身安全或对供电系统造成危害。另一种情况是，在雷电闪击时，由于雷电流的变化率大而在雷电流的通道附近就形成了一个很强的感应电磁场，对建筑物内的电子设备造成干扰、破坏，或者使周围的金属构件产生感应电流，从而产生大量的热量而引起火灾。另外，当架空线路遭受直击雷或产生感应雷，高电位便会沿着导线电源线以及信号线侵入建筑物内，这种雷电波侵入也会对电气设备造成危害或使建筑物内的金属设备放电，引起破坏作用。据统计，约80％微电子设备和计算机网络雷击损坏都是由感应雷引起的。

2．雷击对船舶的危害

船舶常年航行于世界各水域，遇到雷暴天气较多，相对于平坦的海平面而言，航行在水面上的船舶无疑成为海面上唯一的突出物，构成了诱导带电积雨云放电的理想条件，因此船舶受到雷击的机会较多，船上设备、人员、货物受雷击损害严重，甚至导致火灾等严重灾难事故。随着电子技术的飞速发展，电子信息设备和精密仪器设备大量应用于船舶通信、导航、电气控制等自控系统中，其耐压、过流能力脆弱，这些设备因雷击而造成的系统瘫痪、设备损坏等事故屡有发生，对船舶安全航行造成极大隐患。如：1986年6月7日，A轮航行在雷雨中，随着一道强烈的闪电，发报天线的交换器上产生了一个明亮的火球，过后检查发现其交换器的连接部分已被烧毁；B轮航行于雷暴区域时，遭到雷电袭击，致使通信设备损坏而中断通信；2000年7月25日1440时，某交通队遭雷击，电话配线架、程控交换机接口板、通信收发系统交直流电源系统被打坏等。

3．船舶预防雷击的措施

在国际防雷标准(IECl024-1)中首句即提到 到目前为止还没有一种装置(或方法)能阻止雷电的产生，也没有能阻止雷击到建筑物上的器具和方法 。船舶防雷必须坚持预防为主、安全第一的原则，应根据航区环境、雷电活动规律、设备所在的雷电防护区、相关系统对雷电电磁脉冲的抗扰度、雷击事故受损程度以及设备系统的重要性等因素综合考虑，采取相应的防护措施。有关专家认为防雷如同防洪，其原理是为雷电脉冲电流提供一条低阻抗的通道。同时防止通过磁场和电场对设备的干扰。基于此，船舶防雷可采取外部防雷和内部防雷相结合的综合防护措施。

3．1外部防雷(防直击雷)

外部防雷就是应用外部防雷装置(接闪器、引下线、接地装置或兼而有之的法拉第笼)引导雷电并畅通无阻地将雷电流引入地中安全泄放。由于船舶相对海平面而言，船上高耸的桅杆更易吸引积雨云放电形成直击雷，而且现代船舶的通信设施大都放置在桅杆或船尾上层建筑高处，因此船舶通信设施极易受到直击雷的打击破坏。

船舶的外部防雷通常就是指船舶通信设施防御直击雷的打击。船舶外部防雷装置一般由通信设施的天线系统及其所附带的避雷器、避雷针及接地装置组成。船舶通信天线一般设在船尾，除了经受海水盐度的腐蚀外，还受到机舱废气的腐蚀，天线容易锈蚀，当需要将它们接地避雷时，因为其锈蚀的接地部分电阻增大或接触不良，此时天线反而具有 招雷 作用。船舶在雷区航行时容易受到雷电的袭击而起不到避雷的效果。文献[2]根据具体计算分析，提出 接地电阻越小放电引起的反冲越小；反之，接地电阻越大，放电引起的反冲越大。但是，当接地电阻过小时，强大的雷击电流会形成强大的电、磁场，同样会损害附近设备 ，对于船舶通信设施而言，其接地电阻应介于4～10n之间。此外，船上还应备有足够的备用铜线，船员应定期检查天线铜线的锈蚀情况，必要时及时更换．在更换新天线时，最好在铜线表面涂一层牛油加以保护。

3．2内部防雷(防感应雷)

内部防雷就是防止雷电脉冲电流通过磁场和电场所产生的电磁效应(浪涌)对设备进行干扰。随着科学技术的进步，各式各样的电子设备和自动化控制系统，如通信系统、导航系统、机舱控制系统、电气监控系统等应用于船上，船舶设备系统遭受过电压、特别是雷电过电压损坏的几率也大大增加；而且由于数据信号来源路径增多，在感应雷击的干扰下浪涌电压会通过电源线或信号线进人电子设备、自动化控制系统中。使传输数据产生误码，影响数据的传输准确性和传输速度，造成如主机停车、异常报警等严重后果。

内部防雷措施有等电位连接、屏蔽、保护隔离、合理布线等，这些措施可以将电子产品遭受浪涌损害的可能性大大减低，为电子产品提供一个相对安全的使用环境。浪涌冲击主要通过交直流电源和与室外连接的信号控制线以传导方式进入电子设备内部，对电子设备形成危害。要有效地防止浪涌冲击对电子设备的危害，就必须在电子设备的交直流电源端口和信号控制端口安装浪涌抑制器件，对浪涌冲击加以吸收，阻止其进入电子设备内部对电路形成危害。

浪涌抑制器件的特点就是其阻抗在有浪涌电压出现时与没浪涌电压时不同，在正常电压下它的阻抗很高，对电路的工作没有影响，而当有很高的浪涌电压加在它上面时，它的阻抗变得很低，将浪涌能量旁路掉。雷击浪涌的最大特点是能量特别大，所以采用普通滤波器和铁氧体磁芯来滤波、吸收的方案基本无效，必须使用气体放电管、压敏电阻、硅瞬变吸收二极管和半导体放电管等专门的浪涌抑制器件才行。如：某油船机舱自动控制系统，为了最大程度地保证机舱控制系统正常工作，采取了以下两种措施：

第一种措施是电气隔离。通信电缆是控制系统中受干扰最大的部分，而且各种干扰也极容易顺通信电缆进入系统，从而引起系统的工作不正常。为了切断这条干扰途径，保护CAN控制器，在CAN控制器与收发器之间增加了6N137，以进行电气隔离。

第二种措施是在总线上增加保护器件。当发生雷击时，巨大的能量如果来不及泄放，就会损坏收发器。为了防止浪涌对收发器的损坏．增加了防雷管和TVS作总线保护。当受到雷击时，接在总线上的防雷管能将能量泄放掉，但是一般情况下，防雷管的反应速度慢，钳位电压高(约为800V)，因此要在防雷管后增加TVS和PTC电阻。TVS能够将总线的压差钳制在6．8V以下，这样当受到浪涌冲击时，TVS能较快地起到保护作用，而PTC电阻能保护收发器免受过流的冲击。

4．结语

船舶雷击防护是一个综合性锞题，应注重外部防护和内部防护相结合，尤其要重视雷电浪涌的防护。随着科学技术的进步，雷击防护方式也在不断完善，在设计船舶防雷保护方案时，应综合考虑安全、实用和经济性，科学合理地选用适当的防雷装置及措施。船舶工作人员应重视对防雷设施的维护；按规定正确使用各种设备，尤其是通信设备，避免遭雷击损坏；在雷暴天气船舶工作人员应避免在甲板上尤其是桅捍上作业。