一种船舶设备雷电防护等级评估方法技术

本发明专利技术属于船舶安全防护与电磁兼容设计技术领域，具体涉及一种船舶设备雷电防护等级评估方法。利用模拟云层先导(云层向船体放电)和船舶先导(船体向云层放电)的缩比船舶模型确定雷电附着点，结合标准数值计算方法精确确定船舶直击雷防护区域，为船舶设备雷击发生概率提供判定依据。根据设备遭受雷击概率对设备进行等级分类。本发明专利技术结合设备遭受雷击故障对船舶安全、作业任务影响，对设备进行危害影响程度分类，双维度建立设备雷击防护等级评估矩阵，根据设备雷击评估得分量化确定设备雷电防护等级。本发明专利技术方法弥补了船舶行业雷电防护区域使用单一数值计算，直击雷防护区域划定方法考虑因素单一的不足。考虑因素单一的不足。考虑因素单一的不足。

【技术实现步骤摘要】
一种船舶设备雷电防护等级评估方法


[0001]本专利技术属于船舶安全防护与电磁兼容设计
，具体涉及一种船舶设备雷电防护等级评估方法。

技术介绍

[0002]雷电是自然界频繁的大气放电现象。海上气流变化复杂，恶劣天气多发，海面是极容易形成雷电的区域。游弋在开阔海面上的船舶或海上特殊作业平台，特别是大型船舶，因突出的桅杆、天线等容易受到雷电袭击，雷电对作业人员及电子设备构成了严重危害。军/民用的通信系统、雷达系统等电子设备的天线通常布置于船舶桅杆上面，位置较高，且周围环境开阔，容易受到雷电直接袭击而烧毁天线或电子系统后端的电路和功能模块，甚至危及操作人员安全。雷电袭击是船舶或作业平台在海上执行任务不可忽视的安全问题。
[0003]雷电对船舶的危害效应包括直接效应和雷电流引起的间接效应，直接效应即直接由雷击产生的物理效应表现为燃烧、侵蚀、爆炸、结构变形、高压冲击波、强电流形成的磁场，以及雷电沿避雷装置引下线向海面泄放时所形成的足以致命的接触电压和跨步电压等。雷电流引起的间接效应即电磁辐射效应，即伴随着雷电产生的电磁脉冲辐射及其与设备和系统之间的相互作用。
[0004]为降低雷电的直接和间接效应对船舶设备的危害，可以对船舶设备的防护进行分级，根据设备防护等级划分采取对应的防护措施。

技术实现思路

[0005]为了解决船舶设备如何合理选择雷电防护措施，有效降低其在自然雷电环境下故障概率，降低对船舶作业任务的影响，本专利技术提供一种船舶设备雷电防护等级评估方法，尤其涉及一种结合缩比模型试验的船舶设备雷电防护等级评估方法。本专利技术方法综合考虑设备布置位置、设备故障对作业任务影响等因素，对船舶设备的雷电防护等级进行评估。
[0006]本专利技术的评估方法，包括如下步骤：
[0007]步骤1：分别模拟云层先导和船舶先导的船舶缩比模型雷电附着试验，确定船舶直击雷附着点。
[0008]本步骤包括以下分步骤：
[0009]步骤1
‑
1：按照船舶甲板面设备布置情况制作船舶缩比模型，缩比比例可根据试验场地、船舶大小确定；
[0010]步骤1
‑
2：根据船舶舷长、船宽对船舶进行分区，根据分区设置试验电极位置；
[0011]步骤1
‑
3：模拟云层先导模式下雷击附着试验；
[0012]步骤1
‑
4：模拟船舶先导模式下雷击附着试验；
[0013]步骤1
‑
5：根据云层先导和船舶先导的船舶缩比模型雷电附着试验结果，得到船舶表面设备雷击附着概率，附着概率大于10
‑2，确定为雷击附着点。
[0014]步骤2：按照GB/GJB标准规定的方法开展数值仿真计算，确定全船直击雷防护区
域。
[0015]本步骤包括以下分步骤：
[0016]步骤2
‑
1：假定步骤1中试验获得的雷击附着点为局部保护区域的中心点，分别按照GB 50057
‑
2010滚球法、GB/T 50064
‑
2014折线法、GJB 5080
‑
2004折线法对每个雷击附着点的局部保护区域进行计算；
[0017]步骤2
‑
2：将每个局部保护区域合并，形成三种计算方法下全船联合保护区域；
[0018]步骤2
‑
3：比较三种计算方法下全船联合保护区域的大小，选择最小范围设为直击雷防护区(LPZO
B
)，对船舶甲板面除直击雷防护区外的区域设为直击雷非防护区(LPZO
A
)；金属船体内部区域，由于金属船体的屏蔽作用，雷电电磁场强度被衰减，遭受直接雷击概率较小，设为舱室雷电防护区(LPZ1)；
[0019]步骤3：根据设备所在区域，确定设备雷击故障概率等级。
[0020]本步骤包括以下分步骤：
[0021]步骤3
‑
1：在步骤1试验获得的雷击附着点，除了专门设置的直击雷防护装置之外，其他独立安装的船舶设备设为雷击故障概率等级A；
[0022]步骤3
‑
2：对于甲板面除步骤3
‑
1确定的设备之外位于直击雷非防护区(LPZO
A
)的设备设为雷击故障概率等级B，对甲板面除步骤3
‑
1确定的设备之外位于直击雷防护区(LPZO
B
)的设备设为雷击故障概率等级C,对布置于舱室雷电防护区(LPZ1)的设备设为雷击故障概率等级D；
[0023]步骤4：根据设备燃爆等级、设备在任务剖面中的重要性给出设备故障对任务影响严酷程度分类。
[0024]Ⅰ类：灾难性影响，船舶遭遇雷击情况下，击中该设备含有的易燃易爆组件，可能致使船舶出现爆炸或者火灾等安全性事故；
[0025]Ⅱ类：严重影响，船舶遭遇雷击情况下，击中该设备故障可能导致船舶航行及主要作业任务无法完成，会影响船舶主要功能；
[0026]Ⅲ类：中等影响，船舶遭遇雷击情况下，击中该设备故障不会直接影响舰艇安全、航行安全及主要作业任务的完成，会影响船舶次要功能；
[0027]Ⅳ类：轻度影响，船舶遭遇雷击情况下，击中该设备对船舶功能影响较小。
[0028]步骤5：基于设备故障概率，设备故障对作业任务影响分类，按照设备雷电防护等级评估矩阵确定设备雷电防护等级。
[0029]利用雷电防护等级评估矩阵，根据设备在等级评估矩阵中的评分确定设备雷电防护等级，分值越低雷电防护等级越高，防护要求越高。评估结果可以作为船舶设备上防护的依据。
[0030][0031]本专利技术提供了一种水上船舶设备雷电防护等级评估方法，利用模拟云层先导(云层向船体放电)和船舶先导(船体向云层放电)的缩比船舶模型确定雷电附着点，结合标准数值计算方法精确确定船舶直击雷防护区域，为船舶设备雷击发生概率提供判定依据。根据设备遭受雷击概率对设备进行等级分类，弥补了船舶行业雷电防护区域使用单一数值计算，直击雷防护区域划定方法考虑因素单一的不足。
[0032]本专利技术结合设备遭受雷击故障对船舶安全、作业任务影响，对设备进行危害影响程度分类，双维度建立设备雷击防护等级评估矩阵，根据设备雷击评估得分量化确定设备雷电防护等级。
[0033]通过本专利技术的等级评估方法综合考虑设备在船舶上布置位置、设备对船舶作业影响程度等影响等多维因素的影响，精确评估设备雷电防护等级，为设备选择雷电防护措施提供量化指导依据，在雷电这类低概率高危害自然事件情况下，综合平衡设备设计生产经济成本投入、设备故障发生概率、故障危害程度，降低雷击事故对船舶航行及作业的危害，弥补船舶行业对船舶设备雷电防护评估方法的不足。
附图说明
[0034]为更好地阐述本专利技术的具体流程和技术方案，下面对本专利技术中技术方案所需要的附图进行介绍。
[0035]图1为结合缩比模型试验的设备雷电防护等级评估方法的实施流程图。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种船舶设备雷电防护等级评估方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：分别模拟云层先导和船舶先导的船舶缩比模型雷电附着试验，确定船舶直击雷附着点；步骤2：按照GB/GJB标准规定的方法开展数值仿真计算，确定全船直击雷防护区域；步骤3：根据设备所在区域，确定设备雷击故障概率等级；步骤4：根据设备燃爆等级、设备在任务剖面中的重要性给出设备故障对任务影响严酷程度分类；Ⅰ类：灾难性影响，船舶遭遇雷击情况下，击中该设备含有的易燃易爆组件，可能致使船舶出现爆炸或者火灾等安全性事故；Ⅱ类：严重影响，船舶遭遇雷击情况下，击中该设备故障可能导致船舶航行及主要作业任务无法完成，会影响船舶主要功能；Ⅲ类：中等影响，船舶遭遇雷击情况下，击中该设备故障不会直接影响舰艇安全、航行安全及主要作业任务的完成，会影响船舶次要功能；Ⅳ类：轻度影响，船舶遭遇雷击情况下，击中该设备对船舶功能影响较小；步骤5：基于设备故障概率，设备故障对作业任务影响分类，按照设备雷电防护等级评估矩阵，确定设备雷电防护等级。2.根据权利要求1所述的评估方法，其特征在于，步骤1包括以下分步骤：步骤1
‑
1：按照船舶甲板面设备布置情况制作船舶缩比模型，缩比比例可根据试验场地、船舶大小确定；步骤1
‑
2：根据船舶舷长、船宽对船舶进行分区，根据分区设置试验电极位置；步骤1
‑
3：模拟云层先导模式下雷击附着试验；步骤1
‑
4：模拟船舶先导模式下雷击附着试验；步骤1
‑
5：根据云层先导和船舶先导的船舶缩比模型雷电附着试...

【专利技术属性】
技术研发人员：王文嘉，陈曦，吴启华，李佳伟，黄济潼，
申请(专利权)人：中国舰船研究设计中心，
类型：发明
国别省市：