基于主动防雷系统在电台中的应用

周厚福

摘要：广播电台是整个广播电视系统当中的一个关键组成部分，每年因为雷击造成的停播事故多有发生，该文介绍了雷电的形成以及其危害性，对主动防雷系统从信号探测、数据处理、报警信息、多级防御在电台中的应用进行了阐述，从探测系统和干扰问题两方面深入探讨了主动防雷系统在电台中的实际应用，期望能及时采取措施避免雷击伤害和减少雷击造成的损失。

关键词：雷电检测；雷电主动防御；浪涌多级防护

中图分类号：P338 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）01（a）-0000-00

前言

随着技术的发展，我局发射机、发射机自动化系统、天线控制系统、电站控制系统、信息化支持平台等设备均实现板卡化、数字化、微电子化，由于这些设备的高度集成化和微电子化，使其易受雷电的侵害。

我台处于雷暴频发地区，雷闪持续时间长（最多1天可发生十几次雷闪），单次雷闪电流大等特点。近年来，每年都发生多起雷击事件，造成设备的损坏、发射机的停播等。

通过安装避雷器、浪涌保护器、强化机房设备屏蔽等的防雷措施，这些手段都是被动防雷措施，对雷暴频发地区的电台台站所起到的效果并不理想。

1雷电的形成

由于大气的剧烈运动，引起静电摩擦和其他电离作用，使云团内部产生了大量的带正、负电荷的带电离子，又因空间电场力的作用，这些带电离子定向垂直移动，使云团上部积累正电荷，下部积累负电荷（情况也可以相反），云团内产生分层电荷，形成产生雷电的雷云。雷云的成因主要来自于大气的运动，当雷云在天空移动时，在其下方的地面上会静电感应出一个带相反电荷的地面阴影。

正常情况下地面电场强度约为250—300V/m，而当地面电场强度达到2KV/m以上时，表明该地的上方雷云已经产生，当地面电场强度持续增大到4KV/m以上时，该地发生雷闪的可能性超过90%，雷闪发生时，电场强度增大到14KV/m以上。

基于上述原理设计的雷电探测系统，能够实时检测所在地的电场变化；为了达到更好的效果，在所在地周围选定多个点，用来排除修正其他非雷云的电场干扰信号，从而实现雷电的准确报警；同时可设置三个报警阈值等级，第一级阈值：通报出现了一个微弱的电场（预先通知）；第二级阈值：通报一个活动的雷雨正在靠近，在当前预知时间10到20分钟内将抵达现场；第三级阈值：通报雷击将在3-5分钟到来。

连接各个等级阈值的控制系统用来启动报警和开启防御设备，同时通过报警可以提醒我们采取有效的防御措施，如关闭电脑、断开办公设备电源等。

2主动防雷预警系统

2.1系统的组成

主动防雷预警系统是一种通过检测大气静电场的变化预报雷电的设备。可以预报10km范围内产生了雷電，具有提前预警、提前保护用电设备免受雷电灾害的功能。整个系统由雷电探测装置、通讯系统、控制系统、主动防护系统、报警系统组成。

2.2系统简介

探测装置是一个高集成度极其灵敏的静电探测器，对地表附近的大气电场进行测量，将探测结果进行数据转换，传给远程通信模块；控制系统的通信模块将收到的数据实时发送到远程终端进行显示；电源部分采用太阳能电源，主要完成对探头进行供电；

探测系统与控制系统我们选用无线数据传输方式，负责将探测数据发送到有固定IP地址的终端进行显示；控制系统与主动防御系统及报警系统均采用PC机串口RS232输出转RS485通讯方式，控制声光报警及主动防御的启动。

控制系统是基于C++编写的雷电预警控制软件，负责将探测收到的数据进行实时处理，设置预警等级，主动防御设置，并通过网络发送预警信息等。

设置预警等级是根据探测到的电场强度变化，而判断是否产生雷电的可能，一级预警，场强设为2.0KV/m，表示当地雷云产生；二级预警，场强设为4.0KV/m，表示当地雷云有可能产生雷闪；三级预警，场强设为10.0KV/m，表示当地雷闪在3-5分钟内到来；

一级防御：当一级预警发出时，在电网中投入第二级防浪涌设备；

二级防御：当二级预警发出时，在电网中投入第三级防浪涌设备；

三级防御：当三级预警发出时，对UPS供电的设备进行外电隔离；同时当预警信号解除后，能自动恢复到正常状态。

报警信息均可勾选，不选时，不会发出报警信号，报警是根据探测到的电场强度变化而触发报警信息。图1是主动防雷系统界面和一次雷暴发生时探测到的电场变化图。

报警信息均可勾选，不选时，不会发出报警触发信号，有三种报警方式组成：声光报警、网络报警、短信报警。

声光报警是根据探测到的电场强度变化而在控制室发出声音告警信息，声光报警是一级报警，当电场强度达到2.0KV/m时触发报警信号，提醒值班人员当地出现雷云，有可能会出现雷闪，根据雷雨预案做好准备工作。

网络报警是根据探测到的电场强度达到4.0KV/m时触发报警信号，通过协议转换成网络信号，在全台OA办公系统中发出雷电来临的预警信号，提醒各部门有关人员做好准备。

短信报警是通过手机平台发送信号，根据探测到的电场强度变化，达到三级预警时，通过短信向各科室人员发出雷闪将在3-5分钟后到来的信息，提醒大家采取有关措施，关闭办公设备等。

2.3主动防御简介

由于雷击的能量是非常巨大的，需要通过分级泄放的方法，将雷击能量逐步泄放到大地。第一级防雷器可以对于直接雷击电流进行泄放，或者当电源传输线路遭受直接雷击时传导的巨大能量进行泄放。

第二级防护是针对经过第一级防雷器后的残余电压进一步吸收，对于前级发生较大雷击时，经过第一级的防雷器能量吸收仍有一部分能量（对设备而言是相当巨大的）会传导过来，需要第二级防雷器进一步对雷击能量实施泄放。

第三级防雷器是对LEMP（雷电电磁脉冲）和通过第二级防雷器的残余雷击能量进行保护。

由于防雷设备的投入运行，会产生能量消耗，为了节约资源及保证防浪涌设备的使用寿命，平时二级、三级防雷设备并不投入运行，当探测装置检测到电场强度增大，达到4KV/m时，该地发生雷闪的可能性超过90%，而且可能在10分钟左右到达，这时通过主动防雷预警系统开启二级、三级防雷保护，通过二、三级的防雷保护，进一步将通过第一级防雷器的残余浪涌电压的值进行限制，大大的提高了设备运行的安全性和可靠性。

图2为三级防雷示意图，正常情况下K1在常闭状态，只接入一级防雷设备，当检测到雷电到来时，通过控制触发主动防雷系统，使K2闭合，延时5秒后K1断开，供电电路通过二、三级防雷系统，进一步抑制了雷电的残余浪涌电压。当预警信息解除后，K1接通，延时5秒后K2断开，恢复到常态。

3实际应用中应考虑的问题

3.1探测系统问题

雷电探测系统一般安装在户外，因此对其也要采取必要的防雷措施，确保设备本身不受雷电伤害。

雷电探测系统，安装在远离机房的室外，电源线、及信号传输线安装不方便，整个探测系统功耗小，所以我们采用太阳能供电、无线传输方式。

3.2干擾问题

为了防止非雷电信号干扰，而产生误报警，我们采用多点式数据采集，每点相隔一定的距离，信号采用“与”输入，只有在多个采集点都发出雷电预警信号时候，才发出雷电预警信号，从而排除了误报警情况。

为了预报的更加准确，可以考虑加入气象预报信息，通过访问当地的气象预报网，采集气象信息作为我们报警的一个条件。

4结束语

雷电预警系统是根据环境静电场变化的原理对雷云进行侦测的电子安全系统，能够对雷暴进行预防性侦测，能在雷电电磁释放前提供有效的实时的报警及安全信息，能够及时地在雷电产生之前发出雷电警报，让我们及时采取措施避免雷击伤害和减少雷击造成的损失，促使雷电造成的损害从很大程度上得到降低。

参考文献

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