影响雷击灾害风险因子分析

赵宇 刘洪新 范存飞 全美兰 刘飞

摘 要：雷电灾害风险评估是雷电灾害防护中重要的组成部分。利用雷电灾害风险评估中的数据、结论可以更加有效、有针对性的制定雷电灾害防护的防护设计与方案，与此同时节约成本，达到最佳经济效益。本文通过对雷击灾害风险中，损害和损失类型的分析，得出各类因子如何影响雷击灾害风险值，从而有针对性的降低风险因子，提高雷电防护安全。

关键词：雷电灾害 风险评估 因子 损害类型 损失类型

中图分类号：X43 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）01（a）-0100-02

人类最初对雷电的认识仅仅是依靠直接感知到的，比如闪电和雷声。我国由于复杂的地理环境和地势地形，造成了我国雷电频发。随着科技的提高如何更有效、更经济的进行雷电灾害防护成为最新的研究方向。影响雷电灾害风险的因子有很多，如何把握各类因子对雷电灾害风险的影响，就可以更有效、更经济地进行雷电灾害防护。

1 损害和损失

雷电流是根本的损害源，根据雷击点的位置可以划分为4种。（1）S1雷击建筑，对建筑物的损害类型分别为D1生物伤害，D2物理损害，D3电气和电子系统失效；对电力和通信线路的损害类型分别为D2物理损害，D3电气和电子系统失效。（2）S2雷击建筑物附近，对建筑物的损害类型为D3电气和电子系统失效。（3）S3雷击入户线路，对建筑物的损害类型分别为D1生物伤害，D2物理损害，D3电气和电子系统失效；对电力和通信线路的损害类型分别为D2物理损害，D3电气和电子系统失效。（4）S4雷击入户线路附近，对建筑物的损害类型为D3电气和电子系统失效；对电力和通信线路的损害类型为D3电气和电子系统失效。损失类型分别为L1人员生命损失；L2公众服务损失；L3文化遗产损失；L4经济损失（建筑物及其内存物、服务设施以及业务活动中断的损失）L11人员生命损失（仅对于具有爆炸危险的建筑物、医院和其他内部系统的失效马上会危及人员生命的建筑物）；L42经济损失（仅对于可能出现牲畜损失的情况）。

2 风险和风险分量

2.1 风险

风险R是年平均可能损失量。对于建筑物或公众服务设施（如电力和通信系统）中可能出现的各种类型的损失，应当对相应的风险进行计算。建筑物中可能需要计算的风险包括：R1人员生命损失风险；R2公众服务损失风险；R3文化遗产损失风险；R4经济损失风险。公众服务设施中可能需要计算的风险包括：R`1公众服务损失风险；R`2经济损失风险。

2.2 风险风量及计算公式

每种风险都是其对应风险分量的综合，在计算风险值时，可以按照损害源和损害类型对风险分量进行分组。各个风险分量计算可以用以下公式来表示：

Rx=NxPxLx （1）

式（1）中：Nx为每年危险事件的次数；Px为损害概率；Lx为间接损失。

2.3 年平均危险事件次数Nx的评估

根据相应的公式，除去不可變动的变量如建筑物的长宽高、当地的雷暴日天数等因子，由此推断影响年平均危险事件次数Nx的变量为以下因子。

（1）位置因子Cd。当相对位置为小山顶或山丘上的孤立对象时Cd=2；当相对位置为孤立对象（附近没有其他的对象）时Cd=1；当相对位置被相同高度的或更矮的对象或树木所包围时Cd=0.5；当相对位置被更高的对象或树木所包围时Cd=0.25。

（2）环境因子Ce。当建筑物处于周围建筑物的高度大于20m时，Ce=0；在周围建筑物的高度在20m与10m之间时，Ce=0.1；在周围建筑物的高度小于10m，时Ce=0.5；在农村时Ce=1。

2.4 建筑物损害概率Px的评估

根据雷击建筑物所受到各类损害的情况，分析影响建筑物损害概率Px的因子。

2.4.1 雷击建筑物导致人畜伤害的概率PA

当没有保护措施的情况下，PA取值为1；当保护措施为暴露引下线的电气绝缘（比如，最少3mm厚的交联聚乙烯）时，PA取值10-2；当保护措施为有效的大地等电位连接时，PA取10-2；当保护措施为设立警示牌则PA取10-1。

2.4.2 雷击建筑物导致物理损害的概率PB

没有LPS保护的建筑物PB取值为10-1；收到LPS保护的建筑物，LPS的类别为Ⅳ则B取值为2×10-1；LPS的类别为Ⅲ时PB取值为10-1；LPS的类别为Ⅱ时PB取值为5×10-2；LPS的类别为Ⅰ时PB取值为2×10-2；在具有符合LPSⅠ要求的接闪器以及作为自然引下线的连续的金属框架或钢筋混凝土框架的建筑物，PB取10-2；在具有金属屋顶或可能包含自然部件的接闪器，所有的屋顶装置都有着完善的直击雷防护和具有作为自然引下线的连续金属框架或钢筋混凝土框架的建筑物，PB取10-3。

2.5 建筑物损失量LX的评估

损失LX的数值主要取决于人员的数量以及人员在危险场所逗留的时间；公众服务的类型及其重要性；损害所影响的货物的价值这3个方面。除去不可变量例如建筑物类型；内存物；建筑物火灾危险程度等，由此推断影响LX的因子主要有以下几点。

LA=ra×Lt （2）

LU=ru×Lt （3）

式中：ra为减少人员生命损失的因子，取决于土壤类型；

ru为取决于地板类型的减少人员生命损失的因子。

得出土壤或地板表面类型与缩减因子ru和ru的数值关系，表面类型为土地，混凝土时ru和ru取10-2；表面类型为大理石，陶瓷时ru和ru取10-3；表面类型为砂砾，毛毯，地毯时ru和ru取10-4；表面类型为沥青，油毡，木头时ru和ru取10-5。

2.6 预防火灾措施情况

LB=LV=rp×hz×rf×Lf （4）

式（4）中：rp为减少物理损害导致的损失的因子，它的取值主要由设置哪些减少火灾后果的方式来决定。由此可得，可控变量因子rp，减小火灾后果所采取的措施与缩减因子rp的关系，无措施时rp=1；设置人工灭火器，人工报警装置，消防栓，防火隔间，有保护的逃生通道，等措施时rp=0.5；以下措施之一：固定的自动灭火装置，自动报警装置（仅当具有过电压和其他的防护并且消防员能够在10min之内赶到的）rp=0.2。

3 结论

通过对以上影响雷击灾害风险值的因子分析，再结合实际应用，经济效益等因素的影响，在对保护物的雷电防护设计中，遵从以下原则，可以有效且合理地降低雷击灾害风险。

3.1 选址

在条件允许的情况下，优先选择城镇或拥有高层建筑物的区域，如果只能选择空旷偏远地区，尽量选择有构筑物或树木包围的地区，以降低位置因子Cd，环境因子Ce的取值，从而达到降低雷击灾害风险值的目的。

3.2 雷电防护设施

保护物设有变电所的场所，服务设施应设具有双绕组变压器；应为保护物设接闪装置；引下线要做电气绝缘，竖立警示牌；选用匹配的SPD进行保护，情况允许的情况可设多级保护；进户管线穿金属管且埋地。保护物的装修材料上，尽量选择不易燃、燃烧后不易产生有毒气体的材质。

3.3 分区

在条件允许的情况下，将保护物按照雷电防护等级进行分区域建设，Ⅰ类防雷建筑物尽量单独建造且远离Ⅱ、Ⅲ类防雷建筑物。设置消防栓、灭火器等消防设施。

参考文献

[1] 陈先路，刘渝根，黄勇.接地[M].重庆：重庆大学出版社，2002.

[2] 张晓琳，张学庆.建筑工程防雷设计[J].中国新技术新产品，2009（23）：178.

[3] 梅卫群，江燕如.建筑防雷工程与设计[M].北京：气象出版社，2004.

[4] 李明海.防雷、接地和电气安全相关问题的综合思考[J].中国新技术新产品，2017（3）：137-138.