智能防雷體系關(guān)鍵技術(shù)的研究與應(yīng)用

劉沛雨

摘要：隨著國家的進(jìn)步，城市的發(fā)展越來越好，一二線城市中建筑物密集且多是高層，當(dāng)發(fā)生雷電襲擊時，這些區(qū)域更易造成嚴(yán)重后果。而隨著我國民航、高鐵等基礎(chǔ)設(shè)施的大規(guī)模建設(shè)，以及石油化工、航空航天等重點領(lǐng)域的電子化信息化程度越來越高，因此防雷也顯得越來越重要了。

關(guān)鍵詞：智能防雷體系，雷電預(yù)警系統(tǒng)，智能接地檢測技術(shù)，關(guān)鍵技術(shù);應(yīng)用

引言

我國地域廣闊，氣候現(xiàn)象豐富多變，氣象站在通過氣象監(jiān)測信息系統(tǒng)進(jìn)行氣象災(zāi)害防御過程中，由于考慮到氣候變化的突發(fā)性和偶然性，就必須明確相關(guān)防御技術(shù)要點，通過先進(jìn)技術(shù)設(shè)備來實現(xiàn)有效防護(hù)。智能防雷作為一種先進(jìn)技術(shù)，已經(jīng)為當(dāng)前高層民用建筑、石油化工、鐵路、民航、軍工等行業(yè)所廣泛應(yīng)用。

1防雷目的

當(dāng)前我國氣象站在防雷檢測工作方面存在誤區(qū)，即在實際的防雷檢測過程中多以裝置防雷性作為依據(jù)來檢測現(xiàn)有防雷裝置，可以講這就間接導(dǎo)致了防雷設(shè)備安全性的無法保證。但實際上防雷檢測的目的就是為了提高對設(shè)備的保護(hù)能力，所以應(yīng)該基于設(shè)備安全保護(hù)相關(guān)規(guī)則及技術(shù)要求來對其設(shè)備安全性進(jìn)行精確判斷，實現(xiàn)對系統(tǒng)防雷檢測能力的有效強化，更重要的是通過智能化的防雷技術(shù)來避免設(shè)備雷擊，造成財產(chǎn)及人員意外損失，這也是智能防雷技術(shù)的實施目的所在。

2智能防雷體系關(guān)鍵技術(shù)的研究與應(yīng)用

2.1雷電預(yù)警預(yù)報技術(shù)

我們知道，雷電是由雷雨云中的電荷達(dá)到一定的數(shù)量時，在云內(nèi)不同部位之間或云與地面之間就形成了很強的電場，當(dāng)電荷積聚到一定程度時，就會在云與云之間或云與地之間發(fā)生放電現(xiàn)象，即雷電的發(fā)生來源于雷云內(nèi)部的電荷累積。由于雷擊現(xiàn)象源于雷云內(nèi)部的大量電荷累積，因此大氣電場場強變化代表了雷云電荷累積程度。雷暴云帶電并聚集，對地產(chǎn)生強電場，金屬在電場力的作用下產(chǎn)生感應(yīng)電荷，根據(jù)靜電屏蔽原理，電機帶動金屬轉(zhuǎn)子周而復(fù)始以固定轉(zhuǎn)速（頻率）屏蔽/非屏蔽金屬定子，金屬定子被金屬轉(zhuǎn)子屏蔽瞬間產(chǎn)生微電流I，測量微電流I，推算電場強度E。在雷雨云來臨時，大氣電場強度會發(fā)生變化，通過監(jiān)測雷雨云中強電荷的極性、強度、分布及其發(fā)展演變，對雷電災(zāi)害發(fā)生時間、方位、強度、移向等進(jìn)行提前預(yù)測是可行的。在氣象領(lǐng)域，對于雷暴的監(jiān)測手段，分為間接監(jiān)測和直接監(jiān)測兩種，間接監(jiān)測的方法包括了多普勒雷達(dá)、氣象衛(wèi)星云圖等;而直接監(jiān)測手段則主要是大氣電場儀、雷電定位系統(tǒng)等。在上述系統(tǒng)中，大氣電場儀是唯一針對雷電發(fā)生的最根本因素-雷云電荷量（或稱為大氣電場場強）進(jìn)行監(jiān)測的系統(tǒng);能夠通過對電場強度、電荷極性變化的探測和分析，實時地監(jiān)測本地雷云變化，并對可能造成雷擊危險的大氣電場變化加以識別和預(yù)警。

2.2接閃器自啟動引雷技術(shù)

接閃器自啟動引雷技術(shù)的核心是升降式接閃器（避雷針）設(shè)計。自動升降接閃器主要由接閃器、自動升降裝置、接地裝置等組成。主要工作原理是：當(dāng)雷電預(yù)警系統(tǒng)報警，在該區(qū)域有可能發(fā)生雷電活動時，自動升降避雷針裝置開始工作，避雷針自動升高到原來的設(shè)計高度，對保護(hù)范圍內(nèi)的被保護(hù)對象起到保護(hù)作用，當(dāng)雷雨云消失或電場減弱到一定范圍，雷電預(yù)警系統(tǒng)取消報警，升高的避雷針降到原位。自動升降接閃器時無須專人配合，全部由機電一體化控制接閃器的升降、限位、鎖緊、密封。

2.3供電線路雙回路智能切換技術(shù)

供電線路雙回路智能切換技術(shù)采用的是電氣搭建的電源切換系統(tǒng)，實現(xiàn)提前切換電源，斷開市電，防止遭受雷擊，保護(hù)數(shù)據(jù)，保證設(shè)備安全;雷擊前關(guān)閉可以暫時關(guān)閉的設(shè)備，避免經(jīng)濟損失;自動切換電源、遠(yuǎn)程手動切換電源、就地切換電源。當(dāng)雷云逐漸形成的時候，本系統(tǒng)將自動切斷市電，這時候UPS將供電，當(dāng)雷云逐漸消散的時候，本系統(tǒng)又自動將開關(guān)合閘，恢復(fù)市電，這樣就成功的完成了一次雷暴的躲避。本系統(tǒng)還支持遠(yuǎn)程的分合閘操作，工作人員可以根據(jù)實際情況的需要來選擇開關(guān)狀態(tài)，從軟件上操作分合閘時，大氣電場儀的自動切換報警功能將自動屏蔽。

2.4防雷裝置智能在線監(jiān)測技術(shù)

防雷裝置智能在線監(jiān)測技術(shù)通過物聯(lián)網(wǎng)與云存儲技術(shù)的結(jié)合，提供防雷與其他環(huán)境在線監(jiān)測。防雷裝置智能在線監(jiān)測技術(shù)主要包括監(jiān)測接地電阻箱和智能SPD等。該技術(shù)能夠采集到接地電阻阻值、雷擊能量、強度、雷擊次數(shù)、雷擊的極性、雷擊時間、SPD漏流、SPD后備保護(hù)狀態(tài)等數(shù)據(jù)。（1）接地電阻在線監(jiān)測。接地電阻在線監(jiān)測的基本原理是測量回路電阻。傳感器由電壓線圈與電流線圈組成，電壓線圈先給被測接地回路一個激勵脈沖信號，在被測回路上感應(yīng)一個脈沖電勢E，在電勢E的作用下將在被測回路產(chǎn)生電流I。傳感器分別對E及I進(jìn)行測量，并通過公式：R=E/I即可得到被測回路電阻。其可以在線監(jiān)測接地引下線的連接狀況、回路接地電阻、金屬回路連接電阻，可實現(xiàn)在線測試、非接觸測量、實時監(jiān)測的功能。配有LCD液晶顯示屏的型號產(chǎn)品可在現(xiàn)場直接查看接地電阻監(jiān)測值，并通過按鍵設(shè)置接地電阻監(jiān)測報警的上限值，監(jiān)測值超標(biāo)時采用聲光兩種方式報警。（2）SPD在線監(jiān)測SPD在線監(jiān)測的主要是浪涌保護(hù)器（SPD）劣化程度、浪涌保護(hù)器（SPD）遙信、浪涌保護(hù)器（SPD）動作次數(shù)、后備保護(hù)裝置狀態(tài)、三相電壓、環(huán)境溫濕度。①SPD漏流監(jiān)測：采用μA級漏流傳感器。這是一種利用零磁通電磁感應(yīng)原理將被測交流漏電流（小電流）轉(zhuǎn)換成按比例輸出的電壓或電流信號的測量模塊，具有高精確度、高線性度、高集成度、體積小結(jié)構(gòu)簡單、長期工作穩(wěn)定且適應(yīng)各種工作環(huán)境的特點。②SPD遙信監(jiān)測：SPD脫扣裝置脫扣時會帶動遙信告警開關(guān)動作，SPD智能分析儀內(nèi)的單片機檢測到遙信告警開關(guān)量狀態(tài)變化后會報警提示SPD失效。③浪涌保護(hù)器（SPD）動作次數(shù)監(jiān)測：配有雷擊次數(shù)傳感器（電流互感器），當(dāng)SPD動作時，分析儀內(nèi)的單片機檢測到雷擊次數(shù)傳感器感應(yīng)到的電流值，經(jīng)過判斷后確定是否計數(shù)一次。④后備保護(hù)裝置狀態(tài)監(jiān)測：通過單片機檢測空開或熔斷器端的輸出電壓值（模擬量）來判斷空開是否跳閘或熔斷器是否熔斷。⑤三相電壓監(jiān)測：這部分功能的實現(xiàn)主要是通過電流型電壓互感器、三相電能專用計量芯片ATT7022及單片機實現(xiàn)。（3）雷電流在線監(jiān)測。雷電流在線監(jiān)測是基于羅氏線圈傳感器技術(shù)精確還原雷擊峰值、極性、能量，可以在線監(jiān)測1路雷電流的峰值、極性、能量及雷擊發(fā)生時間、次數(shù)數(shù)據(jù)，并在雷擊發(fā)生后及時報警。雷電流監(jiān)測是采用柔性羅氏線圈檢測雷電流數(shù)據(jù)，通過測量電流的互感器，輸出信號是電流對時間的微分，這個微分信號通過一個積分器，就可以真實再現(xiàn)被測電流。（4）防雷裝置智能在線監(jiān)測系統(tǒng)集成。防雷裝置智能在線監(jiān)測技術(shù)可以實現(xiàn)多通道的、遠(yuǎn)程的、高精度的雷電防護(hù)在線監(jiān)測，獲得接地電阻、雷電流波形的真實情況，同時反饋生產(chǎn)場所的電壓、電流、濕度等情況，超過正常值立即報警，提升安全管理水平。

結(jié)語

為了有效降低雷電災(zāi)害帶來的損失，需要我們不斷提高智能防雷技術(shù)，目前我國還有很長的路要走。只有通過不斷實踐制定出合理可行的相關(guān)規(guī)劃和條例，并貫徹落實，才能促進(jìn)智能防雷的更進(jìn)一步發(fā)展。同時，未來要以科技和人才為導(dǎo)向，以社會利益和國家安全為首任，加強對智能防雷的重視度，爭取讓這項工作體現(xiàn)真正的價值。

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