張桂琴（錦西工業(yè)學(xué)校, 遼寧 葫蘆島 125001）

化工企業(yè)的分布往往集中在偏遠(yuǎn)、空曠的郊區(qū)，化工裝置、廠房等建筑物就成為制高點(diǎn)，特別容易遭受雷擊。而雷電極大的破壞力常常造成建筑物倒塌、起火、儀器設(shè)備損壞及人員傷亡等嚴(yán)重后果。目前化工企業(yè)的防雷設(shè)計(jì)是按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB50057采取防雷措施，但雷擊事故仍時(shí)有發(fā)生，且對于雷擊事故發(fā)生后可能引起的災(zāi)害和損失缺乏預(yù)估方法。在滿足防雷設(shè)計(jì)規(guī)范所要求的防雷措施基礎(chǔ)上，為進(jìn)一步探索和完善化工企業(yè)危險(xiǎn)性場所的防雷設(shè)計(jì)，需要對該場所的雷擊災(zāi)害進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評估。雷擊災(zāi)害評估的結(jié)果可以作為對防雷設(shè)計(jì)措施的補(bǔ)充和檢驗(yàn)，減小化工企業(yè)危險(xiǎn)性場所發(fā)生雷擊事故的幾率。

1 雷擊災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估主要方法研究

（1）IEC標(biāo)準(zhǔn)的風(fēng)險(xiǎn)評估方法 2008年，防雷技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)IEC62305由國際電工委員會(huì)（IEC）正式發(fā)布執(zhí)行，該標(biāo)準(zhǔn)IEC62305-2《雷電防護(hù)第2部分：風(fēng)險(xiǎn)管理》即是專門針對雷擊災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估的標(biāo)準(zhǔn)，IEC62305-2標(biāo)準(zhǔn)已被視等同采用為國標(biāo)GB/T21714.2-2008標(biāo)準(zhǔn)使用。

該標(biāo)準(zhǔn)的雷擊風(fēng)險(xiǎn)評估方法基于以下假設(shè)前提：①評估對象沒有任何人為或者天然的防護(hù)措施；②任何一種防雷措施都縮減一個(gè)損害因子；③采取多種防護(hù)措施時(shí)，縮減因子為各防護(hù)措施對應(yīng)縮減因子之積。

（2）國標(biāo)GB50057的風(fēng)險(xiǎn)評估方法 2000年，《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》國標(biāo)出臺，其中第6.1.2條明確指出：某一信息系統(tǒng)在防雷擊電磁脈沖過程中，要求應(yīng)對其進(jìn)行直接和間接的各種風(fēng)險(xiǎn)評估，以及進(jìn)行建設(shè)與維護(hù)費(fèi)用的相關(guān)預(yù)測，綜合各種因素影響，從而提升其適用性、安全性和經(jīng)濟(jì)性。以上只給出了提出了風(fēng)險(xiǎn)評估的原則，但未給出方法，且該原則也是僅限于信息系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)評估。

（3）行標(biāo)QX3-2000的風(fēng)險(xiǎn)評估方法 2000年11月20日，中國氣象局在發(fā)布的氣象行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QX3-2000《氣象信息系統(tǒng)雷擊電磁脈沖防護(hù)規(guī)范》的附錄A中給出了一種雷擊災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估的具體方法。該方法建立在國外早期防雷標(biāo)準(zhǔn)里的因子分析法基礎(chǔ)之上。具體是先對相關(guān)影響因子加以列出，根據(jù)其防雷程度以及防雷影響進(jìn)行分級賦值，之后通過和或者積的算法加以集合，再根據(jù)總指數(shù)情況制定具體的防雷方案，確定具體等級等。根據(jù)QX3-2000標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評估主要是年平均直擊雷次數(shù)以及年平均允許雷擊次數(shù)的確定。該標(biāo)準(zhǔn)的雷擊災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估方法相對比較簡單，評估結(jié)構(gòu)清晰，比較有針對性和實(shí)用性。在實(shí)踐中已應(yīng)用到氣象信息系統(tǒng)外的其它信息系統(tǒng)領(lǐng)域。

2 化工企業(yè)危險(xiǎn)性場所雷擊災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估方法研究

2.1 雷電環(huán)境分析

其內(nèi)容包括雷暴日數(shù)據(jù)分析、閃電資料分析以及土壤電阻率的測量分析。

雷暴日數(shù)據(jù)分析是運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，分析評估項(xiàng)目所在地30年雷暴情況、雷暴的初終日、雷暴日數(shù)年變化、雷暴日數(shù)月變化、季分布。從這些數(shù)據(jù)分析獲得雷暴年、5年移動(dòng)序列分析雷暴年變化規(guī)律，最多、最少雷暴日分別是多少，年變化趨勢。從側(cè)面反映地區(qū)雷暴的頻繁程度，年雷暴的持續(xù)時(shí)間。

閃電定位記錄是通過閃電定位探測儀進(jìn)行探測，通過3臺以上的閃電定位儀對探測范圍內(nèi)發(fā)生的閃電福射信號進(jìn)行捕捉，通過時(shí)間到達(dá)法、磁定向法或者混合法進(jìn)行閃電發(fā)生時(shí)間和位置進(jìn)行定位，最終獲得探測范圍內(nèi)每個(gè)閃電的發(fā)生的時(shí)間、經(jīng)緯度、雷電流幅值、上升和下降時(shí)間等相關(guān)參數(shù)。閃電定位資料反應(yīng)了整個(gè)探測地區(qū)內(nèi)閃電的特征和活動(dòng)規(guī)律，可以準(zhǔn)確表征當(dāng)?shù)匕l(fā)生的地閃的頻繁程度，因此通過多年數(shù)據(jù)的分析，可以得出該區(qū)域的雷電活動(dòng)規(guī)律。

土壤電阻率是土壤的一種基本物理特性，是指1米土壤的電阻值，它表征的是土壤的綜合散流特性。土壤電阻率的測量通常采用Winner法。

2.2 雷電風(fēng)險(xiǎn)值的計(jì)算

（1）損害基本成因 雷電損害的基本成因是雷電流導(dǎo)致。雷電流根據(jù)雷擊點(diǎn)位置大體包括以下幾類：S1為雷擊建筑物；S2為雷擊建筑物附近；S3為雷擊服務(wù)相關(guān)設(shè)施；S4為雷擊服務(wù)設(shè)施附近。

（2）風(fēng)險(xiǎn)與風(fēng)險(xiǎn)風(fēng)量 風(fēng)險(xiǎn)主要指由于雷電導(dǎo)致的年平均可能損失（包括人和物）與需要保護(hù)對象（人和物）的總價(jià)值之比。針對建筑物以及服務(wù)設(shè)施中可能出現(xiàn)的各類損失，應(yīng)計(jì)算出其相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)情況。針對建筑物以及服務(wù)設(shè)施要求估算的風(fēng)險(xiǎn)包括：R1為人身傷亡的風(fēng)險(xiǎn)；R2為公眾服務(wù)的風(fēng)險(xiǎn)；R3為文化遺產(chǎn)的風(fēng)險(xiǎn)；R4為經(jīng)濟(jì)損失的風(fēng)險(xiǎn)。R'2為公眾服務(wù)的風(fēng)險(xiǎn)；R'4為表經(jīng)濟(jì)損失的風(fēng)險(xiǎn)。

化工企業(yè)中人員生命的損失風(fēng)險(xiǎn)和經(jīng)濟(jì)損失風(fēng)險(xiǎn)分量組成，表達(dá)式如下：

式中：風(fēng)險(xiǎn)分量RA為建筑物戶外與建筑物之間在3m距離以內(nèi)，由于接觸或者跨步電壓導(dǎo)致人畜傷害而產(chǎn)生；風(fēng)險(xiǎn)分量RB為與建筑物里由于危險(xiǎn)火花放電而引發(fā)火災(zāi)而產(chǎn)生；風(fēng)險(xiǎn)分量RC為與LEMP導(dǎo)致內(nèi)部系統(tǒng)發(fā)生失效而產(chǎn)生；雷擊建筑物附件風(fēng)險(xiǎn)分量RM代為與LEMP引發(fā)內(nèi)部系統(tǒng)發(fā)生失效而產(chǎn)生；雷擊相連服務(wù)設(shè)施引發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)分量RU為與建筑物里雷電流進(jìn)入入戶線路并出現(xiàn)接觸電壓而導(dǎo)致人身傷害而產(chǎn)生；風(fēng)險(xiǎn)分量RV與雷電流進(jìn)入入戶服務(wù)設(shè)施而形成了物理損害，主要包括入戶設(shè)施與金屬部件間由于危險(xiǎn)火花放電而導(dǎo)致火災(zāi)以及爆炸等，一般在線路入戶處為多；風(fēng)險(xiǎn)分量RW為和入戶線路上發(fā)生感應(yīng)且傳導(dǎo)至建筑物內(nèi)部形成過電壓，造成內(nèi)部系統(tǒng)發(fā)生失效而產(chǎn)生；雷擊相連服務(wù)設(shè)施附近引發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)分量RZ為和入戶線路發(fā)生感應(yīng)且傳導(dǎo)至建筑物內(nèi)部形成過電壓，造成內(nèi)部系統(tǒng)發(fā)生失效而產(chǎn)生。

（3）雷擊風(fēng)險(xiǎn)的計(jì)算方法。通常計(jì)算雷擊風(fēng)險(xiǎn)通過關(guān)系式代表為：

式中：N為年均雷擊次數(shù)，其與此處建筑物特性、周圍環(huán)境、雷擊密度、以及土壤特性密切相關(guān)；P為雷擊損壞概率，其與建筑物性質(zhì)以及相關(guān)措施策略密切相關(guān)；L為間接損失，其與建筑物作用、涉及人員、設(shè)施類別、里面存儲物的價(jià)值大小、限制損失相關(guān)策略密切相關(guān)；而F=NP主要指在t時(shí)間之前出現(xiàn)雷擊損壞之概率情況。

（4）年平均危險(xiǎn)事件次數(shù)指標(biāo)的確定。影響需保護(hù)對象由于雷擊造成年均危險(xiǎn)事件次數(shù)Nx，其與需保護(hù)對象位置區(qū)域發(fā)生雷暴活動(dòng)多少及其自身物理特性密切相關(guān)。通常N計(jì)算方法為雷擊大地密度Ng與需保護(hù)對象之等效截收面積的乘積，并且要對保護(hù)對象自身物理特性相關(guān)的修正因子加以綜合考慮。其具體公式表示為：

①年平均雷擊建筑物的次數(shù)ND

式中：Ng為雷擊大地密度（次/km2*a）；Ad為孤立建筑物之截收面積（km2）；Cd為建筑物之位置因子。

②年平均雷擊建筑物附件危險(xiǎn)事件次數(shù)NM具體見式（5）：

式中：Am為雷擊建筑物附近之截收面積（m2），其具體延伸距離為建筑物250m范圍內(nèi)；Ad/b為評估建筑截收面積；Cd/b為建筑物位置因子；當(dāng)NM< 0時(shí)，可以假設(shè)為NM= 0。

③年平均雷擊服務(wù)設(shè)施危險(xiǎn)事件次數(shù)（針對單段服務(wù)設(shè)施）具體見式（6）：

式中：A1為雷擊服務(wù)設(shè)施之截收面積（m2）大小；Cd為服務(wù)設(shè)施之位置因子情況。Ct為雷擊位置和建筑物間存在Hv/Lv變壓器情況的修正因子，其在變壓器位于建筑物上游線路段時(shí)符合要求。

（5）化工企業(yè)中各種損失率Lx指標(biāo)的確定

①年均損失量情況。年均損失為Lx，其與由雷擊導(dǎo)致的各種類型損害之相關(guān)的損害程度大小、損害后果以及平均相對量等密切相關(guān)。損害類型不同則Lx取值也存在差別，其數(shù)值大小與以下因素相關(guān)：涉及人員數(shù)量多少、相關(guān)人員位于危險(xiǎn)場所時(shí)間多少；具體服務(wù)類型與重要程度；造成損害后對貨物價(jià)值之影響情況。

通常主要損失參數(shù)（計(jì)算各Lx值使用）包括：Lt為接觸與跨步電壓造成傷害之損失情況；Lf為物理損害造成損失情況；Lo為內(nèi)部系統(tǒng)失效造成損失情況。

②人員生命損害Lx的計(jì)算。根據(jù)以下公式，通過受害者相對量選擇Lt、Lf以及Lo取值，具體公式為：

式中：np為受害者數(shù)量情況；nt為建筑物里預(yù)期總?cè)藬?shù)情況；tp相關(guān)人員每年身處危險(xiǎn)場所時(shí)間（單位:小時(shí)），其具體分為建筑物外部（Lt）以及建筑物內(nèi)部（Lt、Lf、Lo）組成。

③無法接受之公眾服務(wù)發(fā)生中斷的Lx的計(jì)算。根據(jù)如下關(guān)系式確定Lt、Lf以及 Lo數(shù)值情況：

式中：np為可能受到危害失去服務(wù)的用戶平均數(shù)；nt為接受服務(wù)用戶總?cè)藬?shù)；t為年平均服務(wù)中斷時(shí)間（單位：小時(shí)）。

④無法替代之文化遺產(chǎn)損失的Lx的計(jì)算。根據(jù)以下關(guān)系式確定Lf的數(shù)值情況：

式中：c為建筑物損失平均值（通過貨幣代 表）；ct為建筑物

總價(jià)值（通過貨幣代表）。

⑤經(jīng)濟(jì)損失情況下的Lx的計(jì)算。根據(jù)如下關(guān)系式確定Lt、Lf以及 Lo的數(shù)值情況：

式中：c為建筑物損失的平均數(shù)值（通過貨幣代表），其由存儲物損失、活動(dòng)中斷、間接后果等組成；ct為建筑物總價(jià)值（通過貨幣代表），其由存儲物價(jià)值、活動(dòng)價(jià)值等組成。

2.3 其它防雷參數(shù)的計(jì)算

（1）接地電阻值的計(jì)算 對于不同接地裝置接地電阻值的計(jì)算方法較多，接地電阻暫采用GB50057-2010版標(biāo)準(zhǔn)第4.2.4條的條文說明提出的等效環(huán)形接地裝置電阻值計(jì)算方法。計(jì)算公式：

式中：R為接地裝置接地電阻； ρ為接地裝置所在處的平均土壤電阻率；d=1.13 A，A為環(huán)形接地體所包圍的面積。

對于不規(guī)則建筑物，其等效環(huán)形接地體（或基礎(chǔ)接地體）所包圍的面積A大小宜選用地下層建筑面積或通過軟件建模計(jì)算。

（2）電源系統(tǒng)SPD相關(guān)參數(shù)計(jì)算 在設(shè)計(jì)防雷措施過程中，應(yīng)注重雷擊電磁脈沖防護(hù)設(shè)計(jì)問題，尤其是電涌保護(hù)器（SPD）設(shè)計(jì)時(shí)標(biāo)稱放電電流In值的確定更存在著一定的爭議。常用的電涌保護(hù)器主要包括電壓開關(guān)型、限壓型及組合型三種，它的作用在于限制瞬態(tài)過電壓和分走電涌電流,同時(shí)它也是等電位連接的一種方法,它是建筑物電子信息系統(tǒng)雷擊電磁脈沖防護(hù)的主要措施之一。雷擊風(fēng)險(xiǎn)評估時(shí)應(yīng)結(jié)合實(shí)際科學(xué)選擇電涌保護(hù)器。參照《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50057-2010進(jìn)一步估算出建筑物電源系統(tǒng)雷電流值。

3 結(jié)語

對化工企業(yè)危險(xiǎn)性場所開展雷擊災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估工作十分必要。其可為防雷設(shè)計(jì)與災(zāi)害管理提供重要的參考依據(jù)。