船舶的雷击事故分析及对策.doc

1、船舶的雷击事故分析及对策摘要： 2012 年 10 月*号轮在马来西亚海上作业时遭受雷击，船舶的电子信息设备遭受感应雷的侵扰，电子信息系统及电气设备失灵，造成船舶部分通导设备损毁，航行和施工受到影响。本文参照 GB-50057-(2010)规范，通过理论计算分析，确定雷电侵袭*号轮船舶电子信息系统的路径并针对性提出船舶防雷的对策。 关键词：船舶；雷击；事故分析；对策 中图分类号：F407 文献标识码： A 引言：雷击是全球十大自然灾害之一。全球每年都发生大量雷击损害事故，其中航行于雷暴天气中的船舶受到雷电侵袭的不在少数。船舶相对于海平面或其它水面来说，无疑成为突出物，根据已知雷电形成的机理，船

2、舶在水面上的物理形态是构成诱导雷击放电的理想条件，其因构造特殊高耸，外露面积大，船台天线林立，电气设备外置，甲板上线缆飞挂，且处在直击雷非防护区（LPZ0A）或直击雷防护区（LPZ0B） ，遭受雷击概率极大。各种类型的电子信息系统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、过流能力相对脆弱，因雷电电磁脉冲而造成的系统瘫痪、设备损坏等事故屡有发生，对船舶安全航行和作业造成极大隐患。目前我国尚无船舶防雷的相关规范，因此加强对船舶防雷研究和探讨，提高对船舶及其电子信息系统防雷的认识，参照相关防雷规范统一技术要求，采取积极的防雷措施减少或避免雷电事故的发生具有极其重要的现实意

3、义。本文针对 2012 年 10 月*号轮在马来西亚海上作业时遭受雷击事故进行理论计算和分析。 1.事故概况 *号轮于 2012 年 10 月 17 日晚上 11 点 40 左右，在马来西亚红土坎航道施工，突然遭遇雷暴天气。期间驾驶舱电子设备多数出现异常。雷暴过后，检查各个设备发现如下故障。 (1) AIS 开机正常，数据显示也正常。但无法接收周围船舶的信号，主机面板上 RX 指示灯不亮，正常时候闪烁。 (2) 安装在桅杆横梁上的数字气象仪天线被雷击破落地毁坏，数字气象仪无法开机。 (3) 卫星 C 站不能开机，拆开接机电源时候闻到有糊味。 (4) 左右耙头深度显示器深度显示不正常。 2.雷击

4、事故分析 2.1 当地雷暴日及成因介绍 查阅有关气象资料，发现当地雷暴日数多（2012 年 7 月为 11 天、8 月为 19 天、9 月为 15 天、10 月为 12 天） ，雷电强度大，频率高。*号轮作业区域西马霹雳岛属多雷区。西马霹雳岛航属海洋性气候。其有如下特点：水汽丰沛，日照充足，早晚有温差，一旦有扰动力（季风等） ，有助强对流形成，极易产生局地性雷暴。其表现为:雷暴单体尺度小，时间短，强度或大或小。 2.2 事故分析 2.2.1*号轮防雷设施介绍 根据现场勘察知，船高 26m、宽 15m、长 89m 米，为金属整体大型船舶。船头和船尾桅杆上均装有简易避雷针，船台天线林立，电气设备外

5、置，甲板上线缆飞挂，船舶电子信息系统及精密仪器设备无防雷电感应措施。船舱内少量的电气开关箱有等电位连接。船舶接地电阻小于 2 欧姆。 2.2.2 船舶防直击雷的分析 (1)根据计算，*轮其预计雷击次数为 0.175(次/年),大于第二类防雷建（构）筑物 0.05(次/年)的标准 由上可知*号轮在此海域航行或者作业时很容易遭受直击雷雷击的。 (2)*号轮防直击雷的分析。*号轮在船头船尾分别安装了避雷针。按第二类防雷建（构）筑物对*号轮防直击雷保护范围进行分析计算。 两根针的保护范围示意图如下： 图三 两根针的保护范围侧视图 （虚线为避雷针的保护范围） 两根避雷针在船体中间部位的保护最低高度为 1

6、.2m，由模型可知船体中心 44.5m 处的高度为 21m。两根针都不能保护到船体中间部位，因此很容易遭受直击雷的雷击。 2.2.3 雷电电磁脉冲危害分析 *号轮是电子信息化集成比较高的船舶，所使用的电子设备是近几年配置的，其布设和安装在船台和驾驶舱内上，室外和室内的信号传输线捆扎一起并裸露在外。船上的供电系统和电子信息系统均无防雷电感应措施。当雷击发生时，空气中产生大量的雷电电磁脉冲通过电源系统和信号传输线耦合到电子设备上产生破坏作用。防雷电电磁脉冲的措施主要有等电位连接、屏蔽、合理布线、保护隔离等措施。这些措施可以将电子信息系统遭受浪涌损害的可能性大大减低，为电子信息系统提供一个相对安全的

7、使用环境。在该船雷电电磁感应危害分析中我们主要从这几个方面分析。 (1) 等电位连接。*轮的电力电子设备的金属外壳、机柜、机架、金属管槽等大部分没有进行等电位连接。各保护区区与区之间没有安装浪涌保护器进行有效隔离。这次事故中船上的电子信息系统和电气设备遭到破坏。其主要原因是等电位连接措施不完善，设备在雷击的瞬间存在电位差。电子设备和船体没有成一个等电位体,连接电子信息系统的线缆没有穿金属管或采用金属屏蔽的电缆，且没有进行接地处理，不能有效均压，雷电电磁脉冲很容易侵入。 (2) 屏蔽及布线。屏蔽和布线是防雷的重要措施之一。在事故原因调查的过程中发现，船上的电子线路布线比较随意和混乱，没有按照综合

8、布线要求来布线，也没有采取屏蔽措施和接地处理，因此很容易产生静电干扰。当雷击发生时很容易感应出极大的电流且在每根导线上藕合产生感应电流，使更多的设备受到雷电流侵入而损坏。 (3) 防雷接地。*号轮接地电阻小于 2 欧姆（海水实测） ，但船舶防直击雷措施不到位，避雷针没有明确的引下泄流通道，驾驶室内的电子信息系统设备和电气设备与船体防直击雷引下线间隔没有大于 3m。当雷击发生时，雷电流从该引下线泄流时，会产生很高的电位，而非零电位。此高电位从设备的接线中引入，进而反击损坏电子信息系统设备。 2.2.4*号轮雷击事故小结 从本次雷击事故设备损坏情况看，初步判断雷击事故原因有如下四点： (1)防雷设

9、施不完善，未参照相关防雷规范进行设计与施工。 (2) 雷电直接击中桅杆上数字气象仪时， 瞬间产生闪络感应出强大的感应电流，加之船上的供电及电子信息系统没有相应的防雷设施及完善的接地措施，致使驾驶舱内的设备损坏。 (3) 雷击发生时，空气中大量的雷电电磁脉冲耦合到裸露在外的线缆中造成设备损坏。 (4) 由于避雷针的引下线（不是屏蔽线缆）与相关设备距离没有保持 3m 以上物理距离，引下线泄流产生的高电位造成的反击，损坏设备。 3.预防雷击事故的对策 (1) 完善船舶防直击雷措施。*号轮为 1998 年出厂的船舶，防直击雷的措施有限。建议参照 GB50057-(2010)R 的技术要求，将该船防雷等

10、级按二类防雷标准进行设计和施工。避雷针保护范围要全覆盖船体。接地引下线应采用屏蔽电缆。 (2) 完善等电位连接及屏蔽措施。从室外进入舱内的各种线缆（信号线或电源线）应穿管屏蔽并做好两端接地处理。各种设备外壳及驾驶室门窗她应进行 S 型等电位连接。 (3) 完善电源及电子信息系统电涌保护措施。在船舶电源线路安装三级电源电涌保护器。电涌保护器的标称电流、持续工作电压、残压、安装方式应符合相关规范的要求。对进入机舱的各种信号线，要根据其工作频率、传输速率、工作电压、接口方式、特性阻抗等参数，在信号设备前端安装适配的信号电涌保护器。 (4)建立健全各项安全制度，制订雷击事故发生应急处置预案。同时，船上

11、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。雷暴天气船上工作人员应避免在甲板上尤其是桅杆上作业。船上工作人员必须经过培训并且有能力进行自救，具备处理应急雷击突发事故的能力。 4.结语 船舶雷击防护是一个综合性课题，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，还应综合考虑安全、实用和经济性，科学合理地选用适当的防雷装置及措施。 参考文献： 1气象信息系统雷击电磁脉冲防护规范QX3-2000,中国标准出版社,2-33; 2建筑物防雷设计规范GB50057-2010,中国建筑工业出版社,59-79; 3 李密,雷电防护接地电阻降低方法及应用J,气象科技,2009,37(6):771-774; 4 施伟锋、许晓彦,船舶电力系统建模与控制J,电子工业出版社,2012,10-45;