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雷电监测资料在雷击损害风险评估中的应用*
易高流
（江西省防雷中心，江西 南昌 330046）
摘 要：为客观、准确、高效地进行雷击损害风险评估,编制了雷击损害风险评估软件。软件探索性使用雷电定位探测资料取代人工观测的雷暴日数进行评估，以提高评估结果的客观性和评估速度，并给出了选择防护措施的流程，从而为雷击损害风险评估业务提供了一种新的方法和思路。
关键词：雷电 损害 风险评估
应用
中图分类号：Ｐ415.3+5；P427.32 文献标识码：B 文章编号：1007－9033（2004）04－0045－03
雷击损害风险是指由于雷电闪击，一座建筑物中可能的年平均损失。雷击损害风险评估的目标是给出直接雷电闪击及间接雷电闪击引起的建筑物损害风险的评估程序，在确定损害次数上限值的基础上，能够从经济合理性出发，为建筑物决定是否需要提供防护措施，以及如何选择适当的防护措施。因此，雷击损害风险评估是新建或改建、扩建建筑物防雷设计之前，特别是防护水平选择过程中最重要的环节。国际电工委员会IEC
TC81委员会的防雷系列标准中均强调了防雷设计中雷击损害风险评估的重要性。由于此项技术仍在发展中,特别是受人工观测资料不准确等条件的限制,目前国内只有广东、上海等少数地区开展了雷击损害风险评估的探索性工作。为客观、准确、高效地进行雷击损害风险评估，江西省气象局雷电监测课题组开发了雷击损害风险评估软件，并探索性使用雷电定位探测资料取代人工观测的雷暴日数，以提高评估结果的客观性和评估速度。
1 雷击损害风险评估方法
防雷的目的是将损害风险Rd降至低于可接受的最大值Ra
。当１座建筑物可能出现１种以上的损害时，则每一种类型的损害都需满足Rd≤Ra。要满足Rd≤Ra，则建筑物的损害次数F应＜Fa值（建筑物可容许值Fa=
Ra/δ）。因此，建筑物遭雷电闪击次数N应<NC值（建筑物可容许值NC = Fa/ P）。一般情况下，评估结论为: 当Rd≤Ra 、F≤Fa
、N≤NC 时，则符合要求，不需要提供防雷措施； 当Rd>Ra 、F>Fa 、N>NC时，则不符合要求，需要提供如下防雷措施，以使F≤Fa：限制接触电压及跨步电压，以减少损害概率Ph；
防止火势蔓延，以减小损害概率Pt； 减少LEMP效应，以减小损害概率P1和P2； 在入户设施上安装SPD，以减小损害概率P3；安装LPS，以减小损害概率Ph、P1、P2、P3、P4。
1.1 雷击损害风险评估通用表达式
通用表达式为：
Rd=(1-e-NP t)·δ
其中N为建筑物的年预计雷电闪击平均次数；P为建筑物损害概率；δ为建筑物或其内容物可能损失数量的量度。若取观察时间为1
a（t=1），则当NP≤1时，上式可简化为：Rd=N·P·δ。
1.2 建筑物年预计雷击平均次数的计算
建筑物年预计雷击平均次数N的计算包括：
Nd=Ng·Ae Nn=Ng·Ag Nk=Ng·Ak
其中Nd为直接雷电闪击年平均次数。Nn为邻近雷电闪击年平均次数。Nk为作用于用户设施上的雷电闪击年平均次数，Ng为大地年闪击密度，Ng=0.024Td1.3
,Td为年平均雷电日数。由于人工观测的年平均雷电日数Td不准确，故采用了当地雷电定位探测资料的统计值。此值可随雷电定位资料和积累而不断修正。Ae为建筑物有效截收面积。在平坦地带，Ae=ab+6h(a+b)+9πh2
（a、b、h为建筑物长、宽、高）；在不平坦地带，Ae=ab+6h0(a+b)+9πh02（h0为1∶3斜率直线与地面交点以上建筑物高度）；在复杂地带，可绘图计算。Ag为周围大地的截收面积，Ag=π(ds+a/2)2-Ae（ds数值上等于土壤电阻率ρ≤500）。Ak为入户设施的影响面积，Ak=Ask+Aak（Ask为入户设施截收面积，Aak为相邻的相关建筑物的截收面积）。
1.3 雷击损害概率P值计算
P值计算包括：
Ph=kh·ph′ Pfd =Pt（P1+P2+P3+P4） Pfi=Pt·P3 Pt=kt·pt′
P1= k1·p1′ P2= k2·p2′ P3= k3·p3′ P4 =k4·p4′ P0d=P2+ P3 Poi=P3
其中Ph为跨步电压及接触电压引致的损害概率；Kh为与防护措施相关的缩减系数；Ph′为无LPS时跨步电压和接触电压引致的损害概率；Pfd为直接雷击下，着火、爆炸、机械作用及化学作用引致的损害概率；Pfi为间接雷击下，着火、爆炸、机械作用及化学作用引致的损害概率；Pt为引发着火或爆炸的危险火花放电的概率；P1为金属装置上危险火花放电的概率；P2为建筑物内部电气装置上危险火花放电的概率；P3为入户设施上危险火花放电的概率；P4为入户的外部导电部件上危险火花放电的概率；Pod为直接闪击下由设备上的过电压引致的损害概率；Poi为间接闪击下由设备上的过电压引致的损害概率。
1.4 雷电闪击的损害次数F值计算
F值计算包括：
F=Fh+Ff+Fo Fh=Nd·Ph =H
Ff=Nd·Pt·(P1+P2+P3+P4)+Nn·Pt·P3+PtNk·P3k=A+B+C
F0=Nd(P2+P3)+Nn·P3+Nk·P3k =D+E+G
其中Fh为接触电压及跨步电压引致的损害次数；Ff为着火、爆炸等引致的损害次数；FO为过电压引致的损害次数。
1.5 雷电闪击可能损失的平均数δ值计算
δ值计算包括：
δ=1-（１－）n δ=
δ= δ=
其中δ1为人身伤亡；n为危险地带人数；t为危险地带人员每年出现于危险地带的时间（h）；δ2为不可接受的对公众服务的中止；n′为对每一损害，由于服务中止而受影响的用户平均数；t′为对每一损害，每年服务中止的时间（h）；nt为服务涉及的用户总数；δ3为不可修复的遗产损失；Ci为对每一损害，预期损失物品的投保值；Ct为所涉及的所有物品的投保值；δ4、δ5为不包括人身、文化或环境价值方面的损失；Cm为对每一损害，建筑物、家具及物品预期损失的平均值；Cv为所有建筑物、家具等物品的总值。
1.6 建筑物容许的雷击损害次数Ra的取值
当雷电引致的损失仅涉及个人财产时,可由建筑物业主或防雷设计工程师确定Ra值。Ra的取值如表1所示。
2 防护措施的选择
选择防护措施的流程如图1所示。图1中的有关因子数值可从IEC61662相应表格中查取。
３ 结语
（1）雷击损害风险评估是防雷设计工作之前最重要的环节，必须同防雷设计一样，作为业务工作来实行，这样才能使防雷工程建设立于科学基础之上，真正做到安全可靠、技术先进和经济合理。
（2）随着科学技术的发展，应紧密结合当地的实际情况，不断完善评估方法，不断开发更多更好的雷电定位探测资料，并应用到评估中，从而使防雷事业健康快速地发展，以防止或减少雷电灾害给经济建设、人民生命财产带来的重大损失。
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收稿日期：2004年04月02日
作者简介：易高流（1964-）,男，工程师，主要从事防雷技术服务工作。
*本文受江西省气象局“雷电监测在信息服务中的应用”项目资助。 |
