船舶与航运防雷技术与防雷浪涌保护器选型方案

一、雷电对船舶及航运行业的危害分析

船舶在海上作业或航行时，因船体暴露于广阔水面、缺乏周边高耸建筑物的屏蔽作用，极易成为雷电放电的目标。雷电对船舶的危害主要包括以下几个方面：

直击雷危害

船舶的桅杆、雷达天线、通信塔、导航设备等往往是金属高耸部位，在雷暴天气中极易遭受直击雷。直击雷电流可达到30~200kA（IEC 62305和GB/T 21714.2标准给出的典型值），对雷达罩、信号灯、导航仪器造成击穿或燃烧。

感应雷和电磁脉冲（LEMP）危害

雷电电磁脉冲可通过空气耦合或船体导电结构感应到电气系统中，引起船舶内部电源、通信、控制、导航系统的瞬态过电压，导致设备误动作或损坏。对集成化程度高、控制自动化程度高的现代船舶尤为危险。

雷击引发火灾或爆炸风险

油轮、液化气船、化学品船在甲板或储罐区若遭受雷击，可能引燃挥发性气体或液体，造成火灾或爆炸事故。

船员人身安全

雷击瞬间电位差可通过金属甲板、扶手传导，对甲板上作业的船员造成电击伤害。

因此，船舶防雷不仅是保护设备和货物，更是确保船员生命安全和航行安全的关键环节。

二、船舶防雷总体设计思路

船舶防雷应遵循IEC 62305《雷电防护》、IEC 60092-401《船舶电气装置》及中国《GB/T 21413-2008 船舶电气装置雷电防护》标准。整体思路为“引下、接地、均压、屏蔽、限制过电压”。主要措施包括：

直击雷防护：在桅杆顶部设置避雷针或接闪器，将雷电流安全引入船体。

感应雷与过电压防护：在电源和信号线路设置浪涌保护器（SPD）、气体放电管、TVS等过压保护元件。

等电位连接：船舶金属结构、甲板设备、接地汇流排、屏蔽层之间保持可靠电气连接，消除电位差。

接地与泄放：利用船体钢结构与海水的低阻特性作为接地体，实现雷电流安全泄放。

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三、直击雷防护装置设计

1. 接闪器（避雷针）选型

安装位置：桅杆顶部、雷达天线周边、最高点的船桥顶部。

材质：不锈钢316L或铜合金，耐腐蚀、抗海水盐雾。

雷电流参数：需按I级防雷设计，最大雷电流Iimp≥200kA。针体和引下线截面积应≥50mm²铜或≥70mm²镀锌钢。

2. 引下线和接地

引下线：采用≥50mm²铜绞线或≥70mm²不锈钢扁钢（30×3mm），沿桅杆内侧敷设，减少弯曲半径<0.2m，避免尖锐折角。

接地：直接焊接或螺栓连接至船体主钢结构。船体钢壳与海水等效接地电阻<1Ω，一般可达到0.1Ω以下。

四、地凯科技船舶电气与电子系统的浪涌防护

1. 电源线路SPD选型

安装位置：主配电板、控制室配电箱、关键设备前端。

产品类型：船用交流SPD应符合IEC 61643-11和CCS《船用产品认证》。

典型参数：

额定工作电压Un：AC 230/400V（三相四线）

最大持续工作电压Uc：275V（单相）/440V（三相）

标称放电电流In：20kA（8/20μs）

最大放电电流Imax：40kA（8/20μs）

雷电冲击电流Iimp：12.5kA（10/350μs）I级

电压保护水平Up：≤1.5kV

后备保护器：在SPD前串联C型曲线微断（C25~C63A）或专用SCB后备保护器，分断能力≥6kA。

2. 信号线路SPD选型

应用范围：雷达数据线、GPS信号线、VHF/UHF通信线、网络以太网线、控制信号线。

参数参考：

工作电压：5V/12V/24V/48V DC

传输速率：≥100Mbps（以太网）

标称放电电流In：5kA（8/20μs）

电压保护水平Up：≤30V（低压信号）

安装方式：尽量靠近被保护设备端，屏蔽层与船体金属结构接地。

3. 天馈防雷器

用于VHF、AIS、雷达天线同轴电缆

频率范围：1MHz~6GHz

插入损耗：≤0.2dB

驻波比：≤1.2

标称放电电流In：10kA（8/20μs）

连接方式：N型、7/16DIN等防水接头

安装位置：天线馈线进舱口处或设备前端。

五、等电位连接与屏蔽措施

等电位汇流排（MEBB）：在机舱或电气间设立，用≥50mm²铜排连接船体、甲板、护栏、机壳、金属管道。

局部等电位：关键设备周边设局部接地排，所有金属壳体、屏蔽层、接闪器引下线都接至此排。

屏蔽：信号电缆采用双屏蔽或铝箔+编织屏蔽，屏蔽层在入口端接地；控制柜外壳金属化并可靠接地。

六、地凯科技特殊船型防雷设计要点

轮与化学品船

在储罐区增设静电释放器和接地夹，控制静电电位<30V；

甲板避雷针使用防爆型结构；

所有金属罐体和管路做等电位连接。

客轮和大型邮轮

大量弱电和智能控制系统，需多级SPD（I级在主配电板，II级在分配电箱，III级在终端设备）。

对娱乐通信系统（WiFi、闭路电视）配置信号防雷器。

渔船和小型船舶

结构简单，至少在桅杆上装设避雷针并引入船体；

低压电源和通信线采用组合型SPD。

八、地凯科技船舶完整防雷解决方案示例

桅杆、雷达顶端：不锈钢避雷针（3m），Iimp≥200kA，铜绞线50mm²引下线 桅杆顶部，引至船体

主配电板：I级电源SPD，Un 400V，Iimp 12.5kA/相，Up≤1.5kV，配电板输入端

分配电箱：II级电源SPD，Un 230V，In 20kA，Imax 40kA，Up≤1.5kV，各分电箱

雷达/导航信号线：数据线SPD，5V/12V，In 5kA，Up≤30V，设备端或舱口

天线馈线：同轴天馈防雷器，1MHz~6GHz，In 10kA，插损≤0.2dB，天线进舱口

机舱等电位汇流排：铜排50×5mm，电阻<0.1Ω，机舱

地凯科技船舶防雷需从“直击雷+感应雷”双重防护入手，合理设置接闪器、引下线、SPD、等电位连接。所有防雷器件需通过中国船级社（CCS）或国际船级社（DNV、ABS）认证，保证在盐雾、高湿、振动环境下长期可靠工作。每年至少进行一次防雷装置巡检，雷雨季节前重点检查SPD状态、接地电阻和等电位连接。通过上述方案，可显著降低雷电对船舶电气设备、货物、船员和航行安全的威胁，确保航运行业在复杂气候条件下的安全稳定运营。

审核编辑 黄宇