主動(dòng)式雷電預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

劉世宇，馬磊，石濤

（1.寧夏中科天際防雷研究院有限公司，寧夏銀川750002；2.寧夏中科天際防雷股份有限公司，寧夏銀川750002）

在雷電防護(hù)措施中通常會(huì)采用主動(dòng)式雷電預(yù)警系統(tǒng)，目前氣象系統(tǒng)是以多普勒雷達(dá)和衛(wèi)星提供長(zhǎng)時(shí)間、大范圍的雷電預(yù)報(bào)，暫無(wú)成熟技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)對(duì)短時(shí)小區(qū)域雷暴在何時(shí)何地發(fā)生進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)報(bào)，造成局部的雷電預(yù)警、預(yù)報(bào)、主動(dòng)引雷處于空白階段，對(duì)文物古建筑、新能源等行業(yè)有很大的危害。

基于此，設(shè)計(jì)了可實(shí)現(xiàn)雷電監(jiān)測(cè)預(yù)警、遠(yuǎn)程控制及統(tǒng)計(jì)等多元管理任務(wù)的主動(dòng)式雷電預(yù)警系統(tǒng)，解決了雷電災(zāi)害準(zhǔn)確預(yù)測(cè)技術(shù)難題的現(xiàn)實(shí)需要，突破了無(wú)法對(duì)雷電可知、可測(cè)、可控的技術(shù)瓶頸。

該系統(tǒng)采用大氣電場(chǎng)偵測(cè)儀運(yùn)用測(cè)量環(huán)境靜電場(chǎng)的原理來(lái)對(duì)雷云進(jìn)行偵測(cè)分析。在任何時(shí)候，系統(tǒng)都可以根據(jù)對(duì)環(huán)境靜電場(chǎng)的變化來(lái)偵測(cè)15 km以內(nèi)靠近的雷雨云，隨后將偵測(cè)到的雷雨云的具體結(jié)果與設(shè)定的閾值進(jìn)行比較，當(dāng)超過(guò)閾值即可進(jìn)行報(bào)警等操作，從而探測(cè)到雷暴發(fā)生的可能性，并且迅速發(fā)出雷暴預(yù)警信息，同時(shí)也提高防雷系統(tǒng)的管控能力，保障防雷系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，降低運(yùn)維成本。

1 雷電預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)的基本組成

雷電預(yù)警系統(tǒng)主要有雷電預(yù)警儀、通信控制終端、供電組件、服務(wù)端軟件、聲光報(bào)警裝置、自動(dòng)升降避雷針、手機(jī)APP、微信報(bào)警等組成，系統(tǒng)圖如圖1所示。

圖1 雷電預(yù)警系統(tǒng)圖Fig.1 Lightning warning system

雷電預(yù)警系統(tǒng)利用先進(jìn)的微處理器數(shù)據(jù)系統(tǒng)，將探測(cè)電極帶電量轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式，從而實(shí)現(xiàn)了信息的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與顯示，記錄地面上的靜電場(chǎng)值與變化率，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)半徑15～20 km區(qū)域可能產(chǎn)生的雷電進(jìn)行預(yù)測(cè)和啟動(dòng)三級(jí)雷電預(yù)警報(bào)警。系統(tǒng)數(shù)據(jù)可通過(guò)4G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入數(shù)據(jù)中心服務(wù)器，在網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的支持下，技術(shù)人員可以對(duì)不同地區(qū)的雷電發(fā)生情況進(jìn)行實(shí)時(shí)探測(cè)，當(dāng)探測(cè)到雷電臨近狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)以聲光、短信等形式提出預(yù)警。

1.2 雷電預(yù)警儀的設(shè)計(jì)

靜電場(chǎng)產(chǎn)生的基礎(chǔ)是單個(gè)的電荷，人們所觀察到的雷電正是由這一個(gè)一個(gè)的電荷累積所形成，因此，能夠準(zhǔn)確觀察到雷雨云中的靜電場(chǎng)變化就能掌握對(duì)雷雨云內(nèi)部電荷的變化情況。

電流通過(guò)接地的金屬導(dǎo)體時(shí)會(huì)產(chǎn)生電場(chǎng)的變化，因此，如果想要了解電場(chǎng)的變化規(guī)律，只需要測(cè)量此電流的變化情況。但是，實(shí)際情況下的電場(chǎng)變化幅度非常微小、變化速率也比較緩慢，由動(dòng)態(tài)感應(yīng)原理可知，測(cè)量電流通過(guò)形成的電場(chǎng)的前提是需要有能夠產(chǎn)生靜電變化的足夠電荷量，因此，通常的測(cè)量方法是利用導(dǎo)體屏蔽以及去屏蔽裝置。

圖2為本文設(shè)計(jì)的雷電預(yù)警儀內(nèi)部傳感結(jié)構(gòu)的示意圖，該結(jié)構(gòu)為場(chǎng)磨式結(jié)構(gòu)。當(dāng)轉(zhuǎn)子和定子的葉片處于相同位置時(shí)，轉(zhuǎn)子屏蔽效應(yīng)會(huì)使得電力線無(wú)法到達(dá)定子葉片上，此時(shí)無(wú)法產(chǎn)生任何感應(yīng)電荷，只有當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)露出定子葉片時(shí)，電荷才會(huì)逐漸產(chǎn)生。所以，定子上可以觀察到隨周期性改變的感應(yīng)電荷，利用電流的變化即可測(cè)量到電場(chǎng)的變化規(guī)律：

圖2 傳感結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 The schematic of sensing structure

式中：I為測(cè)量的瞬時(shí)電流；Q為通過(guò)導(dǎo)體橫載面的電量；t為時(shí)間；ε為真空環(huán)境中的介電常數(shù)；K為導(dǎo)體引入后產(chǎn)生的電場(chǎng)畸變系數(shù)[1]；E為靜電場(chǎng)電場(chǎng)強(qiáng)度；S為金屬導(dǎo)體的表面積。

需要指出的是，我們用電機(jī)產(chǎn)生的類似信號(hào)代替原同步信號(hào)發(fā)生器，利用電機(jī)的軸接地取代了原接地電刷，采用金屬支撐柱硬連接方式直接將電路板與外殼連接，起到了支撐和接地的作用，減少了連接線，使得雷電預(yù)警儀的穩(wěn)定性得到了大大的提升，改進(jìn)后的場(chǎng)磨式結(jié)構(gòu)和預(yù)警儀實(shí)物如圖3所示。

圖3中，左1為場(chǎng)磨式結(jié)構(gòu)（電機(jī)及定轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)）細(xì)節(jié)圖，左2為改進(jìn)后的場(chǎng)磨式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖，右1為實(shí)物圖。

該雷電預(yù)警儀具備雷電預(yù)警信號(hào)實(shí)時(shí)輸出功能，預(yù)置內(nèi)部算法，預(yù)警準(zhǔn)確率高，其主要性能參數(shù)設(shè)置如下：探測(cè)半徑15～20 km，測(cè)量范圍±300 kV/m，電場(chǎng)分辨率≤5 V/m，采樣速率≥200 Sample/s，屏蔽模式為非碳刷模式，系統(tǒng)功耗≤5 W。

雷電預(yù)警儀可以在單機(jī)或聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)下使用，單機(jī)可以為單一場(chǎng)所提供雷電預(yù)警；多臺(tái)聯(lián)網(wǎng)使用可以組成雷電偵測(cè)網(wǎng)絡(luò)，使用者可以實(shí)時(shí)地對(duì)不同范圍進(jìn)行探測(cè)與觀察，通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件把按一定規(guī)律分布在各處的探頭收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總、計(jì)算及分析，掌握整個(gè)區(qū)域某一時(shí)段的帶電云層的變化資料，以此做出較為準(zhǔn)確地推測(cè)和預(yù)報(bào)[2]。

1.3 通信控制終端設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的通信控制終端架構(gòu)圖如圖4所示。電源支持12～48 V輸入；串口RS485×3；支持無(wú)線通訊，支持4G全網(wǎng)通；支持三路繼電器輸出，根據(jù)雷電預(yù)警級(jí)別控制三色警示燈或電源切換裝置；系統(tǒng)有短信功能，能單獨(dú)發(fā)送預(yù)警短信，也能作為短信服務(wù)器發(fā)送預(yù)警內(nèi)容，還支持接收短信指令遠(yuǎn)程修改設(shè)置參數(shù)。

圖4 通信控制終端架構(gòu)圖Fig.4 Communication control terminal architecture

通信控制終端實(shí)現(xiàn)主要功能：

1）數(shù)據(jù)讀取。采集大氣電場(chǎng)儀數(shù)據(jù)，包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、平均數(shù)據(jù)、變化率、電源電壓、電機(jī)轉(zhuǎn)速及預(yù)警等級(jí)。讀取大氣電場(chǎng)儀設(shè)備參數(shù)，包括通信地址、全部報(bào)警級(jí)別閾值、數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)間間隔、總系數(shù)、分段系數(shù)及百分比倍率等。

2）參數(shù)設(shè)置。設(shè)置大氣電場(chǎng)儀通信地址、全部報(bào)警級(jí)別閾值、數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)間間隔、總系數(shù)、分段系數(shù)、百分比倍率及大氣電場(chǎng)極性等。

3）工作模式設(shè)置。聲光報(bào)警、電源切換模式；自動(dòng)控制升降避雷針模式；遠(yuǎn)程控制升降避雷針模式。

4）本地調(diào)試功能。有一路獨(dú)立RS485，使用通用的RS485線連接至該接口，即可燒寫(xiě)程序，模塊正常工作過(guò)程中通過(guò)該接口可輸出模塊運(yùn)行信息，方便調(diào)試。該接口還支持遠(yuǎn)程通信協(xié)議。

本地調(diào)試進(jìn)行系統(tǒng)升級(jí)，流程圖如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)升級(jí)流程圖Fig.5 System upgrade process

1.4 終端設(shè)備電源防雷設(shè)計(jì)

將220 V交流電源經(jīng)開(kāi)關(guān)電源轉(zhuǎn)換成直流電壓24 V，12 V，3.3 V，并經(jīng)過(guò)直流電源防雷器后供給大氣電場(chǎng)儀和通信控制終端等系統(tǒng)終端。

圖6為本文設(shè)計(jì)的雷電預(yù)警系統(tǒng)中的終端設(shè)備電源防雷電路。

圖6 終端設(shè)備電源防雷電路Fig.6 Lightning protection circuit of terminal power supply

表1為電源輸入部分以及輸出部分的元器件名稱及其功能[3]。

表1 電源輸入/輸出部分的元件名稱及功能Tab.1 Component name and function of power input/output part

2 終端設(shè)備的防雷能力試驗(yàn)

所謂終端設(shè)備的防雷能力測(cè)試試驗(yàn)，通常為8/20沖擊電流試驗(yàn)，進(jìn)行該試驗(yàn)的目的是檢查本文雷電預(yù)警系統(tǒng)的終端設(shè)備能否在大電流的工作狀態(tài)下依舊維持良好的電性能。在進(jìn)行沖擊電流試驗(yàn)過(guò)程中，通常選擇單極性的電流試驗(yàn)波形，當(dāng)然，有的時(shí)候也可以選擇比較常見(jiàn)的振蕩波形，利用上述試驗(yàn)波形可以實(shí)現(xiàn)對(duì)雷電放電過(guò)程中產(chǎn)生的雷電沖擊電流的模擬，同時(shí)也可以在一定程度上模擬電力系統(tǒng)開(kāi)關(guān)開(kāi)/閉過(guò)程中的沖擊電流。利用上述沖擊電流試驗(yàn)可以檢測(cè)出本文設(shè)計(jì)的預(yù)警系統(tǒng)設(shè)備的防雷擊能力是否能夠滿足實(shí)際雷電預(yù)警的應(yīng)用需求[3]。

被測(cè)樣品在沖擊電流為100 kA試驗(yàn)下波形圖如圖7所示。

圖7 100 kA沖擊電流試驗(yàn)波形Fig.7 The test waveforms with 100 kA impulse current

在被測(cè)樣品加220 V工頻電壓的條件下做8/20電流沖擊試驗(yàn)，依次增大沖擊電流值，當(dāng)沖擊電流值達(dá)到100 kA時(shí)，電流波形和電壓波形仍正常，說(shuō)明被測(cè)樣品正常通電工作時(shí)也具有較強(qiáng)的防雷能力。

3 直流電場(chǎng)試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本文利用可以達(dá)到0～120 kV的直流微電流高壓發(fā)生器（模擬雷電發(fā)生器）進(jìn)行直流電場(chǎng)試驗(yàn)設(shè)計(jì)。

首先將不銹鋼板以懸掛式的方式固定，進(jìn)行必要的隔離絕緣操作。

其次，向不銹鋼板上引入一個(gè)可調(diào)的高壓電流，從而模擬出一個(gè)電場(chǎng)環(huán)境來(lái)對(duì)雷電預(yù)警儀進(jìn)行測(cè)試和標(biāo)定。

直流電場(chǎng)試驗(yàn)示意圖如圖8所示。

圖8 直流電場(chǎng)試驗(yàn)示意圖Fig.8 DC electric field test

為達(dá)到要求，按以下要求進(jìn)行了試驗(yàn)：

1）試驗(yàn)樣品安裝在測(cè)試板下面，確保其下方中心區(qū)域的電場(chǎng)是均勻的（附近線性電場(chǎng)的變化小于2%，可以通過(guò)仿真或測(cè)量進(jìn)行確認(rèn)）。為達(dá)到電場(chǎng)均勻的要求，應(yīng)考慮測(cè)試板邊緣的電場(chǎng)效應(yīng)。

2）應(yīng)按照正常使用方式組裝試品，其最高點(diǎn)高于測(cè)試板下方的接地板1 m?？梢允褂媚举|(zhì)支架以達(dá)到該高度。

3）測(cè)試板宜設(shè)置在2 m高位置（確保高于傳感器最高點(diǎn)1 m），公差為±1 cm。

4）施加在測(cè)試板的電壓宜為直流高壓（負(fù)極性），從而使得試品探頭獲得0.1～15 kV/m的電場(chǎng)。

5）增減電壓使試品探頭獲得0.1～15 kV/m線性分布的多個(gè)值。

大氣電場(chǎng)儀所測(cè)的電場(chǎng)強(qiáng)度因?yàn)榫€性關(guān)系，可以用軟件修正測(cè)試標(biāo)定值，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，測(cè)試標(biāo)定值表如表2所示。

表2 測(cè)試標(biāo)定值表Tab.2 Test calibration value

4 雷電預(yù)警系統(tǒng)軟件平臺(tái)設(shè)計(jì)

4.1 軟件平臺(tái)結(jié)構(gòu)模型

現(xiàn)階段基于分布式對(duì)象的物聯(lián)網(wǎng)軟件體系中，為物理數(shù)據(jù)與真實(shí)世界提供交互功能的主要是有利于物端的各類服務(wù)組件，但是，這部分的服務(wù)組件不能脫離云服務(wù)或者用戶指令而獨(dú)立執(zhí)行任務(wù)。鑒于此，基于智能體的概念，我們提出了一種新的物聯(lián)網(wǎng)軟件體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其中，物理實(shí)體服務(wù)被重新地定義為可以執(zhí)行目標(biāo)任務(wù)的軟件實(shí)體，該軟件實(shí)體還能夠完成與周圍環(huán)境的交互任務(wù)，并且，不同智能體之間以物聯(lián)網(wǎng)的形式“互聯(lián)互通”。

軟件平臺(tái)智能體體系結(jié)構(gòu)參考模型由意大利卡拉布里亞大學(xué)的研究人員提出，該體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)是無(wú)線感知與執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)（wireless sensor and actuator network，WSAN），將WSAN中節(jié)點(diǎn)視為智能體的執(zhí)行任務(wù)的執(zhí)行單元，網(wǎng)關(guān)等則為智能體之間的信息交通、用戶與外界環(huán)境之間的交互提供了相應(yīng)的接口[4]。任意的WSAN智能體都可以在沒(méi)有用戶參與的前提下自主完成某些特定的任務(wù)，同時(shí)也可以接收用戶指令，完成與其他智能體的協(xié)同配合，從而形成一個(gè)整體性的物聯(lián)網(wǎng)體系。智能體體系結(jié)構(gòu)的參考模型如圖9所示。

圖9 智能體體系結(jié)構(gòu)模型Fig.9 WSAN architecture model

基于智能體體系結(jié)構(gòu)的雷電預(yù)警系統(tǒng)軟件平臺(tái)具有自治性、互動(dòng)性、主動(dòng)性等特點(diǎn)。軟件平臺(tái)功能模塊如圖10所示。

圖10 軟件平臺(tái)功能模塊Fig.10 Software platform function module

4.2 雷電預(yù)警實(shí)時(shí)監(jiān)控

該功能主要是在電子地圖上實(shí)時(shí)顯示此時(shí)此地大氣電場(chǎng)強(qiáng)度值（以s為單位）。在嵌入式軟件中，增加了數(shù)據(jù)預(yù)處理功能，使周邊的環(huán)境電場(chǎng)對(duì)探測(cè)所造成的影響降至最低限度，保證了所測(cè)數(shù)據(jù)的有效性，同時(shí)在某種程度上，降低了對(duì)安裝點(diǎn)的要求。實(shí)時(shí)監(jiān)控流程圖如圖11所示，其運(yùn)行界面如圖12所示。

圖11 實(shí)時(shí)監(jiān)控流程圖Fig.11 Real time monitoring process

圖12 程序運(yùn)行界面Fig.12 Program running interface

4.3 雷電預(yù)警數(shù)據(jù)分析

4.3.1 雷電預(yù)警系統(tǒng)的雷擊過(guò)程數(shù)據(jù)分析

圖13為2019年6月25日雷擊時(shí)序圖，圖中展示了一次雷擊隨時(shí)間變化的完整過(guò)程。由圖13可知，整個(gè)雷電過(guò)程對(duì)于大氣電場(chǎng)強(qiáng)度會(huì)產(chǎn)生非常顯著的影響。圖13中，雷擊過(guò)程劃分為6個(gè)不同的階段[5]，本文的研究重點(diǎn)在于雷電形成的預(yù)警階段。

圖13 雷擊時(shí)序圖Fig.13 Lightning sequence

4.3.2 雷電預(yù)警系統(tǒng)的預(yù)警臨界值的分析

接下來(lái)將以2019年6月25日收集到的雷電發(fā)生前的大氣電場(chǎng)數(shù)據(jù)為例，如圖14所示，當(dāng)天氣晴朗時(shí)，大氣電場(chǎng)的數(shù)值基本在0附近微弱波動(dòng)，此時(shí)當(dāng)?shù)氐孛娴碾妶?chǎng)值也基本維持穩(wěn)定，即帶電云層的電荷擾動(dòng)的影響效果非常微弱。

圖14 晴天電場(chǎng)值折線圖Fig.14 Line chart of electric field value in sunny days

2019年6月25日15點(diǎn)40分，目標(biāo)區(qū)域內(nèi)第一次出現(xiàn)雷電，整個(gè)雷暴一共持續(xù)約20 min，圖15展示了利用本文設(shè)計(jì)的雷電預(yù)警系統(tǒng)所收集到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

圖15 15點(diǎn)32分至15點(diǎn)50分電場(chǎng)值折線圖Fig.15 Line chart of electric field value at about 15∶10 to 15∶50

通過(guò)圖15可以明顯看出雷暴對(duì)于大氣電場(chǎng)具有較為顯著的影響，其中，在雷云初步形成時(shí)期：大氣電場(chǎng)值出現(xiàn)了小幅度的波動(dòng)，一般情況下，獨(dú)立雷雨云或雷雨云群的產(chǎn)生需要至少約20 min。

預(yù)警階段：從15時(shí)32分開(kāi)始，大氣電場(chǎng)的數(shù)值在非常短暫的時(shí)間內(nèi)就迅速到達(dá)報(bào)警閾值附近，隨后觸發(fā)報(bào)警信號(hào)。在這個(gè)過(guò)程中，電場(chǎng)值的大小直接決定了報(bào)警級(jí)別的不同，目前初步將報(bào)警級(jí)別設(shè)定為3個(gè)。

雷擊階段：到15時(shí)40分第一次出現(xiàn)雷擊現(xiàn)象，當(dāng)發(fā)生雷擊時(shí)電場(chǎng)值迅速達(dá)到15.43 kV/m，此后雷擊多次發(fā)生，電場(chǎng)值在整個(gè)雷暴天氣發(fā)生的過(guò)程中一度高達(dá)19.32 kV/m。

雷擊減弱階段：電場(chǎng)值的大小在短時(shí)間內(nèi)迅速減弱至平穩(wěn)狀態(tài)。

雷云消退階段：電場(chǎng)值的大小基本恢復(fù)到雷擊發(fā)生前的初始狀態(tài)。

通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間對(duì)于雷擊數(shù)據(jù)的全面系統(tǒng)性分析，本文提出了3個(gè)不同的雷擊預(yù)警等級(jí)。

一級(jí)黃色警報(bào)：閥值的默認(rèn)值為3.4 kV/m；對(duì)正在接近的雷電或在本地生成的雷電進(jìn)行報(bào)警，一般提前時(shí)效為20～30 min。

二級(jí)橙色警報(bào)：默認(rèn)的閥值為4.7 kV/m，此時(shí)雷電正逐漸逼近。

三級(jí)紅色警報(bào)：閥值的默認(rèn)值為7 kV/m，此時(shí)雷電隨時(shí)發(fā)生[5]。

5 雷電臨近主動(dòng)防護(hù)設(shè)計(jì)

當(dāng)接受到雷電預(yù)警信號(hào)后，系統(tǒng)平臺(tái)發(fā)送指令提前啟動(dòng)自檢程序使得自動(dòng)升降避雷針、雙回路電源自動(dòng)切換裝置等達(dá)到最佳的避雷狀態(tài)，必要時(shí)關(guān)口前移，在雷電攔截區(qū)提前升起主動(dòng)放電接閃裝置（自動(dòng)升降避雷針），由保護(hù)物被動(dòng)接閃變成異地?cái)r截放電，拒雷于本體之外，同時(shí)在雷電保護(hù)區(qū)LPZ1，自動(dòng)切換供電回路，有效阻斷線路引雷入室。

雷電預(yù)警系統(tǒng)復(fù)用了3路繼電器，單路繼電器控制電路如圖16所示，可支持雙回路電源自動(dòng)切換、遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)控制升降避雷針、三色聲光報(bào)警燈。

圖16 繼電器控制原理圖Fig.16 Relay control principle

現(xiàn)有的部分廠家都安裝雙路供電電源，從而避免雷暴對(duì)用電設(shè)備造成影響，而目前用于雙路電源的切換開(kāi)關(guān)經(jīng)常會(huì)被大電流燒毀，此時(shí)整體便無(wú)法實(shí)現(xiàn)切換功能。為了實(shí)現(xiàn)常用電源切換至防雷效果更好的備用電源，同時(shí)整個(gè)雙電源切換開(kāi)關(guān)在損壞時(shí)更換方便，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一種雷電臨近預(yù)警電源自動(dòng)切換裝置，裝置結(jié)構(gòu)如圖17所示。

圖17 雷電臨近預(yù)警電源自動(dòng)切換裝置結(jié)構(gòu)圖Fig.17 Structure of automatic switching device for lightning proximity warning power supply

由圖17可知，雷電臨近預(yù)警電源自動(dòng)切換裝置，主要包括常用電源、備用電源、防雷器以及雙電源切換開(kāi)關(guān)，雙電源切換開(kāi)關(guān)上設(shè)有用于供電切換的切換旋鈕，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)切換旋鈕實(shí)現(xiàn)常用電源和備用電源的選擇[6]。當(dāng)監(jiān)測(cè)到有雷電臨近時(shí)，伺服電機(jī)在驅(qū)動(dòng)作用下，夾具帶動(dòng)切換旋鈕轉(zhuǎn)動(dòng)切換，從而實(shí)現(xiàn)常用電源切換至防雷效果更好的備用電源，這樣有助于被保護(hù)物的保護(hù)，同時(shí)整個(gè)雙電源切換開(kāi)關(guān)在損壞時(shí)更換方便，而伺服電機(jī)不受雙電源切換開(kāi)關(guān)的影響，因此后期更換雙電源切換開(kāi)關(guān)成本更低。

6 結(jié)論

主動(dòng)式雷電預(yù)警系統(tǒng)除實(shí)現(xiàn)了雷電監(jiān)測(cè)、預(yù)警、臨近主動(dòng)防護(hù)等功能，還具有自動(dòng)分析、學(xué)習(xí)、評(píng)判防雷效果、實(shí)時(shí)告警及維護(hù)故障等功能，防雷系統(tǒng)運(yùn)維由靜態(tài)管理提升為動(dòng)態(tài)管理，全面、主動(dòng)、智能，構(gòu)筑全維立體防線。該系統(tǒng)在工程應(yīng)用方面具有很好的前景和推廣價(jià)值，已在四川合江縣堯壩古鎮(zhèn)、寧夏文物保護(hù)中心等處得到了很好的應(yīng)用，達(dá)到了預(yù)期的效果。

雷電預(yù)警系統(tǒng)的誤報(bào)率一直是雷電預(yù)警系統(tǒng)的一項(xiàng)重要指標(biāo)，目前雷電預(yù)警系統(tǒng)已通過(guò)大氣電場(chǎng)儀與閃電定位儀數(shù)據(jù)相結(jié)合的方式將誤報(bào)率由10%降低至5%，后期將繼續(xù)接入雷電云雷達(dá)、將回波數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)、有效地融合，實(shí)現(xiàn)更準(zhǔn)確的雷電臨近預(yù)警，進(jìn)而降低誤報(bào)率，同時(shí)保證預(yù)警成功率。