雷击风险评估在雷电防护工作中的应用分析

雷击风险评估在雷电防护工作中的应用分析

摘要:社会经济的发展,使得电力设施、信息技术设施的普及程度越来越高,雷电灾害作为一种传统的自然灾害对于社会造成的损害并没有随着科学技术的进步有所降低。本文的主要内容就是从雷击风险评估的角度出发,来分析如何做好雷电防护工作。

关键词:雷击风险评估雷电防护应用

1 雷击风险评估的作用

雷电灾害是比较常见的自然灾害,雷电防护工作也一直是我们预防雷电灾害的一个重要举措。雷电防护的一个重要原则就是预防为主,雷电灾害不仅频繁,而且具有不可控性,无法预测雷击在何时发生,雷击程度如何,会造成多大的损害,预防工作也集中在一些基础性的、防备性工作上。

雷击风险评估,是当前雷击防护工作中经常会用到的一种预防方式。这种预防方式的对象一般较为特定,主要是对电子信息系统遭到雷击的风险系数进行评价。它具体发挥作用的方式就是对电子系统中,可能会被雷电侵入的路径、通道进行事先的预防,将这种威胁在事先的工程设计中予以考虑,并通过相关的设计手段制定相对应的保护措施。雷击防护主要就是对雷电灾害时的强电流和高电压进行堵截和消除,减少这两个方面对电子信息系统可能造成的损害。雷击风险评估需要用到的信息较多,既包括电子信息系统所位于的建筑物的实际情

况,也包括当地雷电天气和发生雷电灾害的频率和次数,以及信息系统自身的一些系数和参考指数问题。

2 雷击风险评估的方法的具体应用

雷击损害的发生是由多种因素导致的,损害程度和损害后果同样受到不同因素的影响。这就意味着要对雷击损害的风险进行评估并不是一件容易的事情,它不仅需要对客观环境、自然因素进行风险,还包括需要用一些科学的计算手段来对风险发生的概率进行分析。一项较为完备与系统的风险评估方法,主要包括以下几个方面的内容。

2.1 对雷击环境的风险进行评估

雷击灾害的发生,往往是不可控的,不同的地理环境、空间环境发生雷电灾害的频率以及可能导致的灾害程度都有所不同。雷击化境包括的因素主要有:待评估地点的气象环境、发生雷击的电流强度以及待评估地点周边的建筑环境。具体来说有以下几点。

(1)雷击电流的分布情况。我国雷击电流的幅值分布函数为lgP=-(I/88),根据笔者所在地区的气象局统计资料显示,在2010年至2011这两年间,本区域发生雷击后的电流范围位于1～385KA之间,其中雷击分布范围最广的电流频率是5～80kA,也就是说这一电流幅值是本区域最为常见的雷击电流。并且电流指数越高,此种雷击出现的

频率也就越少,所以从频率的角度来看,我们应该确定具有普及性的雷击情况,也就是位于1～100kA之间即可。

(2)雷击出现的年平均密度(次／km2·a)雷击大地年平均密度计算式采用GB50057—2010规范附录一中计算方法:Ng=0．1×Td(次／km2·a)。其中Td指的就是在当地每年平均出现的雷暴日,单位为天/年。

雷暴日是我们在雷击风险评估中考虑的重要因素,它指的就是只要在一天内测量到有雷声,那么这就是一个雷暴日。这种计算方法虽然被长期沿用,但是明显欠科学,它忽略了这一天雷暴发生的频率以及是否多次出现。雷暴日仅仅代表着这一天听见了雷声,但是不清楚究竟发生了多少雷击、频率如何、是否持续出现。真正能够带来破坏性灾害的雷击,通常是在一段时间内持续、多次出现的雷暴。所以我们在考虑这个因素时,应当尽可能的提高雷暴日记录观测的准确性。

(3)雷击的选择性。雷电袭击虽然具有不可控性,但是并不是毫无规律。特别是在一个区域中,遭受雷击的地点或是建筑往往都具有一定的规律性,这种规律是我们在长期的调查、记录过程中能够发现的。雷击的出现,往往与这个地区的地质构造、土壤的电阻性能、水流、地质环境的变化、地面设施有关。所以通过对这一地区雷击事故的综合考察,我们将与雷击选择最相关的因素作为我们考虑雷击风险出现的要点,以此作为参考依据。

2.2 建筑物的雷击风险

建筑物也是影响雷击效果的一个重要因素,建筑物截收相同雷击次数的等效面积:

式中:K为校正系数,在一般情况下取l,在下列情况下取相应数值:位于山顶上或旷野孤立的建筑物取2;金属屋面没有接地的砖木结构的建筑物取1．7;位于河边、湖边、山坡下或山地中土壤电阻率较小处,地下水露头处、土山顶部、山谷风口等处的建筑物,以及特别潮湿地带的建筑物取1．5。L、W、H为建筑物的长、宽、高单位是米。

2.3 建筑物的年雷击次数

建筑物的年雷击次数,就是我们将特定的建筑物作为考量雷击风险的重要要素。一年之中一个建筑物遇到雷击的次数,遭遇雷击的频率,是我们进行雷电防护的重要参考依据。对于建筑物年雷击次数的计算,我们将其分为两个方面,根据雷击形成的方式不同,可以分为直接雷击和间接雷击两种。二者的总和,才是一年中建筑物的雷击次数。

直接雷击次数Nd的计算,主要是通过本区域内出现的年雷击的密度Ng以及该建筑物的有效雷击截收面积Ae的乘积来得出。也就是Nd=Ng·Ae.

间接雷击次数Ni的计算,则是建筑物附近出现雷击的次数Nn,以及相关入户设施上的雷击次数Nk的总和。

2.4 雷击损害的概率

导致雷击损害的因素很多,在日常的情况下,我们一般将导致雷击的因素分为电压类型的损害、化学作用以及一些不可抗力因素所造成的损害,具体来说就是三种情况:过电压导致的损害、跨步电压以及接触电压造成的损害、化学原因导致的损害。这三项损害概率的总和,就是雷击损害的真正概率。

2.5 雷电闪击的损害次数

建筑物的年损害次数F要考虑到由直接闪击导致的年损害次数(Fd)及由间接闪击导致的年损害次数(Fi)两种情况:

F=Fd+Fi

式中:F为建筑物的年损失次数;

Fd为直击雷导致的年损失次数;

Fi为间接雷导致的年损失次数。

由以上各式可知,雷击灾害的发生是多种因素的结合,它与地区环境、建筑物的特征、当地的雷击电流出现的频率、雷暴日有着密切的关系。