NEWS CENTER 新闻资讯

四、雷电预警装置的应用

4.1 雷电预警装置与传统被动防雷的比较

随着雷电灾害的不断增加，越来越多的单位，集体以及各类组织开始意识到雷电保护的重要性，并且在实际应用中，采用了完善的雷电保护措施，如，避雷针，接地系统和浪涌保护系统。然而，在很多情况下，以上所述的传统被动式雷电保护即使设计的再标准，也无法做到最全面的保护，每年依然有大量的雷电灾害损失产生。甚至，在一些特殊场合，无法采用传统被动式的雷电保护（例如，大面积的户外活动场所）。

因此，出于对重点单位，部门的防护等级提升的需求，在最新的国家标准GB/T 38121-2019《雷电防护 雷暴预警系统》中提出了一个全新的概念 – 预防性保护：即，提前探测雷电的活动趋势，在精确的时间范围内，对特定的区域提供雷电预警信息，以便提前采取雷电灾害应急预案，从而便于用户提高防护等级，减少财产，人身安全的损失，提升管理水平。

需要注意的是，雷电预防性保护并不是用来替代传统被动式雷电保护，而是一种提升保护等级的补充措施，尤其适合景区，石油石化，电力，通信，交通等对防护等级要求较高的场所。

4.2 雷电的形成与雷电探测装置的分类

在正常的天气条件下，大气中的正，负电荷处于平衡的状态。此时，相对于大气以及地面上的物体，大地拥有更多的负电荷。然而，当一个雷电风暴开始形成时，电荷将发生极化，该极化分为三个部分：云端顶部的正电荷，中间部分负电荷区（ -10 至 -20℃），以及在冰点附近的一小部分正电荷。

由于云的较低部分充满了负电荷，从而引起大地以及地面上物体充满了正电荷，从而在大气中产生可达数万伏的电场。从可观测和测量的角度，雷电的形成分为以下四个步骤：

阶段一：电荷的分化和积累阶段。在此阶段能够探测到大气电场的上升，但一般并没有成熟的雷电形成。

阶段二：云间放电过程。在此阶段，由于电荷的分化和积累达到一定程度，最先在云内或云间产生了放电活动。此时，可以听到雷声，或看到云内的闪电。

阶段三：云与地放电过程。在此阶段，一个成熟的雷电活动已经形成，大量的云闪与地闪正在发生。

阶段四：消散过程。由于放电结束，云层中的电荷重新趋于平衡，大气电场也随之下降至平衡状态，一般小于300v/m。

综观，在所有的阶段中，大气电场的上升是雷电形成的主要表征之一。尤其在雷电活动还没有产生时，大气电场是目前本地唯一可以观测到的与雷电形成有直接联系的物理数据。一般来说，一个在形成中的雷云会对半径10~20km范围内的大气电场产生影响。因此建立本地雷电预警系统，大气电场探测仪是必不可少的仪器。

另一方面，当雷电活动已经发生时，无论是云间放电还是云对地放电，都会产生强大的空间电磁场，这种电磁场可以在较远的距离被探测到。一般云间放电过程可在32km范围内被探测到，而云对地放电最大可在60km范围内被探测到。

依据不同的探测方式，雷电探测设备一般分为以下三类：

1类探测仪（场强测量法FSM）: 该类仪器可以探测到整个雷电过程。由于探测范围主要在10~20km半径范围内，因此一般被称为本地雷电探测装置。

2类探测仪（磁定向法MDF）: 该类设备能够探测到雷电形成的第二及第三阶段变化。云间放电会释放出非常高频的电磁波，一般为100mhz，该设备的有效率为80%以上，所在区域的不确定性小于5km。由于该类探测仪器可以在本地的大气电场受到影响之前就探测到远程的雷云活动，因此一般被称为远程雷电探测装置。

3类探测仪（射频信号强度测量法RFM）: 该类设备能探测到雷电形成的第三阶段。探测距离约100km，一般都是气象爱好者使用。

综上所述，1类探测仪对于本地形成的雷电活动有很好的提前效应，但是对于远程已经形成的雷电无法及时预知；2类探测仪对于本地的雷电活动探测的提前性不足，但是却能在更大范围内预判远处雷电活动的方向和趋势。因此，采用1+2类的探测方式能够最为全面的对雷电活动进行预判，从而真正实现雷电预警的保护作用。

4.3 重点场所雷电预警系统方案设计

依据最新颁布的国家标准GB/T 38121-2019 《雷电防护 雷暴预警系统》，在关于雷电预警的标准定义中，提出了一个场所是否需要采用雷电预警系统，应首先经过雷电风险等级评估的概念。一般包括三个步骤：

a) 危险情况识别；

b) 损失类型确定；

c) 风险控制：应确认雷电预警系统提供的信息是否有助于采取降低风险的临时预防措施。如没有，则该雷电预警系统是无用的。如有，则每一种危险情况和损失类型确定了雷电预警系统是否合适。鉴于有多种不同解决方案，最终应选择最安全的方案。

4.3.1 重点场所雷电预警必要性评估

针对重点场所有可能因雷电产生的危害，可按照以下表格按步骤进行雷电风险等级分析：

关于人员损失的风险分析：从表1可以看出，针对人身安全，重点场所属于A级风险。

表格1 – 关于人员保护的雷电风险分类 – 风险评估

关于物品损失的风险分析：从表2可以看出，针对物品的保护，重点场所属于A级风险。

表格2 – 关于物品损失的风险分类 – 风险评估