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物聯網基于信息傳感設備與互聯網將萬物聯系起來，構建萬物相息的智慧地球。防雷是關系到人民的安全與利益的重要行業，在物聯網的時代背景下，傳統防雷需要搭乘物聯網的”快車”，向更加安全化、高速化的智能防雷轉變。智能電涌保護器作為防雷系統的核心設備，能夠限制竄入電氣系統的過電壓并泄放浪涌電流，保護電氣系統中的設備?；谖锫摼W發展現狀，分析智能電涌保護器的工作原理，并從架構層次角度給出區域雷電智能監測預警系統的框架結構。最后，對智能防雷的發展現狀進行總結，并對其發展前景進行展望。

 關鍵詞 

物聯網 ； 智能電涌保護器 ；區域雷電智能監測預警系統；在線監測； SPD 泄漏電流；SPD預期壽命；分體式智能SPD；SPD持續工作時間

 0引言

物聯網規劃了一個超大規模的網絡，它為眾多領域和環境中的大量應用提供服務［1，2］。美國在 1999 年提出物聯網的概念，并憑借其集成芯片、應用軟件、互聯網等領域的強 大優勢 ，在軍事、電 力、工業、農業、醫療、太空和海洋勘探等領域中推廣RFID、傳感器 和 M2M 等 應 用 ［3 - 5］，2008 年，IBM 提出了”智慧地球” 戰略，將物聯網技術應用于電網、鐵路等行業中［6］。2017年底全球物聯網平臺數量超過450 個，同比增長 25 %，其中半數平臺由總部在美國的公司所建立，Spiceworks 公司統計顯示，截至 2018 年初超過 69 % 的 美 國 企 業 應 用 物 聯 網 技 術 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的物聯網戰略，搶占物聯網全球市場。國內對物聯網的關注度也逐漸升溫 ，自 2009 年8月 我 國 提 出“感知中國” 戰略，物聯網發展受到各方關注［7］。2012 年，國務院將物 聯網納入”十二 五”國 家 戰 略性新興產業發展規劃［8］，從層面上開啟了發展物聯網的新 征程。2017年 9 月，由工 業 和 信 息 化 部 主辦、工業信息安全發展研究中心承辦的全國物聯網發展成果展在無錫世界物聯網博覽會主展館隆重開展，120 余家企業的 140 余項成果展示了我國在物聯感知、傳輸、處理以及共性支撐技術等方面的不懈努力和顯著成效。

隨著物聯網時代的到來，信息共享成為社會運轉的動力，伴隨著現代建筑、交通、醫療以及工業制造等行業的智能化，大量微電子網絡、自動化設備、計算機等投入使用，其集成度高、工作電壓小、工作電流低、絕緣強度低、耐過電壓和過電流能力差，遭受操作過電壓甚至雷擊后，將可能引起數據丟失、交通中斷、醫療事故，損害人民群眾利益，甚至引起社會不安定。因此，防止設備遭受過電壓侵襲，保障設備系統可靠運行成為一項關鍵而重要的工作。《中華人民共和國氣象法》 《氣象災害防御條例》 等法律法規和 GB / T 21431 - 2015 《建筑物防雷裝置檢測技術規范 》 等標準規范提出了對接閃器、引下線、接地裝置、電涌保護器 （Surge Protection Device，簡稱 SPD）等防雷系統裝置進行周期性檢測的要求［9］。人工檢測需要專業檢測團隊和大量檢測設備，冗時費力，然而周期內防雷系統的安全運行依然無法得到完全保證，比如安裝于樓宇內的電涌保護器在周期內由于電路連接問題或自身劣化失效不能正常工作，在雷電浪涌到來時雷電流無法及時泄放入地進而造成閃絡，引發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、物聯網迅速發展的基礎上，防雷系統的周期性檢修方式逐漸向在線監測系統 24 h實時監測的方向升級。國內外學者對基于物聯網技術的智能防雷已有一些研究：文獻［10］設計了具有雷電計 數 功 能 的 智 能 電 涌 保 護 器 ，由 電 涌 保 護 模 塊、雷擊 傳 感 器 和 雷 電 計 數 模 塊 3 部 分 組 成 ，將 雷 電 計 數模塊和電涌保護模塊集成到一個整體中，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［11］介紹一種實時監測自身的運行狀況及其性能的智能 SPD，可實時顯示雷擊次數、漏電流大小、SPD 所處環境溫度以及雷電流波形，并可在 SPD 出 現 意 外狀況時發出警報；文獻 ［12］介紹了智能 SPD 采集監測數據的工作原理，并就其在實際工作過程中實時數據的采樣、緩存、讀取等方面進行詳細闡述。本文闡述現有智能 SPD 的結構與 工作原 理 ，并分析兩類智能SPD 的優缺點；介紹區域雷電智能監測預警系統，并對其運行機制進行全面解析。

智能化防雷是工業物聯網范疇的重要組成部分，而電涌保護器是低壓防雷系統的核心設備之一。它可以被安裝在低壓電氣線路中，保護電氣系統在雷擊下持續安全運行［13］；也可以被安裝在計算機、通信、自動控制等電子設備的前端，分流、抑制過電壓，保護這些設備不被損壞［14］；還可以被安裝在金屬導體之間作等電位連接平衡雷電電磁脈沖引起不同導電系統之間的暫態電位差，避免引起旁側閃擊［15］。但是在防雷工程實踐中常常發現安裝在系統 中 的 SPD 有失效的情況發生［16 - 18］，主要原因是：根據被保護設備或系統的 性 能 特 征 選 擇 合 格 的 SPD 產 品 ，原 則 上 能 夠 在SPD 預 期 壽 命 內 保 護 設 備 ，但 實 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，漏電流逐漸增大進而溫升增加。隨著承受過電壓次數遞增導致壓敏電阻的壓敏電壓變化進而保護效果變差。更有甚者，SPD 短路失效后導致溫度驟升乃至于造成火災，如圖 1 所示。因此，安 裝 SPD 和 合 理布 線 已不能滿足現代 化的防雷要求，需要對 SPD 性 能 變 化 進 行 實時跟 蹤監測，一旦 SPD 性能劣 化 或 失 效 ，智 能 系 統應立即發出警報提醒工作人員進行維護或更換，使防雷系統具有更強的穩定性。因 此 近 年 來 智 能 SPD 的研究成為工業物聯網的熱點問題［19 - 21］。

目前國內外已經有多家企業與科研團隊進行智能SPD 的研發，雖然其結構迥異，但是從監測原理出發可分為兩類。