某氣象局新址業務樓雷電災害風險評估評估某氣象局新址業務樓雷電災害風險評估評估某氣象局新址業務樓雷電災害風險評估評估六合區氣象局新址業務樓雷電災害風險評估南京市六合區氣象局211500李明軍上海市嘉定區氣象局201821高曉東摘要：本文分析了六合區氣象局業務樓所處的環境特征、土壤性質，結合氣象信息系統設備的重要性，對其進行雷電災害風險評估，并針對已設計的防雷裝置進行分析，以確保業務樓內氣象信息系統設備的安全和人員的人身安全。關鍵詞：氣象局業務樓雷電災害損害損失1、地理地質條件南京地處長江中下游平原，坐落在地勢險峻的丘陵地帶。東面是以紫金山為主體的寧鎮山脈，萬里長江穿越市區。南京屬于北亞熱帶季風氣候區，四季分明，雨量集中。夏半年主導風為東東南風，年平均雷暴日為36.7天，雷暴的移動路徑主要由西向東，屬于雷暴多發區。六合區氣象局新址位于六合區城區北部，四周空曠。該地區的原為水塘，土質結構是黏土，土壤濕潤，土質良好，測試土壤電阻率為數十歐姆·米。土壤電阻率測試結果：a為文納四級法中測量探針的距離。東西方向：a=2mρ=18.38Ω.ma=4mρ=17.83Ω.ma=6mρ=17.49Ω.ma=8mρ=16.94Ω.m南北方向：a=2mρ=18.16Ω.ma=4mρ=17.30Ω.ma=6mρ=17.41Ω.ma=8mρ=17.29Ω.m測試結果分析表明，從地表至地下16米范圍內的平均電阻率約為17.6Ω.m。考慮到季節修正系數（取1.6）后的土壤電阻率約為28.2Ω根據近十年來的氣象雷暴資料統計，雷暴活動最活躍的月份是七、八月份，其強度較大。雷暴活動比較頻繁的月份是三月至九月，該地區的初雷日是二月，而終雷日是十二月，這就說明該地區一年當中只有一月沒有雷暴日，由此可見該地區雷暴活動頻繁，沒有一定的規律。根據近十年各月最大風速資料統計，該地區各月平均風速都在5米/秒以上，極大風速可達31米2、雷電造成業務樓的各種損害的成因2.1損害源雷電流是根本的損害源。損害源根據雷擊點的位置(見表1)可以劃分為:S1:雷擊業務樓，S2:雷擊業務樓附近大地或建筑物，S3:雷擊業務樓埋地電纜等設施，S4:雷擊業務樓埋地電纜附近大地或建筑物。2.2損害類型根據業務樓的特性，在實際的風險評估中，將雷擊引起的基本損害類型劃分為以下三種：(見表1和表2):D1:生物傷害（雷電導致接觸電壓和跨步電壓引起生物觸電）；D2:物理損害（雷擊引起的著火、爆炸、機械效應及化學效應）；D3:電氣和電子系統失效（雷擊下線路和設備上的過電壓導致電力線路跳閘或電子設備失效和損毀）。影響業務樓電力設施的雷電可以對線路或管道本身以及相關電氣和電子系統造成物理損害。損害還可能擴展到與電力設施相連的內部系統。2.3損失類型2.3.1對業務樓，應當考慮以下幾種類型的損失（表1）：其中L1:人員生命損失；L2:對公眾服務的損失；L4:經濟損失(建筑物及其內存物、服務設施及活動中斷的損失)。建筑物服務設施雷擊點損害源損害類型損失類型損害類型損失類型S1D1D2D3L1,L42）L1,L2,L3,L4L1,L2,L4D2,D3L’2,L’4L’2,L’4S2D3L11),L2,L4S3D1D2D3L1,L42)L1,L2,L3,L4L11),L2,4D2D3L’2,L’4L’2,L’4S4D3L11),L2,L4D3L’2,L’41)僅對于具有爆炸危險的建筑物或構筑物或其他內部系統的失效馬上會危及人員生命的建筑物。2)僅對于可能出現牲畜損失的情況。2.3.2建筑物中各種損害和損失類型對應的風險（表2）損失損害L1人員生命損失L2公眾服務損失L4經濟損失D1生物傷害RS_RS1)D2物理損害RFRFRFD3電氣或電子系統的失效RO2)RORO1–僅對于可能出現牲畜損失的情況。2–僅對于具有爆炸危險的建筑物或構筑物或其他內部系統的失效馬上會危及人員生命的建筑物。總結來說，通常，雷電造成業務樓的各種損害的成因有以下幾種：成因1——直接雷擊業務樓下的接觸電壓和跨步電壓；成因3——直接雷擊下電力電子設備上的過電壓；成因4——間接雷擊下電力電子設備上的過電壓；2.3.3業務樓中可能需要計算的風險包括:R1:人員生命損失風險；R2:對公眾服務的損失風險；R4:經濟損失風險3、針對業務樓損害類型為人身傷亡的風險評估(R1)成因1、成因2、成因5可以引起損害類型1人身傷亡。3.1業務樓特征數據參數注釋符號數值參考尺寸（m）假想模型L,W,H56,22,16土壤類型草地10-2表C.2地域因子周圍有其它建（構）筑物0.5表A.2直接雷擊致生物觸電由接觸或跨步電壓引起10-2表B.1LPS有，但等電位連接有問題0.01表B.2建筑物外部屏蔽有0.01式（B.3）建筑物物內部屏蔽有0.005式（B.3）評估區域中的人員戶外和戶內nt30雷擊密度1//year3.15這里，評估的關鍵是將業務樓近似看成一個規則的長方建筑，且有良好的防直接雷擊措施的建筑物。雷電只能擊中由建筑物頂的避雷帶和金屬構件等組成的避雷系統，業務樓利用混凝土柱內鋼筋組成的屏蔽網。弱電系統在此區域屬于保護區域，且均根據要求安裝適配型號的浪涌保護器。 ＝10-2,是考慮到業務樓的防直接雷擊裝置有接地良好且各種低壓電子設備系統的接地連接到同一個地網。考慮到LPS有避雷帶，且等電位問題處理的非常好。因此，LPS的級別取為比保護很完善的LPSI級更高一級，故取0.01。3.2業務樓引入設施（埋地電纜）特征數據參數注釋符號數值參考電力電纜及電力設施長度（m）0.38和0.22kV埋地電纜LC,100線路地域因子周圍有其它建筑Cd0.5表A.2線路環境因子六合區Ce0.1表A.5線路屏蔽情況有PLD0.95表B.6配線預防措施有KS30.001表B.5系統耐受沖擊電壓（kV）2.5KS40.6式（B.4）相配合的SPD保護有PSPD0.005表B.3注：①因為業務樓未提供屏蔽電纜的屏蔽層單位長度電阻Rs（Ω/km），故PLD取較大的0.95。同樣道理,KS3應取為0.001。②考慮到業務樓有各種消防設備，如滅火器、固定的人工滅火裝置，人工報警裝置等，故rp取0.5。③因為無變壓器，故Ct取為0.23.3業務樓評估區域的特征數據參數注釋符號數值參考土壤電阻率(Ω·m)ρ28.2地板表面類型草地10-2表C.2火災風險一般0.01表C.4特別傷害低度驚慌2表C.5防火措施有0.5表C.3內部空間屏蔽有0.005式（B.3）內部電力系統是電纜生物觸電損失概率跨步電壓和接觸電壓0.02式C.1Lx=np/nt×tp/8760物理傷害損失概率爆炸起火等0.2式C.1爆炸風險內部系統失效有大量弱電設備0式C.1其中Lt,Lf和Lo可以按照以下近似關系式，用受害者的相對量來確定數值:Lx=np/nt×tp/8760 (C.1)式中：Np是可能受到威脅的人員的數量(受害者，生物觸電考慮取為2；物理傷害取為20；內部系統失效取為0)；nt是預期的總人數(20人)；tp是以小時計算的業務樓工作人員每年處于危險場所的時間為2000小時。3.4業務樓及引入設施截收面積截收面積符號參考方程出處方程引用數據數據km2(A.2)LW+6H(L+W)+9(H)20.02圖A.5L×W+2×250×(L+W)+2502表10.23電力電纜表A.3(Lc–3(Ha1+Hb))表1表20表A.325Lc表21.3×104注：（1）IEC標準中Am為建筑物鄰近截收面積。在這個區域內雷擊產生的磁場可能使建筑物內100m2回路感應出的過電壓等于或超過內部系統沖擊耐壓（1.5kV）。Am的大小是由離建筑物四周Dm=250m在地面上劃出的區域面積所決定的。雖然該區域主要為弱電設備，沖擊耐壓很低，所以，建筑物鄰近截收面積Am（2）表示電力電纜的雷擊截收面積，為電力電纜的鄰近雷擊截收面積。4、雷擊可能引起的幾個損害概率的計算或選取4.1雷擊廠區導致內部系統失效的概率PCPC取決于所采用的相配合的SPD保護:對電力電纜，PC=PSPD＝0.005 對信號電纜，PC’=P’SPD＝0.0054.2雷擊廠區附近導致內部系統失效的概率PM雷擊廠區附近引起內部系統失效的概率PM取決于所采用的與對應于因子KMS（考慮了所采用的保護措施的因子）的防雷措施（LPM）。KMS=KS1×KS2×KS3×KS4=0.01×0.005×0.001×0.6＝3×10-8。查表B.4中得出：作為KMS的函數的PMS的值為0.0001。PM的值應當是PSPD和PMS兩者中的較小值，因為PSPD＝0.005，所以PM＝0.0001。4.3雷擊廠區埋地電纜導致觸電的概率PU當按照IEC62305-3的要求為了進行等電位連接而安裝SPD時，PU的值等于PSPD與PLD（這里PLD是雷擊相連服務設施導致內部系統失效的概率，對屏蔽電纜，沖擊耐受電壓最差的電力電纜的PLD為0.8）之間的較小值。故，對電力電纜，PU＝PLD＝0.005。4.4雷擊廠區埋地電纜導致起火或爆炸的概率PV當按照IEC62305-3的要求為了進行等電位連接而安裝SPD時，PV的值取PSPD和PLD的兩者之間的較小值。故，對電力電纜，Pv＝PSPD＝0.005。4.5雷擊廠區埋地電纜導致內部系統失效的概率PW如果安裝了符合IEC62305-4要求的配合的SPD，PW的值取PSPD和PLD兩者之間的較小值。故，對電力電纜，Pw＝PSPD＝0.005。4.6雷擊廠區埋地電纜附近導致內部系統失效的概率PZ如果安裝SPD，PZ的值取PSPD和PLI兩者之間的較小值。PLI是雷擊引入電力線設施導致內部系統失效的概率。對屏蔽電力電纜，查表B.7可得出PLI的數值當UW=1.5kV時，為0.15。故Pz＝PLI＝0.15。5、預期年均雷擊次數和人身傷亡風險分量5.1業務樓預期年均雷擊次數截收面積符號方程出處方程引用數據數據(次/年)(A.4)Ng×Ad×Cd表1表40.032(A.6)Ng×（Am－Ad×Cd）表1表40.693(A.7)Ng×AL1(P)×Cd×Ct表1表2表40(A.8)Ng××Ce×Ct表28195.2評估區域人身傷亡風險分量符號Z1評估區域ND×PA×ra×Lt6.4×10-8ND×PB×rp×hz×rf×Lf6.4×10-7NL×PU×ru×Lt0NL×PV×rp×hz×rf×Lf0R1RA+RB+RU+RV7.04×10-7這里，RA:業務樓及距離業務樓3m以內的區域中與接觸和跨步電壓造成生物傷害有關的風險分量。RB:與業務樓因危險火花放電觸發火災有關的風險分量。RU:與業務樓內雷電流注入入戶電力線路產生的接觸電壓造成人身傷害有關的風險分量。R