影響雷擊災害風險因子分析

趙宇 劉洪新 范存飛 全美蘭 劉飛

摘 要：雷電災害風險評估是雷電災害防護中重要的組成部分。利用雷電災害風險評估中的數據、結論可以更加有效、有針對性的制定雷電災害防護的防護設計與方案，與此同時節約成本，達到最佳經濟效益。本文通過對雷擊災害風險中，損害和損失類型的分析，得出各類因子如何影響雷擊災害風險值，從而有針對性的降低風險因子，提高雷電防護安全。

關鍵詞：雷電災害 風險評估 因子 損害類型 損失類型

中圖分類號：X43 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）01（a）-0100-02

人類最初對雷電的認識僅僅是依靠直接感知到的，比如閃電和雷聲。我國由于復雜的地理環境和地勢地形，造成了我國雷電頻發。隨著科技的提高如何更有效、更經濟的進行雷電災害防護成為最新的研究方向。影響雷電災害風險的因子有很多，如何把握各類因子對雷電災害風險的影響，就可以更有效、更經濟地進行雷電災害防護。

1 損害和損失

雷電流是根本的損害源，根據雷擊點的位置可以劃分為4種。（1）S1雷擊建筑，對建筑物的損害類型分別為D1生物傷害，D2物理損害，D3電氣和電子系統失效；對電力和通信線路的損害類型分別為D2物理損害，D3電氣和電子系統失效。（2）S2雷擊建筑物附近，對建筑物的損害類型為D3電氣和電子系統失效。（3）S3雷擊入戶線路，對建筑物的損害類型分別為D1生物傷害，D2物理損害，D3電氣和電子系統失效；對電力和通信線路的損害類型分別為D2物理損害，D3電氣和電子系統失效。（4）S4雷擊入戶線路附近，對建筑物的損害類型為D3電氣和電子系統失效；對電力和通信線路的損害類型為D3電氣和電子系統失效。損失類型分別為L1人員生命損失；L2公眾服務損失；L3文化遺產損失；L4經濟損失（建筑物及其內存物、服務設施以及業務活動中斷的損失）L11人員生命損失（僅對于具有爆炸危險的建筑物、醫院和其他內部系統的失效馬上會危及人員生命的建筑物）；L42經濟損失（僅對于可能出現牲畜損失的情況）。

2 風險和風險分量

2.1 風險

風險R是年平均可能損失量。對于建筑物或公眾服務設施（如電力和通信系統）中可能出現的各種類型的損失，應當對相應的風險進行計算。建筑物中可能需要計算的風險包括：R1人員生命損失風險；R2公眾服務損失風險；R3文化遺產損失風險；R4經濟損失風險。公眾服務設施中可能需要計算的風險包括：R`1公眾服務損失風險；R`2經濟損失風險。

2.2 風險風量及計算公式

每種風險都是其對應風險分量的綜合，在計算風險值時，可以按照損害源和損害類型對風險分量進行分組。各個風險分量計算可以用以下公式來表示：

Rx=NxPxLx （1）

式（1）中：Nx為每年危險事件的次數；Px為損害概率；Lx為間接損失。

2.3 年平均危險事件次數Nx的評估

根據相應的公式，除去不可變動的變量如建筑物的長寬高、當地的雷暴日天數等因子，由此推斷影響年平均危險事件次數Nx的變量為以下因子。

（1）位置因子Cd。當相對位置為小山頂或山丘上的孤立對象時Cd=2；當相對位置為孤立對象（附近沒有其他的對象）時Cd=1；當相對位置被相同高度的或更矮的對象或樹木所包圍時Cd=0.5；當相對位置被更高的對象或樹木所包圍時Cd=0.25。

（2）環境因子Ce。當建筑物處于周圍建筑物的高度大于20m時，Ce=0；在周圍建筑物的高度在20m與10m之間時，Ce=0.1；在周圍建筑物的高度小于10m，時Ce=0.5；在農村時Ce=1。

2.4 建筑物損害概率Px的評估

根據雷擊建筑物所受到各類損害的情況，分析影響建筑物損害概率Px的因子。

2.4.1 雷擊建筑物導致人畜傷害的概率PA

當沒有保護措施的情況下，PA取值為1；當保護措施為暴露引下線的電氣絕緣（比如，最少3mm厚的交聯聚乙烯）時，PA取值10-2；當保護措施為有效的大地等電位連接時，PA取10-2；當保護措施為設立警示牌則PA取10-1。

2.4.2 雷擊建筑物導致物理損害的概率PB

沒有LPS保護的建筑物PB取值為10-1；收到LPS保護的建筑物，LPS的類別為Ⅳ則B取值為2×10-1；LPS的類別為Ⅲ時PB取值為10-1；LPS的類別為Ⅱ時PB取值為5×10-2；LPS的類別為Ⅰ時PB取值為2×10-2；在具有符合LPSⅠ要求的接閃器以及作為自然引下線的連續的金屬框架或鋼筋混凝土框架的建筑物，PB取10-2；在具有金屬屋頂或可能包含自然部件的接閃器，所有的屋頂裝置都有著完善的直擊雷防護和具有作為自然引下線的連續金屬框架或鋼筋混凝土框架的建筑物，PB取10-3。

2.5 建筑物損失量LX的評估

損失LX的數值主要取決于人員的數量以及人員在危險場所逗留的時間；公眾服務的類型及其重要性；損害所影響的貨物的價值這3個方面。除去不可變量例如建筑物類型；內存物；建筑物火災危險程度等，由此推斷影響LX的因子主要有以下幾點。

LA=ra×Lt （2）

LU=ru×Lt （3）

式中：ra為減少人員生命損失的因子，取決于土壤類型；

ru為取決于地板類型的減少人員生命損失的因子。

得出土壤或地板表面類型與縮減因子ru和ru的數值關系，表面類型為土地，混凝土時ru和ru取10-2；表面類型為大理石，陶瓷時ru和ru取10-3；表面類型為砂礫，毛毯，地毯時ru和ru取10-4；表面類型為瀝青，油氈，木頭時ru和ru取10-5。

2.6 預防火災措施情況

LB=LV=rp×hz×rf×Lf （4）

式（4）中：rp為減少物理損害導致的損失的因子，它的取值主要由設置哪些減少火災后果的方式來決定。由此可得，可控變量因子rp，減小火災后果所采取的措施與縮減因子rp的關系，無措施時rp=1；設置人工滅火器，人工報警裝置，消防栓，防火隔間，有保護的逃生通道，等措施時rp=0.5；以下措施之一：固定的自動滅火裝置，自動報警裝置（僅當具有過電壓和其他的防護并且消防員能夠在10min之內趕到的）rp=0.2。

3 結論

通過對以上影響雷擊災害風險值的因子分析，再結合實際應用，經濟效益等因素的影響，在對保護物的雷電防護設計中，遵從以下原則，可以有效且合理地降低雷擊災害風險。

3.1 選址

在條件允許的情況下，優先選擇城鎮或擁有高層建筑物的區域，如果只能選擇空曠偏遠地區，盡量選擇有構筑物或樹木包圍的地區，以降低位置因子Cd，環境因子Ce的取值，從而達到降低雷擊災害風險值的目的。

3.2 雷電防護設施

保護物設有變電所的場所，服務設施應設具有雙繞組變壓器；應為保護物設接閃裝置；引下線要做電氣絕緣，豎立警示牌；選用匹配的SPD進行保護，情況允許的情況可設多級保護；進戶管線穿金屬管且埋地。保護物的裝修材料上，盡量選擇不易燃、燃燒后不易產生有毒氣體的材質。

3.3 分區

在條件允許的情況下，將保護物按照雷電防護等級進行分區域建設，Ⅰ類防雷建筑物盡量單獨建造且遠離Ⅱ、Ⅲ類防雷建筑物。設置消防栓、滅火器等消防設施。

參考文獻

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