雷击风险评估方法综合应用研究

雷击风险评估方法综合应用研究

万 超 王 俞

湖北省防雷中心 湖北 武汉 430074

摘要：雷电灾害是一种爆发性的自然灾害，其危害随着社会信息化和电子化的发展变得更加明显而广泛。雷电灾害长期不断地威胁人身安全和财产安全并危害公共服务和文化遗产。灾害是一种风险，防治灾害就是管理和降低或者消除风险。为此，需要正确认识和评估风险，对于雷电灾害来讲，就是开展雷击风险评估，进而实施合理的雷电防护。基于此，本文主要对雷击风险评估方法综合应用进行分析探讨。

关键词：雷击风险；评估方法；综合应用

1、前言

众所周知，雷电能造成人员伤亡，能使建筑物起火、击毁，能对电力、电话、计算机及其网络等设备造成破坏，雷电又是年年重复发生的自然现象，在每年的7、8、9月是雷暴的高发期，尤其是热带地区，雷电次数就更多。但现在对于雷电灾害和防雷措施，社会还缺乏相应知识和意识，加上侥幸心理作祟，所以极易发生雷击事故。因此雷电灾害势必对我国的社会和经济发展造成一定的负面影响，从而必须对此进行深入的研究和采取必要的措施，进行雷击风险评估的研究。

2、 雷击风险评估理论研究

评估工作应该按照一定的工作流程来执行:确定评估对象;明确评估范围;选择评估标准，包括评估体系、评估指标及其基准值;确定评价方法包括评估公式;收集信息，进行评估;提供评估结论包括评估等级，并提出适当的对策与相应的措施。图1的概念模型描述了雷击风险评估的整体框架。

图 1 风险评估的概念模型

3 、雷击风险评估方法综合应用

3.1风险评估的基本方法

在进行雷击风险评估时，首先计算建筑物无防护措施时的直接闪击导致的年损害次数Fd，间接闪击导致的年损害次数Fi，建筑物的年损害次数F及建筑物所能接受的损害次数Fa，然后将Fd、Fi、F与Fa比较，若Fd>Fa，Fi>Fa，F>Fa，则说明建筑物需要采取防护措施。计算拦截效率E，再计算采取拦截效率E的防护措施后的Fd、Fi、F新值，再与Fa比较，直至满足Fd

3.2 雷击风险评估公式

雷击风险评估基本公式:

式中:R雷击风险，建筑物中可能的年平均损失;N建筑物的年预计雷电闪击次数;P建筑物的雷击损害概率;D雷灾损失。

3.3 建筑物年预计雷击次数的计算

建筑物的年预计雷击次数N包括:直接雷击次数Nd;间接雷击次数Ni。用式表示:N=Nd+Ni。

3.3.1 直接雷击次数的计算

直接雷击次数Nd定义为:直接雷击次数指建筑物每年预计遭受直击雷电闪击的次数。建筑物年预计平均直击雷击次数应按如下公式确定;

式中:Nd建筑物预计雷击次数(次/a);K校正系数，在一般情况下取1;NG建筑物所处地区雷击大地的年平均密度;Ae与建筑物截收相同雷击次数的等效面积，单位是km2。建筑物的等效面积Ae应按其实际面积向外扩大后的面积计算。其计算方法符合下列规定:

(1)孤立建筑物，截收面积Ae是与建筑物上沿接触的斜率为1/3的直线，建筑物旋转一周在地面上划出的面积。可以通过作图法来确定Ae的值，如图2所示。

(2)非孤立建筑物，在计算建筑物直接雷击的有效接收面积时，必须考虑附近建筑物的影响，两建筑物之间的距离d以3倍两建筑物高度3×(H+HA)为临界点。当d≥3 (H+HA)时，两建筑物之间没有迭合面积，两者是相互独立的;当d<3 (H+HA)时，评估对象建筑物的有效接收面积应当扣除附近建筑物迭合的部分面积SI，在处理时减去两者迭合面积的一半0.5SI。特别的，当两建筑物间距离d小于评估对象建筑物3倍高度3×H时，即d<3×H，附近建筑物的全部有效接收面积包含在评估对象建筑物的面积之内。对于两建筑物的距离d介于3×H和3×(H+HA)之间的迭合面积处理方法，按两圆相交的情况来处理，分别以两建筑物的最近边缘点为圆心，两圆的半径分别为r1和r2圆心之间的距离为d。其中，r1=3×H，r2=3×HA。

3.3.2 间接雷击次数的计算

间接雷电闪击次数Ni指建筑物每年预计的间接雷电闪击次数，包括:建筑物附近大地的雷击次数Nn;作用于建筑物入户设施上的雷击次数NK。

3.4 雷击损害概率

雷击建筑物或其周围物体可能引起的损害取决于很多因素，这些因素与建筑物本身和其内部的装置，甚至与建筑物采用的防雷措施都密切相关。损害概率值P用于建筑物的各种装置及建筑物的各种固有因素，而系数K(减小概率值的系数)用于防雷设计者可能采用的各种防雷措施。其计算公式为:P=Ph+Pf+Po。其中Ph指跨步电压及接触电压引致的损害概率;Pf指着火、爆炸、机械作用及化学作用的损害概率;Po指过电压导致的损害概率。

3.5 雷击的损害次数

建筑物的年雷击损害次数F包括:直接雷击所导致的年损害次数Fd;间接雷击所导致的年损害次数Fi。用公式表示如下:

F=Fd+Fi

式中:F建筑物的年损失次数;Fd直接雷击导致的年损失次数;Fi间接雷击导致年损失次数。

3.6 防护措施的选择

选择防护措施程序的基本数据与估算雷电闪击次数、损害概率和损害程度有关。如果把可接受的年损害次数Fa的数值与建筑物的年损害次数F的数值相比较:当F≤Fa时，建筑物不需要防雷设施;当F>Fa时，就需要给建筑物加装防护设施。需要强调的是，在选择这些防护措施时，直接雷电闪击的损害次数Fd与间接雷电闪击的损害次数Fi也应当分别加以考虑。

如果Fd>Fa，则应安装一个具有防护效率E的LPS。如果Fd≤Fa，但Fi>Fa，则应在入户线路上安装一个SPD，无需安装LPS。如果Fd≤Fa，且Fi≤Fa，但F>Fa，则应考虑其他若干的防护措施，这些措施应为减小决定损坏效率最大的几个因素。

3.7 雷击风险评估体系

根据上面对雷击风险评估的方法研究，可以知道:从雷击风险评估的结果出发，为了得到风险R，需要计算年雷击次数N，雷灾概率P和雷击平均相对损失因子D等3个基本量。要计算N，就要知道有效雷击面积A和落雷密度NG，而NG可以由当地的雷暴日数TD利用一定的公式求得。同理，P可以由ph、pf和po来计算，D可以由各类雷灾损害 来求得。

3.8 浅谈建筑物群的雷击风险评估研究

对建筑物群进行风险评估，这在评估标准中没有做明确的规定，但提出需要考虑建筑物之间的相互影响。如果与附近建筑物的距离小于两建筑物高度之和的3倍时，就应该考虑建筑物之间的直接雷击接收面积的重叠。这种情况对于密集的建筑物群整体风险的评估变得更加复杂。鉴于此，可以采用两种方法来处理，一种方法是将一定范围内的所有建筑物当作一个建筑物来进行整体评估，另一种方法是对每一个建筑物先单独评估然后汇总评估。从评估精度上讲，整体评估的精度似乎比汇总评估的精度要低一些;但从模糊角度和系统角度来，整体评估应该是一种事半功倍的方法。不过，汇总评估仍然是应该首先考虑的整体风险评估方法。

4、 结束语

雷击风险评估存在的主要问题:(1)基础研究相对落后。目前缺乏大量的评估依据，这需要系统的基础试验来提供评估数据。(2)评估参数确定主要依赖于经验值。(3)雷击风险评估中没有重视用户的参与。(4)评估参数的定量化偏低。(5)建筑物雷击风险评估的周期过长。今后雷击风险评估的发展方向:(1)加强雷电基础知识的研究和评估实例的综合、分析，为雷击风险评估提供更合理的依据。(2)对于雷击风险评估参数的确定，不可以仅仅依赖于经验值，要敢于创新。例如:在计算落雷密度时，就需要确定雷暴日。这就没有准确的计算出雷电闪击次数和落雷密度。(3)提高风险评估的一个重要途径是评估参数的定量化，应该加强对雷击次数、雷灾概率、雷电承受能力等参数进行定量研究。(4)因为建筑物所处地区的环境发生变化，不可以只简单对建筑物做一次或两次风险评估，应该缩短评估的周期，甚至每年对建筑物进行一次评估。

参考文献： [1]高文俊基于IEC62305雷击风险评估计算方法[J]建筑电气，2008

[2]《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010