雷电监测系统 采集并评估雷电流
持续追踪系统情况，迅速对负载作出响应。
雷击会对系统和建筑物造成毁灭性的破坏。露天或大型的系统往往很难实现连续监控，只有系统或设备发生损坏之后才能得知出现了雷击事故。菲尼克斯电气提供LM-S雷电监测系统，能够及时探知雷击发生，同时做出评估。
了解雷电监测系统的工作原理及其适用领域。
雷电监测系统
LM-S雷电监测系统可监测并分析风力发电机转子叶片上的重要雷电流参数。一个评估单元最多可以连接三个传感器。传感器安装在防雷保护系统的引下线上。传感器测量基于光磁效应，即法拉第效应。为避免影响测量效果，系统使用光纤将信号从传感器传输至评估单元。
有关传感器和其他组件的更多信息，请查阅产品详情页。
LM-S雷电监测系统
2012年赫耳墨斯技术革新奖获奖产品：雷电监测系统
工业2012年，雷电监测系统获得了备受瞩目的国际技术大奖——赫耳墨斯技术革新奖。
自2004年以来，德国展览公司每年都会颁发赫耳墨斯技术革新奖，旨在表彰杰出创新产品。
二次伤害和雷击损害
雷击根据其能级可对建筑物和系统造成大规模破坏，进而引发二次伤害。
而就人来人往的住宅或商用建筑而言，此类损坏会立刻引起注意。通常立即采取补救措施便可减弱损害。在此情况下，人们可快速准确地评估受损程度。及时的维修和重新启用重要系统功能有助于避免相应损坏。
通常，人们无法连续监视裸露在外或大型的系统。往往在二次伤害之后才能检测出破坏程度。因此，人们越来越多地使用智能监测系统。智能监测系统能长期监测系统中不同的功能状态，并将结果直接发送给中央控制器。因此一旦发生故障，系统便能立刻响应，从而防止二次伤害和长时间停机。
截至目前，还没有哪个测量系统能有效地对发生于系统上的雷击进行监测和评估。因此，也无法上报相关事件的损坏或故障情况。
处于暴露位置或具有较大表面积的系统易遭雷击，例如 风力发电机、发电系统、大型工厂以及轨道交通系统。通常很难甚至不可能对这些系统中进行全面的防雷保护。
雷电监测系统
LM-S雷电监测系统
菲尼克斯电气的LM-S雷电监测系统能对雷击进行监测和评估。该系统包含一个评估单元和一个传感器，安装在防雷保护系统的引下线上。
该监测系统利用法拉第效应或光磁效应来评估引下线中雷击电涌电流的等级和方向。该过程中，光波受磁性的影响，评估的影响值将作为测量结果。同时，信号也可通过光纤传输。
相对于通过铜缆传输信号，这种方式具有突出优势。测量系统附近发生的雷电流不会影响光信号也不会耦合到传输路径中。这样，评估单元的电子器件可以接收到可靠安全的信号。
功能原理
如何测量雷电流？电涌电压是如何产生的？电涌电压如何进入设备和系统？您可能想要弄清这些问题。下文将提供有关雷电流检测的全面信息。
测量路径的结构
测量路径包含透明介质（绝缘），透明介质的两端都装有偏振片或偏振滤光器。测量路径的安装位置与引下线内的电流方向呈90°。这样，测量路径中光波的传播方向与引下线内的电涌电流磁场平行。
线性偏振片
偏振片
偏振片和偏振滤光器是能光线极化的光学元件。电磁波通过吸收或光束分离被分成线型、椭圆或圆偏振光。这种情况下，为了利用法拉第效应，光被线极化。这意味着只有线偏振光能通过偏振片。
偏振面的磁效应
偏振面的磁效应
光波导致电介质中的电子震荡。磁场改变了电介质中电子的运动。这进而影响了光的偏振面。一般而言，偏振面可以旋转至任何方向。
LM-S中的光磁效应
LM-S中的光磁效应
图形模型显示了雷电监测系统中光磁效应的所有重要元素和变量。光强度经定义的光波Φ通过光纤导入测量路径中。
测量路径输入端的偏振滤光器P1将直射光进行线性极化。通过这种方式极化的光波导致介质中的电子通过偏振面的测量路径震荡和移动。这能对偏振面产生磁性影响。
电涌电流的磁场在介质内将光波的偏振面围绕纵轴线旋转。旋转方向取决于磁场线的方向以及电流方向。如，从负闪到正闪的电涌电流建立不同方向的磁场线。
电流I越强，磁场B就越强，旋转β的角度也越大。光波在磁场B1中顺时针旋转，在磁场B2中逆时针旋转。
二次线性偏振滤光器P2位于测量路径的输出端，与输入偏振滤光器呈45°角。未受影响的光波中，只有50%的光会通过输出偏振滤光器。 通过输出偏振滤光器的光量取决于光波的旋转。最终产生可评估的可测光信号。
原理图：通过输出偏振滤光器的光数量的改变
测量结果和评估
正闪导致偏振光信号顺时针旋转。通过二次偏振滤光器的光的数量增加至50%到 100%。当光信号旋转的角度达到45°时，正闪雷击的相应测量值为100%。
逆闪导致偏振光信号逆时针旋转。通过二次偏振滤光器的光量减少至50%到 0%。当光信号旋转的角度达到-45°时，负闪雷击的相应测量值为100%。
通过输出偏振滤光器的光量会经测量。监测到的雷电涌电流的典型参数衍生自随时间增长的光量。这些为最大电流强度、增长的雷电流速率、电荷和比能。
影响变量
重要的影响变量就是介质材料、光的波长、通过介质的光的长度以及磁场的强度。其它影响变量的理论原则在下文详细介绍。
电场矢量E
电场矢量E描述了受影响光波的增长和位置。其通过箭头表示（见图形模型）。
电介质
电荷载体无法自由移动的较弱或非导电、非金属物质为电介质。电介质可以为气体、液体或固体。这些物质通常为非磁性的，或在电场或电磁场中会开始起作用。
费尔德常数V
费尔德常数V与磁通密度的单位旋转量相对应。费尔德常数V描述的是待评估的电介质的法拉第效应的强度。其数值取决于介质中电磁波的波长。
旋转β角度计算
偏振面旋转的旋转β角通过以下公式计算：
β = V x d x B
d为通过介质的光的长度，B为磁通密度，V为费尔德常数。
传感器周围的环形磁场
安装
在环形磁场中，有效磁场强度取决于载流引下线磁场中传感器的浸入深度。
为便于计算，浸入深度通过半径确定。因此，半径越小，场强越强。 为使有效场强接近最大值，应在尽可能接近引下线的位置安装传感器。
说明：
H = 场强 [A/m]
r = 半径 [cm]
I = 电流 [A]
测量路径位于传感器壳体前端。
半径对系统校准的重要性
半径用于测量磁场中传感器的浸入深度，并记录有效磁场强度H。数值与从传感器中心线到传感器外壳外缘的距离相对应。
半径在安装过程中确定。半径可确保不同系统有相同的测量环境，因此对系统校准至关重要。
信号传输和监测
监测信号如何从传感器传递给评估单元？如何对测量结果进行评估？怎样能减少系统维护？您可在下文找到答案。
RJ45以太网接口
系统接口和信号传输
通过RJ45以太网接口，可以方便地将评估单元集成入标准网络中。内部Web服务器用于获取记录数据并对系统进行配置。在系统所连接PC机的网页浏览器上输入IP地址，即可调用Web接口。
在手机上显示负载值
远程监控和预防性维护
对于远程系统或难以访问的系统，如海上风电场，很难探测雷击。 LM-S雷电监测系统能通过集成Web接口向您提供所有的测量数据。这意味着您可以通过远程访问的方式，如使用手机，来随时查看系统的负载情况。
根据评估数据可估算系统实际负载。测量结果实时更新，确保及时进行预防性维护。一旦检测出系统损坏，可迅速采取措施防止二次损坏。由此即可减少甚至完全避免系统停机。如果测得最低值，表示系统负载安全，则可省去不必要的维护或保养。
遥信触点分配
遥信触点
评估单元配备有遥信触点的开关继电器。无论发生何种情况，这种常闭触点都能产生能被计数器评估的短脉冲。通过这种方式，同样可以对系统中出现的雷击次数进行简单评估。系统启动时，继电器触点处于正常位置。一旦系统发生故障，触点松脱。这样，便可通过遥信触点查询系统状态。
应用示例
下文展示了数个可通过雷电监测系统实现的应用示例。
风力发电机
近海风电场等暴露在外的风力发电机更容易遭受雷电危险。通常很难对这些系统中进行全面的雷电保护。该种情况下，雷电监测系统是理想的选择。
图例展示了风力发电机中系统元件的布局。传感器安装在转子叶片的电涌保护器中。评估单元安装在控制柜集线器中。传感器和评估单元之间通过光纤传输信号。以太网通过机舱和观测台间的滑环与中央控制器连接。评估单元的工作电压为24V DC。
如有必要，还可在控制器上连接遥信触点。通过这种方式，每次的雷击事件都可以通过遥信方式给出信号。
风力发电机LM-S雷电监测系统的应用示意图
德国代特莫尔德的赫尔曼纪念碑上的LM-S
文化遗址
该应用案例展示了德国代特莫尔德的赫尔曼纪念碑雷电监测系统使用情况。铜像矗立在砂灰基座上。其底部接有三条接地电缆。这意味着，若该总高超过53 m的建筑物遭受雷击，则雷击电涌电流将泄放至大地。传感器安装在引下线上。评估单元安装在基座控制柜内。
变电站
高压电缆遭受雷击后会增加变电所变压器的负载。电涌保护元件通常接于变压器上级， 用于将电涌电流从耦合过电压泄放到大地。过去则常使用放电间隙作为保护元件。近年来，压敏电阻已成为首选解决方案。
通过LM-S，您可以监测并评估保护元件的实际负载。这样便可尽快获取相关器件的负载情况，同时决定是否需要更换元件。
传感器安装在保护元件和地面间的引下线上。测量信号通过光纤传输到安装在远程控制柜中的评估单元。
变电站LM-S雷电监测系统示意图