季芬琴，王麗莉，蔡巧暉，陳霞芳，陳真

（1．泉州市氣象局，福建 泉州362000；2．大同市氣象局，山西 大同037010）

泉州地處東南沿海，是水陸交界處冷暖空氣交換頻繁的地區(qū)，臺(tái)風(fēng)、熱雷暴等災(zāi)害性天氣頻發(fā)，容易產(chǎn)生雷暴，泉州地區(qū)年平均雷暴日為58．41天，根據(jù)國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局和建設(shè)部聯(lián)合發(fā)布的GB50343－2004《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》的劃分，泉州市屬于高雷地區(qū)。

全市每年因雷電災(zāi)害造成的損失就有數(shù)千萬元，隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，雷電災(zāi)害造成的經(jīng)濟(jì)損失將會(huì)越來越嚴(yán)重。近幾年來，泉州的經(jīng)濟(jì)建設(shè)持續(xù)、快速發(fā)展，現(xiàn)代化水平不斷提高，雷電對(duì)電子和通訊等設(shè)施的破壞，所造成的損失已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了雷擊火災(zāi)的損失，成為“電子化時(shí)代的一大公害”。

雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的定義為雷擊導(dǎo)致的建筑物及公共設(shè)施內(nèi)的可能平均年度損失。雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)取決于：（1）每年影響建筑物及公共設(shè)施的雷擊數(shù)目；（2）一次雷擊造成損害的概率；（3）造成損失的平均數(shù)量。

1 雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估分析

1．1 建筑物及環(huán)境特征參數(shù)

1．1．1 建筑物特征

建筑物外：按第二類防雷建筑物雷電防護(hù)措施設(shè)防。

建筑物內(nèi)：

（1）地面：混凝土、瓷磚；

（2）火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)：爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所；

（3）防護(hù)措施：有效的土壤等電位性能；

（4）特殊危險(xiǎn)：低級(jí)別恐慌；

（5）電源防護(hù)：有SPD，有屏蔽；

（6）內(nèi)部系統(tǒng)：加油機(jī)控制系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)。

1．1．2 建筑物周邊環(huán)境

（1）位于泉州市市郊，孤立建筑物，附近沒有其它物體（圖1）；

圖1 加油站周邊環(huán)境Fig．1 Gas station surrounding environ ment

（2）雷電對(duì)地閃擊密度 Ng＝0．1Td＝5．41次·年－1·平方公里－1（Td為泉州地區(qū)的年平均雷電日）；

（3）電力線路架空引入，信號(hào)線路埋地引入，Lc取鄰近建筑距離均值1000 m；

（4）土壤電阻率ρ＝212．70Ω·m。

（5）泉州屬于雷電高發(fā)區(qū)，福建省雷電時(shí)空分布圖如圖2所示。

1．2 加油站應(yīng)考慮的風(fēng)險(xiǎn)組成

加油站風(fēng)險(xiǎn)組成見表1。

表1 加油站考慮的風(fēng)險(xiǎn)組成Table 1 Gas station taking the risk

圖2 福建省雷電時(shí)空分布圖Fig．2 Temporal and spatial distribution map of Fujian Province，lightning

1．3 對(duì)危險(xiǎn)事件年度次數(shù)N的評(píng)估

1．3．1 建筑物及入戶設(shè)施的截收面積

圖3 建筑物截收雷電面積Fig．3 Buildings intercept lightning area

（1）建筑物截收雷電面積A d

Ad＝4057．70 m2（圖3）

（2）建筑物附近地面的截收雷電面積A m

Am＝A250－Ad×Cd＝220 022．69 m2

（3）電力線路截收雷電面積 A L（P）

AL（P）＝6 Hc（LC－3（Ha＋Hb））＝34 520．40 m2

（4）電力線路附近地面的截收雷電面積Ai（P）

Ai（P）＝1000Lc＝1 000 000．0 m2

（5）通信線路截收雷電面積 AL（T）

AL（T）＝m2

（6）通信線路附近地面截收雷電面積Ai（T）

Ai（T）＝Lc×50＝729 211．90 m2

表2 截收面積計(jì)算值Table 2 Intercept area calculation

1．3．2 建筑物年預(yù)計(jì)雷電閃擊次數(shù)N（年度危險(xiǎn)事件次數(shù)）

（1）建筑物雷擊次數(shù)

ND＝NgAdCd10－6＝0．0219次·年－1

（2）建筑物附近的雷擊次數(shù)

NM＝NgAm10－6＝1．1903次·年－1

（3）電力線路雷擊次數(shù)

NL（P）＝ NgAL（P）CdCt10－6＝0．1868次·年－1

（4）電力線路附近雷擊次數(shù)

Ni（P）＝NgAi（P）CeCt10－6＝2．7050次·年－1

（5）通信線路雷擊次數(shù)

NL（T）＝NgAL（T）Cd10－6＝0．0605次·年－1

（6）通信線路附近雷擊次數(shù)

Ni（T）＝ NgAi（P）Ce10－6＝1．9725次·年－1

表3 建筑物年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)計(jì)算值／次·年－1Table 3 Annual buliding str uck nu mber expected value

1．4 風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算

1．4．1 人員傷亡的風(fēng)險(xiǎn)R1

（1）雷擊建筑物造成接觸和跨步電壓引起的活體損害風(fēng)險(xiǎn)RA

RA＝Nd×PA×LA＝2．190×10－9

（2）雷擊建筑物造成危險(xiǎn)火花引起火災(zāi)導(dǎo)致的實(shí)體損害風(fēng)險(xiǎn)RB

RB＝Nd×PB×LB＝5．475×10－6

（3）雷擊建筑物附近造成接觸和跨步電壓引起的活體損害風(fēng)險(xiǎn)RU

RU＝NU×PU×LU＝1．269×10－10

（4）雷擊入戶線路造成危險(xiǎn)火花引起火災(zāi)導(dǎo)致的實(shí)體損害風(fēng)險(xiǎn)RV

RV＝NL×PV×LV＝1．346×10－5

對(duì)于人員傷亡的雷擊風(fēng)險(xiǎn)：

R1＝RA＋RB＋RU＋RV＝1．894×10－5

1．4．2 公共設(shè)施損失的風(fēng)險(xiǎn)R2

（1）雷擊建筑物造成危險(xiǎn)火花引起火災(zāi)導(dǎo)致的實(shí)體損害風(fēng)險(xiǎn)RB

RB＝Nd×PB×LB＝5．475×10－5

（2）雷擊建筑物造成內(nèi)部系統(tǒng)失效風(fēng)險(xiǎn)RC

RC＝Nd×PC×LC＝2．190×10－6

RM＝NM×PM×LM＝1．190×10－4

（4）雷擊入戶線路造成危險(xiǎn)火花引起火災(zāi)導(dǎo)致的實(shí)體損害風(fēng)險(xiǎn)R V

RV＝NL×PV×LV＝1．346×10－4

（5）雷擊入戶線路造成內(nèi)部系統(tǒng)失效風(fēng)險(xiǎn)RW

RW＝NW×PW×LW＝2．692×10－4

RZ＝Ni×PZ×LZ＝4．430×10－4

對(duì)于建筑物公共設(shè)施的損失風(fēng)險(xiǎn)

R2＝RB＋RC＋RM＋RV＋RW＋RZ＝7．805×10－4

1．5 可承受風(fēng)險(xiǎn)的典型值及控制

1．5．1 評(píng)估方法是根據(jù)計(jì)算結(jié)果與可承受風(fēng)險(xiǎn)的典型值比較進(jìn)行評(píng)估。

（1）人員傷亡的可承受風(fēng)險(xiǎn)的典型值為10－5。

計(jì)算的結(jié)果R1＝1．894×10－5＞10－5，本項(xiàng)目直擊雷防護(hù)按第二類防雷建筑物設(shè)計(jì)還存在雷擊致人員傷亡的風(fēng)險(xiǎn)，

（2）公共設(shè)施損失的可承受風(fēng)險(xiǎn)的典型值為10－3。

計(jì)算的結(jié)果R2＝7．805×10－4＜10－3，本項(xiàng)目公共設(shè)施損失的風(fēng)險(xiǎn)在可承受范圍內(nèi)。

1．5．2 風(fēng)險(xiǎn)控制

對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的控制即采取相應(yīng)的措施降低雷擊造成損壞的風(fēng)險(xiǎn)，各分量所占百分比如圖4所示。

圖4 各分量所占百分比Fig．4 The percentage of risk weight

根據(jù)計(jì)算結(jié)果不能滿足人員傷亡的風(fēng)險(xiǎn)值，必須做風(fēng)險(xiǎn)控制，R1的組成為 RA、RB、RU、RV；其中RB和RV值較大，即雷擊建筑物造成危險(xiǎn)火花引起火災(zāi)或爆炸導(dǎo)致的實(shí)體損害風(fēng)險(xiǎn)和雷擊入戶線路造成危險(xiǎn)火花引起火災(zāi)導(dǎo)致的實(shí)體損害風(fēng)險(xiǎn)較大。這兩個(gè)值都與周圍環(huán)境密切相關(guān)，該加油站屬于孤立建筑物，周圍沒有更高的建筑。由于電源線架空引入，線路引入雷電流的值NIP很大，應(yīng)采用架空線路轉(zhuǎn)埋地線路引入，埋地長(zhǎng)度應(yīng)不小于15 m，且埋地線路必須使用金屬鎧裝電纜或護(hù)套電纜穿鋼管直接埋地引入；在電纜與架空線連接處，尚應(yīng)裝設(shè)戶外型浪涌保護(hù)器，電涌保護(hù)器、電纜金屬外皮、鋼管和絕緣子鐵腳、金具等應(yīng)連在一起接地。所裝設(shè)的電涌保護(hù)器應(yīng)選用I級(jí)試驗(yàn)產(chǎn)品，其電壓保護(hù)水平應(yīng)小于或等于2．5 k V，其每一保護(hù)模式應(yīng)選沖擊電流等于或大于18．75 k A，若無戶外型浪涌保護(hù)器，應(yīng)選用戶內(nèi)型電涌保護(hù)器，其使用溫度應(yīng)滿足安裝處的環(huán)境溫度，并應(yīng)安裝在防護(hù)等級(jí)IP54的箱內(nèi)。

電子系統(tǒng)的室外金屬導(dǎo)體線采用有屏蔽層的電纜埋地敷設(shè)，其兩端的屏蔽層、加強(qiáng)鋼線、鋼管等應(yīng)等電位連接到入戶處的終端箱體上，在終端箱內(nèi)應(yīng)裝設(shè)電涌保護(hù)器。

2 評(píng)估結(jié)果分析

該加油站項(xiàng)目投入使用后，人員安全和設(shè)施安全的防護(hù)是該建筑物的防護(hù)重點(diǎn)，主要包括防直擊雷，防閃電電涌侵入，防雷擊電磁脈沖及等電位連接的設(shè)計(jì)施工。首先保證內(nèi)部人員的安全，再結(jié)合防閃電電涌入侵、防雷擊電磁脈沖干擾、屏蔽等方面的保護(hù)措施，才能起到較完善的保護(hù)。

根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果，本項(xiàng)目在施工圖設(shè)計(jì)過程中應(yīng)當(dāng)遵循以下要求：

（1）本項(xiàng)目按第二類防雷建筑物進(jìn)行設(shè)計(jì)雷電防護(hù)措施；

（2）本項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)的土壤電阻率平均值為212．7 Ω·m，項(xiàng)目所在地地表土壤電阻率較低，在做接地體時(shí)建議將各棟建筑物的接地體相互可靠連接，組成同一接地網(wǎng)，共用接地裝置的接地電阻按50 Hz電氣裝置對(duì)人身安全要求的電阻值設(shè)計(jì)，建筑物出入口處的基礎(chǔ)鋼筋采取通長(zhǎng)焊通（等電位處理）；

（3）電氣部分設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)避免環(huán)路布線；所有進(jìn)入加油區(qū)和油罐區(qū)的線路均應(yīng)嚴(yán)格采取屏蔽措施（密閉、防爆），屏蔽體應(yīng)接地；

（4）電源在進(jìn)入建筑物前應(yīng)采取埋地措施，埋地長(zhǎng)度不應(yīng)小于15 m；在總配電箱處應(yīng)裝設(shè)I級(jí)試驗(yàn)的電涌保護(hù)器，其電壓保護(hù)水平值應(yīng)小于或等于2．5 k V，每一保護(hù)模式的沖擊電流值，應(yīng)不小于12．5 k A；

（5）加油機(jī)配電箱處應(yīng)裝II級(jí)試驗(yàn)的電涌保護(hù)器，其標(biāo)稱放電電流不應(yīng)小于5 k A；

（6）電話系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、有線電視系統(tǒng)等電子系統(tǒng)在進(jìn)出建筑物處建議安裝電子系統(tǒng)電涌保護(hù)器（SPD）保護(hù)。

3 結(jié)論

雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估是個(gè)綜合、復(fù)雜的工程，以大量、繁雜的科學(xué)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，既包括設(shè)計(jì)方提供的建筑物原始數(shù)據(jù)、包括根據(jù)建筑物屬性以及雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法所確定的有關(guān)參數(shù)，也包括相當(dāng)數(shù)量的根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況假設(shè)的數(shù)據(jù)。對(duì)于該加油站項(xiàng)目進(jìn)行了數(shù)據(jù)方面的分析，得出了相關(guān)的結(jié)論，以此為基礎(chǔ)，對(duì)這些結(jié)論進(jìn)行了比較和分析，并提出了相應(yīng)該采取的防范措施，希望能以此減少或避免因雷擊發(fā)生人員傷亡或者財(cái)產(chǎn)損失。

［1］中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局．GB50057－2010建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范［M］．北京：中國(guó)計(jì)劃出版社出版，2011．

［2］中華人民共和國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)．GB／T 21714．1－2008，雷電防護(hù) 第1部分：總則［S］．北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008．

［3］中華人民共和國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)．GB／T 21714．2－2008，雷電防護(hù) 第2部分：風(fēng)險(xiǎn)管理［S］．北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008．

［4］中華人民共和國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)．GB／T 21714．3－2008，雷電防護(hù) 第3部分：建筑物的物理損壞和生命危險(xiǎn)［S］．北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008．

［5］中華人民共和國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)．GB／T 21714．4－2008，雷電防護(hù) 第4部分：建筑物內(nèi)電氣和電子系統(tǒng)［S］．北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008．

［6］中國(guó)氣象局．QX／T 85－2007，雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)規(guī)范［S］．北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2007．

［7］中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局．GB 50156－2002（2006），汽車加油加氣站設(shè)計(jì)與施工規(guī)范［S］．北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2006．