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雷電防護雷暴預警系統(防雷規范)(二)

發布時間:2020-06-09  

  4雷暴階段以及用于預警的可探測現象

  4.1 一般規定

  根據可探測到的現象(參見附錄A),雷暴的生命周期包括四個不同階段:

  a)初始階段;

  b)成長階段;

  c)成熟階段;

  d)消散階段。

  4.2階段 1一初始階段(積云期)

  在本階段,云通過其內部電荷的分離起電。電荷分布在云內不同區域,并產生-個在地面上可測量的靜電場。通常該靜電場被認為是一次雷暴發生前第一個可探測的現象。

  注:靜電場可產生潛在的危險,比如在沒有雷電活動的情況下依舊可發生靜電放電。

  4.3階段2-一- 成長階段

  本階段,有時也稱為發展階段,特征是發生首次云閃(IC)或地閃(CG)。在云內電荷區域發展到- -

  定程度后,出現首次云閃。然而在某些情況下,首次云閃與首次地閃之間并無明顯時間延遲。

  注:云閃通常代表了由雷暴產生的全部雷電活動中的大多數。觀測到不同雷暴過程IC/CG比例的變化較大.

  4.4階段3- - -成熟階段

  本階段的特征是地閃和云閃均有發生。

  4.5階段4一-消散階段

  本階段的特征是云閃和地閃發生率均開始衰減,且大氣靜電場降低至晴天時的水平。

  5雷暴探測儀分類及其性能

  由于便攜式設備的傳感器未固定,對其的校準和測試可能不足以提供有效的預警.故便攜式設備不在本標準的范圍內。

  雷暴探測儀應根據其可探測的雷暴階段進行分類,雷暴的階段由該階段可探測到的雷暴現象確定。盡管如此,一個雷暴探測儀可以探測一種或幾種雷暴現象。

  一般有幾種途徑可以評判雷暴探測儀探測雷暴,尤其是雷擊的方法。一種是查看探測儀能夠探測的雷暴階段;另一種是比較雷擊電磁輻射的頻段和傳感器可探測的電磁頻段;第三種是查看傳感器探測雷擊并計算其位置的技術。

  雷暴或雷擊探測儀分類如下:

  ——A類:探測雷暴階段1到階段4的整個生命周期;

  ——B 類:探測雷暴階段2到階段4的云閃及地閃;

  ——C類:僅探測雷暴階段3到階段4的地閃;

  ——D類:探測雷暴階段3的地閃以及其他電磁源,其探測效率非常低。

  附錄B給出了這幾種類型的詳細解釋。分類方法與系統的效率無關。

  雷電探測中使用的頻率范圍如下:

  ——DC:靜電場和準靜電場;

  ——VLF:甚低頻(3 kHz~30 kHz);

  ——LF:低頻(30 kHz~300 kHz);

  ——VHF :甚高頻(30 MHz~ 300 MHz)。

  所有這些現象均通過不同的傳感器和定位技術進行測量,這些傳感器和定位技術區分如下:

  ——MDF:磁定向法;

  ——TOA:到達時間法;

  ——RFI:射頻干涉法; .

  ——FSM:大氣電場儀;

  ——RF:射頻法。

  上述技術清單并不完全。

  這些探測技術的詳細描述參見B.2。

  雷暴探測儀應進行型式試驗,方法參見附錄F.

  表1給出了探測儀的工作頻率范圍與其對應的雷暴階段.工作分類和典型探測距離之間的聯系.

  


  雷暴預警系統(TWS)也可以按照探測距離進行分類,探測距離通常從幾千米到500 km甚至更遠。附錄B給出了更多信息,以便選擇基于特定目的探測儀。

  6警報方法

  6.1一般規定.

  為了提醒用戶,并方便其采取一切可 能的預防措施,雷暴預警系統應為可能受到雷電相關事件(LRE)威脅的目標區域提供警報。這類雷電相關事件可由第9章提供的危險情況描述進行識別。一個警報的產生來自對雷電活動的監測,可以是云閃或/和地閃,也可以是其他參數,如監測區域(MA)內的靜電場,通常還需要結合其他氣象觀測,例如氣象雷達。對于能提供地圖信息的探測系統(雷電探測網絡.雷達等),可以通過追蹤具有潛在危險的雷暴云單體來提高雷暴預警系統的性能。有關雷暴預警系統的信息參見附錄B.

  設置一個警報包括三個步驟:

  ——劃定區域;

  ——警報觸發判據;

  ——發送警報信息。

  以上三個步驟宜進行記錄。本章給出了設定警報的準則,附錄E列出了一些例子。

  6.2區域

  6.2.1目 標區域(TA)

  對區域的精確描述宜包含需要預警的物理延伸區域。目標區城可限制在一個單一的點,例如有工人作業的塔.規模有限的工廠等,見圖1 a);也可擴展到較大的區域,例如大型建筑、風電場.高爾夫球場等,見圖1b)。但安全起見,宜使用較大區域作為目標區域。在許多情況下,將雷電相關事件限定到地閃會使問題簡單化,因此需調整目標區城的大小和形狀以考慮到所有可能的誘導效應。例如,一個對線路過電壓敏感的系統,其目標區域應包括該系統場地、電源線以及附近區城[見圖1c)],故該目標區域發生的每一次地閃將被視為-一個可引起過電壓的雷電相關事件。因此,目標區域還取決于雷電相關事件的類型及其可能產生的影響(見第9章)。

  

    6.2.2周邊區域(SA)


  為確定雷暴預警系統警報的效率,評估時宜引入包含目標區域的周邊區城,如圖2所示。當周邊區域發生雷電相關事件,即使目標區城未發生雷電相關事件,此時對目標區域發出的雷電預警不宜統計為虛報(FA)。當周邊區域沒有發生雷電相關事件收到預警,宜視為-次虛報。此外,周邊區域的引入兼顧了定位精度的局限性。

  6.2.3監測區域(MA)

  監測區域的大小及形狀宜根據雷暴預警系統的類型(參見附錄B)、性能(參見附錄B,例如探測效率和定位精度)、目標區域的形狀、預警系統目的及性能進行調整。

  6.2.4覆蓋區域(CA)

  一旦確定了監測區城,探測系統宜劃定一個包含監測區域的覆蓋區城(CA)。當覆蓋區域未能完全包含監測區域而無法對目標區城進行可靠預警時,將幾個基本探測系統并列使用是非常必要的。這需要知道探測系統在監測區域內的探測效率(DE)和/或定位精度(LA),并兼顧這些因素對預警性能的影響(見圖2)。

  通常,對于探測網絡來說,監測區城等于覆蓋區城。

  

      6.3警報觸發


  一般情況下,監測區城內探測到雷暴預警系統提供的監測信息則會觸發警報。警報觸發判據宜依據雷暴預警系統自身的特性及其在監測區域內的性能確定,例如一個或多個地閃,一個或多個云閃,一定的靜電場強度,靜電場極性,以及這些條件的組合。

  一次雷電警報示例如圖3所示。

  


  提前時間(LT)指目標區域可能發生首次雷電相關事件前采取預防措施的時間。

  為避免頻繁切換預警等級,即使警報判據不再滿足時,雷暴預警系統仍應保留一段時間,即駐留時間(DT)。如駐留時間設置的值太大,則警報持續時間(TTC)將明顯變大,這使響應該警報的成本更高(取決于應用程序)。值得注意的是,除通過探測監測區城內雷電的發生外.某些可通過其他手段精確監測警報結束的系統(例如A類大氣電場儀系統),可能不使用駐留時間來解除警報,而是在此警報結束條件發生時解除警報。

  總警報持續時間等于警報觸發到駐留時間結束時的時間間隔。

  6.4預警信息的發送

  宜建立一套定義明確的警報信息發布程序和協議,以確保終端用戶正確接收警報信息。

  應監測雷暴探測儀和通信鏈路的工作情況,并將所有可能影響警報可用性和質量的故障通知給終端用戶。

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