談少林音樂(lè)大典雷擊事故原因分析及防護(hù)

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摘要：通過(guò)勘查禪宗少林•音樂(lè)大典雷擊事故現(xiàn)場(chǎng)，分析事故原因，結(jié)論是接地裝置不合理、電源、信號(hào)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(hù)措施，并總結(jié)雷電防護(hù)一些需要重視及容易忽視的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：文化旅游；雷擊原因分析；防護(hù)措施；閃電電涌；直擊雷防護(hù)；線纜屏蔽；地電位；接地

0引言

隨著旅游事業(yè)的發(fā)展，我國(guó)的許多旅游景點(diǎn)陸續(xù)推出了具有當(dāng)?shù)靥厣奈幕糜雾?xiàng)目。為了增加節(jié)目的觀賞性，不少的文化旅游項(xiàng)目不僅選擇自然實(shí)景來(lái)作為舞臺(tái)背景，而且選擇在晚上演出并利用現(xiàn)代化的燈光控制技術(shù)來(lái)增加節(jié)目的感染力。這樣的表演形式就需要將大量的燈光設(shè)備及其控制裝置布置在作為舞臺(tái)背景的自然實(shí)景中。由于自然實(shí)景舞臺(tái)背景基本是和旅游景區(qū)地理環(huán)境融為一體，就對(duì)燈光設(shè)備及控制裝置的安裝造成較大的困難，這樣的工作環(huán)境對(duì)設(shè)備的正常運(yùn)行非常不利。尤其當(dāng)雷電活動(dòng)頻繁的季節(jié)來(lái)臨時(shí)，這些處于室外的電氣和電子設(shè)備就會(huì)暴露在強(qiáng)雷電電磁環(huán)境中，從而導(dǎo)致設(shè)備的損壞。本文根據(jù)河南登封的文化旅游項(xiàng)目《禪宗少林•音樂(lè)大典》多次遭受雷擊的調(diào)查結(jié)果，分析其遭受雷擊原因，針對(duì)此類自然實(shí)景舞臺(tái)演出的文化旅游項(xiàng)目如何減少雷電危害提出一些防護(hù)措施。自2006年開(kāi)始《禪宗少林•音樂(lè)大典》項(xiàng)目多次發(fā)生燈光設(shè)備遭受雷擊導(dǎo)致?lián)p壞的情況。為調(diào)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(lè)大典》投資方鄭州市天人文化旅游有限責(zé)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(lè)大典》節(jié)目現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了實(shí)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(xiàng)目，《禪宗少林•音樂(lè)大典》的自然實(shí)景位于距少林寺7公里處的少室山待仙溝內(nèi)，主要表演舞臺(tái)為一片峽谷，山呈豎狀排列，近、中、遠(yuǎn)景層次分明，峽谷內(nèi)有溪水、樹(shù)林、石橋等，構(gòu)成實(shí)景表演的要素。整個(gè)演區(qū)占地達(dá)600畝，有近700名演員同時(shí)表演，僅藝術(shù)燈光工程一項(xiàng)投資高達(dá)2000萬(wàn)元，演出最高點(diǎn)1400m，為全世界最大的山地實(shí)景舞臺(tái)。整個(gè)項(xiàng)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(tái)背景。43套探照燈沿著山脊分布設(shè)置，10臺(tái)燈箱分散設(shè)置在山腰的位置，這些設(shè)備組成了整個(gè)舞臺(tái)背景的遠(yuǎn)光照明系統(tǒng)。

1.2直擊雷防護(hù)現(xiàn)狀

從圖紙和實(shí)地勘察情況來(lái)看，在三座山上針對(duì)各個(gè)探照燈及燈箱都做采取了相應(yīng)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(zhì)的燈架上，每個(gè)燈架兩側(cè)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(guò)鍍鋅扁鋼與相應(yīng)的接地網(wǎng)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(gòu)件后與接地網(wǎng)相連。另外在每座山峰上相隔幾個(gè)燈架的位置安裝有三支獨(dú)立接閃桿，高度分別為12.5m、17.5m和20m。每個(gè)燈箱有相應(yīng)獨(dú)立的接地網(wǎng)，每三四個(gè)燈架共用一個(gè)接地網(wǎng)，接地網(wǎng)采用鍍鋅角鋼及扁鋼敷設(shè)。用接地電阻測(cè)試儀測(cè)量了一組燈箱接地網(wǎng)和一組燈架接地網(wǎng)，測(cè)得接地阻值分別為30Ω、80Ω，無(wú)法滿足防雷接地的要求。

1.3燈光設(shè)備的供配電系統(tǒng)

燈光設(shè)備的供電從總配電室引出一根10kV的高壓電纜，沿山溝敷設(shè)至箱式變壓器降壓后分配給各個(gè)分配電柜。每個(gè)燈箱有相應(yīng)的分配電柜，探照燈、接收器等采用幾臺(tái)設(shè)備共用一個(gè)配電箱。電源線路基本上是沿山坡裸露敷設(shè)。燈光設(shè)備采用專用的供電電源DX，分配電柜的電纜先進(jìn)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(méi)有安裝相應(yīng)的電源浪涌保護(hù)器。

1.4燈光控制系統(tǒng)

由山下燈光控制室的電腦主機(jī)發(fā)出無(wú)線控制信號(hào)，山上信號(hào)接收器接收到信號(hào)后，再分別傳給各個(gè)探照燈。山上共有三臺(tái)無(wú)線接收器及一臺(tái)轉(zhuǎn)發(fā)器，通過(guò)DMX-512信號(hào)控制43套探照燈轉(zhuǎn)動(dòng)、閃爍等動(dòng)作。由于燈架間距離較遠(yuǎn)，DMX-512信號(hào)需要先經(jīng)過(guò)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(shè)備是DMX信號(hào)分配器及DMX信號(hào)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(guò)電壓造成的。根據(jù)設(shè)備遭受雷擊后的痕跡來(lái)看，閃電電涌主要通過(guò)信號(hào)線侵入到信號(hào)設(shè)備。用于傳輸控制信號(hào)的無(wú)線接收機(jī)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(hào)傳輸。

2雷擊損壞原因分析

根據(jù)查閱施工圖紙和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地勘查的情況，筆者認(rèn)為燈光系統(tǒng)存在以下幾點(diǎn)雷擊隱患：①參照GB50057-2010《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》中防雷區(qū)劃分，該項(xiàng)目的燈光系統(tǒng)基本全部處于LPZ0B區(qū)，雷擊電磁場(chǎng)強(qiáng)度沒(méi)有衰減。一旦附近有雷電活動(dòng)，設(shè)備就受到較強(qiáng)的雷擊電磁場(chǎng)干擾。②由于燈光設(shè)備的位置較為分散，造成供電線路和控制線路較長(zhǎng)，且線路基本是沿山體表面裸露敷設(shè)，為閃電電涌侵入設(shè)備提供了便利。③接地網(wǎng)的設(shè)置不符合規(guī)范要求。接閃桿與燈架采用同一接地網(wǎng)，接地網(wǎng)采用的是一字型結(jié)構(gòu)，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(tài)，造成接地電阻值較大，無(wú)法及時(shí)將雷電流泄放入地。經(jīng)以上分析，筆者認(rèn)為燈光系統(tǒng)遭受雷擊的原因是雷電放電過(guò)程中，在未采取屏蔽措施的電源線路和信號(hào)線上耦合產(chǎn)生峰值較高的閃電電涌；加之接地裝置無(wú)法順利將閃電電涌傳導(dǎo)入大地，從而造成了閃電電涌沿線路侵入所連接的設(shè)備，造成了設(shè)備的損壞。

3改造措施

針對(duì)上面存在的雷擊隱患，筆者提出以下幾點(diǎn)改造措施：①接地系統(tǒng)的改造。針對(duì)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(lái)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(shè)備周圍選擇多個(gè)土層相對(duì)較厚的位置敷設(shè)接地極，然后用鍍鋅扁鋼將接地極連接起來(lái)，形成網(wǎng)狀的接地裝置，最后采用扁鋼將接閃桿和燈光設(shè)備金屬外殼與接地裝置進(jìn)行多次電氣連接。②線纜屏蔽。燈光設(shè)備的電源線及信號(hào)控制線應(yīng)穿金屬管敷設(shè)，金屬管應(yīng)通長(zhǎng)電氣貫通，并應(yīng)在兩端分別連到設(shè)備的金屬外殼上。③電源線路的電涌保護(hù)。在低壓供配電系統(tǒng)安裝三級(jí)電涌保護(hù)器：在箱式變壓器的低壓側(cè)安裝Ⅰ級(jí)試驗(yàn)的電涌保護(hù)器作為電源第一級(jí)保護(hù)，在各個(gè)分配電柜安裝限壓型電涌保護(hù)器作為電源第二級(jí)保護(hù)，在各個(gè)燈架的供電電源DX輸入端安裝限壓型電涌保護(hù)器作為電源三級(jí)精細(xì)保護(hù)。④信號(hào)線路的電涌保護(hù)。在DMX-512數(shù)據(jù)線兩端安裝適配的信號(hào)電涌保護(hù)器。連接各個(gè)燈架和燈箱的DMX-512數(shù)據(jù)線采用卡農(nóng)（XLR）接口方式，由于現(xiàn)在市面上沒(méi)有相應(yīng)接口的電涌保護(hù)器，可根據(jù)控制線路工作電壓，選擇合適的電涌保護(hù)器進(jìn)行跳線。⑤探照燈大多處于山峰、脊處，地勢(shì)高，雷電環(huán)境惡劣。在雷雨天氣中，應(yīng)及時(shí)切斷電源，盡可能減少設(shè)備遭受雷擊的可能性。

4結(jié)論

從禪宗少林•音樂(lè)大典燈光系統(tǒng)屢次遭受雷擊的原因分析來(lái)看，對(duì)于這種大型室外實(shí)景演出的項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，在項(xiàng)目立項(xiàng)時(shí)需要進(jìn)行雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。根據(jù)雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的結(jié)果，在項(xiàng)目設(shè)計(jì)施工有針對(duì)性采取雷電防護(hù)措施，這樣才能有效減少雷電對(duì)項(xiàng)目運(yùn)行的影響，做到事半功倍。

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作者:王瑋 單位:河南省防雷中心