惠州市某加油站雷击风险分析
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摘要：本文以惠州市某加油站为实例，通过对该加油站可能遭受的雷击风险进行分析。结果表明，通过雷击风险评估可为评估对象提供雷电防护的科学设计、灾害风险控制、经济投资等方面服务。使雷电防护措施得到科学、全面、细致、周密的系统设计，有效防止和减少雷灾所发生的人员伤亡和财产损失，做到安全可靠、技术先进、经济合理。
关键词：雷电灾害，风险， 评估， 雷电防护， 设计
Abstract: this article with a petrol station in the city as an example, through to the gas station could suffer the lightning risk analysis. The results show that, through the lightning risk assessment for evaluation objects can provide the scientific design and lightning protection, disaster risk control, economic investment service. Lightning protection measures to get the scientific, complete, detailed and exhaustive system design, effectively prevent and reduce ray plagues happen casualties and property losses, do it safe and reliable, advanced technology, reasonable economy.
Keywords: lightning, risk, evaluation, lightning protection, design
中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：
1引言
惠州市位于广东省东南部，珠江三角洲东北端，属亚热带季风性气候。是雷暴多发区，近50年来年平均雷暴日为83天，每月均有发生雷暴的可能，其中6～8月最多，1、11和12月最少，4～9月约占全年的91.8。雷暴初日平均在3月3日左右，80保证率下出现在3月26日左右；雷暴终日平均在10月15日左右，80保证率下出现在11月12日左右；年平均雷暴持续期为227.6天。
该加油站属新建项目，为易燃易爆类场所，若有雷击发生，可能造成较大的人员伤亡和对周围环境造成影响。通过对项目现场的详细勘察，采集相关数据，结合当地气象资料，以及设计图纸，依据相关标准对雷击风险进行评估，通过对数据的具体分析，确定风险值，为判断是否需要增设防护措施及选择适当的防护措施提供了参考依据。
2雷击风险评估数据采集
2.1 闪电定位资料
采用GPS定位仪在该加油站中心所在位置采集的地理位置参数为经度：114°24'42.35" E，纬度：23°5'28.81"N。
2.2地闪密度等级
地闪密度指每平方公里平均落雷次数，是表征雷云对地放电的频繁程度的量，是估算建筑物年预计雷击次数时重要的参数。用Ng表示，单位为：次/km2a。经计算地闪密度为：Ng= 8.3次/km2a。
2.3土壤电阻率测量
通过现场测量，测得该加油站所处土壤类型为粘土，土壤电阻率ρ=113Ω・m。
3 雷击风险分析与估算
3.1建构筑物概况
该加油站主要由加油棚、站房等组成；防雷类别为二类防雷建筑；加油棚天面为0.5mm彩钢瓦屋面网架结构，明敷φ12镀锌圆钢作为避雷带和明敷φ12镀锌圆钢作为连接线（网格）防止直击雷，站房采用明敷φ12镀锌圆钢作为避雷带防止直击雷；引下线利用柱内对角四条主筋由下而上通长焊接作为引下线；采用共用接地装置，接地电阻要求小于1欧。
3.2 建筑物分区
根据建筑物户外与内部的地表类型、火灾环境等不同；防火分区情况的不同；有无空间屏蔽等划分为以下主要的区域：Z1（空旷处）；Z2（加油棚、油罐区）；Z3（站房）。
3.3雷击风险估算
3.3.1 建筑物相关量的计算
根据建筑物相关特征数据和线路相关特征数据，可以得到建筑物和线路截收面积和预期的年平均危险事件次数等。
a)预计年危险事件次数NX取决于项目所处区域的雷暴活动及其物理特性。
b) 建筑物年预计危险次数ND的估算
通过作图法，该加油站直接雷击等效截收面积Ad=2674m2；
所以：ND=Ng・Ad・Cd × 10-6=8.3 ×2674 ×0.5 ×10-6=0.011（次/年）
c) 雷击建筑物附近的年平均危险事件次数NM的估算
通过作图法，可以得到建筑物附近的截收面积：Am=218388m2
因此：NM=Ng ×(Am - Ad・Cd)× 10-6=8.3 ×(218388-2674×0.5) × 10-6=1.8（次/年）
d) 雷击建筑物服务设施的年平均危险事件次数NL的估算
①入户低压电源线截收面积：Al(电源) = [Lc 3H)]=(1000-3×5.8) ×=10449m2
NL(电源)=Ng×Al×Cd×Ct×10-6=8.3×10449×0.5×1×10-6=0.043（次/年）
②入户通信线截收面积：Al(通信) = [Lc 3H)]=(1000-3×5.8) ×=10449m2
NL(通信)= Ng×Al×Cd×Ct×10-6=8.3×10449×0.5×1×10-6=0.043（次/年）
e) 雷击建筑物服务设施附近的年平均危险事件次数NI的估算
①入户低压电源线：
Ai（电源）=25 Lc=25×1000×=265754m2
NI（电源）= Ng×Ai×Ce×Ct×10-6=8.3×265754×0.1×1×10-6=0.22（次/年）
②入户通信线
Ai（通信）=25 Lc=25×1000×=265754m2
NI（通信）= Ng×Ai×Ce×Ct×10-6=8.3×265754×0.1×1×10-6=0.22（次/年）
3.3.2雷击导致各种损害的概率
a)雷击建筑物造成的损害概率
① 雷击建筑物导致人畜伤害的概率PA
因本工程利用建筑物的结构柱内钢筋作为引下线，概率PA可以忽略不计：PA≈0
②雷击建筑物导致物理损害的概率PB
雷击建筑物导致物理损害的概率PB取决于建筑物的防雷保护级别。本工程中，建筑物按照二类防雷建筑物进行防雷设计，所以雷击加油棚、站房导致物理损害的概率：PB=0.05
b)雷击服务设施造成的损害概率
① 雷击服务设施导致人畜伤害的概率PU
PU（电源）= PLD = 1
PU（通信）= PLD = 1
② 雷击服务设施导致物理损害的概率PV
PV（电源）= PLD = 1
PV（通信）= PLD = 1
3.4 风险计算
风险计算主要考虑到人身伤亡，即对应风险R1。不考虑设备故障D3引起的人身伤亡和经济损失等，所以各分量风险即均为由人畜伤亡D1和物理损害D2造成。
3.4.1 Z1区人身伤亡风险
直接雷击建筑物，在建筑物外距离建筑物3m范围内，因接触和跨步电压造成人畜伤害的风险分量：
RA = ND×PA×LA = 0
3.4.2 Z2区人身伤亡风险
LB = rp × hz × rf × Lf =0.2×20×1×7.5×10-3 =0.03
LV = LB =0.03
LU = ru × Lt = 1×10-2×7.5×10-5 =7.5×10-7
各相关风险分量值估算如下：
RB = ND × PB × LB = 0.011× 0.05×0.03 =1.65×10-5
RU(电源线) = NL（电源线）× PU(电源线) × LU = 0.043×1×7.5×10-7 =3.2×10-8
RV(电源线) = NL（电源线）× PV(电源线) × LV = 0.043×1×0.03= 1.3×10-3
RU(通信线) = NL（通信线）× PU(通信线) × LU = 0.043×1×7.5×10-7 =3.2×10-8
RV(通信线) = NL（通信线）× PV(通信线) × LV = 0.043×1×0.03= 1.3×10-3
3.4.3 Z3区人身伤亡风险
LB = rp × hz × rf × Lf =0.5×2×10-2×2.5×10-3 =2.5×10-5
LV = LB =2.5×10-5
LU = ru × Lt = 1×10-3×2.5×10-5 =2.5×10-8
各相关风险分量值估算如下：
RB = ND × PB × LB = 0.011× 0.05×2.5×10-5 =1.38×10-8
RU(电源线) = NL（电源线）× PU(电源线) × LU = 0.043×1×2.5×10-8 =1.08×10-9
RV(电源线) = NL（电源线）× PV(电源线) × LV = 0.043×1×2.5×10-5= 1.08×10-6
RU(通信线) = NL（通信线）× PU(通信线) × LU = 0.043×1×2.5×10-8 =1.08×10-9
RV(通信线) = NL（通信线）× PV(通信线) × LV = 0.043×1×2.5×10-5= 1.08×10-6
具体计算结果参照表1。
3.5 评估结论
加油站的风险值R1=261.85×10-5，高于容许值RT＝10-5，需对建筑物现有防雷保护措施加以完善，以降低人身伤亡风险。
3.6保护措施的选择
在进行保护措施选择的时候，有必要分析各种风险组合的权重，各个功能区风险组合的权重，这样有利于针对性地选择保护措施。从表1中可以看出，如果从分区角度来看，Z2区（加油棚）的风险值最大，占总风险值的99.92％，Z3区（站房）的风险值仅占0.08％；如果从风险分量来看，RV的比重最大，即雷击入户服务设施导致物理损害的风险达到99.37％，其次是RB，即雷击建筑物导致物理损害的风险占0.63％，由雷击电源和通信线路造成触电的风险（Ru）可以忽略不计。
为了把风险降低到容许值以下，可以采取以下保护措施：
a）降低Z2、Z3区的消防负荷和火灾风险。不要在该区中存放易燃性物质；建筑材料和设备管线等应选用阻燃材质。
b）提高建筑物防雷接闪器的要求，增大雷电拦截效率，即防雷接闪器应在现有二类防雷建筑物设计基础上，提高标准，按照一类防雷建筑设计，即按30m 滚球半径设计。
c）电源系统按照相关规范要求安装适配的SPD 进行防护。
经计算，采取以上保护措施之后的风险值R1=0.26×10-5，在风险容许值之内。
4结束语
通过雷电灾害风险评估，可以掌握建设项目可能遭受雷击的主要风险分量；可以准确的估算出建构筑遭受雷击的概率；可以从技术上、经济价值上综合决策雷电防护措施。雷击风险评估是开展综合防雷的必经程序，使雷电防护措施得到有针对性的系统设计，有效防止和减少雷灾所发生的人员伤亡和财产损失，做到安全可靠、技术先进、经济合理。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。