李銘,王淑一,張宇峰
(1.大連市雷電防護(hù)中心,遼寧大連 116001;2.七臺河市氣象局,黑龍江七臺河 154600)
民航雷達(dá)站雷電災(zāi)害風(fēng)險評估
李銘1,王淑一1,張宇峰2
(1.大連市雷電防護(hù)中心,遼寧大連 116001;2.七臺河市氣象局,黑龍江七臺河 154600)
基于雷電定位數(shù)據(jù)的分析,采用定位誤差圓覆蓋法配合環(huán)境因素定性提取區(qū)域雷擊風(fēng)險因子,依據(jù)地形地貌及建筑物屬性等進(jìn)行地理空間區(qū)劃,分析雷暴活動時空頻率分布特性,判定風(fēng)險致因,評定風(fēng)險大小,對其中最關(guān)鍵的風(fēng)險進(jìn)行處理,選擇并實施應(yīng)對方案,以避免風(fēng)險或控制,降低風(fēng)險并使之達(dá)到可接受的程度。
風(fēng)險評估;雷達(dá);民航
隨著航空運輸業(yè)的發(fā)展,越來越多的電子設(shè)備應(yīng)用于民航系統(tǒng)。尤其是用于航路管制的雷達(dá)設(shè)備,因其特殊的功能和作用,一般都建在地勢較高的地方,它們受到雷擊的可能性最大,雷擊成為電子設(shè)備損壞的主要原因。航管雷達(dá)對保證民航飛機安全飛行、航班正常、提高空中交通管制效率具有重要的作用,而航管雷達(dá)站準(zhǔn)確合理的選址、規(guī)劃和采取有效的防雷措施是保障雷達(dá)性能、有效作用和降低航管雷達(dá)故障頻率的重要條件。
為準(zhǔn)確把握雷達(dá)所在區(qū)域雷電活動規(guī)律,指導(dǎo)防雷設(shè)計,減少或避免雷擊而引發(fā)的雷電災(zāi)害,進(jìn)行雷電災(zāi)害風(fēng)險評估,可為區(qū)域規(guī)劃及防雷減災(zāi)提供可靠依據(jù)。
雷達(dá)塔地上5層,框架結(jié)構(gòu),塔高20 m,雷達(dá)塔基座標(biāo)高241.44 m,屬二類高層公共建筑。附屬用房(含機房、油機房、水箱間、配電間及警衛(wèi)、生活用房)地上2層,框架結(jié)構(gòu),建筑高度10 m,屬多層公共建筑。
大連市1971-2009年氣象觀測資料分析表明:大連市年平均雷暴日為20.5 d;雷電活動主要發(fā)生在4-10月,月平均雷暴日接近2 d。雷暴日最多的年份為2007年,天數(shù)為31 d;雷暴日最少年份為1999,天數(shù)為11 d。初雷日最早為1月,發(fā)生在1991年;終雷日最晚為12月25日,發(fā)生在2009年;初終間跨度最長的年份為1991年,從1月至11月。
雷暴日僅僅反映了某區(qū)域大致的雷電活動規(guī)律,但不能準(zhǔn)確表征地面落雷的頻繁程度、雷暴強度。因此,在進(jìn)行建(構(gòu))筑物年雷擊次數(shù)的估算、雷擊風(fēng)險計算時,本文中的雷達(dá)站(半徑5 km)年平均雷暴天數(shù)采用實際雷電監(jiān)測網(wǎng)數(shù)據(jù)。根據(jù)閃電定位資料分析計算,雷達(dá)站年平均雷暴天數(shù)為39 d。雷電活動主要發(fā)生在4-10月,88%以上的地閃都發(fā)生在這7個月,月平均雷暴日接近5 d,最高8 d,6-8月份為雷電多發(fā)期。
雷達(dá)系統(tǒng)設(shè)備損壞的可接受的最大年平均雷擊次數(shù)
式中:Nc為直擊雷和雷電磁脈沖引起的雷達(dá)系統(tǒng)設(shè)備損壞的可接受的最大年均雷擊次數(shù)。
式中:C為各類因子之和;C1為設(shè)備系統(tǒng)所在建筑物材料結(jié)構(gòu)因子,該主體結(jié)構(gòu)均為鋼筋混凝土材料,C1取1.0;C2為設(shè)備系統(tǒng)重要程度因子,集成化程度較高的低壓微電流設(shè)備,C2取3.0;C3為雷達(dá)系統(tǒng)設(shè)備耐沖擊類型和抗沖擊過電壓能力因子,C3取3.0;C4為雷達(dá)系統(tǒng)設(shè)備所在雷電防護(hù)區(qū)的因子,電子系統(tǒng)在LPZ2區(qū)時,C4取0.5;C5為雷達(dá)系統(tǒng)發(fā)生雷擊事故的后果因子,產(chǎn)生嚴(yán)重后果時,C5取1.5;C6為區(qū)域雷暴等級因子,多雷區(qū)C6取1.0。
由上述各因子可得到:
再由公式:E=1-Nc/N=1-0.0183/2.1可以計算出雷達(dá)設(shè)備系統(tǒng)雷擊電磁脈沖防護(hù)等級E=0.99。
因為E>0.98,所以雷達(dá)站電子信息系統(tǒng)雷擊電磁脈沖防護(hù)等級為A級。
公式NF=0.04e0.015Hs·Ng,可以確定高度為HS(m)的獨立避雷針年預(yù)計雷擊次數(shù)。
對于雷達(dá)所處區(qū)域:Ng=3.9次/km2·a,避雷針高度為1 m,故NF=0.16。
由于0.16<0.226,所以原有的1 m獨立避雷針不能完全保護(hù)雷達(dá)塔樓。
(1)根據(jù)風(fēng)險計算結(jié)果:雷擊風(fēng)險R1=55.98×10-5,大于評估標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的可接受風(fēng)險值R=10-5;
(2)根據(jù)現(xiàn)場勘測,雷達(dá)站所在土壤電阻率約為2 137 Ω.m,屬于典型高土壤電阻率區(qū)域,交流工作接地、直流工作接地、安全保護(hù)接地、防雷接地等應(yīng)共用接地裝置,其接地電阻值應(yīng)≤1 Ω;如設(shè)備或系統(tǒng)有特殊要求,則以系統(tǒng)或設(shè)備要求為準(zhǔn)。
(3)從建筑物的各項風(fēng)險組成可見,RM的值占所有風(fēng)險值的93.8%,可以得出雷擊建筑物附近因LEMP造成的內(nèi)部系統(tǒng)故障占絕大部分,所以加強雷達(dá)站防雷擊電磁脈沖的措施更顯得尤為重要。
(4)經(jīng)計算,雷達(dá)站需增加以下雷擊防護(hù)措施:
在安裝雷達(dá)天線基座的平臺上,應(yīng)安裝不少于2支的避雷針或避雷線接閃,避雷針數(shù)量、高度等用滾球法計算確定。當(dāng)雷達(dá)天線基座的平臺高度較低時,可在地面架設(shè)獨立避雷針或架空避雷線接閃。
建筑物內(nèi)的金屬構(gòu)件進(jìn)行完善的等電位連接,并作良好接地;外露的金屬構(gòu)件、金屬設(shè)備、引下線等有接觸電壓和跨步電壓危險的區(qū)域采取警示措施。
低壓供電線路采用屏蔽電纜,屏蔽層的單位長度電阻應(yīng)滿足5<RS≤20 Ω/km,采用屏蔽電纜時其屏蔽層應(yīng)在兩端并宜在防雷區(qū)交界處做等電位連接并接地。
機房采取完善的屏蔽措施,包括使機房墻體中的鋼筋進(jìn)行良好的電氣連通,使之成為一個完整的法拉第籠,并做良好接地。
電子信息系統(tǒng)應(yīng)采取A級防雷措施進(jìn)行保護(hù)。
1002-252X(2012)03-0039-02
2012-6-1
李銘(1984-),男,遼寧省大連市人,沈陽工業(yè)大學(xué),本科生,助理工程師.