谈少林音乐大典雷击事故原因分析及防护

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摘要：通过勘查禅宗少林•音乐大典雷击事故现场，分析事故原因，结论是接地装置不合理、电源、信号线缆未采取防电涌措施；提出防雷改造措施，增加线缆防电涌和合理布置接地装置的防护措施，并总结雷电防护一些需要重视及容易忽视的问题。

关键词：文化旅游；雷击原因分析；防护措施；闪电电涌；直击雷防护；线缆屏蔽；地电位；接地

0引言

随着旅游事业的发展，我国的许多旅游景点陆续推出了具有当地特色的文化旅游项目。为了增加节目的观赏性，不少的文化旅游项目不仅选择自然实景来作为舞台背景，而且选择在晚上演出并利用现代化的灯光控制技术来增加节目的感染力。这样的表演形式就需要将大量的灯光设备及其控制装置布置在作为舞台背景的自然实景中。由于自然实景舞台背景基本是和旅游景区地理环境融为一体，就对灯光设备及控制装置的安装造成较大的困难，这样的工作环境对设备的正常运行非常不利。尤其当雷电活动频繁的季节来临时，这些处于室外的电气和电子设备就会暴露在强雷电电磁环境中，从而导致设备的损坏。本文根据河南登封的文化旅游项目《禅宗少林•音乐大典》多次遭受雷击的调查结果，分析其遭受雷击原因，针对此类自然实景舞台演出的文化旅游项目如何减少雷电危害提出一些防护措施。自2006年开始《禅宗少林•音乐大典》项目多次发生灯光设备遭受雷击导致损坏的情况。为调查其遭受雷击的原因并提出可行的改造措施，受《禅宗少林•音乐大典》投资方郑州市天人文化旅游有限责任公司委托，河南省防雷中心指派笔者和两名同事赴《禅宗少林•音乐大典》节目现场进行了实地勘察。

1勘察情况

1.1基本情况

作为河南历史上投资最大的文化旅游项目，《禅宗少林•音乐大典》的自然实景位于距少林寺7公里处的少室山待仙沟内，主要表演舞台为一片峡谷，山呈竖状排列，近、中、远景层次分明，峡谷内有溪水、树林、石桥等，构成实景表演的要素。整个演区占地达600亩，有近700名演员同时表演，仅艺术灯光工程一项投资高达2000万元，演出最高点1400m，为全世界最大的山地实景舞台。整个项目依山而建，以少室山的南山、北山及楼尖三座山峰作为舞台背景。43套探照灯沿着山脊分布设置，10台灯箱分散设置在山腰的位置，这些设备组成了整个舞台背景的远光照明系统。

1.2直击雷防护现状

从图纸和实地勘察情况来看，在三座山上针对各个探照灯及灯箱都做采取了相应的防直击雷措施。位于山脊位置的探照灯均安装在角钢材质的灯架上，每个灯架两侧各安装了一支2.6m高的接闪杆。接闪杆的底座与灯架焊接成一体，并通过镀锌扁钢与相应的接地网连接。灯箱顶部均安装有一周接闪带，采用热镀锌扁钢作为引下线，连接灯箱外金属构件后与接地网相连。另外在每座山峰上相隔几个灯架的位置安装有三支独立接闪杆，高度分别为12.5m、17.5m和20m。每个灯箱有相应独立的接地网，每三四个灯架共用一个接地网，接地网采用镀锌角钢及扁钢敷设。用接地电阻测试仪测量了一组灯箱接地网和一组灯架接地网，测得接地阻值分别为30Ω、80Ω，无法满足防雷接地的要求。

1.3灯光设备的供配电系统

灯光设备的供电从总配电室引出一根10kV的高压电缆，沿山沟敷设至箱式变压器降压后分配给各个分配电柜。每个灯箱有相应的分配电柜，探照灯、接收器等采用几台设备共用一个配电箱。电源线路基本上是沿山坡裸露敷设。灯光设备采用专用的供电电源DX，分配电柜的电缆先进入供电电源DX后，由供电电源DX为探照灯供电。电源线路均没有安装相应的电源浪涌保护器。

1.4灯光控制系统

由山下灯光控制室的电脑主机发出无线控制信号，山上信号接收器接收到信号后，再分别传给各个探照灯。山上共有三台无线接收器及一台转发器，通过DMX-512信号控制43套探照灯转动、闪烁等动作。由于灯架间距离较远，DMX-512信号需要先经过放大后再传输给探照灯。

1.5雷击损失情况分析

在两次雷击事故中，主要损坏的设备是DMX信号分配器及DMX信号解码器。IC板接口处大多完好，IC板芯片多有击穿烧毁的痕迹，是典型的由过电压造成的。根据设备遭受雷击后的痕迹来看，闪电电涌主要通过信号线侵入到信号设备。用于传输控制信号的无线接收机及中继器也有部分遭受雷击的，这将大面积地影响灯架及灯箱的信号传输。

2雷击损坏原因分析

根据查阅施工图纸和现场实地勘查的情况，笔者认为灯光系统存在以下几点雷击隐患：①参照GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》中防雷区划分，该项目的灯光系统基本全部处于LPZ0B区，雷击电磁场强度没有衰减。一旦附近有雷电活动，设备就受到较强的雷击电磁场干扰。②由于灯光设备的位置较为分散，造成供电线路和控制线路较长，且线路基本是沿山体表面裸露敷设，为闪电电涌侵入设备提供了便利。③接地网的设置不符合规范要求。接闪杆与灯架采用同一接地网，接地网采用的是一字型结构，材料为镀锌扁钢和镀锌角钢。由于山上岩石大，土层较浅，扁钢基本处于半裸露在山坡的状态，造成接地电阻值较大，无法及时将雷电流泄放入地。经以上分析，笔者认为灯光系统遭受雷击的原因是雷电放电过程中，在未采取屏蔽措施的电源线路和信号线上耦合产生峰值较高的闪电电涌；加之接地装置无法顺利将闪电电涌传导入大地，从而造成了闪电电涌沿线路侵入所连接的设备，造成了设备的损坏。

3改造措施

针对上面存在的雷击隐患，笔者提出以下几点改造措施：①接地系统的改造。针对山上多岩石，土层较浅，土壤电阻率高的情况，可参照GB50057-2010的第5.4.6条所提供的方法来降低接地电阻值。建议采用多支线外引接地装置的方式，在灯光设备周围选择多个土层相对较厚的位置敷设接地极，然后用镀锌扁钢将接地极连接起来，形成网状的接地装置，最后采用扁钢将接闪杆和灯光设备金属外壳与接地装置进行多次电气连接。②线缆屏蔽。灯光设备的电源线及信号控制线应穿金属管敷设，金属管应通长电气贯通，并应在两端分别连到设备的金属外壳上。③电源线路的电涌保护。在低压供配电系统安装三级电涌保护器：在箱式变压器的低压侧安装Ⅰ级试验的电涌保护器作为电源第一级保护，在各个分配电柜安装限压型电涌保护器作为电源第二级保护，在各个灯架的供电电源DX输入端安装限压型电涌保护器作为电源三级精细保护。④信号线路的电涌保护。在DMX-512数据线两端安装适配的信号电涌保护器。连接各个灯架和灯箱的DMX-512数据线采用卡农（XLR）接口方式，由于现在市面上没有相应接口的电涌保护器，可根据控制线路工作电压，选择合适的电涌保护器进行跳线。⑤探照灯大多处于山峰、脊处，地势高，雷电环境恶劣。在雷雨天气中，应及时切断电源，尽可能减少设备遭受雷击的可能性。

4结论

从禅宗少林•音乐大典灯光系统屡次遭受雷击的原因分析来看，对于这种大型室外实景演出的项目来说，在项目立项时需要进行雷电灾害风险评估。根据雷电灾害风险评估的结果，在项目设计施工有针对性采取雷电防护措施，这样才能有效减少雷电对项目运行的影响，做到事半功倍。

参考文献：

[1]魏延涛.河南省气象技术装备监控管理系统研究[D].郑州大学，2013.

[2]闫景东.建筑物防雷装置检测信息管理系统的设计与实现[D].山东大学，2012.

[3]刘佼.雷电灾害查询分析系统的设计与应用研究[D].南京信息工程大学，2011.

作者:王玮 单位:河南省防雷中心