防雷風險評估

1、IEC62305雷電災害風險評估的標準介紹5.1 概述 IEC62305的適用范圍是雷擊大地對建筑物（包括其服務設施）造成損害的風險的評估。 IEC62305標準主要包括建筑物與服務設施的分類、雷電損害與雷災損失、雷災風險、防護措施的選擇過程以及建筑物與服務設施防護的基本標準等評估參數(shù) 相關機構可據(jù)此標準確定損害次數(shù)的可接受值，一旦確定了損害次數(shù)的上限值，所給出的選擇程序能夠為建筑物選擇適當?shù)姆雷o措施。術語和定義 1、雷擊建筑物導致的危險事件次數(shù)ND (number of dangerous events due to flashes to a structure ND)預計年平均因雷擊建筑物

2、而引起的危險事件次數(shù)。 2、雷擊服務設施導致的危險事件次數(shù) NL (number of dangerous events due to flashes to a service NL)預計年平均因雷擊服務設施而引起的危險事件次數(shù)。 3、雷擊建筑物附近導致的危險事件次數(shù) NM (number of dangerous events due to flashes near a structure NM)預計年平均因雷擊建筑物附近而引起的危險事件次數(shù)。 4、雷擊服務設施附近導致的危險事件次數(shù) NI (number of dangerous events due to flashes near a s

3、ervice NI) 預計年平均因雷擊服務設施而引起的危險事件次數(shù)。5、容許的風險 RT (tolerable risk RT) 需保護對象能夠容許的最大風險值表1 典型的風險容許值RT 損失類型 RT （1/年）人員生命損失 10 -5公眾服務損失 10 -3文化遺產(chǎn)損失 10 -36、損害概率 PX (probability of damage PX) 一次危險事件導致需保護對象受損的概率。 7、損失 LX (Loss LX) 一次危險事件引起的與某種損害類型相對應的平均損失量，與需保護對象的價值（人員和貨物）有關。 8、風險 R (risk R) 雷擊引起的年均可能損失量（人員和貨物）與

4、需保護對象的價值總量有關。 9、風險分量 Rx (risk component Rx) 取決于損害源和損害類型的部分風險。10、防雷級別LPL(lightning protection level) 與一組雷電流參數(shù)值對應的數(shù)字，與自然情況下的雷電流不超出相應的用于設計的最大、最小雷電流的概率有關。(防雷保護級別用于按照對應的一組的雷電流參數(shù)來設計保護措施) 。11、防雷電纜 (lightning protective cable) 具有加強絕緣強度以及其金屬護套直接或通過導電性塑料覆蓋層與土壤有著連續(xù)接觸的特制電纜。 12、物理損害 (physical damage) 雷電的機械、熱力、化學

5、和爆炸效應對建筑物（或其內(nèi)存物）或服務設施造成的損害。13、生物傷害 (injurity to living beings) 雷電引起的接觸和跨步過電壓所導致的人員或動物傷害（包括死亡）。14、電氣和電子系統(tǒng)失效 LEMP對電氣和電子系統(tǒng)造成的永久性損害。15、失效電流 Ia (failure current Ia) 導致線路損害的最小的雷電流峰值。 16、節(jié)點 (node) 服務設施線路上浪涌的傳播可以近似認為中斷的點。 HV/LV變壓器處的配線箱、通訊線路上的多路復用器以及線路上安裝的符合IEC 62305-5要求的SPD是節(jié)點的幾個例子。 17、標稱沖擊耐受電壓 Uw (rated im

6、pulse withstand voltage level Uw) 由制造商為設備或設備某一部分指明的沖擊耐受電壓值，表征其絕緣物對過電壓的特定耐受能力。 在IEC 60664-11.3.9.2中定義對于本部分，僅考慮相線與地之間的耐受電壓。 5.2 雷電災害風險評估1、評估關系式 評估一般關系式如下： R=(1-e-NPt )L （1）取一年時間（t=1），且F=NP1時（雷擊為小概率事件，此條件通常能滿足），則 R NPL （2） 式中，N 為年均雷擊次數(shù)，與該處落地雷擊密度、建筑物性質(zhì)、建 筑物四周環(huán)境和土壤特性有關； P 為每次對建筑物有影響的雷擊損壞概率，與建筑物的特性 和提供的防護

7、措施有關； L 為間接損失（可能翻譯為“損失后果”好），與建筑物用 途、所涉人員情況、大眾服務設施類型、建筑物中存儲物 價值和限制損失所采取的措施有關。 如果采用了LPS,R將依E而減小。 具體說，N為建筑物所在地雷擊密度 Ng、截收面積A和環(huán)境因子Cd之積。 N = NgACd （3） P為幾種損害類型引起損害分概率Px與防護措施對應的縮減因子的積之和。 （4） L等于損失的價值與建筑物總價值之比。 L=C/Ct （5）其中，C為預期損失價值，Ct為建筑物總價值， Kj為j防護措施的縮減因子。 （2）式對總風險或風險分量都成立，即 RX=NXPXLX （6） 而總風險為分風險之和，即 （7）

8、 可見，總風險或風險分量的評估就是對N、P、L三個量綜合評估的過程。2、雷電損害的風險分量 各種損害源和損害類型產(chǎn)生不同損害風險，其關系見表2（涉及建筑物）、表3（涉及服務設施。服務設施上與建筑物中相同的風險分量加“ ”，以示區(qū)別）。 損害類型 根據(jù)需保護對象特性的不同，雷擊可能會引起各種損害。其中最重要的特性包括： 建筑物的結構類型、內(nèi)存物、用途、服務設施的類型以及所采取的保護措施。 雷擊引起的基本損害類型劃分為以下三種： D1：生物傷害； D2：物理損害； D3：電氣和電子系統(tǒng)失效。 雷電對建筑物的損害可能被限制在建筑物的某一部分，也可能擴展到整個建筑物，還可能涉及四周的建筑物或環(huán)境。(例

9、如化學性或輻射性的擴散)。 影響服務設施的雷電可以對線路或管道本身以及相關電氣和電子系統(tǒng)造成物理損害。損害還可能擴展到與服務設施相連的內(nèi)部系統(tǒng)。 損失類型 每種單獨發(fā)生或共同發(fā)生的損害類型，可以在需保護對象中導致不同的間接損失（損失后果）。可能出現(xiàn)的損失類型取決于需保護對象的特性及其內(nèi)存物。應當考慮 以下幾種類型的損失： L1：人員生命損失； L2：公眾服務損失； L3：文化遺產(chǎn)損失； L4：經(jīng)濟損失(建筑物及其內(nèi)存物、服務設施以及活動中斷的損失)。 3、風險和風險分量 建筑物中可能需要計算的風險包括： R1：人員生命損失風險； R2：公眾服務損失風險； R3：文化遺產(chǎn)損失風險； R4：經(jīng)濟損

10、失風險。 服務設施中可能需要計算的風險包括： R2：公眾服務損失風險； R4：經(jīng)濟損失風險。 為了計算風險值R，應當定義并計算有關的風險分量(風險分量取決于損害源和損害類型)。 每種風險都是其對應風險分量的總和。在計算風險值時，可以按照損害源和損害類型對風險分量進行分組。 表2 各種損害類型和損害源對應的建筑物風險分量 雷災 來源損害 類型雷 電根據(jù)損類型劃分的風險結果 S1擊建筑物S2雷擊筑物附近 S3雷擊入戶服務設施 S4雷擊服務設施附近D1人身傷害RA=NDPAraLtRU=NLpipgLtRS=RA+RUD2物理損害RB=NDpdpfrhLfRV=NLpipfrhLfRF=RB+RVD

11、3電氣和電子系統(tǒng)的失效RC=ND1-(1-ps) (1-pe)L0RM=NM +pML0RW=NLpiL0RZ=NIpiL0RO=RC+RM +RW+RZ根據(jù)損害源劃分風險結果RRD=RA+RB+RCRI = RM+RU+RV+RW+RZR=RD+RI表3 各種損害類型和損害源對應的服務設施風險分量 損害源損害類型 S3 雷擊服 務設施 S4雷擊服務設施附近 S1 雷擊與服務設施 相連的建筑物 與損害類型相對應的風險 D2 物理損害RV = NLPViLVRB = ND PBi LBRF = RV + RB D3 電氣、電子 系統(tǒng)的失效R W = NLPWi LWRZ = (NI NL ) P

12、Z LZRC = NDPCiLCRO = RZ + RW + RC與損害源相對應的風險RD = RV + RW RI = RZ + RB + RC5.3 雷電損害風險分量的評估 如表2、表3所示，涉及建筑物的風險分量和涉及入戶服務設施的風險分量的計算公式不同，因此，應分別進行評估。 建筑物的風險分量關系式中（表2），按損害源區(qū)分，涉及的參量有：年平均雷擊次數(shù)ND、NM、NL、NI；(雷擊建筑物附近地面年均雷擊次數(shù)NM雷擊入戶線路的年均雷擊次數(shù)NL，雷擊線路附近地面的年平均雷擊次數(shù)Ni,)雷擊產(chǎn)生的風險分量主要有8種，相應的概率和損失類型也有8種。 其中直接雷擊風險有：RA、RB、RC。相應的概

13、率和損失類型有PA、PB、PC和LA、LB、LC。而間接雷擊風險有：RM、RU、RV、RW、RZ。相應的損害概率和損失類型有PM、PU、PV、PW、PZ和LM、LU、LV、LW、LZ。這些符號的意義和各風險分量RX的計算式見表2?，F(xiàn)對各有關參量分別討論如下：1.年均雷擊次數(shù)N的確定 直接雷擊次數(shù)與建筑物截收面積及建筑物所在地的平均雷擊密度Ng有關，即 N=NgA （8） 式中，Ng=0.1Td ，為雷擊密度（次/每年每平方千 米）， Td為雷暴日，由氣象資料提供。 A為截收面積，按四種雷擊源有4種不同的 面積，見圖1。 (1)雷電直擊建筑物的年平均雷擊次數(shù) ND=NgAdCd10-6 (次/年

14、千米2) （9）式中，Ad為孤立建筑物的截收面積，它是由一條斜率為1/3的直線上端與建筑物上沿接觸，繞建筑物一周在地面劃出的面積。 對于孤立六面體的建筑物：長、寬、高分別為L、W、H，則 Ad=LW+6H(L+W)+9H2 (m2) （10）圖1 孤立建筑物的截收面積 Ad 1/33HwLH圖2 形狀復雜的建筑物 L=7088w=30Hp=HmaxHmni=25 圖3 截收面積的一個可以接受的近似值是Admin和Ad之間的最大值 Ad=9p(Hp)2 這里Hp是兀凸屋頂?shù)母叨?。作圖法建筑物(最大尺寸)建筑物 (最小尺寸)兀凸屋頂Hp建筑物尺寸 (m) (L，W，H)( 見圖A.2)70 30

15、4070 30 2540(m2)Ad = 47700Admax = 71316Admin = 34770( 見圖A.3) Ad= 45240( 見圖A.3表4 截收面積的計算表5 建筑物所在地的環(huán)境因子Cd的取值相對位置Cd被更高的對象或樹木所包圍0.25被相同高度的或更矮的對象或樹木所包圍0.5孤立對象：附近沒有其他的對象(3H范圍內(nèi))1小山頂或山丘上的孤立對象2 建筑物(位于服務設施“b”端)的危險事件次數(shù) ND NDb = NgAd/bCd/b10-6 (11) 鄰近建筑物(位于服務設施的“a”端)的危險事件次數(shù) NDa NDa = NgAd/aCd/aCt10-6 (12) Ct為考慮

16、高壓/低壓變壓器影響的縮減因子 表6 高壓/低壓變壓器影響的縮減因子Ct的計算 變壓器Ct服務設施具有雙繞組變壓器0.2僅有服務設施 1end “a” of line of lineend “b” 250 m 3 AdH3Ha2Di AiLAmHAIWLcAawaLaHa圖4 建筑物及入戶設施截收面積計算示意圖 (2) 雷擊建筑物附近地面年均雷擊次數(shù)NM NM=Ng(Am-Ad/bCd/b)10-6 (13) Am是雷擊建筑物附近的截收面積(m2)； Am延伸到距離建筑物周邊250m遠的地方 如果NM0,則假定NM=0。 (3)雷擊入戶線路的年均雷擊次數(shù)NL對一段線路 NL=NgAlCdCt1

17、0-6 (14)式中，Al為線路截收面積。 Al 是雷擊服務設施的截收面積 (m2)；Ai 是雷擊服務設施附近大地的截收面積(m2)；Hc 是服務設施導線的離地高度 (m);Lc 是建筑物與第一個節(jié)點之間的服務設施線路段的長度； 最大 值為1000 m；Ha 是連接到服務設施“a”端的建筑物的高度 (m)；Hb 是連接到服務設施“b”端的建筑物的高度 (m)；r 是線路埋設處的土壤電阻率 (Wm)，最大值為500 Wm。表7 雷擊服務設施的截收面積Al和雷擊服務設施附近大地的截收面積Ai的取值架 空 埋 地 Al (Lc3(Ha+ Hb)6Hc Lc-3(Ha+H）Ai1000Lc 25 c(

18、4)雷擊服務設施附近的年平均危險事件次數(shù) NI的計算 對于只有一段線路(架空,埋地,屏蔽,非屏蔽等)的服務設施，NI 的值可以計算為 NI = Ng Ai Ce Ct10-6 (15) 環(huán) 境Ce具有高層建筑的市區(qū)（1） 0市區(qū)（2）0,1郊區(qū)（3）0,5農(nóng)村1（1）建筑物的高度大于20m。（2）建筑物的高度在20m和10m之間。（3）建筑物的高度小于10m。表8 環(huán)境因子Ce的取值2.雷電損害概率分量的計算 建筑物遭受雷電損害分為直接雷擊損害和間接雷擊損害二種。建筑物遭受直接雷擊（S1）的有關損害概率有：PA、PB和PC。 （1）雷擊建筑物引起接觸和跨步電壓觸電的概率PA （ PA值見表9）

19、表7 PA值表9 雷擊建筑物引起接觸和跨步電壓觸電的概率PA保護措施PA無保護措施1暴露引下線的電氣絕緣 (例如，最少3 mm厚的交鏈聚乙烯)10 -2有效的大地等電位連接10 -1 警示牌10 -2*采取多種措施時，PA為對應措施PAi之積。如用鋼筋作引下線或者安裝了遮攔物時 ，則PA可略。(2) PB的數(shù)值取決于減少物理損害的保護措施建筑物特性LPS的級別（LPL）PB建筑物受到保護1IV (E=0.8)0.2III (E=0.9)0.1II (E=0.95)0.05I (E=0.98)0.02建筑物具有符合LPS I 要求的接閃器以及作為自然引下線的連續(xù)金屬框架或鋼筋混凝土框架。0.01

20、建筑物具有金屬屋頂或可能包含自然部件的接閃器，所有的屋頂裝置都有著完善的直擊雷防護，具有作為自然引下線的連續(xù)金屬框架或鋼筋混凝土框架。0.001表10 物理損害概率PB的取值 (3) 雷電導致建筑物內(nèi)部電子系統(tǒng)失效的概率PC PC與建筑物采用的SPD系統(tǒng)有關，PC=PSPD，根據(jù)雷電防護水平PSPD取值如下表。 表11 PSPD取值LPLPSPD沒有配合的SPD保護1III-IV0.03II0.02I0.01注30.005 0.001 、只有配合的SPD保護作為保護措施對于減少PC才是適合的。只有在具有包括等電位連接和接地在內(nèi)的LPS保護或作為自然LPS的連續(xù)金屬框架或鋼筋混凝土框架的建筑物內(nèi)

21、，配合的SPD保護才能有效地減少PC。 、連接到由防雷電纜或穿行在防雷管道、金屬管道中的電纜組成的外來線路的有屏蔽的內(nèi)部系統(tǒng)，可以不需要配合的SPD保護。 、當在相應安裝位置的SPD的保護特性比LPLI的要求更好時(更高的電流耐受能力，更低的電壓保護水平等)，PSPD的值可能會更小。 建筑物遭受間接雷擊（S2、S3、S4）引起的損害概率有：PM、PU、PV、PW、PZ。 (4)建筑物附近大地遭受雷擊（S2）導致內(nèi)部系統(tǒng)失效的概率PM PM大小取決于所采取的防護措施性能的因子KMS: KMS=KS1KS2KS3KS4 （16） 式中，KS1是有關建筑物或LPS屏蔽效果或LPZ0/1邊界其它屏蔽的

22、一個因子。 KS2是有關建筑物內(nèi)部LPZx/y(x0，y0)屏蔽效果的因子。 KS3是有關內(nèi)部布線特性的一個因子。 KS4是有關受保護系統(tǒng)脈沖耐壓的因子。 當采取了防護措施后，PM值取PSPD和PMS的較小者。PMS是KMS的函數(shù)，關系見表10。KMS0.40.150.070.0350.0210.016*0.015*0.014*0.013*PMS10.90.50.10.010.0050.0030.0010.0001 *適用于雷電流大于防護水平I的情況 內(nèi)部系統(tǒng)不符合相關的EMC抗擾性的產(chǎn)品，則假定PMS=1。 表12 與防護措施性能相關的PMS取值 、KS1和KS2值 LPZ內(nèi)，在離邊界至少等

23、于網(wǎng)格寬度W的安全距離處，對有LPS或空間隔柵屏蔽的建筑物取 KS1=KS2=0.12W （17）W（m）是格柵形網(wǎng)格屏蔽或網(wǎng)格形LPS引下線相隔寬度或建筑物金屬柱或作為天然LPS的鋼筋水泥框架間隔。 對于全連續(xù)金屬（厚度S=0.10.5mm）的覆蓋屏蔽物可假定 KS1=KS2=10-410-5 （18） 當安全距離在0.1W0.2W，KS1和KS2加倍。距離小于安全距離且感應回路靠近LPZ邊界情況下，KS1和KS2值更高。具有多級LPZ ，KS2為每個LPZ的KS2值之積。、取決于內(nèi)部布線的KS3因子內(nèi)部布線的類型KS3無屏蔽的電纜 沒有為了避免形成環(huán)路而合理布線（1）1無屏蔽的電纜 為了避

24、免形成大的回路而合理布線（2）0.2無屏蔽的電纜 為了避免形成回路而合理布線（3）0.02有屏蔽的電纜，屏蔽層單位長度的電阻（4）5RS20/km0.001有屏蔽的電纜，屏蔽層單位長度的電阻（4）1RS5/km0.0002有屏蔽的電纜，屏蔽層單位長度的電阻（4）RS1/km 導線在大廈中以分開的路線布設（環(huán)路面積大約為50m2）。 導線布設在同一電纜導管中或導線在較小建筑物中分開布設(環(huán)路面積大約為10m2)。 導線布設在同一電纜導管中(環(huán)路面積大約為0.5m2左右)。 屏蔽層兩端以及設備連接到同一等電位連接排的電纜，屏蔽層單位長度的電阻為RS。 對于穿行在兩端都連接到等電位連接排的連續(xù)金屬導

25、管中的電線，Ks3 的值應當乘上0.1。 表13 與內(nèi)部布線類型相關的KS3取值 、KS4值 KS4=1.5/Uw （19）式中，Uw 是受保護系統(tǒng)的額定沖擊耐受電壓，單位是 kV。 如果內(nèi)部系統(tǒng)有不同額定脈沖耐壓的設備，KS4取Uw 值低者。表14 220/380V三相配電系統(tǒng)各種設備耐沖擊過電壓額定值 設備位置電源設備配電線路和分支線路設備用電設備需要保護的特殊設備耐壓類型類類類類耐壓額定值，kV642.51.5注：類需要將瞬態(tài)過電壓限制到特定水平的設備 類家用電器、手提工具和類似負荷 類配電盤、斷路器、布線系統(tǒng)和工業(yè)設備 類電氣計量儀表、一次性過流保護設備和波紋控制設備表16 電纜設備的

26、耐沖擊過電壓值表15 通信設備預期耐共模沖擊過電壓值 設備名稱預期耐共模沖擊過電壓電話交換局或電信中心的數(shù)字設備1.0kV(10/700s)電信用戶終端設備1.5kV(10/700s)建筑物內(nèi)的ISDS T/S總線設備1.0kV(1.2/50s)電纜的額定電壓，kV電纜的耐沖擊過電壓，kV0.0550.22151075159520125 (5)雷擊入戶線路致使生物傷害的概率PU 取決于：服務設施屏蔽物的物理特性；連接到服務設施的內(nèi)部系統(tǒng)的沖擊耐受電壓；典型的保護措施；在服務設施入戶處所安裝的SPD。 表17 取決于電纜屏蔽層電阻RS以及設備沖擊耐受電壓Uw的概率PLD的值(PLD是雷擊相連服務

27、設施導致內(nèi)部系統(tǒng)失效的概率) Uw（kV）5RS 20(/km)1 RS 5 (/km)RS 1(/km)1.510.80.42.50.950.60.2.40.90.30.0460.80.10.02RS (/km): 電纜屏蔽層單位長度的電阻。 當沒有按照IEC 62305-3的要求為了進行等電位連接而安裝SPD時，PU的值等于PLD的值， 當按照IEC 62305-3的要求為了進行等電位連接而安裝SPD時，PU的值等于PSPD （表11）與PLD之間的較小值。 對于無屏蔽的服務設施，應當假定 PLD=1 。 當采取了遮攔物、警示排等保護措施時，概率PU的值通過與表9中給出的概率PA的值相乘而

28、進一步減少。 (6) 雷擊入戶線路導致物理損害的概率PV 當沒有按照IEC 62305-3的要求為了進行等電位連接而安裝SPD時，PV的值等于PLD的值 PV與線路屏蔽、與線路連接的內(nèi)部系統(tǒng)的沖擊耐壓以及采取的SPD系統(tǒng)有關 當用SPD作等電位連接時，PV值取PSPD（表11）和PLD值較小者。 (7)雷擊入戶線路（S3）使內(nèi)部系統(tǒng)失效的概率PW 同上。 (8)雷擊入戶線路附近大地（S4）引起內(nèi)部系統(tǒng)失效的概率PZ PZ與線路屏蔽特性、連于入戶線路的系統(tǒng)的沖擊耐壓以及所采取的防護措施有關。當采用SPD系統(tǒng)時，PZ取PSPD（表11）和PLI（表18）的值小者。 表18 與線路屏蔽截面S和設備沖

29、擊耐壓有關的PLI值 ？無屏蔽屏蔽層沒有連接到與設備相連的 等電位連接排 屏蔽層連接到與設備 相連的等電位連接排5RS20(/km)1RS 5(/km)RS1(/km)1.52.54610.40.20.10.50.20.10.050.150.060.030.020.040.020.0080.0040.020.0080.0040.002Rs : 電纜屏蔽層的電阻 ( / km)在ITUK.46建議中可以找到Ks的更精確的計算方法。3 建筑物損失量的評估 雷電損失指的是由于雷電產(chǎn)生的某一特定損失類型、其蔓延和間接損失的平均相對量。其數(shù)值與所涉人員數(shù)目及其在損害地方停留時間、向公眾提供的服務的類型、

30、重要性以及該損害涉及的貨物的價值有關。 (1)人員生命的損失 Lt、Lf、L0分別表示接觸和跨步電壓、物理損害和內(nèi)部系統(tǒng)失效的損失。則Lt、Lf、Lo可用下式近似確定 Lx=np/nttp/8760 (20)式中，np為可能受害者的數(shù)量， nt建筑物內(nèi)部預期人員總數(shù)， tp為人員每年出現(xiàn)在危害區(qū)的時間（小時），建筑物外部僅造成損失Lt，在建筑物內(nèi)部Lt、Lf、Lo三類損失均可能發(fā)生。 當npnt和t不能確定或確定有困難時，Lt、Lf、Lo的典型值取表中的值，如能確定時，也可取其它的值 。建筑物的類型Lt所有類型 (人員處于建筑物內(nèi))10 -4所有類型 (人員處于建筑物外)10 -2表19 接觸

31、和跨步電壓的損失Lt建筑物類型L0有爆炸危險10-1醫(yī)院10-3建筑物的類型Lf醫(yī)院、旅館，民用建筑10-1工業(yè)建筑,商業(yè)建筑、學校510-2公共娛樂場所，教堂，博物館210-2其他10 -2 表20 物理損害的損失Lf表21 內(nèi)部系統(tǒng)失效的損失L0 人員生命損失還受建筑物特性影響，這種影響由增加因子（h）和縮減因子(rf, rp, ra,ru)來體現(xiàn)。 LA=raLt LU=ruLt LB=LV=rphrfLf （21） LC=LM =LW =LZ=Lo表22 與土壤或樓板有關的縮減因子ra和ru 表面類型接觸電阻 (kW)（1）ra和 ru農(nóng)地,混凝土 110 -2大理石,陶瓷1 1010

32、 -3沙礫,毛毯,地毯10 10010 -4瀝青,油毯,木頭10010 -5（1） 400 cm2電極在加500 N 壓力時與無窮遠點之間測量到的數(shù)值 表23 取決于所采取的減小火災后果的縮減因子rp的數(shù)值 如果采取了一項以上措施，rp的數(shù)值應當是各相應數(shù)值中的最小值。 在具有爆炸危險的建筑物內(nèi)部，任何情況下，rp=1 。 措 施rp無措施1以下措施之一: 滅火器、固定的人工滅火裝置，人工報警裝置，消防栓，放火隔間，有保護的逃生通道0.5以下措施之一:固定的自動滅火裝置、自動報警裝置（1）0.2（1）僅當具有過電壓和其他損害的防護并且消防員能夠在10分鐘之內(nèi)趕到時。表24 與建筑物著火危險有關

33、的縮減因子rf值表25 在具有特殊傷害時，增加損失相對量的因子h的數(shù)值著火危險爆炸高一般低無rf110-110-210-30特殊傷害類型h無1低度驚慌（限于二層建筑物且參與人員數(shù)目不超過100人）2一般驚慌（用于文體活動建筑物且參與人數(shù)1001000人）5疏散困難（有行動不便人員的建筑物,醫(yī)院）5高度驚慌（用于文體活動建筑物且參與人員超過1000人）10對周圍或環(huán)境有危害20對周圍或環(huán)境有污染50 (2) 不可接受的公眾服務損失 Lt、Lf、L0值由下列近似式表示， Lx=np/ntt/8760 (22) np是可能遭受危害的人員的平均數(shù)量(失去服務的用戶)； nt總人數(shù) (接受服務的用戶)；

34、 t是用小時表示的年平均服務中斷時間。 當np 、nt和t不確定或難以確定時，Lf和Lo值見表。如能證實，也可取其它值。表26 Lf 和 L0的典型平均值 公眾服務損失受建筑物特性及若干縮減因子的影響（以縮減因子r表示）。其公式如下： LB=LV=rprfLf （23） LC=LM=LW=LZ=L0 服務設施類型LfLo供氣、供水10-110-2TV、TLC、供電10-210-3 (3)不可復原的文化遺產(chǎn)損失Lf Lf的數(shù)值從下列近似關系式得到的可能損失的相對量來確定: Lx = C/Ct (24) C是用貨幣表示的建筑物可能損失的平均值(例如：貨物可能損失的可保價值)； Ct是用貨幣表示的建

35、筑物總價值(例如，建筑物內(nèi)全部現(xiàn)有貨物的總可保價值) 當無法或很難確定博物館或展覽廳的n,nt 和t時，Lf所應當假定的的典型平均值為: Lf=10-1 無法替代的文化遺產(chǎn)損失通過縮減因子(rp)受到建筑物特性的影響: LB=LV=rprfLf (25) (4)經(jīng)濟損失 按照下列近似關系式，用可能損失的相對量來確定Lt,Lf 和L0的數(shù)值: Lx= C/Ct (26)式中：C用貨幣表示的建筑物損失的平均數(shù)值 (包 括其存儲物的損失、相應活動的中斷及其 間接后果) ； Ct是用貨幣表示的建筑物的總價值 (包括 其存儲物以及有關活動的價值)。 當n、nt和t確定有困難時，取下列表中各值。經(jīng)證實也可

36、取其它值。經(jīng)濟價值的損失通過以下增長因子(h)和縮減因子(rp, ra, rf, ru)受到建筑物特性的影響: LA=raLt Lu= ruLt LB=LV=rp rfhLf LC=LM=LW=LZ=L0 建筑物的類型Lt所有類型 建筑物內(nèi)10-4所有類型 建筑物外10-2建筑物的類型Lf醫(yī)院,工業(yè),博物館,農(nóng)業(yè)0.5旅館,學校,辦公樓,教堂,公眾娛樂場所, 經(jīng)濟性大樓0.2其他0.1建筑物類型Lo爆炸風險10-1醫(yī)院,工業(yè),辦公樓,旅館,經(jīng)濟性大樓10-2博物館,農(nóng)業(yè)建筑,學校,教堂,公眾娛樂場所10-3其他10-4表27 當n、nt和t確定有困難時， Lt、Lf、L0取下列表中各值4.建筑

37、物風險分量的評估 有了以上風險分量各參數(shù)的計算，按表2中各風險分量的公式即可算出RA、RB、RC、RM、RU、RV、RW、RZ，以及RD、（1）服務設施損害的風險評估 涉及服務設施損害的風險分量有：Rv、Rw （S3），Rz（S4）， RB、 RC（S1）5個 其有關參數(shù)是： 雷擊次數(shù)NLi（雷擊第i條線路的年均次數(shù)）； NIi（雷擊第i條線路附近大地年均次數(shù)）； NDa、NDb（分別表示雷擊與線路相連的建 筑物a、b的年均次數(shù)）； PV、PW、PZ、PB、PC損害概率； LV、LW、LZ、LB和LC相對損失 量。表28 與服務設施風險分量評估有關的參數(shù) 符號 名 稱參考取值 年平均雷擊次數(shù)N

38、D雷擊與服務設施相連的建筑物附錄 A, 條款 A.2NL雷擊服務設施附錄 A, 條款 A.4NI雷擊服務設施附近附錄 A, 條款 A.5 雷擊相鄰建筑物造成損害的概率PB物理損害附錄 D, 子條款 D.1.1PC相連設備的失效附錄 D, 子條款 D.1.1 雷擊服務設施造成損害的概率PV物理損害附錄 D, 子條款 D.1.2PW相連設備的失效附錄 D, 子條款 D.1.2 雷擊服務設施附近造成損害的概率PZ相連設備的失效附錄 D, 子條款 D.1.3 相應的損失LB = LV =Lf物理損害附錄 E, 表 E.1, 等式 (E.2)LC = LW = LZ = Lo相連設備的失效附錄 E, 表

39、 E.1, 等式 (E.3)表29 各種損害類型和損害源對應的服務設施風險分量 如果服務設施被劃分為若干個區(qū)段SS (見 7.6), 服務設施的風險分量 RV, RW 應當計算為各段相應的風險分量的總和。 應當在兩段服務設施之間的過渡點對風險分量 RZ 進行計算，并將最高的值假定為RZ 值。 損害源損害類型 S3 雷擊服務 設 施S4 雷擊服務 設施附近S1雷擊與服務設施相連的建筑物與損害類型相對應的風險 D2物理損害RV=NLPVi LVRB=NDPBiLBRF=RV+RB D3電氣、電子系統(tǒng)的失效RW=NLPWi LWRZ=(NINL) PZLZRC = NDPCi LCRO=RZ+RW

40、+RC與損害源相對應的風險RD=RV+RWRI= RZ+RB+RC （2）損害概率分量的評估 PB、PC PB、PC均與失效電流Ia有關。Ia又與線路特性、與服務設施數(shù)量和所采取的防護措施有關。 對非屏蔽線路，假定Ia=0。 對屏蔽線路，Ia按下式計算： Ia = 25nUw/ (RsKdKp)(27)式中，Kd 是有關線路特性的因子，見表(見表 D.1); ； Kp：考慮所采取的防護措施的因子，(見表 D.2); Uw： 沖擊耐壓（kV），(電纜表 D.3，設備見表 D.4) Rs：電纜的屏蔽電阻(/km)； n： 入戶服務設施的數(shù)目。表30 Kd值 表31 作為保護措施的函數(shù)的因子Kp的數(shù)

41、值線 路Kd具有屏蔽層，與土壤有接觸1具有屏蔽層，與土壤無接觸0.4保護措施Kp無保護措施1附加的屏蔽線 單根導線1)0.6附加的屏蔽線 兩根導線1)0.4防雷電纜導管0.1防雷電纜0.02附加的屏蔽線 鋼管0.011)單根屏蔽線安裝在電纜正上方大約 30 cm 處;兩根屏蔽線則對稱地布置在電纜軸線上方大約30 cm 處.表32 Ui值(電纜絕緣)電纜的類型Un(kV)Uw(kV)TLC- 紙絕緣1,5TLC- PVC, 聚乙烯絕緣5電力 115電力345電力660電力1075電力1595電力20125表33 作為電纜類型的函數(shù)的沖擊耐受電壓 Uw 電纜的類型Un(kV)Uw(kV)TLC-

42、紙絕緣1.5TLC- PVC, 聚乙烯絕緣5電力 115電力345電力660電力1075電力1595電力20125表34 作為設備類型的函數(shù)的沖擊耐受電壓Uw 設備的類型Uw kV電子1,5電氣設備 (Un 1kV)2,5電子網(wǎng)絡設備 (Un1-RT/RD的LPS 使RD（即RA、RB、RC）減小的特殊措施損失類型人身損失對公眾服務的損失文化遺產(chǎn)的損失RT10-510-310-3表37 典型的RT值 （2）RDRT但RIRT 這種情況說明，建筑物對直接雷擊的防護是有的，但對間接雷擊的防御尚存缺陷，應采取下列措施： 在外部服務設施入戶處以SPD作等電位連接，還可考慮與外部入戶線路和連接的設備輸入

43、端加合適的SPD。 采用隔離變壓器。 改變設備特性，采用II類設備等。 改善磁屏蔽。 （3）RDRT，RiRT，但RRT 這種情況下，無需任何特殊的防直接雷擊或間接雷擊的措施。原則上，直接和間接雷擊同時出現(xiàn)的概率畢竟較小，但可以考慮采取一些措施以減小影響較大的風險分量。二.從經(jīng)濟上判斷采取LPS的合理性 風險判斷只是理論上確定建筑物是否需要安裝LPS和采取哪些措施可以減小相應的風險分量。但這些措施的采用是否經(jīng)濟上合宜并沒有涉及。因此還應從經(jīng)濟上加以判斷。這就應對損失的價值進行評估。 損失價值 總損失的價值CL由下式表示： CL=(RA+RU)CA+(RB+RV)(CA+CB+CS+CC) +(

44、RC+RM+RW+RZ)CS (30)式中： RA和RU是與牲畜損失有關的風險分量，沒有保護措施, RB和RV是與物理損害有關的風險分量，沒有保護措施, RC,RM,RW和RZ是與電氣和電子系統(tǒng)失效有關的風險分 量，沒有保護措施, CA 是牲畜的價值, CS 是建筑物中的系統(tǒng)的價值, CB 建筑物的價值, CC 是內(nèi)存物的價值。 CL=（RB+RV）（B+C+A） + （RC+RM+RW+RZ）A （31） 這些數(shù)值均為無防護措施時的風險值：A為建筑物內(nèi)系統(tǒng)損失價值，B為建筑物本身損失價值，C為其內(nèi)存儲物價值。CRL為采取防護措施后還可能有的損失總價值，其值為： CRL=（RB+RV）(B+C

45、+A) +（RC+RM+RW+RZ）A （32） RX為采取防護措施后的各風險分量 CPm為所采取措施的年平均價值，以下式計算 CPm=CP（I+a+m） （30）式中CP，為防護措施價值，I為利息，a為折舊率，m為維 護費用（例如，I=15%，a=4%，m=1%等）。 當CLCPM+CRL時，安裝LPS經(jīng)濟上是合宜的，否則，安裝LPS就不合算了。 當沒有保護措施的時候，剩余損失的總花費CRL可以通過以下公式進行計算: CRL=(RA +RU )CA+(RB +RV) (CA+CB+CS+CC) +(RC+RM+RW+RZ)CS (33)式中： RA 和 RU是與牲畜損失有關的風險分量，有保護

46、措 施； RB和RV 是與物理損害有關的風險分量，有保護措 施； RC , RM , RW 和 RZ 是與電氣和電子系統(tǒng)失效有關 的風險分量，有保護措施。 保護措施的年平均費用CPM CPM=CP（i+a+m） (34)式中： CP 是保護措施的費用; i 是利率 a 是折舊率 m 是維護費率. 每年節(jié)約的金錢為: S=CL(CPM+CRL) (35) 如果年平均節(jié)省的金錢S 0，保護是經(jīng)濟合理的。 圖2 確定是否要采取防護設施的程序圖3 確定防護措施經(jīng)濟利益的程序 圖4 建筑物內(nèi)防護措施選擇的程序圖3、結束語 （1）雷電損害風險評估是防雷設計中最重要的一環(huán)。其工作必須在防雷工程設計之前完成。

47、這樣才能使防雷工程立于堅實的科學基礎之上，做到完全可靠、技術先進和經(jīng)濟合理，克服盲目性和大量器材的無謂浪費。 （2）雷電損害風險評估是一種發(fā)展中的技術，涉及面較廣，其方法和風險容限還有待實踐驗證。尤其是雷電為小概率事件，驗證并非易事，應假以時日方能得到合理的結論。因此目前IEC有關此項技術的文件只以技術報告、方案等發(fā)布，并非正式標準。說明其中還有不少探索空間。 （3）評估是一項細致和認真的工作，容不得絲毫馬虎，它必須對建筑物所在地的地理、氣象、環(huán)境等條件作充分調(diào)查，并取得可靠數(shù)據(jù)后才能進行。 （4）本講座只涉及單體的評估，至于對較大區(qū)域或環(huán)境的評估將是更復雜的工作， （5）評估也可作為事后驗證

48、，借以判斷現(xiàn)有的LPS是否安全可靠和經(jīng)濟合理?？?結 IEC61662評估方法的計算公式是 R=Rx Rx=NPD 按雷擊類型把雷電災害風險(R)分為直擊雷風險(RD)和間接擊雷風險(RI)： R = RD + RI其中 RD=RA+RB+RC RI=RM+RU+RV+RW+RZ RA是指當雷電直接擊中建筑物時，在建筑物外2m以內(nèi) 由接觸電壓和跨步電壓造成的生命損失的風險。 RB是指當雷電直接擊中建筑物時，在建筑物內(nèi)由危險 火花引發(fā)的火災和爆炸造成的物理損失的風險。 RC是指當雷電直接擊中建筑物時，由電阻耦合和感應耦合引起的過電壓造成的電力電子系統(tǒng)失靈的風險。 RM是指當雷電擊中建筑物附近大地

49、時，由內(nèi)部裝置上的雷電流引起的過電壓造成的電力電子系統(tǒng)失靈的風險。 RU是指當雷電直接擊中引入線路時，在建筑物內(nèi)由線路引入雷電流引發(fā)的接觸電壓造成的經(jīng)濟損失的風險。 RV是指指當雷電直接擊中引入線路時，由線路傳送的雷電流造成的物理損失的風險。 RW是指指當雷電直接擊中引入線路時，由線路感應引起的過電壓造成的電力電子系統(tǒng)失靈的風險。 RZ是指當雷電擊中引入線路附近的大地時，由線路感應引起的過電壓造成的電力電子系統(tǒng)失靈的風險。 建筑物雷電損害的來源分為S1、S2、S3和S4等4類。 S1是雷電直接擊中建筑物，這會造成由雷電流產(chǎn)生直接機械損害、火災或爆炸，由電阻和感應耦合的過電壓產(chǎn)生的火花而引起的火

50、災或爆炸，由電阻和感應耦合的跨步電壓和接觸電壓導致的人身傷害，以及由電阻和感應耦合過電壓或部分雷電流通道產(chǎn)生的電力或電子系統(tǒng)的失靈與故障等4種損害。 S2是雷電擊中建筑物附近的地面，這會造成由感應耦合過電壓產(chǎn)生的電力或電子系統(tǒng)的失靈與故障等損害。 S3是雷電直接擊中引入設施，這會造成由進入建筑物的外部電源線過電壓的火花誘發(fā)的火災或報紙，由進入建筑物的外部線過電壓和過電流導致的人身傷害，以及由進入建筑物的外部線過電壓產(chǎn)生的電力或電子系統(tǒng)的失靈與故障等3種損害。 S4是雷電擊中引入設施附近的地面，這會造成進入建筑物的外部線感應過電壓產(chǎn)生的電力或電子的失靈與故障等損害。雷電威脅服務設施 當雷電威脅服

51、務設施時，可以造成設施本身的損壞和相關電力和電子設備的損害。同時可能擴展而造成與服務設施相連的建筑物內(nèi)電力和電子系統(tǒng)的損害，其擴展程度取決于服務設施特征、電力和電子系統(tǒng)的類型與范圍、雷電特征。服務設施雷電損害的影響因素包括設施結構（架空線、埋地線、屏蔽線、無屏蔽線、光纖、金屬管、塑料管）、設施功能（通信和數(shù)據(jù)線、電力干線、煤氣干線、油干線）、使用規(guī)則（公用、個人）、相應建筑物（結構、材料、大小、位置）和防護措施（備用線路、流體儲存系統(tǒng)、發(fā)電裝置、不間斷電源）等5個因素。 服務設施雷電損害的來源分為S1、S2和S3等3類： S1是雷電直接擊中相應建筑物，這會造成由線內(nèi)雷電流產(chǎn)生的金屬線及屏蔽物的

52、熔化，由電阻耦合引發(fā)的線路和相連設備的絕緣下降，管線刺穿等3種損害。 S2是雷電直接擊中服務設施，這會造成由雷電流產(chǎn)生設施的直接機械損害，直接電源線路損壞（絕緣下降）和相連設備損害，管線刺穿并引發(fā)火災或爆炸等3種損害。 S3是雷電擊中引入設施附近的地面，這會造成由感應過電壓引發(fā)的線路和相連設備的絕緣下降，管線刺穿等損害。 綜合來講，雷電對于建筑物會造成C1、C2和C3等3類損害。C1是跨步電壓和接觸電壓導致的生物傷害，C2是由雷電流及危險的火花的機械或熱效應產(chǎn)生的物理損害（火災、爆炸、機械破壞、化學釋放），C3是過電壓產(chǎn)生的電力或電子的失靈。 雷電災害造成的雷災損失分為D1、D2、D3和D4等

53、4類損失。 D1是人身傷亡損失， D2是公共服務損失， D3是文化遺產(chǎn)損失， D4是財產(chǎn)經(jīng)濟損失。 圖 IEC雷電災害風險評估體系分析圖R N D PNg A dPhPf Po 也可以按損害類型把雷電災害風險(R)分為人身損失風險(RS)、物理損失風險(RF)和過電壓損失風險(RO)： R = RS + RF +RO RS = RA + RU RF = RB + RV RO = RM+ RW + RC + RZ 現(xiàn)在，只要分別計算出RA、RB、RC、RM、RU、RV、RW和RZ等8類風險，就可以得到各類風險和總風險。下面是風險評估的具體公式。例1：科技樓建筑物（內(nèi)含電子系統(tǒng)）的雷擊風險評估 遵

54、照雷擊損害風險評估（IEC61662）所提出的方法，對天威集團的科技樓建筑物（屬內(nèi)含電子系統(tǒng)的建筑物）遭受雷擊的風險進行評估，以此來確定該建筑物的LPS和建筑物內(nèi)部線路上SPD的安裝要求。 1、IEC61662定義的損害類型及成因造成各種損害的成因： S1直接雷擊下的接觸電壓和跨步電壓； S2直接雷擊引起的著火、爆炸、機械效應及化學效應； S3直接雷擊下設備上的過電壓； S4間接雷擊下設備上的過電壓； S5間接雷擊引起的著火、爆炸、機械效應和化學效應。損害類型：類型1：人身傷亡，可由S1、S2、S5引起；類型2：不可接受的對公眾服務的中止，可由S2、S3、 S4、S5引起；類型3：不可復原的文

55、化遺產(chǎn)的損失，可由S2、S5引 起；類型4：不包括人身、文化及社會價值的財產(chǎn)損失，可 由S2、S3、S4、S5引起；類型5：與類型4 相同，但不包括靈敏儀器，可由S2、 S5引起。 科技樓所能遭受的損害只考慮類型1和類型4。 2、科技樓的物理狀況 （1）科技樓為鋼筋混凝土結構，孤立平坦，長方形（長a=90m、寬b=15m、高h=20m）；樓外為混凝土地面； （2）樓內(nèi)通常有人數(shù)n=200人，每人每年停留在樓內(nèi)的時間t=25.5128=2448小時，扣除離開時間，取t=2000； （3）該地區(qū)土壤電阻率=70m； （4）該地區(qū)年平均雷電日數(shù)Td=31.3次/年； （5）建筑物內(nèi)存放的物品為普通材

56、料，建筑物及物品總價值1000萬元； （6）建筑物內(nèi)有小型消防設備； （7）建筑物有4條電源線，30條電話線，4條雙絞線，1條光纜，全部埋地敷設，無屏蔽； （8）建筑物的有效截收面積： Ae=ab6h(ab)9h 2 =2.52510 -2(km 2 ) 周圍大地的截收面積： Ag=ab2ads2bdsds2Ae =6.18210 -3(km 2) 電源線設施的有效截收面積： A1=As1Aa1=2ds（Lds）=0.13(km 2) 電話線設施的有效截收面積： A2=As2Aa2=2ds（Lds）=0.13(km 2) 雙絞線設施的有效截收面積： A3=As3Aa3=2 ds（Lds）=0.

57、13(km 2) 光纜設施的有效截收面積： A4=As4Aa4=0 （9）該地區(qū)雷擊大地密度： Ng=0.04Td 1.25 2.96 (次/km 2 a)（依據(jù)IEC61662）建筑物年預計平均直接雷擊次數(shù)： Nd=NgAe7.4810 -2 (次/a)建筑物附近大地年預計平均雷擊次數(shù)： Nn=NgAg1.8310 -2 (次/a)作用于入戶設施上的年預計平均雷擊次數(shù)： Ni=N4N3N2N1 =Ng（A4A3A2A1）=1.154 (次/a)式中：Aa1、Aa2、Aa3、Aa4是通過入戶設施相連周圍建筑物的有效截面積，本例中省略； As1、As2、As3、As4是入戶設施（電源線、通訊線、

58、信號線等）的有效截收面積。 3、針對損害類型1的風險評估 成因S1、S2、S5可以引起損害類型1。 (1)直接雷擊由接觸電壓或跨步電壓引起的損害概率：Ph=KhPh=10 -2 式中，Kh與建筑物的雷電防護措施有關的縮減系數(shù)；P直接雷擊于無防護措施的建筑物，由跨步電壓或接觸電壓導致的損害概率。 （2）直接雷擊下，由于著火或爆炸引起的損害概率： Pfd=Pt(P1P2P3P4)= 1.810 -3 其中：Pt引發(fā)著火或爆炸的危險火花放電的概率， Pt=KtPt=0.610 -3 ； P1金屬裝置上危險火花放電的概率； P1=K1P1=10.5 P2建筑物內(nèi)部金屬裝置上危險火花放電的概率； P2=K2P2=10.5； P3入戶設施上危險火花放電的概率； P3=K3P3=11； P4入戶的外部導電部件上危險火花放電的概率， P4=K4P4=11。 間接雷擊下，由于著火、爆炸、機械效應或化學效應引起的損害概率：Pfi=PtP3=0.