談少林音樂大典雷擊事故原因分析及防護
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摘要：通過勘查禪宗少林•音樂大典雷擊事故現場，分析事故原因，結論是接地裝置不合理、電源、信號線纜未采取防電涌措施；提出防雷改造措施，增加線纜防電涌和合理布置接地裝置的防護措施，并總結雷電防護一些需要重視及容易忽視的問題。
關鍵詞：文化旅游；雷擊原因分析；防護措施；閃電電涌；直擊雷防護；線纜屏蔽；地電位；接地
0引言
隨著旅游事業的發展，我國的許多旅游景點陸續推出了具有當地特色的文化旅游項目。為了增加節目的觀賞性，不少的文化旅游項目不僅選擇自然實景來作為舞臺背景，而且選擇在晚上演出并利用現代化的燈光控制技術來增加節目的感染力。這樣的表演形式就需要將大量的燈光設備及其控制裝置布置在作為舞臺背景的自然實景中。由于自然實景舞臺背景基本是和旅游景區地理環境融為一體，就對燈光設備及控制裝置的安裝造成較大的困難，這樣的工作環境對設備的正常運行非常不利。尤其當雷電活動頻繁的季節來臨時，這些處于室外的電氣和電子設備就會暴露在強雷電電磁環境中，從而導致設備的損壞。本文根據河南登封的文化旅游項目《禪宗少林•音樂大典》多次遭受雷擊的調查結果，分析其遭受雷擊原因，針對此類自然實景舞臺演出的文化旅游項目如何減少雷電危害提出一些防護措施。自2006年開始《禪宗少林•音樂大典》項目多次發生燈光設備遭受雷擊導致損壞的情況。為調查其遭受雷擊的原因并提出可行的改造措施，受《禪宗少林•音樂大典》投資方鄭州市天人文化旅游有限責任公司委托，河南省防雷中心指派筆者和兩名同事赴《禪宗少林•音樂大典》節目現場進行了實地勘察。
1勘察情況
1.1基本情況
作為河南歷史上投資最大的文化旅游項目，《禪宗少林•音樂大典》的自然實景位于距少林寺7公里處的少室山待仙溝內，主要表演舞臺為一片峽谷，山呈豎狀排列，近、中、遠景層次分明，峽谷內有溪水、樹林、石橋等，構成實景表演的要素。整個演區占地達600畝，有近700名演員同時表演，僅藝術燈光工程一項投資高達2000萬元，演出最高點1400m，為全世界最大的山地實景舞臺。整個項目依山而建，以少室山的南山、北山及樓尖三座山峰作為舞臺背景。43套探照燈沿著山脊分布設置，10臺燈箱分散設置在山腰的位置，這些設備組成了整個舞臺背景的遠光照明系統。
1.2直擊雷防護現狀
從圖紙和實地勘察情況來看，在三座山上針對各個探照燈及燈箱都做采取了相應的防直擊雷措施。位于山脊位置的探照燈均安裝在角鋼材質的燈架上，每個燈架兩側各安裝了一支2.6m高的接閃桿。接閃桿的底座與燈架焊接成一體，并通過鍍鋅扁鋼與相應的接地網連接。燈箱頂部均安裝有一周接閃帶，采用熱鍍鋅扁鋼作為引下線，連接燈箱外金屬構件后與接地網相連。另外在每座山峰上相隔幾個燈架的位置安裝有三支獨立接閃桿，高度分別為12.5m、17.5m和20m。每個燈箱有相應獨立的接地網，每三四個燈架共用一個接地網，接地網采用鍍鋅角鋼及扁鋼敷設。用接地電阻測試儀測量了一組燈箱接地網和一組燈架接地網，測得接地阻值分別為30Ω、80Ω，無法滿足防雷接地的要求。
1.3燈光設備的供配電系統
燈光設備的供電從總配電室引出一根10kV的高壓電纜，沿山溝敷設至箱式變壓器降壓后分配給各個分配電柜。每個燈箱有相應的分配電柜，探照燈、接收器等采用幾臺設備共用一個配電箱。電源線路基本上是沿山坡裸露敷設。燈光設備采用專用的供電電源DX，分配電柜的電纜先進入供電電源DX后，由供電電源DX為探照燈供電。電源線路均沒有安裝相應的電源浪涌保護器。
1.4燈光控制系統
由山下燈光控制室的電腦主機發出無線控制信號，山上信號接收器接收到信號后，再分別傳給各個探照燈。山上共有三臺無線接收器及一臺轉發器，通過DMX-512信號控制43套探照燈轉動、閃爍等動作。由于燈架間距離較遠，DMX-512信號需要先經過放大后再傳輸給探照燈。
1.5雷擊損失情況分析
在兩次雷擊事故中，主要損壞的設備是DMX信號分配器及DMX信號解碼器。IC板接口處大多完好，IC板芯片多有擊穿燒毀的痕跡，是典型的由過電壓造成的。根據設備遭受雷擊后的痕跡來看，閃電電涌主要通過信號線侵入到信號設備。用于傳輸控制信號的無線接收機及中繼器也有部分遭受雷擊的，這將大面積地影響燈架及燈箱的信號傳輸。
2雷擊損壞原因分析
根據查閱施工圖紙和現場實地勘查的情況，筆者認為燈光系統存在以下幾點雷擊隱患：①參照GB50057-2010《建筑物防雷設計規范》中防雷區劃分，該項目的燈光系統基本全部處于LPZ0B區，雷擊電磁場強度沒有衰減。一旦附近有雷電活動，設備就受到較強的雷擊電磁場干擾。②由于燈光設備的位置較為分散，造成供電線路和控制線路較長，且線路基本是沿山體表面裸露敷設，為閃電電涌侵入設備提供了便利。③接地網的設置不符合規范要求。接閃桿與燈架采用同一接地網，接地網采用的是一字型結構，材料為鍍鋅扁鋼和鍍鋅角鋼。由于山上巖石大，土層較淺，扁鋼基本處于半裸露在山坡的狀態，造成接地電阻值較大，無法及時將雷電流泄放入地。經以上分析，筆者認為燈光系統遭受雷擊的原因是雷電放電過程中，在未采取屏蔽措施的電源線路和信號線上耦合產生峰值較高的閃電電涌；加之接地裝置無法順利將閃電電涌傳導入大地，從而造成了閃電電涌沿線路侵入所連接的設備，造成了設備的損壞。
3改造措施
針對上面存在的雷擊隱患，筆者提出以下幾點改造措施：①接地系統的改造。針對山上多巖石，土層較淺，土壤電阻率高的情況，可參照GB50057-2010的第5.4.6條所提供的方法來降低接地電阻值。建議采用多支線外引接地裝置的方式，在燈光設備周圍選擇多個土層相對較厚的位置敷設接地極，然后用鍍鋅扁鋼將接地極連接起來，形成網狀的接地裝置，最后采用扁鋼將接閃桿和燈光設備金屬外殼與接地裝置進行多次電氣連接。②線纜屏蔽。燈光設備的電源線及信號控制線應穿金屬管敷設，金屬管應通長電氣貫通，并應在兩端分別連到設備的金屬外殼上。③電源線路的電涌保護。在低壓供配電系統安裝三級電涌保護器：在箱式變壓器的低壓側安裝Ⅰ級試驗的電涌保護器作為電源第一級保護，在各個分配電柜安裝限壓型電涌保護器作為電源第二級保護，在各個燈架的供電電源DX輸入端安裝限壓型電涌保護器作為電源三級精細保護。④信號線路的電涌保護。在DMX-512數據線兩端安裝適配的信號電涌保護器。連接各個燈架和燈箱的DMX-512數據線采用卡農（XLR）接口方式，由于現在市面上沒有相應接口的電涌保護器，可根據控制線路工作電壓，選擇合適的電涌保護器進行跳線。⑤探照燈大多處于山峰、脊處，地勢高，雷電環境惡劣。在雷雨天氣中，應及時切斷電源，盡可能減少設備遭受雷擊的可能性。
4結論
從禪宗少林•音樂大典燈光系統屢次遭受雷擊的原因分析來看，對于這種大型室外實景演出的項目來說，在項目立項時需要進行雷電災害風險評估。根據雷電災害風險評估的結果，在項目設計施工有針對性采取雷電防護措施，這樣才能有效減少雷電對項目運行的影響，做到事半功倍。
參考文獻：
[1]魏延濤.河南省氣象技術裝備監控管理系統研究[D].鄭州大學，2013.
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作者:王瑋 單位:河南省防雷中心
