雷電災(zāi)害風(fēng)險評估現(xiàn)場勘察定量化方法研究

付小霞 彭琳 劉林 胡美瓊

湖南省氣象災(zāi)害防御技術(shù)中心 湖南 長沙 410007

1.引言

雷電災(zāi)害風(fēng)險評估是根據(jù)項(xiàng)目所在地雷電活動時空分布特征及其災(zāi)害特征，結(jié)合現(xiàn)場情況進(jìn)行分析，對雷電可能導(dǎo)致的人員傷亡、財產(chǎn)損失程度與危害范圍等方面的綜合風(fēng)險計(jì)算。從當(dāng)前現(xiàn)場勘察方法來看，大部分以定性為主，對于定量化分析和判斷較少，做好雷電災(zāi)害風(fēng)險評估定量化方法研究，對于指導(dǎo)區(qū)域雷電災(zāi)害防護(hù)，具有較好的現(xiàn)實(shí)意義。本文以長沙磁浮工程長沙南站為例，從雷擊電子信息系統(tǒng)電磁防護(hù)和人員安全兩個方面進(jìn)行分析，提出勘察范圍，以期為雷電災(zāi)害風(fēng)險評估現(xiàn)場勘察提供具體思路和借鑒。

2.雷電磁場屏蔽防護(hù)勘察方法

2.1 構(gòu)建接閃后的磁場強(qiáng)度分布及風(fēng)險臨界范圍

根據(jù)GB50343，建筑物接閃后LPZ0區(qū)內(nèi)磁場強(qiáng)度參照下式進(jìn)行計(jì)算：

式中：i0----雷電流幅值（A）；

sa----從雷擊點(diǎn)到屏蔽空間中心的距離（m）。

根據(jù)GBT21431-2008，參考美國通用研究公司研究結(jié)果，磁場強(qiáng)度為0.07Gs（約5.55A/m），可以造成計(jì)算機(jī)誤動作；磁場強(qiáng)度為0.75Gs，可以造成計(jì)算機(jī)假性損壞；磁場強(qiáng)度為2.4Gs時，可以造成計(jì)算機(jī)元件永久損壞。

2.2 項(xiàng)目接閃后需考慮的影響勘察范圍

項(xiàng)目接閃后，將對周邊建筑設(shè)施內(nèi)的電子信息設(shè)備造成影響，其影響勘察范圍，應(yīng)參考周邊建筑物的電子信息系統(tǒng)防護(hù)需要，在不考慮屏蔽的情況下，項(xiàng)目接閃后，建議按照A級和B級防護(hù)的電子信息系統(tǒng)不會造成假性損壞標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行勘察，C級以下按照不會造成永久性損壞的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行勘察。

結(jié)合2.1進(jìn)行計(jì)算，對于具有A級和B級防護(hù)的電子信息系統(tǒng)建筑物，勘察范圍半徑R1為：

式中：imax----項(xiàng)目所在地歷史最大雷電流幅值（A）。

對于具有C級以下防護(hù)等級的電子信息系統(tǒng)建筑物，勘察范圍半徑R2為：

R2= imax/(380.4π)

長沙磁浮工程長沙南站歷史最大雷電流強(qiáng)度219KA，以此為例計(jì)算：

因此，在對長沙磁浮工程長沙南站的現(xiàn)場勘察中，應(yīng)重點(diǎn)考慮項(xiàng)目周邊586米半徑范圍內(nèi)的具有A級和B級防護(hù)的電子信息系統(tǒng)建筑物；周邊183米半徑范圍內(nèi)的具有C級以下等級防護(hù)的電子信息系統(tǒng)建筑物。

2.3 項(xiàng)目電子信息系統(tǒng)防護(hù)需勘察的周邊接閃物范圍

周邊具有明顯接閃作用的設(shè)施，一旦接閃，將對項(xiàng)目內(nèi)的電子信息系統(tǒng)設(shè)備造成影響，因此，應(yīng)加強(qiáng)對周邊可能接閃的設(shè)施進(jìn)行勘察。

經(jīng)過計(jì)算長沙南站電子信息系統(tǒng)雷電防護(hù)等級采用B級，在不考慮屏蔽的情況下，應(yīng)注意R1（586米）半徑范圍內(nèi)周邊可能接閃設(shè)施的勘察。在考慮屏蔽的情況下，長沙南站電子信息系統(tǒng)設(shè)備所在關(guān)鍵場所等效網(wǎng)格寬度W取4m，r取0.004米，則屏蔽系數(shù)SF為：

在LPZ1區(qū)內(nèi)磁場強(qiáng)度按下式計(jì)算

假設(shè)最大勘察半徑為R,則有：

imax=219KA，H1=59.5A/m，SF=3.27代入上式計(jì)算，R為402米，在項(xiàng)目現(xiàn)有屏蔽措施的情況下，應(yīng)重點(diǎn)勘察402米半徑范圍內(nèi)的可能接閃物，做好重點(diǎn)防范。

3. 雷電人員安全勘察方法

3.1 雷擊土壤散流模型

假設(shè)土壤為均勻、單一土壤，不考慮大地回流，地網(wǎng)對散流無影響，則強(qiáng)度為I的雷電流流入土壤電阻率為ρ的大地時，離開球心（電流流入點(diǎn)）為r的土壤中，電流密度J和電場強(qiáng)度E為：

距離雷電流流入點(diǎn)距離為a的電勢V為：

3.2 人體承受雷電流的安全閥值

關(guān)于脈沖電流的安全問題，引用IEEE Std80-2000所提出的人體所允許電流公式，由IEEE公式外推決定的體重為50kg和70kg，人體允許雷電流分別為18.34A和24.82A。

人體承受的最大跨步電壓Ukmax為：

根據(jù)IEEE觀點(diǎn)，雷電流沖擊情況下，人體沖擊電阻在300～500Ω范圍，分析中取400Ω。通過上式計(jì)算，雷電流波形在10/350μs時，50kg人體能承受的最大Ukmax為2.482KV，70kg人體Ukmax為3.3568KV；雷電流波形在2.6/50μs時，50kg人體Ukmax為6.5620KV，70kg人體Ukmax為8.8813KV。

3.3 人員安全勘察范圍

假設(shè)人員步長為0.8米，雷擊點(diǎn)與人員中心點(diǎn)（兩腳與中心點(diǎn)前后差0.4米）水平距離為d，則人體承受的跨步電壓dv為：

按計(jì)算的Ukmax值的最小值來計(jì)算，對于長沙南站,I=219KA，ρ=103.3Ω˙m，代入上式，d=34.08m，因此需勘察項(xiàng)目接閃構(gòu)建周邊34.08米范圍內(nèi)的人員密集場所，做好人員安全防范。