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智能雷电预警系统
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雷电预警系统-大气电场仪

发布时间:2022-06-24人气:228

1. 产品概述

雷电预警系统(大气电场仪)是一整套全自动、短时间、小范围(监测半径10-15KM)、雷电精准监测系统,能实时监测并显示静电场强度、经纬度和极性。适合文物建筑、旅游景区、学校、车站、广场、高尔夫球场、太阳能发电站、飞机场、地铁站、气象站、风电场、科研场所、油库、加油站、化工厂等场所安装使用。

使用单位的管理人员可以根据收到的预警信息,结合现场情况及时提前做好防雷措施,保障人员安全和减少财产损失。雷电预警系统工作流程图如下:

 

图片14.jpg

2. 工作原理

众所周知,电场是由电荷建立的,雷电来源于雷雨云内部的电荷累积达到一定条件后瞬间释放产生,只要能够准确检测空间静电场的变化,就可以间接了解雷雨云电荷累积的情况。侦测探头是基于场磨式(或称盘磨式)原理设计的,通过马达不停旋转来获取到连续测量大气电场强度的变化。它由一片 “定子”(感应片)和一片“转子”(接地屏蔽片)构成。转子由转速恒定为26转/秒的电机带动旋转,使感应片交替地暴露在电场中或被屏蔽,从而产生与外界电场强度成正比的感应电荷,感应片连接到放大处理电路及波形调整电路,输出电压信号,经过标定,该电压可以表征大气电场的强度以及极性变化。测量原理模型图如下:

1656040369303060.jpg

 

根据多年来世界各地所记录的相关气象资料表明,雷电的发生需要一定条件,并且具有规律性:以在平地距地面约 1.5m 处设立的检测点为例,在一个无云天气检测到的平均电场值约为 250V/m,而当场强检测值达到 2KV/m 以上时,通常意味着该地点上方雷雨云已经产生;如果电场值持续增大至4KV/m,发生雷电现象的可能性就将超过 90%;雷电发生时,电场值会增大至 6KV/m 以上。一般情况下,独立雷雨云或雷雨云群的产生需要至少约 20 分钟。当雷云形成或靠近的时候,对地静电场的电场强度会呈现显著变化特征。如图所示:

1656040386200818.jpg

 基于上述原理设计的高性能雷电预警系统,它能够实时监测其所在位置的电场强度变化,然后反映在输出结果中并与预设的三个电场强度阀值相比较,结合电场强度波动范围和安装环境的数据修正,以确定预警等级,对云地闪监测预警最有效果。预警等级说明如下:

级 别 0

没有预警, 无雷电活动

级 别 1

黄色预警, 远方雷电活动

级 别 2

橙色预警, 近处雷电活动

级 别 3

红色预警, 本地雷电活动

雷电预警(大气电场仪)主要由侦测探头、控制主机、通信单元、供电单元、计算机和雷电预警控制软件等组成。侦测探头测量出电场变化数据值后,分析雷电预警等级,将数据传输至预警控制主机智能处理单元,主机智能处理单元可通过4G无线传输(或者光纤有线传输)将数据发送至雷电防护装置监测预警系统,并通过计算机雷电防护装置预警平台显示预警信息,还可增加雷电预警短信通知、声光报警等提醒功能。

侦测探头用坚固的铝合金压铸材料可抵挡各种恶劣环境,倒置式的结构能有效避免鸟粪、雨水、落叶等的侵袭,同时还具有低功耗、安装方便、维护简洁等特点,可以长期连续测量大气电场强度的变化。

 

3. 技术参数说明

序号

名称

主要技术参数

1

探头材质

铝合金压铸,叶片为不锈钢316

2

探头尺寸

直径240mm,高度110mm

3

探头安装方向

倒置式

4

探头测量原理

场磨式

5

探头连接线

4芯屏蔽线

6

供电方式

太阳能(100W)或市电供电(AC220V)

7

蓄电池容量

太阳能款38AH(两块电池),阴雨天气可持续工作20天以上

市电款7.2AH,备用工作时间1天(质保一年)

8

功耗

小于 3 W

9

采样速率

小于5 ms

10

探头数据输出

RS485(19200波特)

11

测量范围

+/- 300 kV/m

12

灵敏度

5 V/m

13

分辨率

1 V/m

14

工作温度、湿度

-45℃~65℃,100%RH

15

有效预警范围

0-15 km

16

测量误差

≤3%

17

线性度

≤1%

18

转速误差

≤1%

19

防护等级

IP65,户外型

20

传输方式

4G无线传输,支持RJ45/RS485/232/422、以太网、光纤等有线传输

21

数据传输频率

正常1分钟/组,有预警时1秒/组,可设置

22

设备安装尺寸

高度约2m、长度约1.2m、宽度约1.2m

23

机箱材质、总重量

304不锈钢,80KG

24

抗风等级

小于30米/秒

25

符合标准

QX/T594-2020 地面大气电场观测规范;

DB42T1682-2020 地面大气电场仪安装技术规范;

GB4793.1测量、控制和实验室用电气设备的安全要求,第1部分:通用要求;

GB 50343 建筑物电子信息系统防雷技术规范

GB 50057-2010 建筑物防雷设计规范

QX 4 气象台(站)防雷技术规范

26

质量保障

按照工业电子产品质量标准制造,保修期2年

4. 安装说明

 (1)安装位置选择

安装位置尽量选择空旷、维护方便、4G信号良好且太阳照射充足位置。探头与附近树木和建筑物的距离要大于2倍的高度差,以下是几种安装位置的选择,绿色代表可以选择安装点,红色代表不可选择的安装点。示意图如下:

 

 

以下安装位置要避免:

(1)避免侦测探头装在有污染气体的环境里;

(2)避免侦测探头靠近会产生各种粉尘的环境,如人流车流多的公路、各类排烟口、噪音大的设备周围等;

(3)避免侦测探头靠近易产生静电的层面(如塑料门面,塑料平台等),优先考虑混凝土地基。围栏材质应采用绝缘抗静电感应材料,需可靠接地且不应采用尖端立柱;

(4)避免将侦测探头安装在靠近避雷针的地方;

(5)避免将侦测探头安装在高压线附近。

雷电预警可安装在屋顶平台或者地面上,把地脚螺栓预埋在水泥墩基础上,太阳能款和市电款雷电预警基础大样图和效果图如下所示:

图片19.jpg

太阳能款雷电预警水泥基础大样图和安装效果图


图片21.jpg

市电款雷电预警基础大样图和安装效果图

  图片23.jpg图片24.jpg

雷电预警库区安装                                   雷电预警LNG安装

(2)设备装箱清单

部件名称

型号及数量

侦测探头

 1个

控制箱

500*660*320mm   1个

探头固定立杆

P2-01  H:1.8米  DN50  1个

太阳能板固定立杆(太阳能款)

P2-02  H:1米 DN50     1个

太阳能板H支架(太阳能款)

1个

太阳能板(太阳能款)

100W 1个

蓄电池

1组(2个12V串联24V安装)

配件袋

一套(螺丝、抱箍、电源线等)

(3)安装步骤

太阳能款雷电预警合理的安装步骤:①根据技术方案选择合适的安装点→②预埋件和水泥基础浇筑→③安装底座和箱体→④安装电池电源(接电池电源线时接头裸露部分必须先用电工胶布包好绝缘,以免线路短路打火花,2个12V电池串联成24V)→⑤安装太阳能板(先装立杆和支架,立杆用50mm抱箍固定,再固定太阳能板,太阳能电源线接头裸露部分必须用电工胶布包好绝缘,以免短路打火花)→⑥安装探头(探头的RS485接头必须顺畅插入拧紧,不可用蛮力,探头固定抱箍要顺畅放入立杆不要用蛮力拧太紧)→⑦设备内部接线,测量太阳能板是否发电,送电开机→⑧设置参数,调试设备,记录经纬度,调试设备查看后台数据是否正常→⑨最后检查各部位是否牢靠,孔洞封堵以免小昆虫进入。→⑩培训使用单位的管理人员正确使用和维护设备,交接钥匙和技术资料。

市电款雷电预警合理的安装步骤:①根据技术方案选择合适的安装点→②预埋件和水泥基础浇筑→③安装底座、立柱和箱体→④安装电池电源(接电池电源线时接头裸露部分必须先用电工胶布包好绝缘,以免线路短路打火花,2个12V电池串联成24V,)→⑤安装探头(探头的RS485接头要顺畅插入拧紧,不可用蛮力,探头固定抱箍要顺畅放入立杆不要用蛮力拧太紧)→⑥接AC 220V市电电源,设备内部接线,送电开机→⑦设置参数,调试设备,记录经纬度,查看后台数据是否正常→⑧最后检查各部位是否牢靠,孔洞封堵以免小昆虫进入→⑨培训使用单位的管理人员正确使用和维护设备,交接钥匙和技术资料。

太阳能板光照面应朝南与地面夹角约30°,可以根据环境适当调整方位,保证太阳能板能吸收更多的太阳能对蓄电池充电,如果具备条件也可以接入市电AC 220V对蓄电池充电。为尽量避免叠加干扰的影响,侦测探头应直接安装于室外无阻挡的开阔地,安装时尽量使探头的视野立体角 α 大(最小为 90 度),以保证天空和云层都在探测范围内。

因现场环境受限,侦测探头达不到理想测量效果,可适当修正环境参数调整阀值。精准的雷电预警需要经过一段时间雷雨天气监测,结合侦测数据分析,调试出良好的雷电预警效果。

设备整体必须良好接地,以便在其被雷电击中的情况下能将雷电电流导向大地,以及中和一些电场叠加干扰。探头连接线裸露室外部分须穿入内径不小于 30mm 的金属屏蔽管,金属屏蔽管应保持良好接地。

5. 设备维护说明

建议设备管理人员定期检查设备在线情况和数据,定期检查设备外观和安装是否牢靠,每月用湿布清洁太阳能表面并清除周围杂草,定期断电后用清水和软毛刷清洁侦测探头转子上的灰尘,有问题请及时联系我公司。

(1)通讯模块正常情况指示灯如下表,指示灯异常则表示相应部位有异常:

对应指示灯名称

正常状态

含义

SIM

绿色,常亮

SIM正常(手机卡)

RX

黄色,闪亮

接收侦测探头数据正常

TX

绿色,闪亮

读取侦测探头数据正常

LAN

绿色,常亮

有线传输正常

4G

红色,闪亮

4G正常在线

 

(2)设备故障说明

设备故障说明

对应原因和措施

1.设备通讯故障

1.通讯异常掉线,重启设备,还有异常更换通讯模块

2.通讯卡故障或者欠费,更换通讯卡或者充值

2.数据异常

1.探头转子灰尘多,断电后用清水和软毛刷清洁探头

2.需要校验侦测探头,或更换探头

3.电路故障

1.冬季或长时间阴雨天气太阳能不足,蓄电池低电压保护中,晴天后能正常工作,也可接入临时市电对蓄电池充电

2.蓄电池使用时间长已经亏电,需要更换新电池

3.线路故障,检查线路


6. 侦测探头的校准

由于户外侦测环境的不确定性,场磨式大气电场仪运行一段时间后会吸附灰尘,进行清洗维护后,需要对探头进行现场的标定、校准。建议雷电预警每12个月应在现场进行校验,每36个月宜在实验室进行校验一次。使用本方法进行现场标定、校准时请注意如下几点:

(1)因各厂家设备的外形设计差异,标定校准参考值应由厂家提供,厂家应在完成出厂一致性计量检定后,提供便携式现场标定校准设备,并给出参考值;

(2)便携式设备的直流供电源可单独携带也可至现场设备端取,但直流负极需与探头共地,实现基准电压;

(3)不锈钢圆板应与采样区域同圆心、同半径;且两者的距离为固定值。

现给出参考方法如下图:

图片25.jpg

 


7. 雷电防护装置监测预警系统

雷电防护装置监测预警系统是我公司自主研发软件管理系统,无需安装软件就可以在联网的计算机上登录,使用方便,数据发送至系统云存储,永久可查。根据公司提供的项目账户和密码,在http://yj.tehn.com.cn/fljc/public/index/login/index.html网址登录管理界面。还可以将设备通讯数据发送至客户的软件管理系统,客户根据通讯协议自行解析。

(1)登录雷电防护装置监测预警系统

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 (2)登录后雷电防护装置监测预警系统

图片27.jpg

  (2)雷电预警查询管理界面

 

图片28.jpg

图片29.jpg

(3)历史数据查询界面

 

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