浅谈灯塔防雷技术

孙显红

摘  要：灯塔大多在高山，灯塔主体结构一般为塔型的大型固定标志，装有高光强的发光灯器，有完备的附属设施，可同时拥有音响和无线助航设备。常设置于沿海、岛屿岬角、港口等重要位置，供船舶测定船位或指示航路。近几年来许多新技术、新材料在灯塔设备上应用，尤其是智能控制器的快速发展，减轻了航标职工的劳动强度。但对防雷提出了更高的要求。本文从灯塔、供电电源及防雷接地网等方面介绍现代防雷技术。

关键词：灯塔;防雷

一、引言

烟台航标处下属灯塔十九座，大部分在孤岛和沿海的高山地带，地理位置突出，灯塔内的设备大都采用了先进的电子测控技术、计算机技术和通讯技术。还有的灯塔采用了网络监控技术，实现了无人值守。远程遥测遥控技术，微电子技术对防雷提出了更高的要求。每年的雷雨季节，遇到雷电频繁时，经常造成多座灯塔设备损坏，动用了大量的人力物力应急抢修，影响了船舶安全航行。所以，开展灯塔防雷研究和灯塔避雷设施的改造势在必行。

二、雷电对灯塔及设备的危害

雷电是一种自然界常见的放电现象，它具有极大的破坏力。自然界中常见的雷电主要有直击雷、感应雷两种。当直击雷对地放电时，在电网中产生很高的电位差会损坏设备，甚至能危及人的生命。雷击电磁波是指因直击雷的路（雷电流引入）和场（空间电磁场）效应，对电器和电子设备损坏。通过对多起雷击事故的分析得出的结论是：灯塔及设备的损坏主要是直击雷和雷击电磁脉冲（感应雷）造成的。

1、直击雷的危害

直击雷是直接击在建筑物和露天设备的雷电。雷电对地放电是通过被保护物，就称被保护物被雷击中。当直击雷对地放电时，在8us左右达到峰值，频率极高、冲击力极强，雷电直接击中可造成设备损坏、人员伤亡和电气短路甚至引起火灾等严重后果，因此，虽然被直击雷直接击中的概率不大，但危害确十分大，损失也非常大，所以不能掉以轻心。认真防护。

2、感应雷的危害

雷云对地放电的主通道虽然没有经过被保护物，但放电过程中产生的强大的电磁场可以在附近的导体中感应起电磁脉冲，我们称为电磁感应脉冲，通常说的感应雷。显然感应雷是由直击雷引起的，感应雷产生于导体中并沿导體传播，损坏于导体相连的某些设备或某些设备中的原件。灯塔和灯塔中的控制设备由大量的集成电路组成，并且通讯和供电通过电力电缆和各种通讯传输电缆与外界相连。这就为感应雷的侵入提供了良好的条件，加上现代通讯设备采用了大量高集成度的微电子电路，其耐冲击水平较低，容易被感应雷损坏，产生各种各样的设备故障。如接口板损坏，内部通讯口的损坏，整流模块损坏等等，有时感应雷引起故障甚至让我们很难与雷电联系在一起。感应雷形成的破坏力虽然不及直击雷大，但损坏往往是控制设备的核心器件，给设备正常工作带来障碍。

三、灯塔及设备的防雷

雷电防护原理的核心是泄放和均衡;雷电的防护分为外部防护和内部防护。

1、直击雷的防护

避雷针的防护是将雷电引向自身，通过导体将雷电流安全引入地，从而防止了灯塔被雷电击中。避雷针要安装在灯塔顶端，高出灯塔几米，采用两根引下线分布灯塔两边安装入地。采用两根引下线不但可以提高防雷装置的可靠性，还可以利用引下线的分流作用，降低引下线的压降，减少侧击危险，让雷电流均匀入地，便于地网散流均衡电位。同时，均匀对称分布可使引下线泻流时产生的强电磁场在灯塔周围相互抵消，减少雷电感应的危险。接地体是指埋在土壤中起散流作用的导体，一般采用耐腐蚀的金属。由于灯塔多处于高山乱石中，土质比较差接地电阻比较大。所以要良好接地，最好采用多跟接地体连接成地网。地网的布置根据条件最好采用环形地网，均匀分布灯塔四周。避雷线连接在环形地网两端，有利于雷电流的散流和内部电位的均衡。垂直接地体采用钢棒，一般长为1-2米。埋深0.8米，地极间隔4米，均匀分布在灯塔四周且并联在一起形成地网，当直击雷来时，通过避雷针引雷，经过避雷线迅速把雷电引入地下，保护灯塔和设备免遭雷击。

2、感应雷的防护

感应雷通过两种感应方式侵入设备：一是静电感应，在雷云电荷聚集时，附近的导体也会感应相反的电荷，当雷电放电时，雷云中的电荷迅速释放，在设备中形成电脉冲，损坏设备。二是电磁感应，在雷云放电时，迅速变化的雷电流在其周围产生强大的瞬变电磁场，在附近设备产生很高的感应电动势，感应雷可以通过供电线路，通讯电缆和天线侵入设备，造成设备损坏。

（1）电源的防护

在实际工作中发现，由电源侵入的感应雷造成的设备损坏比较突出，所以应重点防护电源。对用市电供电的灯塔，电源防雷主要有两条：一是供电线路电缆应有金属屏蔽层且必须穿管埋地进入灯塔，不能空中架线。二是电源上逐级加装避雷器和浪涌抑制器，实现多级防护。在变压器的高压端加装高压避雷器;低压侧加装低压避雷器;在交流配电屏和直流配电屏分别加装交直流浪涌抑制器。浪涌抑制器主要器件为压敏电阻，当电路正常时，压敏电阻呈高阻状态，不影响供电电路正常工作。当电路中由于雷电引起峰值电流或高能量脉冲时，压敏电阻以纳秒级的响应速度呈现低阻状态，迅速将过电压限制在很低的防护水平上。当能量脉冲过后，系统过能量为零。所以应尽可能减少浪涌抑制器与接地线的长度。多级布置浪涌抑制器可减小引线电感带来的额外线压。为保证避雷器由前到后的泄级顺序。避雷器的动作电压是后级不低于前级。确保设备正常运行，减少损失。

（2）联合接地和等电位体连接

在灯塔周围构建包括基础在内的防雷接地网，整个系统在灯塔周围只有一个基础电位，并与室内设备及房屋接地相连接，做到共地。接地电阻要小于4欧姆。当发生雷击时，等电位体就会随着接地点的电位起伏而变化，确保整个灯塔设备系统安然无恙。对传感器等整体部件做等电位防雷保护。等电位保护是雷电保护系统的核心和根本，由于接地线存在电阻和电感，整个系统对地可产生几万伏高电位。此电位对灯器及设备是毁灭性的，因此要对整个系统和各种接口做等电位保护，使整个灯塔设备设施的基础电位随地线电位的变化而变化，这就避免了雷电流产生的高电位对灯塔设备设施造成破坏。

四、结束语

灯塔防雷是一项综合工程，由于雷电灾害有突发性、多样性、复杂性、破坏性等特点，即使科学技术高度发达的今天，人们也无法全面、准确的掌握雷击的成因以及完全可靠的防护方法。任何防雷都要因地制宜，从实际出发。以上是在灯塔防雷方面提出的几点建议，供参考。