万宁市区雷暴特征初步分析与雷电防护

万宁市区雷暴特征初步分析与雷电防护
李传龙;高燚;蒙小亮
【摘要】利用海南雷击风险业务系统,选取万宁市区东经110.367度和北纬18.8度为参考点,以1km为网格密度,采用克里金插值方法,计算和分析了万宁市区雷暴月、年变化规律,以及地闪日变化规律和雷电流强度分布情况,并提出了雷电防护的相应对策.
【期刊名称】《气象研究与应用》
【年(卷),期】2010(031)001
【总页数】4页(P104-107)
【关键词】万宁;雷暴特征;雷电防护
【作者】李传龙;高燚;蒙小亮
【作者单位】万宁市气象局海南万宁571500;海南省防雷中心海南海口570203;海南省防雷中心海南海口570203
【正文语种】中文
【中图分类】P427.32
为了顺利开展雷击风险评估业务，我省率先建立了基于GB21714.2-2008的雷击风险评估业务系统，该系统采用了全岛19个市县的人工雷暴观测资料和闪电定位资料，可以计算出任一地区的雷暴特征数据，利用这些基础数据，可以分析该区域的雷暴基本特征，形成较为完整的雷暴分析库，为该地区的雷电防护提供第一手分析资料。

年平均雷暴日Td是一个非常重要的参数。

在雷电防护中不仅是确定雷电防护保护级别的重要依据也是雷电防护工程设计和施工的重要参考。

在建筑物和电子信息系统的雷电防护中，正确分析防护对象所在地的雷暴特征已经成为选择雷电防护方法和完善雷电防护设计方案的重要步骤。

研究资料来源：（1）全省19个市县（含原琼山）分月雷暴日数数据，资料时段
最长的站海口从1951年3月开始，最短站是保亭从1965年9月开始，所有市县都统计到2007年12月为止。

（2）选取万宁市区东经110.367度和北纬18.8度为参考点，以1km为网格密度，应用海南雷击风险评估业务系统中的功能，计算该区域的雷暴各特征量。

2.1 雷暴日（Td）年变化规律
根据海南省雷击风险评估业务系统的资料统计，插值拟合了该区域四十五年（1962～2007）来，共出现雷暴日3443d，年平均雷暴日为76.5d，属强雷区。

雷暴日数最多的出现在1972年（104d），雷暴日数最少的出现在2005年
（34d），其中雷暴日数超过100d的有1年，雷暴日数在90d～99d的有7年，雷暴日数在80d～89d的有7年，雷暴日数在70d～79d的有7年，雷暴日数在60d～69d的有9年，雷暴日数在50d～59d的有6年，雷暴日数在40d～49d
的有5年，雷暴日数在40d以下的有3年。

据此分析得出年雷暴日数60d～90d
的频率最高，年雷暴日数在40d以下频率的较低。

根据图1显示出参考点域区的
年雷暴日数有下降的趋势。

2.2 雷暴日（Td）月变化规律
对雷暴的月变化规律进行了对比。

结果表明该区域4月至10月雷暴出现的频率较高，而其余的月份雷暴出现的频率较低。

雷暴日达到峰值的时间为8月份，而雷
暴日最低值的时间为1月份，造成两值差异的原因可能与万宁的气候及雷暴产生
的系统有关。

2.3 地闪日变化特征
地闪日变化特征只能依据闪电定位资料进行分析，目前我省较为完善的闪电定位资料只有二年，应用评估业务系统中的分析模块计算得到了该区域的日变化规律。

从各时段雷暴发生的平均变化来看，不同时段发生雷暴不同，由图3看出发生雷暴
的最低值和最高值出现的时间稍有差异。

时段雷暴发生平均最低值出现在02h～
04h、06h～08h、21h～24h；最高值出现在09h～12h。

各时段雷暴发生的平均变化似乎表现出一个特征，早晚及夜间时段由于地表温度较低发生雷暴的频率也较小，反之在日气温升高时段的09h～15h发生雷暴的频率也较高。

造成最低值和
最高值出现的原因与万宁的气温变化有关。

2.4 雷电流强度分布情况
应用业务系统资料，以surfer中的克里金插值进行拟合，得到了1km为格点，参考点为中心10km范围内万宁市区的雷电流强度分布图（图4，见彩页）。

该区域中最高值出现在参考点的东南方向，最大雷电流在70kA以上，次高值出现在参考点的东北方向，有60kA左右的雷电流，最小值在正东面有10kA左右的雷电流，可见雷电流的强度分布较为离散。

另外根据计算数据还可分析雷电流的累积概率，发生雷电流10kA以上的地闪占了98%左右，20kA以上的地闪占了61%左右，
30kA以上的地闪占了19%左右，40kA以上的地闪占了4%左右，50kA以上的
地闪占了2%左右，60kA以上的地闪占了1.9%左右，70kA以上的地闪仅占了1%左右，70kA以上雷击发生概率较小。

大部分雷击集中在20kA左右。

通过分析万宁参考点区域雷暴变化规律显示，一年中雷电的高发期在4月至10月；而地闪日变化特征表明，日均雷电高发时段在09h～15h。

利用海南雷击风险业务系统计算出的年平均雷暴日为76.5d，属于强雷区，在该参考点附近建筑物的雷电防护至少应采取防直击雷和防雷电波侵入措施，并取Td= 76.5d进行防雷类别的
计算。

3.1 建筑物的防雷分类
建筑物应根据其重要性、使用性质、发生雷电事故的可能性和后果，按防雷要求分为三类。

通过建筑物年预计雷击次数的公式：N=kNgAe，其中N为建筑物预计雷击次数（次／a），k为校正系数（一般情况下取1），Ng为建筑物所处地区雷击大地的平均密度［次／（km2.a）］，Ae为与建筑物截收相同雷击次数的等效面积（km2）。

雷击大地的年平均密度按照公式：Ng= 0.024Td1.3计算，其中Td为年平均雷暴日。

建筑物的等效面积Ae应为其实际平面积向外扩大后的面积。

计算方法应按下列公式计算确定：
（1）当建筑物的高H小于100m时，其每边的扩大宽度和等效面积应按等于建筑物的高H计算；建筑物的等效面积应按下列公式计算确定：
式中D代表建筑物每边的扩大宽度（m）
L、W、H分别为建筑物的长、宽、高（m）
（2）当建筑物的高H等于或大于100m时，其每边的扩大宽度和等效面积应按下列公式计算确定：
Ae=［LW+2H（L+W）+πH2］.106
（3）当建筑物各部位的高不同时时，应沿建筑物周边逐点算出最大扩大宽度，其等效面积Ae应按每点最大扩大宽度外端的连接线所包围的面积计算。

通过以上的计算得出万宁参考点一栋建筑物的年预计雷击次数。

根据规范GB50057-94（2000年版）第二章的要求，N＞0.06次／a的省、部级办公建筑物及其它重要或人员密集的公共建筑物和N＞0.3次／a的住宅、办公楼等一般性民用建筑物可以确定为二类防雷建筑物。

0.012次／a≤N≤0.06次／a的
省、部级办公建筑物及其它重要或人员密集的公共建筑物和0.06次／a≤N≤0.3
次／a的住宅、办公楼等一般性民用建筑物可以划为第三类防雷建筑物。

3.2 接闪器和引下线的设计
避雷网和避雷带宜采用圆钢或扁钢，优先采用圆钢。

圆钢直径不应小于8mm。

扁钢截面积不应小于48mm2，其厚度不应小于4mm；第一类防雷建筑物架空避雷网格应不大于5m×5m或6m×4m；第二类防雷建筑物屋面避雷网格应不大于
10m×10m或12m×8m；第三类防雷建筑物屋面避雷网格应不大于20m×20m
或24m×16m。

引下线宜采用圆钢或扁钢，优先采用圆钢。

当引下线采用明敷时，圆钢直径不应小于10mm。

扁钢截面积不应小于48mm2，其厚度不应小于4mm。

当引下线采用暗敷时，圆钢直径不应小于8mm。

扁钢截面积不应小于80mm2。

第二类防雷建筑物引下线不应少于两根，并沿建筑物四周均匀或对称布置，其间距不应大于
18m；第三类防雷建筑物引下线不应少于两根，并沿建筑物四周均匀或对称布置，其间距不应大于25m。

但周长不超过25m且高度不超过40m的建筑物可只设一根引下线。

3.3 接地装置
埋于土壤中的人工垂直接地体宜采用角钢、钢管或圆钢；埋于土壤中的人工水平接地体宜采用扁钢或圆钢。

圆钢直径不小于10mm；角钢厚度不应小于4mm，钢
管壁厚不应小于3.5mm。

人工垂直接地体的长度宜为2.5m，人工垂直接地体间的距离宜为5m。

人工接地
体在土壤中的埋设深度不应小于0.5m。

根据万宁地区的强雷暴特征，在制作人工防雷接地体时，建议采用环形接地装置，以达到更好的泄流效果。

3.4 电涌保护器（SPD）的安装
电涌保护器必须能承受预期通过它的雷电流，并应符合以下两个附加要求：通过电涌时的最大钳压，有能力熄灭在雷电流通过后产生的工频续流。

选择220／380V三相系统中的电涌保护器时，对于电力制式为TN的系统，其最大持续运行电压Uc不应小于1.15Uo的规定（Uo为线间电压）。

如果建筑物内有电子信息系统，应参照规范GB 50343-2004中的表5.4.1-2电源线路浪涌保护器标称放电电流参数值进行SPD的设计，SPD的地线和相线材料采用铜线，第一级SPD的地线和相线的规格分别为25mm2和16 mm2，接线长度不超过0.5m；第二级SPD的地线和相线的规格分别为16mm2和10 mm2，接
线长度不超过0.5m；第三级SPD的地线和相线的规格分别为10mm2和6 mm2，接线长度不超过0.5m；第四级SPD的地线和相线的规格分别为6mm2和4
mm2，接线长度不超过0.5m。

（1）拟合得出万宁市参考区域年平均雷暴日Td呈下降的趋势，45a来共出现雷
暴日3443d，年平均雷暴日为76.5d，属强雷区；4月至10月雷暴出现的频率较高，达到峰值的时间为8月份；在日气温升高时段的09h～15h时发生雷暴的频
率也较高；发生雷电流10kA以上的地闪占了98%左右，70kA以上雷击发生概率较小，大部分雷击集中在20kA左右。

（2）根据对该区域的雷暴特征分析，对防雷类别可依据雷暴特征量N值确定，接闪器和引下线应优先采用圆钢并严格按照国标的相关参数进行设计，接地装置应采用环形接地装置，以达到更好的泄流效果，SPD的设计必须能承受预期通过它的
雷电流。

【相关文献】
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