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物聯(lián)網(wǎng)基于信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)將萬物聯(lián)系起來，構(gòu)建萬物相息的智慧地球。防雷是關(guān)系到人民的安全與利益的重要行業(yè)，在物聯(lián)網(wǎng)的時(shí)代背景下，傳統(tǒng)防雷需要搭乘物聯(lián)網(wǎng)的”快車”，向更加安全化、高速化的智能防雷轉(zhuǎn)變。智能電涌保護(hù)器作為防雷系統(tǒng)的核心設(shè)備，能夠限制竄入電氣系統(tǒng)的過電壓并泄放浪涌電流，保護(hù)電氣系統(tǒng)中的設(shè)備。基于物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀，分析智能電涌保護(hù)器的工作原理，并從架構(gòu)層次角度給出區(qū)域雷電智能監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)。最后，對(duì)智能防雷的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行總結(jié)，并對(duì)其發(fā)展前景進(jìn)行展望。

物聯(lián)網(wǎng) ； 智能電涌保護(hù)器 ；區(qū)域雷電智能監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)；在線監(jiān)測(cè)； SPD 泄漏電流；SPD預(yù)期壽命；分體式智能SPD；SPD持續(xù)工作時(shí)間

物聯(lián)網(wǎng)規(guī)劃了一個(gè)超大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)，它為眾多領(lǐng)域和環(huán)境中的大量應(yīng)用提供服務(wù)［1，2］。美國在 1999 年提出物聯(lián)網(wǎng)的概念，并憑借其集成芯片、應(yīng)用軟件、互聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域的強(qiáng) 大優(yōu)勢(shì) ，在軍事、電 力、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、太空和海洋勘探等領(lǐng)域中推廣RFID、傳感器 和 M2M 等 應(yīng) 用 ［3 - 5］，2008 年，IBM 提出了”智慧地球” 戰(zhàn)略，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于電網(wǎng)、鐵路等行業(yè)中［6］。2017年底全球物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)數(shù)量超過450 個(gè)，同比增長 25 %，其中半數(shù)平臺(tái)由總部在美國的公司所建立，Spiceworks 公司統(tǒng)計(jì)顯示，截至 2018 年初超過 69 % 的 美 國 企 業(yè) 應(yīng) 用 物 聯(lián) 網(wǎng) 技 術(shù) 解 決 方 案 。歐盟和日本、韓國、德國、英國等國政府分別制定相應(yīng)的物聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略，搶占物聯(lián)網(wǎng)全球市場(chǎng)。國內(nèi)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)注度也逐漸升溫 ，自 2009 年8月 我 國 提 出“感知中國” 戰(zhàn)略，物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展受到各方關(guān)注［7］。2012 年，國務(wù)院將物 聯(lián)網(wǎng)納入”十二 五”國 家 戰(zhàn) 略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃［8］，從層面上開啟了發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)的新 征程。2017年 9 月，由工 業(yè) 和 信 息 化 部 主辦、工業(yè)信息安全發(fā)展研究中心承辦的全國物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展成果展在無錫世界物聯(lián)網(wǎng)博覽會(huì)主展館隆重開展，120 余家企業(yè)的 140 余項(xiàng)成果展示了我國在物聯(lián)感知、傳輸、處理以及共性支撐技術(shù)等方面的不懈努力和顯著成效。

隨著物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來，信息共享成為社會(huì)運(yùn)轉(zhuǎn)的動(dòng)力，伴隨著現(xiàn)代建筑、交通、醫(yī)療以及工業(yè)制造等行業(yè)的智能化，大量微電子網(wǎng)絡(luò)、自動(dòng)化設(shè)備、計(jì)算機(jī)等投入使用，其集成度高、工作電壓小、工作電流低、絕緣強(qiáng)度低、耐過電壓和過電流能力差，遭受操作過電壓甚至雷擊后，將可能引起數(shù)據(jù)丟失、交通中斷、醫(yī)療事故，損害人民群眾利益，甚至引起社會(huì)不安定。因此，防止設(shè)備遭受過電壓侵襲，保障設(shè)備系統(tǒng)可靠運(yùn)行成為一項(xiàng)關(guān)鍵而重要的工作。《中華人民共和國氣象法》 《氣象災(zāi)害防御條例》 等法律法規(guī)和 GB / T 21431 - 2015 《建筑物防雷裝置檢測(cè)技術(shù)規(guī)范 》 等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范提出了對(duì)接閃器、引下線、接地裝置、電涌保護(hù)器 （Surge Protection Device，簡(jiǎn)稱 SPD）等防雷系統(tǒng)裝置進(jìn)行周期性檢測(cè)的要求［9］。人工檢測(cè)需要專業(yè)檢測(cè)團(tuán)隊(duì)和大量檢測(cè)設(shè)備，冗時(shí)費(fèi)力，然而周期內(nèi)防雷系統(tǒng)的安全運(yùn)行依然無法得到完全保證，比如安裝于樓宇內(nèi)的電涌保護(hù)器在周期內(nèi)由于電路連接問題或自身劣化失效不能正常工作，在雷電浪涌到來時(shí)雷電流無法及時(shí)泄放入地進(jìn)而造成閃絡(luò)，引發(fā)短路故障造成輸電中斷，甚至威脅到人身安全。

近年來，在傳感器、物聯(lián)網(wǎng)迅速發(fā)展的基礎(chǔ)上，防雷系統(tǒng)的周期性檢修方式逐漸向在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 24 h實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的方向升級(jí)。國內(nèi)外學(xué)者對(duì)基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能防雷已有一些研究：文獻(xiàn)［10］設(shè)計(jì)了具有雷電計(jì) 數(shù) 功 能 的 智 能 電 涌 保 護(hù) 器 ，由 電 涌 保 護(hù) 模 塊、雷擊 傳 感 器 和 雷 電 計(jì) 數(shù) 模 塊 3 部 分 組 成 ，將 雷 電 計(jì) 數(shù)模塊和電涌保護(hù)模塊集成到一個(gè)整體中，解決了兩套模塊所造成的體積大、安全性低、成本高的問題；文獻(xiàn)［11］介紹一種實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)自身的運(yùn)行狀況及其性能的智能 SPD，可實(shí)時(shí)顯示雷擊次數(shù)、漏電流大小、SPD 所處環(huán)境溫度以及雷電流波形，并可在 SPD 出 現(xiàn) 意 外狀況時(shí)發(fā)出警報(bào)；文獻(xiàn) ［12］介紹了智能 SPD 采集監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的工作原理，并就其在實(shí)際工作過程中實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采樣、緩存、讀取等方面進(jìn)行詳細(xì)闡述。本文闡述現(xiàn)有智能 SPD 的結(jié)構(gòu)與 工作原 理 ，并分析兩類智能SPD 的優(yōu)缺點(diǎn)；介紹區(qū)域雷電智能監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，并對(duì)其運(yùn)行機(jī)制進(jìn)行全面解析。

智能化防雷是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)范疇的重要組成部分，而電涌保護(hù)器是低壓防雷系統(tǒng)的核心設(shè)備之一。它可以被安裝在低壓電氣線路中，保護(hù)電氣系統(tǒng)在雷擊下持續(xù)安全運(yùn)行［13］；也可以被安裝在計(jì)算機(jī)、通信、自動(dòng)控制等電子設(shè)備的前端，分流、抑制過電壓，保護(hù)這些設(shè)備不被損壞［14］；還可以被安裝在金屬導(dǎo)體之間作等電位連接平衡雷電電磁脈沖引起不同導(dǎo)電系統(tǒng)之間的暫態(tài)電位差，避免引起旁側(cè)閃擊［15］。但是在防雷工程實(shí)踐中常常發(fā)現(xiàn)安裝在系統(tǒng) 中 的 SPD 有失效的情況發(fā)生［16 - 18］，主要原因是：根據(jù)被保護(hù)設(shè)備或系統(tǒng)的 性 能 特 征 選 擇 合 格 的 SPD 產(chǎn) 品 ，原 則 上 能 夠 在SPD 預(yù) 期 壽 命 內(nèi) 保 護(hù) 設(shè) 備 ，但 實(shí) 際 上 由 于 SPD 長 期工作在工頻電壓下并不斷承受過電壓沖擊，漏電流逐漸增大進(jìn)而溫升增加。隨著承受過電壓次數(shù)遞增導(dǎo)致壓敏電阻的壓敏電壓變化進(jìn)而保護(hù)效果變差。更有甚者，SPD 短路失效后導(dǎo)致溫度驟升乃至于造成火災(zāi)，如圖 1 所示。因此，安 裝 SPD 和 合 理布 線 已不能滿足現(xiàn)代 化的防雷要求，需要對(duì) SPD 性 能 變 化 進(jìn) 行 實(shí)時(shí)跟 蹤監(jiān)測(cè)，一旦 SPD 性能劣 化 或 失 效 ，智 能 系 統(tǒng)應(yīng)立即發(fā)出警報(bào)提醒工作人員進(jìn)行維護(hù)或更換，使防雷系統(tǒng)具有更強(qiáng)的穩(wěn)定性。因 此 近 年 來 智 能 SPD 的研究成為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的熱點(diǎn)問題［19 - 21］。

目前國內(nèi)外已經(jīng)有多家企業(yè)與科研團(tuán)隊(duì)進(jìn)行智能SPD 的研發(fā)，雖然其結(jié)構(gòu)迥異，但是從監(jiān)測(cè)原理出發(fā)可分為兩類。