泉州市农村某加油站雷电风险评估

季芬琴，王丽莉，蔡巧晖，陈霞芳，陈真

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

泉州地处东南沿海，是水陆交界处冷暖空气交换频繁的地区，台风、热雷暴等灾害性天气频发，容易产生雷暴，泉州地区年平均雷暴日为58．41天，根据国家技术监督局和建设部联合发布的GB50343－2004《建筑物电子信息系统防雷技术规范》的划分，泉州市属于高雷地区。

全市每年因雷电灾害造成的损失就有数千万元，随着经济建设的发展，雷电灾害造成的经济损失将会越来越严重。近几年来，泉州的经济建设持续、快速发展，现代化水平不断提高，雷电对电子和通讯等设施的破坏，所造成的损失已远远超过了雷击火灾的损失，成为“电子化时代的一大公害”。

雷电灾害风险的定义为雷击导致的建筑物及公共设施内的可能平均年度损失。雷电灾害风险取决于：（1）每年影响建筑物及公共设施的雷击数目；（2）一次雷击造成损害的概率；（3）造成损失的平均数量。

1 雷电灾害风险评估分析

1．1 建筑物及环境特征参数

1．1．1 建筑物特征

建筑物外：按第二类防雷建筑物雷电防护措施设防。

建筑物内：

（1）地面：混凝土、瓷砖；

（2）火灾风险：爆炸危险场所；

（3）防护措施：有效的土壤等电位性能；

（4）特殊危险：低级别恐慌；

（5）电源防护：有SPD，有屏蔽；

（6）内部系统：加油机控制系统、监控系统。

1．1．2 建筑物周边环境

（1）位于泉州市市郊，孤立建筑物，附近没有其它物体（图1）；

图1 加油站周边环境Fig．1 Gas station surrounding environ ment

（2）雷电对地闪击密度 Ng＝0．1Td＝5．41次·年－1·平方公里－1（Td为泉州地区的年平均雷电日）；

（3）电力线路架空引入，信号线路埋地引入，Lc取邻近建筑距离均值1000 m；

（4）土壤电阻率ρ＝212．70Ω·m。

（5）泉州属于雷电高发区，福建省雷电时空分布图如图2所示。

1．2 加油站应考虑的风险组成

加油站风险组成见表1。

表1 加油站考虑的风险组成Table 1 Gas station taking the risk

图2 福建省雷电时空分布图Fig．2 Temporal and spatial distribution map of Fujian Province，lightning

1．3 对危险事件年度次数N的评估

1．3．1 建筑物及入户设施的截收面积

图3 建筑物截收雷电面积Fig．3 Buildings intercept lightning area

（1）建筑物截收雷电面积A d

Ad＝4057．70 m2（图3）

（2）建筑物附近地面的截收雷电面积A m

Am＝A250－Ad×Cd＝220 022．69 m2

（3）电力线路截收雷电面积 A L（P）

AL（P）＝6 Hc（LC－3（Ha＋Hb））＝34 520．40 m2

（4）电力线路附近地面的截收雷电面积Ai（P）

Ai（P）＝1000Lc＝1 000 000．0 m2

（5）通信线路截收雷电面积 AL（T）

AL（T）＝m2

（6）通信线路附近地面截收雷电面积Ai（T）

Ai（T）＝Lc×50＝729 211．90 m2

表2 截收面积计算值Table 2 Intercept area calculation

1．3．2 建筑物年预计雷电闪击次数N（年度危险事件次数）

（1）建筑物雷击次数

ND＝NgAdCd10－6＝0．0219次·年－1

（2）建筑物附近的雷击次数

NM＝NgAm10－6＝1．1903次·年－1

（3）电力线路雷击次数

NL（P）＝ NgAL（P）CdCt10－6＝0．1868次·年－1

（4）电力线路附近雷击次数

Ni（P）＝NgAi（P）CeCt10－6＝2．7050次·年－1

（5）通信线路雷击次数

NL（T）＝NgAL（T）Cd10－6＝0．0605次·年－1

（6）通信线路附近雷击次数

Ni（T）＝ NgAi（P）Ce10－6＝1．9725次·年－1

表3 建筑物年预计雷击次数计算值／次·年－1Table 3 Annual buliding str uck nu mber expected value

1．4 风险计算

1．4．1 人员伤亡的风险R1

（1）雷击建筑物造成接触和跨步电压引起的活体损害风险RA

RA＝Nd×PA×LA＝2．190×10－9

（2）雷击建筑物造成危险火花引起火灾导致的实体损害风险RB

RB＝Nd×PB×LB＝5．475×10－6

（3）雷击建筑物附近造成接触和跨步电压引起的活体损害风险RU

RU＝NU×PU×LU＝1．269×10－10

（4）雷击入户线路造成危险火花引起火灾导致的实体损害风险RV

RV＝NL×PV×LV＝1．346×10－5

对于人员伤亡的雷击风险：

R1＝RA＋RB＋RU＋RV＝1．894×10－5

1．4．2 公共设施损失的风险R2

（1）雷击建筑物造成危险火花引起火灾导致的实体损害风险RB

RB＝Nd×PB×LB＝5．475×10－5

（2）雷击建筑物造成内部系统失效风险RC

RC＝Nd×PC×LC＝2．190×10－6

RM＝NM×PM×LM＝1．190×10－4

（4）雷击入户线路造成危险火花引起火灾导致的实体损害风险R V

RV＝NL×PV×LV＝1．346×10－4

（5）雷击入户线路造成内部系统失效风险RW

RW＝NW×PW×LW＝2．692×10－4

RZ＝Ni×PZ×LZ＝4．430×10－4

对于建筑物公共设施的损失风险

R2＝RB＋RC＋RM＋RV＋RW＋RZ＝7．805×10－4

1．5 可承受风险的典型值及控制

1．5．1 评估方法是根据计算结果与可承受风险的典型值比较进行评估。

（1）人员伤亡的可承受风险的典型值为10－5。

计算的结果R1＝1．894×10－5＞10－5，本项目直击雷防护按第二类防雷建筑物设计还存在雷击致人员伤亡的风险，

（2）公共设施损失的可承受风险的典型值为10－3。

计算的结果R2＝7．805×10－4＜10－3，本项目公共设施损失的风险在可承受范围内。

1．5．2 风险控制

对风险的控制即采取相应的措施降低雷击造成损坏的风险，各分量所占百分比如图4所示。

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

根据计算结果不能满足人员伤亡的风险值，必须做风险控制，R1的组成为 RA、RB、RU、RV；其中RB和RV值较大，即雷击建筑物造成危险火花引起火灾或爆炸导致的实体损害风险和雷击入户线路造成危险火花引起火灾导致的实体损害风险较大。这两个值都与周围环境密切相关，该加油站属于孤立建筑物，周围没有更高的建筑。由于电源线架空引入，线路引入雷电流的值NIP很大，应采用架空线路转埋地线路引入，埋地长度应不小于15 m，且埋地线路必须使用金属铠装电缆或护套电缆穿钢管直接埋地引入；在电缆与架空线连接处，尚应装设户外型浪涌保护器，电涌保护器、电缆金属外皮、钢管和绝缘子铁脚、金具等应连在一起接地。所装设的电涌保护器应选用I级试验产品，其电压保护水平应小于或等于2．5 k V，其每一保护模式应选冲击电流等于或大于18．75 k A，若无户外型浪涌保护器，应选用户内型电涌保护器，其使用温度应满足安装处的环境温度，并应安装在防护等级IP54的箱内。

电子系统的室外金属导体线采用有屏蔽层的电缆埋地敷设，其两端的屏蔽层、加强钢线、钢管等应等电位连接到入户处的终端箱体上，在终端箱内应装设电涌保护器。

2 评估结果分析

该加油站项目投入使用后，人员安全和设施安全的防护是该建筑物的防护重点，主要包括防直击雷，防闪电电涌侵入，防雷击电磁脉冲及等电位连接的设计施工。首先保证内部人员的安全，再结合防闪电电涌入侵、防雷击电磁脉冲干扰、屏蔽等方面的保护措施，才能起到较完善的保护。

根据风险评估结果，本项目在施工图设计过程中应当遵循以下要求：

（1）本项目按第二类防雷建筑物进行设计雷电防护措施；

（2）本项目现场的土壤电阻率平均值为212．7 Ω·m，项目所在地地表土壤电阻率较低，在做接地体时建议将各栋建筑物的接地体相互可靠连接，组成同一接地网，共用接地装置的接地电阻按50 Hz电气装置对人身安全要求的电阻值设计，建筑物出入口处的基础钢筋采取通长焊通（等电位处理）；

（3）电气部分设计时，应避免环路布线；所有进入加油区和油罐区的线路均应严格采取屏蔽措施（密闭、防爆），屏蔽体应接地；

（4）电源在进入建筑物前应采取埋地措施，埋地长度不应小于15 m；在总配电箱处应装设I级试验的电涌保护器，其电压保护水平值应小于或等于2．5 k V，每一保护模式的冲击电流值，应不小于12．5 k A；

（5）加油机配电箱处应装II级试验的电涌保护器，其标称放电电流不应小于5 k A；

（6）电话系统、网络系统、有线电视系统等电子系统在进出建筑物处建议安装电子系统电涌保护器（SPD）保护。

3 结论

雷击风险评估是个综合、复杂的工程，以大量、繁杂的科学数据为基础，既包括设计方提供的建筑物原始数据、包括根据建筑物属性以及雷击风险评估方法所确定的有关参数，也包括相当数量的根据现场情况假设的数据。对于该加油站项目进行了数据方面的分析，得出了相关的结论，以此为基础，对这些结论进行了比较和分析，并提出了相应该采取的防范措施，希望能以此减少或避免因雷击发生人员伤亡或者财产损失。

［1］中华人民共和国住房和城乡建设部，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局．GB50057－2010建筑物防雷设计规范［M］．北京：中国计划出版社出版，2011．

［2］中华人民共和国家质量监督检验检疫，国家标准化管理委员会．GB／T 21714．1－2008，雷电防护 第1部分：总则［S］．北京：中国标准出版社，2008．

［3］中华人民共和国家质量监督检验检疫，国家标准化管理委员会．GB／T 21714．2－2008，雷电防护 第2部分：风险管理［S］．北京：中国标准出版社，2008．

［4］中华人民共和国家质量监督检验检疫，国家标准化管理委员会．GB／T 21714．3－2008，雷电防护 第3部分：建筑物的物理损坏和生命危险［S］．北京：中国标准出版社，2008．

［5］中华人民共和国家质量监督检验检疫，国家标准化管理委员会．GB／T 21714．4－2008，雷电防护 第4部分：建筑物内电气和电子系统［S］．北京：中国标准出版社，2008．

［6］中国气象局．QX／T 85－2007，雷电灾害风险评估技术规范［S］．北京：中国标准出版社，2007．

［7］中华人民共和国住房和城乡建设部，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局．GB 50156－2002（2006），汽车加油加气站设计与施工规范［S］．北京：中国计划出版社，2006．