新型雷电防护在线监测系统的研究与应用

新型雷电防护在线监测系统的研究与应用

张炯

成都信息工程大学电子工程学院四川成都610225

摘要：我国经济的快速发展使我国各行业发展迅速。雷电是自然大气中的超长距离强放电过程，因其强大的电流、制热的高温、猛烈的冲击波以及强烈的电磁辐射等效应而能在瞬间产生强大破坏作用。因此，雷电灾害是“联合国减灾十年”公布的影响人类活动的严重灾害之一，也被称为“电子时代的一大公害”。随着微电子设备和大规模集成电路的广泛应用。

关键词：新型雷电防护；在线监测系统；研究与应用

引言

科技的发展使我国快速进入现代化发展阶段。为解决传统防雷不能有效地进行全方位雷电防护的弊端，对系统内的智能终端设备进行了防雷电路设计和自身防雷能力试验，智能终端设备被验证均具有Imax（8/20μs）100kA的防雷能力，也给物联网终端产品设计工程师提供了有价值的参考。

1现有技术中并没有一套较完善的防护系统来减少雷击造成的损害

1）雷电防护中实施综合一体化的水平还不高。传统避雷针、引下线、接地装置组成的泄流通道带来的瞬变雷电流及雷电电磁脉冲经常造成电子设备大规模损坏，新型雷电防护系统除传统直击雷防护外，将以雷电电磁脉冲防护和电路电磁兼容技术为核心，形成立体式、一体化的雷电防护体系。2）雷电防护中信息化、智能化程度还不高。接闪器、引下线等外部防雷装置经过天长日久的使用极易造成老化与损坏。目前，对防雷装置的管理还是以年检和人工巡检为主，无法保证防雷装置实时运行正常，需要信息化和智能防护手段进行24h×365d不间断监护。3）雷电防护中缺乏有效监测手段进行安全性分析。在戈壁山川的铁路沿线基站、电力无人值守站等用电场所，雷电防护需要对土壤电阻率、接地电阻值、接闪器、避雷针、防雷器等性能参数做出评估，更需要通过现场的在线监测数据来帮助分析。

2雷电防护在线监测的必要性

据统计，全世界平均每分钟约有2000多个雷暴区在活动。由于雷暴天气往往伴随暴雨、大风、冰雹等灾害天气，给工业、民用、国防等部门造成极大的危害。军事、气象、电力、航空、林业、盐场等部门都迫切需要专业仪器来监测雷电发生、发展趋势以及消失过程，以便在雷暴来临之前向可能受灾的地区提前发出雷电告警。例如，航天部门可以推迟火箭发射，航空部门延缓飞行计划和路线，军事部门中止加装燃料，停止导弹发射等，林业部门、电力部门可以迅速判断可能出现事故的地点。电子信息系统对雷电防护技术提出了更高更新的要求和挑战。在防雷技术相对滞后于电子信息技术发展的今天，在电子信息系统的雷电防护设计中，应结合建筑物的特点及电子信息设备的特点，遵循雷电自然规律，运用电磁兼容的原理，全面系统地考虑电子信息系统的防雷设计，并要综合运用传统和现代防雷技术。虽然目前人类尚未掌握阻止雷电发生和控制雷闪击向大地的方法，但可以通过有效的实时在线监控手段，掌握雷电及雷击规律，从而防止或减轻雷电带来的灾害，提高人类防御雷电灾害的综合能力。雷击事件发生后，出现一些设备损坏，由于不掌握损坏的真正原因，多数情况下只能靠更换设备解决问题。由于根本性问题没有得到解决，下一次遭受雷击又可能重复上次过程，造成连续性直接或间接经济损失。因不能对防雷设备做到全面在线监控，所以在雷击发生后很难通过科学的技术手段判断防雷环境设备是否发挥良好的作用，无法及时监测到防雷设备是否损坏及性能劣化。雷电防护在线监测系统能大范围、准确地提供雷电放电参数，为工程技术人员进一步研究雷电放电特性和更细微的物理过程提供科学依据，因此，雷电防护在线监测是雷电防护中非常重要的一环，在雷电的研究、监测及防护领域中处于极其核心的地位，得到了国家的大力支持。对低压电气设备、通信及计算机信息系统等电子设备而言，通过雷电环境智能监测，可以随时掌握是否处于安全的雷电防护范围内，系统是否存在防雷隐患等。很多移动通信基站、机房、电力无人值守站、变电站等用电场所，环境复杂，用电接入方式众多，接地电阻值偏高，均压、防静电、等电位连接、屏蔽等防护措施不完善，电网电压波动或雷电会对用电设备造成干扰，因此，需要对设备防雷的合理性提出评估要求，也需要通过现场的在线监测数据来帮助分析。

3新型雷电防护在线监测系统技术分析

3.1传输网络的雷电防护策略

想要让传输网络不受雷电的侵害导致网络失效，重点还要放在对电子设备的维护和防雷击上，减少因为雷电而导致的电磁脉冲侵袭情况的发生。事实上，一旦电子设备的导线受到雷电的击打，感受到雷电能量，就很有可能会产生电压与雷电波，这种能量会对天馈线和配电装置产生损害，对其工作产生不良影响、造成失误。要预防、解决这个问题，可以安装SPD设备，还可以针对建筑物和设备的屏蔽进行穿金属管敷设，从而弱化信号传输线、电源线等的感应。

3.2雷电流智能分析仪

雷电流智能分析仪基于罗氏线圈传感器技术准确还原雷击的峰值、极性、能量。在线测试、无需自检、实时监测，采用RS485有线、无线通讯、GPRS无线通讯传输数据，实现远程在线监测。其包括雷电流传感器、电磁传感器、电压测量器、控制箱和报警装置等。雷电流传感器为罗氏线圈型冲击电流传感器，电压测量器包括耦合电容和调节电路，电流传感器、电压测量器和电磁传感器都与单片机的输入引脚连接，单片机的输出引脚连接报警装置，报警装置包括闪光灯和扬声器。雷电流所产生的磁场是一个快速变化的磁场，罗氏线圈基于电磁感应法将大电流转化为低电压来测量，并通过一个对输出的电压信号进行积分的电路，真实还原输入电流。通过雷电流智能监测仪软件可以实时显示被测雷电流峰值、能量、极性次数、时间，可以设置报警短信通知，划分站点维护人员报警信息接收，记录数据自动存储报表，方便历史查询、分析监测点雷击情况。

3.3深井式接地

深井式接地是基于不同地层之间的电阻率的不同来进行工作，可将地层分为三个类别，并分别对它们进行深井式接地。（1）土壤电阻率差别不大时，地面面积和地形会对地网造成限制，使其不能向外扩展。（2）土壤地层不均匀的情况下，即土壤下层的电阻较高时，要将深井打入到下层土壤。（3）土壤上层的电阻率较高、土壤下层是岩石时，不适合深井式接地。深井式接地一般适用于附近含有金属物质的区域或者是含有地下水的区域。

3.4SPD智能监测仪

SPD智能监测仪结构，其电压传感器和电流传感器对三相线路的电压和电流进监测。当空气开关闭合时，闸刀就会压在压力传感器上，跳闸时，压力传感器就会检测到变化，做到实时监测；漏电电流采集器则防止电源SPD漏电，当出现问题时，警示灯就会亮，而且，所有检测的量均通过无线发射器和无线收发器发送到监控室，显示在显示屏上，警示灯亮的时候，警报装置工作，提醒工作人员注意，摄像头则对整体进行拍摄，做到画面实时传递。因此，整个装置很好地对电源SPD进行在线监测。

4结语

雷电灾害会间接地造成经济损失，严重时会导致人员伤亡。随着我国社会经济的不断发展，人们必须重视雷电带来的危害。

参考文献：

[1]刘世宇.智能防雷体系关键技术的研究与应用[J].数字技术与应用，2017（11）：67-68.

[2]高攀亮等.一种用于古建筑的引雷装置及使用方法：ZL201710831188.8[P].2019-03-19.

[3]李扬.10kV配电线路架设地线对雷电感应过电压的防护效果[J].中国设备工程，2018，（19）：58-59.

[4]周玉娟，李凯.架空线路雷电感应过电压的避雷器与避雷线防护比较[J].电瓷避雷器，2018，（6）：86-90.