张桂琴（锦西工业学校, 辽宁 葫芦岛 125001）

化工企业的分布往往集中在偏远、空旷的郊区，化工装置、厂房等建筑物就成为制高点，特别容易遭受雷击。而雷电极大的破坏力常常造成建筑物倒塌、起火、仪器设备损坏及人员伤亡等严重后果。目前化工企业的防雷设计是按照国家标准GB50057采取防雷措施，但雷击事故仍时有发生，且对于雷击事故发生后可能引起的灾害和损失缺乏预估方法。在满足防雷设计规范所要求的防雷措施基础上，为进一步探索和完善化工企业危险性场所的防雷设计，需要对该场所的雷击灾害进行风险评估。雷击灾害评估的结果可以作为对防雷设计措施的补充和检验，减小化工企业危险性场所发生雷击事故的几率。

1 雷击灾害风险评估主要方法研究

（1）IEC标准的风险评估方法 2008年，防雷技术标准IEC62305由国际电工委员会（IEC）正式发布执行，该标准IEC62305-2《雷电防护第2部分：风险管理》即是专门针对雷击灾害风险评估的标准，IEC62305-2标准已被视等同采用为国标GB/T21714.2-2008标准使用。

该标准的雷击风险评估方法基于以下假设前提：①评估对象没有任何人为或者天然的防护措施；②任何一种防雷措施都缩减一个损害因子；③采取多种防护措施时，缩减因子为各防护措施对应缩减因子之积。

（2）国标GB50057的风险评估方法 2000年，《建筑物防雷设计规范》国标出台，其中第6.1.2条明确指出：某一信息系统在防雷击电磁脉冲过程中，要求应对其进行直接和间接的各种风险评估，以及进行建设与维护费用的相关预测，综合各种因素影响，从而提升其适用性、安全性和经济性。以上只给出了提出了风险评估的原则，但未给出方法，且该原则也是仅限于信息系统的风险评估。

（3）行标QX3-2000的风险评估方法 2000年11月20日，中国气象局在发布的气象行业标准QX3-2000《气象信息系统雷击电磁脉冲防护规范》的附录A中给出了一种雷击灾害风险评估的具体方法。该方法建立在国外早期防雷标准里的因子分析法基础之上。具体是先对相关影响因子加以列出，根据其防雷程度以及防雷影响进行分级赋值，之后通过和或者积的算法加以集合，再根据总指数情况制定具体的防雷方案，确定具体等级等。根据QX3-2000标准，进行风险评估主要是年平均直击雷次数以及年平均允许雷击次数的确定。该标准的雷击灾害风险评估方法相对比较简单，评估结构清晰，比较有针对性和实用性。在实践中已应用到气象信息系统外的其它信息系统领域。

2 化工企业危险性场所雷击灾害风险评估方法研究

2.1 雷电环境分析

其内容包括雷暴日数据分析、闪电资料分析以及土壤电阻率的测量分析。

雷暴日数据分析是运用数理统计方法，分析评估项目所在地30年雷暴情况、雷暴的初终日、雷暴日数年变化、雷暴日数月变化、季分布。从这些数据分析获得雷暴年、5年移动序列分析雷暴年变化规律，最多、最少雷暴日分别是多少，年变化趋势。从侧面反映地区雷暴的频繁程度，年雷暴的持续时间。

闪电定位记录是通过闪电定位探测仪进行探测，通过3台以上的闪电定位仪对探测范围内发生的闪电福射信号进行捕捉，通过时间到达法、磁定向法或者混合法进行闪电发生时间和位置进行定位，最终获得探测范围内每个闪电的发生的时间、经纬度、雷电流幅值、上升和下降时间等相关参数。闪电定位资料反应了整个探测地区内闪电的特征和活动规律，可以准确表征当地发生的地闪的频繁程度，因此通过多年数据的分析，可以得出该区域的雷电活动规律。

土壤电阻率是土壤的一种基本物理特性，是指1米土壤的电阻值，它表征的是土壤的综合散流特性。土壤电阻率的测量通常采用Winner法。

2.2 雷电风险值的计算

（1）损害基本成因 雷电损害的基本成因是雷电流导致。雷电流根据雷击点位置大体包括以下几类：S1为雷击建筑物；S2为雷击建筑物附近；S3为雷击服务相关设施；S4为雷击服务设施附近。

（2）风险与风险风量 风险主要指由于雷电导致的年平均可能损失（包括人和物）与需要保护对象（人和物）的总价值之比。针对建筑物以及服务设施中可能出现的各类损失，应计算出其相应的风险情况。针对建筑物以及服务设施要求估算的风险包括：R1为人身伤亡的风险；R2为公众服务的风险；R3为文化遗产的风险；R4为经济损失的风险。R'2为公众服务的风险；R'4为表经济损失的风险。

化工企业中人员生命的损失风险和经济损失风险分量组成，表达式如下：

式中：风险分量RA为建筑物户外与建筑物之间在3m距离以内，由于接触或者跨步电压导致人畜伤害而产生；风险分量RB为与建筑物里由于危险火花放电而引发火灾而产生；风险分量RC为与LEMP导致内部系统发生失效而产生；雷击建筑物附件风险分量RM代为与LEMP引发内部系统发生失效而产生；雷击相连服务设施引发的风险分量RU为与建筑物里雷电流进入入户线路并出现接触电压而导致人身伤害而产生；风险分量RV与雷电流进入入户服务设施而形成了物理损害，主要包括入户设施与金属部件间由于危险火花放电而导致火灾以及爆炸等，一般在线路入户处为多；风险分量RW为和入户线路上发生感应且传导至建筑物内部形成过电压，造成内部系统发生失效而产生；雷击相连服务设施附近引发的风险分量RZ为和入户线路发生感应且传导至建筑物内部形成过电压，造成内部系统发生失效而产生。

（3）雷击风险的计算方法。通常计算雷击风险通过关系式代表为：

式中：N为年均雷击次数，其与此处建筑物特性、周围环境、雷击密度、以及土壤特性密切相关；P为雷击损坏概率，其与建筑物性质以及相关措施策略密切相关；L为间接损失，其与建筑物作用、涉及人员、设施类别、里面存储物的价值大小、限制损失相关策略密切相关；而F=NP主要指在t时间之前出现雷击损坏之概率情况。

（4）年平均危险事件次数指标的确定。影响需保护对象由于雷击造成年均危险事件次数Nx，其与需保护对象位置区域发生雷暴活动多少及其自身物理特性密切相关。通常N计算方法为雷击大地密度Ng与需保护对象之等效截收面积的乘积，并且要对保护对象自身物理特性相关的修正因子加以综合考虑。其具体公式表示为：

①年平均雷击建筑物的次数ND

式中：Ng为雷击大地密度（次/km2*a）；Ad为孤立建筑物之截收面积（km2）；Cd为建筑物之位置因子。

②年平均雷击建筑物附件危险事件次数NM具体见式（5）：

式中：Am为雷击建筑物附近之截收面积（m2），其具体延伸距离为建筑物250m范围内；Ad/b为评估建筑截收面积；Cd/b为建筑物位置因子；当NM< 0时，可以假设为NM= 0。

③年平均雷击服务设施危险事件次数（针对单段服务设施）具体见式（6）：

式中：A1为雷击服务设施之截收面积（m2）大小；Cd为服务设施之位置因子情况。Ct为雷击位置和建筑物间存在Hv/Lv变压器情况的修正因子，其在变压器位于建筑物上游线路段时符合要求。

（5）化工企业中各种损失率Lx指标的确定

①年均损失量情况。年均损失为Lx，其与由雷击导致的各种类型损害之相关的损害程度大小、损害后果以及平均相对量等密切相关。损害类型不同则Lx取值也存在差别，其数值大小与以下因素相关：涉及人员数量多少、相关人员位于危险场所时间多少；具体服务类型与重要程度；造成损害后对货物价值之影响情况。

通常主要损失参数（计算各Lx值使用）包括：Lt为接触与跨步电压造成伤害之损失情况；Lf为物理损害造成损失情况；Lo为内部系统失效造成损失情况。

②人员生命损害Lx的计算。根据以下公式，通过受害者相对量选择Lt、Lf以及Lo取值，具体公式为：

式中：np为受害者数量情况；nt为建筑物里预期总人数情况；tp相关人员每年身处危险场所时间（单位:小时），其具体分为建筑物外部（Lt）以及建筑物内部（Lt、Lf、Lo）组成。

③无法接受之公众服务发生中断的Lx的计算。根据如下关系式确定Lt、Lf以及 Lo数值情况：

式中：np为可能受到危害失去服务的用户平均数；nt为接受服务用户总人数；t为年平均服务中断时间（单位：小时）。

④无法替代之文化遗产损失的Lx的计算。根据以下关系式确定Lf的数值情况：

式中：c为建筑物损失平均值（通过货币代 表）；ct为建筑物

总价值（通过货币代表）。

⑤经济损失情况下的Lx的计算。根据如下关系式确定Lt、Lf以及 Lo的数值情况：

式中：c为建筑物损失的平均数值（通过货币代表），其由存储物损失、活动中断、间接后果等组成；ct为建筑物总价值（通过货币代表），其由存储物价值、活动价值等组成。

2.3 其它防雷参数的计算

（1）接地电阻值的计算 对于不同接地装置接地电阻值的计算方法较多，接地电阻暂采用GB50057-2010版标准第4.2.4条的条文说明提出的等效环形接地装置电阻值计算方法。计算公式：

式中：R为接地装置接地电阻； ρ为接地装置所在处的平均土壤电阻率；d=1.13 A，A为环形接地体所包围的面积。

对于不规则建筑物，其等效环形接地体（或基础接地体）所包围的面积A大小宜选用地下层建筑面积或通过软件建模计算。

（2）电源系统SPD相关参数计算 在设计防雷措施过程中，应注重雷击电磁脉冲防护设计问题，尤其是电涌保护器（SPD）设计时标称放电电流In值的确定更存在着一定的争议。常用的电涌保护器主要包括电压开关型、限压型及组合型三种，它的作用在于限制瞬态过电压和分走电涌电流,同时它也是等电位连接的一种方法,它是建筑物电子信息系统雷击电磁脉冲防护的主要措施之一。雷击风险评估时应结合实际科学选择电涌保护器。参照《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010进一步估算出建筑物电源系统雷电流值。

3 结语

对化工企业危险性场所开展雷击灾害风险评估工作十分必要。其可为防雷设计与灾害管理提供重要的参考依据。