探讨船舶通信导航设备的防雷避雷措施

摘 要：雷电是大气云层的一种剧烈放电现象，它通过多种形式使得地面建筑物、设备以及人类生命财产受到损害。近年来，全球范围内每年都发生大量不同程度的雷击损害事故，而常年航行在水域的船舶受到雷电袭击的事故是最多的。基于此，分析雷电的成因以及对船舶导航设备的危害，介绍雷电破坏力的表现形式，提出船舶通信导航设备的防雷避雷措施，以引起船舶工作人员的高度重视。

关键词：船舶 通信导航 防雷避雷

中图分类号：TM86 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）012-196-02

随着大规模集成电路在通信设备中的大量运用，使得现在各种通信设备对过电压提出了更高的要求。在通信设备中的电源线、信号线以及天馈线，对雷电极为敏感，并且过电压对其产生的危害也时常发生，因此就必须采取适当措施来有效抵御过电压对通信设备带来的破坏，这以引起船舶通信导航部门的高度重视。

1 雷电的成因以及危害

1.1 雷电的成因

雷电是一种快速的放电反应，它是由云层间或云层与大地间的异种电荷相互作用形成的，并且放电的过程中产生强烈的闪光和震耳的轰鸣。科学研究显示：地球本身是一个电压大约为300kv的大气电场。因为地球表面聚集大量的负电荷，而地球上空的电离层也聚集有其等量电量的正电荷，电荷大概在500 000C左右。人们称积雨云为形成雷电的最主要的云，积雨云是由大地表面的水在高温下蒸发，形成水蒸汽以气流的形式升至空中，由于越往高处压强越小，气温越低，上升的水蒸汽逐渐形成雾滴、雨滴。由于它们被大气电场极化和重力的作用，在下降过程中与上升气流形成对流，在与上升气流的云粒子发生碰撞、摩擦、电荷转移，最后相互分离的过程，形成积雨云。上方带有正电荷、下方带有负电荷的积雨云，通过静电感应的作用，使其附近的物体都带上大量的正电荷，在相互作用下形成空间电场。随着积雨云与大地间的电场强度逐渐增加到能够击穿大气，形成闪电通道，使大气中能够导电的离子电子与积雨云中的正电荷发生中和反应放电，这就是雷电形成的原因。

1.2 雷电对船舶通信导航设备的危害

由于船舶大部分时间都在海平面上航行，当遇到比较恶劣的雷暴天气时，与平坦的海平面相比，航行在海平面上的船舶自然就成为了诱导带电云层放电的唯一的突出物，因此航行在海上的船舶受到雷击的机会就比较多。船舶一旦受到雷电袭击，船上的设备、货物以及人员将会受到严重损害，带来不可估量的严重后果和财产损失。随着电子技术的快速发展，在船舶通信导航设备中大量应用了电子信息设备和精密仪器设备，而这些设备的耐过高压的能力比较脆弱，这些设备一旦遭到雷击，将会损坏设备，造成系统瘫痪，给船舶安全航行带来极大影响。

2 雷电破坏力的表现形式

我国属于雷电高发地区，雷电活动跟纬度有关系，纬度越大的地区，雷电活动越少。例如在我国的广东地区就属于雷电活动非常强烈的省份之一。雷电对地面设备、建筑物等破坏力主要有直击雷和感应雷两种表现形式。

2.1 直击雷

所谓直击雷，指的就是带电云层与地面某个点之间发生的雷击现象。由于直击雷所产生的电流大，并且时间很短，当它侵害地面物体时所产生的高温和冲击力可以带来毁灭性的后果，是雷电表现形式中破坏力最强的一种。

2.2 感应雷

在船舶通信导航设备中，各种供电线路、信号线路很多，当遇到雷暴天气时，导航设备虽然没有遭受直击雷，但是其会感应产生大量与雷电正电荷相反的负电荷，经过累积会产生过高压，从而导致设备放电；除此之外，感应闪电还会产生感应电流或者感应电压，很容易造成处在工作状态中的设备的损坏。虽然感应雷的雷击效果要比直击雷小，但是其无孔不入，且很容易被船舶人员所忽视，因此是发生概率最大的雷击危害。

3 船舶通信导航设备的防雷避雷措施

船舶通信导航设备进行防雷避雷的目的是为了给雷电所产生的电流提供合理的路径，防雷措施只能减少雷击对设备的损害，并不能阻止雷电的形成。因此，根据雷电破坏力的表现形式，本文将从两方面来探讨船舶通信设备的防雷措施。

3.1 外部防雷

针对直击雷的破坏形式，在船舶上可以安装防雷装置将雷电流引入地中进行安全释放。与平坦的海平面相比，船舶上高耸的桅杆是最容易受到直击雷袭击的地方，而现代船舶的通信设备大部分都安装在桅杆或者船身高处，所以船舶通信设备受到雷击的概率是最大的。

在船舶防雷装置中，一般由四部分组成，分别是天线系统、避雷器、避雷针以及接地装置。一般情况下，船舶天线系统设在船尾部分。由于天线要经受海水盐度和机舱废气的双重腐蚀，所以天线极容易生锈，当雷电产生时，天线会由于其锈蚀部分的电阻变大起不到避雷的效果。根据具体的计算可以这样的结论：接地电阻与放电引起的反冲成正比，也就是说当接地电阻越大的时候，放电引起的反冲就会越大。当天线锈蚀时，雷电流引起的反冲就会损害设备。但同时，当接地电阻很小时，强大的雷电流会产生电磁场，同样会损害设备。因此，对于船舶通信导航设备而言，应该对接地电阻进行设定，一般情况下是4-10 之间。除此之外，船舶工作人员还需要对天线铜线进行定期检查，若发现天线铜线锈蚀了，就需要及时更换，更换时最好在铜线表面涂一层牛油来对铜线加以保护。

3.2 内部防雷

科学技术的进步使得船舶通信导航设备得到了大力发展，但同时也增加了雷电过电压对设备损坏的几率。针对感应雷的破坏形式，就需要防止雷电脉冲电流所产生的电磁场来干扰设备。

在防止感应雷时，可以进行的有效措施包括等电位连接、屏蔽、保护隔离以及合理布线等。这些措施都可以大大降低电子产品遭受过电压带来的损害。过电压冲击对电子设备的危害主要是通过交直流电源与室外连接的信号控制线以传导的方式进去设备内部，要有效阻止这种危害，就必须在信号控制端口安装抑制过电压器件来吸收过电压冲击，阻止电流进入电子设备内部。

雷击过电压的特点就是能量特别大，所以必须采取特殊措施来吸收过电压电流。通常可以采取两种措施：

（1）电气隔离。电气隔离就是在控制器与收发器之间安装6N137来切断干扰途径，以保护控制器。

（2）增加器件来保护总线。当雷击发生时，强大的能力得不到及时释放，那么将会损坏收发器。

因此，为了防止雷击对收发器的损坏，就需要安装防雷管和TVS来保护总线。在实际中，由于防雷管的反应比较慢，一般在防雷管后还需要增加TVS电阻，这样能更好更快地保护收发器受到过电压的冲击。

船舶通信导航设备的防雷避雷工作是一个长期性的课题，船舶工作人员应该注重多方面的防护相结合。得益于科学的不断进步，船舶雷击防护方式也在不断改进，在进行船舶防雷措施时，应该充分考虑经济适用性和安全性，运用科学的手段来选取合适的防雷装置和措施。在日常航行中，船舶工作人员应该注重维护防雷设备，按照有关规定正确使用防雷设备，尤其是通信导航设备，要尽量避免遭受雷击的损坏，遇到雷电天气时，尽量不要在甲板上或者桅杆上作业，减少雷击带来的损害。

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