雷电预警系统：原理、重要性及应用价值

雷电预警系统：原理、重要性及应用价值

雷暴天气常常造成严重的危害，随着科学技术的不断发展，气象监测能力不断提高，雷电预警系统采用先进的雷电传感器和处理技术，观测大气电场的实时变化，实时监测雷电活动并及时预警信息。

预警监测设备-大气电场仪

雷电是由起电的云产生，而雷暴或积雨云是由上升气流产生，当雷暴云中的电荷积累到一定程度后，就出现了雷电。

雷暴云内的电荷在地面上形成一个强静电场，雷暴的起电过程或雷暴会造成晴天大气静电场的变化，所以，通过监测大气中静电场值变化，就可以检测到雷电活动并达到预警的目的，而雷电预警系统的雷暴探测仪-大气电场仪就是测量雷暴产生静电场值的仪器，也是唯一可以探测到雷电4个生命周期的探测仪。

GB/T 38121-2019《雷电防护-雷暴预警系统》4.1描述 雷暴的生命周期包括4个不同阶段，初始阶段-成长阶段-成熟阶段-消散阶段。

1.初始阶段（积云期）：云通过其内部电荷的分离起电。电荷分布在云内不同区域，并产生一个在地面上可测量的静电场。通常该静电场被认为是一次雷暴发生前第一个可探测的现象。

2.成长阶段：也称发展阶段，在云内电荷区域发展到一定程度后出现首次云闪或地闪。

3.成熟阶段：地闪和云闪均有发生。

4.消散阶段：云闪和地闪发生率均开始衰减，且大气静电场恢复至正常水平。

雷电预警系统测量原理

大气电场仪利用置于电场中的导体上产生感应电荷的原理来测量电场强度和方向。电场仪探头中定子上的感应电荷Q（t）为时间的函数，其值与外界电场强度E成正比：Q（t）= -ε0 E A（t）

注

公式中-ε0为自由空间介电常数，A（t）为定子暴露在电场中的表面积。

所以当定子的暴露面积随时间不断变化时，Q（t）为一个交变电流信号。由于电场强度与感应电流成比例关系，因此通过测量感应电流流经一个大电阻产生的等效电压值，即可得到外界电场强度值。同时感应电流流经一个大电阻产生的等效电压值与外界电场强度值之间的比例系数可以通过标定得到。

将雷电预警系统安装在中控楼顶或空旷区域，大气电场仪实时监测大气场强变化，探头会将探测到的数据进行采样和处理，并通过RS485信号传输至数据中心，在雷电来临前5 ~ 30分钟发出预警信息，帮助相关部门和用户采取有效的预防和应急措施，降低雷电带来的危害。

雷电预警系统的重要性

雷电预警系统在保护人们生命财产安全中扮演着至关重要的角色，实现对雷暴全过程的有效探测和量化预警，精准的辨识和预判雷暴发生阶段，为雷电主动防御计划（及应急预案）赢得合理的时间窗口。

1.减少人员雷击伤害

提醒作业人员及时躲避，有效避免雷雨天气下外场作业、高空作业的人员伤害。

2.减少雷击火灾事故的发生概率

实现雷暴天气下作业的“ 量化时间窗管理 ”，最大程度减少雷电造成的火灾爆炸等恶性事故的发生概率，为高风险作业增加一道安全保障。

3.减少无效停工

确保安全的前提下，大幅减少因雷电造成的无效停工时间。

4.减少电子系统损害

在雷暴将临时，执行电子电气设施的主动防御，可有效降低弱电设备的雷击概率。

因此，建设雷电预警系统是非常必要的，在今后，雷电预警系统的监测原理及测量精度定会取得更大的突破和发展，为人们的生活和财产安全提供有力的保障。