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雷電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)LM-S
雷電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
摘要：世界第一高樓哈利法塔，原名迪拜塔，高達(dá)828米，包括酒店、餐館、辦公室和私人住宅，同時(shí)還包括地下兩層停車場(chǎng)。57座電梯貫穿160層，且大樓還設(shè)有世界最高的電梯站臺(tái)，高度達(dá)638米，總造價(jià)15億美元。這座恢宏的建筑可謂城市之巔，吸引了全球各地的游客慕名而來。
世界第一高樓哈利法塔，原名迪拜塔，高達(dá)828米，包括酒店、餐館、辦公室和私人住宅，同時(shí)還包括地下兩層停車場(chǎng)。57座電梯貫穿160層，且大樓還設(shè)有世界最高的電梯站臺(tái)，高度達(dá)638米，總造價(jià)15億美元。這座恢宏的建筑可謂城市之巔，吸引了全球各地的游客慕名而來。
然而建筑物越高，越容易受到雷擊的損害。反復(fù)的雷擊會(huì)對(duì)房屋及建筑物造成毀滅性破壞。若雷擊電流的強(qiáng)度過大，可發(fā)生大規(guī)模損壞。而世界第一高樓哈利法塔高聳入云，遭受雷擊的風(fēng)險(xiǎn)非同小可，因而針對(duì)雷擊進(jìn)行測(cè)量與統(tǒng)計(jì)變得越來越重要。在哈利法塔頂端上，使用了菲尼克斯電氣LM-S雷電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以便在此位置檢測(cè)和評(píng)估雷擊，于城市之巔守護(hù)它的安全。
法拉第電磁效應(yīng)
LM-S雷電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括一個(gè)分析儀、連接電纜，以及三個(gè)傳感器。如果閃電擊中了一個(gè)避雷針（例如安裝在哈利法塔頂部的避雷針），在避雷針附近將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)能量巨大的電磁脈沖。LM-S使用法拉第電磁效應(yīng)測(cè)量避雷針中流經(jīng)的浪涌電流。此外，光在傳感器內(nèi)部測(cè)量區(qū)發(fā)生偏振。若傳感器測(cè)量區(qū)檢測(cè)到閃電磁場(chǎng)，先前偏振光會(huì)以可測(cè)量的方式發(fā)生彎曲。LM-S系統(tǒng)會(huì)確定雷電電流峰值、電流波形的最大斜率、雷電流的能量、雷電流的電荷等雷電特性值，并將其與雷擊的日期和時(shí)間一起存儲(chǔ)。該傳感器經(jīng)由光纖電纜向分析儀發(fā)送光信號(hào)。
風(fēng)之啟示
迪拜雷電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)安裝在較為極端的環(huán)境條件下，所以它有可能會(huì)在運(yùn)行期間產(chǎn)生破紀(jì)錄的雷電數(shù)據(jù)。舉個(gè)例子，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)輪轂中，分析儀與葉根傳感器間所需連接電纜長(zhǎng)度僅為10米，而哈利法塔所用電纜長(zhǎng)度長(zhǎng)達(dá)200米 。LM-S的最初開發(fā)目的是防止雷擊損壞風(fēng)力渦輪機(jī)，因?yàn)檫@些場(chǎng)地的不定期的重復(fù)保養(yǎng)和維修費(fèi)用過于昂貴，導(dǎo)致雷電防護(hù)在風(fēng)電機(jī)組中變得尤為重要。
雷電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以為風(fēng)力發(fā)電機(jī)狀態(tài)監(jiān)控提供補(bǔ)充。借鑒風(fēng)電場(chǎng)所獲得的典型雷擊數(shù)據(jù)，并詳細(xì)分析潛在危害，有助于更好的進(jìn)行雷電防護(hù)規(guī)劃。同時(shí)，越來越多的證據(jù)表明，在建筑物中的綜合防雷概念也可從這些風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中借鑒經(jīng)驗(yàn)，大都市摩天大樓所受雷電災(zāi)害的威脅遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過普通的單戶住宅。正因?yàn)槿绱耍悄鼙O(jiān)控系統(tǒng)也可用于這類建筑物，這些永久運(yùn)行的監(jiān)視系統(tǒng)可直接向中央控制單元提交雷電信息和報(bào)告。
極端安裝條件
如同哈利法塔的案例，避雷針安置在建筑物頂部最高點(diǎn)的位置。用金屬扎帶將雷電傳感器連接至避雷針。傳感器通常是黑色的，但由于在該位置的傳感器需要直接暴曬在強(qiáng)烈日光之下，會(huì)導(dǎo)致黑色傳感器劇烈發(fā)熱，因白色傳感器吸收陽光熱量較少，因此傳感器設(shè)計(jì)為白色。鑒于極端安裝條件，需要對(duì)每一個(gè)工作步驟進(jìn)行多次測(cè)試。
哈利法塔的分析儀安裝在離地面高達(dá)680米的位置，并在空調(diào)服務(wù)器機(jī)柜內(nèi)運(yùn)行，這一高度位置有足夠的空間以及必要的電源與數(shù)據(jù)接口。 因此傳感器和分析儀之間的200米長(zhǎng)的光纖電纜是經(jīng)過專門測(cè)試的，以確保其能夠承受這些環(huán)境條件。光纖電纜在超過70攝氏度的溫度條件下，擁有很好的溫度彈性。在鋪設(shè)電纜時(shí)，必須采取特別安全的方法對(duì)它加以穩(wěn)固；高度每增加10米，就需要水平鋪設(shè)一小段電纜，以防止電纜因其自身重量而發(fā)生拉伸或下垂。
超過50 kA的最大雷電電流值
哈利法塔頂部雷電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已經(jīng)記錄下多次塔頂接閃信息，最大的電流值超過50 kA。由于該建筑物已擁有全面的外部和內(nèi)部防雷系統(tǒng)，因此大樓管理人員對(duì)這些信息進(jìn)行分析純粹是為了實(shí)現(xiàn)統(tǒng)計(jì)、評(píng)估的目的。管理人員以雷電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)電流讀數(shù)為參照，對(duì)哈利法塔的電子和建筑設(shè)施系統(tǒng)的潛在不規(guī)則構(gòu)造與雷擊災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)開展測(cè)評(píng)。
當(dāng)建筑物或風(fēng)力渦輪機(jī)檢測(cè)到雷擊時(shí)， 可以隨時(shí)對(duì)雷電參數(shù)與其所造成的傷害之間的關(guān)系得出結(jié)論。此外，評(píng)估特定事件可以總結(jié)出能夠證明雷電保護(hù)系統(tǒng)有效性的結(jié)論。雷電檢測(cè)系統(tǒng)可以定位雷擊位置，精確誤差值在200米左右。該系統(tǒng)收集的雷擊信息可以為理賠提供參考依據(jù)。畢竟，工作人員只能通過類似于菲尼克斯電氣的LM-S雷電流測(cè)量系統(tǒng)來確定閃電是否擊中建筑以及相應(yīng)的位置。
集成的測(cè)量讀數(shù)
分析儀擁有一個(gè)以太網(wǎng)接口，可與標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)融合，這樣一來，LM-S操作者就可以很容易地讀取數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)永久監(jiān)控。若移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)在服務(wù)范圍內(nèi)，現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架就可以單獨(dú)處理通信事宜。內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器可以搜集數(shù)據(jù)并配置系統(tǒng)。這樣可實(shí)現(xiàn)隨時(shí)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程訪問，比如使用智能手機(jī)。
該分析儀還包含一個(gè)有遠(yuǎn)程觸點(diǎn)的繼電器。對(duì)于任何能夠被計(jì)數(shù)器評(píng)估的事件，該常閉觸點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)短脈沖。這樣便能夠記錄下雷擊次數(shù)。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，該繼電器會(huì)斷開。這意味著，系統(tǒng)準(zhǔn)備還可以使用遠(yuǎn)程觸點(diǎn)進(jìn)行查詢。當(dāng)信號(hào)與控制器連接，一旦閃電來襲，后續(xù)動(dòng)作就可以立即啟動(dòng)。
雷電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（LM-S）程序使用與細(xì)節(jié)
應(yīng)用領(lǐng)域包括遭受雷擊危險(xiǎn)的所有建筑和大型機(jī)械設(shè)備：高層建筑、工業(yè)廠房、發(fā)射塔、交通監(jiān)控設(shè)備，以及高壓和超高壓電氣傳動(dòng)設(shè)備。
在美國(guó)，一位大學(xué)教授借助LM-S評(píng)估其使用銅線觸發(fā)的雷擊，他將銅線纏繞在火箭上，并向?yàn)踉票椴嫉奶炜瞻l(fā)射這些火箭。
在2012年漢諾威工業(yè)博覽會(huì)上，為表彰科技創(chuàng)新，主辦方?jīng)Q定授予菲尼克斯電氣雷電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)創(chuàng)新大獎(jiǎng)。
