防雷风险评估2

五.IEC62305雷电灾害风险评估的标准介绍5.1概述IEC62305的适用范围是雷击大地对建筑物（包括其服务设施）造成损害的风险的评估。IEC62305标准主要包括建筑物与服务设施的分类、雷电损害与雷灾损失、雷灾风险、防护措施的选择过程以及建筑物与服务设施防护的基本标准等评估参数相关机构可据此标准确定损害次数的可接受值，一旦确定了损害次数的上限值，所给出的选择程序能够为建筑物选择适当的防护措施。术语和定义1、雷击建筑物导致的危险事件次数ND(numberofdangerouseventsduetoflashestoastructureND)预计年平均因雷击建筑物而引起的危险事件次数。2、雷击服务设施导致的危险事件次数NL(numberofdangerouseventsduetoflashestoaserviceNL)预计年平均因雷击服务设施而引起的危险事件次数。3、雷击建筑物附近导致的危险事件次数NM(numberofdangerouseventsduetoflashesnearastructureNM)预计年平均因雷击建筑物附近而引起的危险事件次数。4、雷击服务设施附近导致的危险事件次数NI(numberofdangerouseventsduetoflashesnearaserviceNI)预计年平均因雷击服务设施而引起的危险事件次数。5、容许的风险RT(tolerableriskRT)需保护对象能够容许的最大风险值表1典型的风险容许值RT损失类型RT（1×/年）人员生命损失10-5公众服务损失10-3文化遗产损失10-36、损害概率PX(probabilityofdamagePX)一次危险事件导致需保护对象受损的概率。7、损失LX(LossLX)一次危险事件引起的与某种损害类型相对应的平均损失量，与需保护对象的价值（人员和货物）有关。8、风险R(riskR)雷击引起的年均可能损失量（人员和货物）与需保护对象的价值总量有关。9、风险分量Rx(riskcomponentRx)取决于损害源和损害类型的部分风险。10、防雷级别LPL(lightningprotectionlevel)与一组雷电流参数值对应的数字，与自然情况下的雷电流不超出相应的用于设计的最大、最小雷电流的概率有关。(防雷保护级别用于按照对应的一组的雷电流参数来设计保护措施)。11、防雷电缆(lightningprotectivecable)具有加强绝缘强度以及其金属护套直接或通过导电性塑料覆盖层与土壤有着连续接触的特制电缆。12、物理损害(physicaldamage)雷电的机械、热力、化学和爆炸效应对建筑物（或其内存物）或服务设施造成的损害。13、生物伤害(injuritytolivingbeings)雷电引起的接触和跨步过电压所导致的人员或动物伤害（包括死亡）。14、电气和电子系统失效LEMP对电气和电子系统造成的永久性损害。15、失效电流Ia(failurecurrentIa)导致线路损害的最小的雷电流峰值。16、节点(node)服务设施线路上浪涌的传播可以近似认为中断的点。HV/LV变压器处的配线箱、通讯线路上的多路复用器以及线路上安装的符合IEC62305-5要求的SPD是节点的几个例子。17、标称冲击耐受电压Uw(ratedimpulsewithstandvoltagelevelUw)由制造商为设备或设备某一部分指明的冲击耐受电压值，表征其绝缘物对过电压的特定耐受能力。[在IEC60664-11.3.9.2中定义]对于本部分，仅考虑相线与地之间的耐受电压。5.2雷电灾害风险评估1、评估关系式评估一般关系式如下：R=(1-e-NPt)L（1）取一年时间（t=1），且F=NP＜＜1时（雷击为小概率事件，此条件通常能满足），则R≈NPL（2）式中，N为年均雷击次数，与该处落地雷击密度、建筑物性质、建筑物四周环境和土壤特性有关；P为每次对建筑物有影响的雷击损坏概率，与建筑物的特性和提供的防护措施有关；L为间接损失（可能翻译为“损失后果”好），与建筑物用途、所涉人员情况、大众服务设施类型、建筑物中存储物价值和限制损失所采取的措施有关。如果采用了LPS,R将依E而减小。具体说，N为建筑物所在地雷击密度Ng、截收面积A和环境因子Cd之积。N=NgACd（3）P为几种损害类型引起损害分概率Px与防护措施对应的缩减因子的积之和。（4）L等于损失的价值与建筑物总价值之比。L=C/Ct（5）其中，C为预期损失价值，Ct为建筑物总价值，Kj为j防护措施的缩减因子。11mnxPPk（2）式对总风险或风险分量都成立，即RX=NXPXLX（6）而总风险为分风险之和，即（7）可见，总风险或风险分量的评估就是对N、P、L三个量综合评估的过程。xRR2、雷电损害的风险分量各种损害源和损害类型产生不同损害风险，其关系见表2（涉及建筑物）、表3（涉及服务设施。服务设施上与建筑物中相同的风险分量加“′”，以示区别）。①损害类型根据需保护对象特性的不同，雷击可能会引起各种损害。其中最重要的特性包括：建筑物的结构类型、内存物、用途、服务设施的类型以及所采取的保护措施。雷击引起的基本损害类型划分为以下三种：D1：生物伤害；D2：物理损害；D3：电气和电子系统失效。雷电对建筑物的损害可能被限制在建筑物的某一部分，也可能扩展到整个建筑物，还可能涉及四周的建筑物或环境。(例如化学性或辐射性的扩散)。影响服务设施的雷电可以对线路或管道本身以及相关电气和电子系统造成物理损害。损害还可能扩展到与服务设施相连的内部系统。②损失类型每种单独发生或共同发生的损害类型，可以在需保护对象中导致不同的间接损失（损失后果）。可能出现的损失类型取决于需保护对象的特性及其内存物。应当考虑以下几种类型的损失：L1：人员生命损失；L2：公众服务损失；L3：文化遗产损失；L4：经济损失(建筑物及其内存物、服务设施以及活动中断的损失)。3、风险和风险分量建筑物中可能需要计算的风险包括：R1：人员生命损失风险；R2：公众服务损失风险；R3：文化遗产损失风险；R4：经济损失风险。服务设施中可能需要计算的风险包括：R´2：公众服务损失风险；R´4：经济损失风险。为了计算风险值R，应当定义并计算有关的风险分量(风险分量取决于损害源和损害类型)。每种风险都是其对应风险分量的总和。在计算风险值时，可以按照损害源和损害类型对风险分量进行分组。表2各种损害类型和损害源对应的建筑物风险分量雷灾来源损害类型雷电根据损类型划分的风险结果S1击建筑物S2雷击筑物附近S3雷击入户服务设施S4雷击服务设施附近D1人身伤害RA=NDPAraLtRU=NLpipgLtRS=RA+RUD2物理损害RB=NDpdpfrhLfRV=NLpipfrhLfRF=RB+RVD3电气和电子系统的失效RC=ND[1-(1-ps)(1-pe)]L0RM=NM+pML0RW=NLpiL0RZ=NIpiL0RO=RC+RM+RW+RZ根据损害源划分风险结果RRD=RA+RB+RCRI=RM+RU+RV+RW+RZR=RD+RI表3各种损害类型和损害源对应的服务设施风险分量损害源损害类型S3雷击服务设施S4雷击服务设施附近S1雷击与服务设施相连的建筑物与损害类型相对应的风险D2物理损害RV'=NLP'ViL'VR'B=NDP'BiL'BRF=R`V+R`BD3电气、电子系统的失效R'W=NLP'WiL'WR'Z=(NI–NL)P'ZL'ZR'C=NDP'CiL'CRO=R`Z+R`W+R`C与损害源相对应的风险RD=R`V+R`WRI=R`Z+R`B+R`C5.3雷电损害风险分量的评估如表2、表3所示，涉及建筑物的风险分量和涉及入户服务设施的风险分量的计算公式不同，因此，应分别进行评估。建筑物的风险分量关系式中（表2），按损害源区分，涉及的参量有：年平均雷击次数ND、NM、NL、NI；(雷击建筑物附近地面年均雷击次数NM雷击入户线路的年均雷击次数NL，雷击线路附近地面的年平均雷击次数Ni,,)雷击产生的风险分量主要有8种，相应的概率和损失类型也有8种。其中直接雷击风险有：RA、RB、RC。相应的概率和损失类型有PA、PB、PC和LA、LB、LC。而间接雷击风险有：RM、RU、RV、RW、RZ。相应的损害概率和损失类型有PM、PU、PV、PW、PZ和LM、LU、LV、LW、LZ。这些符号的意义和各风险分量RX的计算式见表2。现对各有关参量分别讨论如下：1.年均雷击次数N的确定直接雷击次数与建筑物截收面积及建筑物所在地的平均雷击密度Ng有关，即N=NgA（8）式中，Ng=0.1Td，为雷击密度（次/每年每平方千米），Td为雷暴日，由气象资料提供。A为截收面积，按四种雷击源有4种不同的面积，见图1。(1)雷电直击建筑物的年平均雷击次数ND=NgAdCd×10-6(次/年•千米2)（9）式中，Ad为孤立建筑物的截收面积，它是由一条斜率为1/3的直线上端与建筑物上沿接触，绕建筑物一周在地面划出的面积。对于孤立六面体的建筑物：长、宽、高分别为L、W、H，则Ad=LW+6H(L+W)+9πH2(m2)（10）图1孤立建筑物的截收面积Ad1/33HwLH图2形状复杂的建筑物L=7088w=30Hp=HmaxHmni=25图3截收面积的一个可以接受的近似值是Admin和Ad′之间的最大值Ad′=9p(Hp)2这里Hp是兀凸屋顶的高度。作图法建筑物(最大尺寸)建筑物(最小尺寸)兀凸屋顶Hp建筑物尺寸(m)(L，W，H)(见图A.2)70×30×4070×30×2540(m2)Ad=47700Admax=71316Admin=34770(见图A.3)Ad′=45240(见图A.3表4截收面积的计算表5建筑物所在地的环境因子Cd的取值相对位置Cd被更高的对象或树木所包围0.25被相同高度的或更矮的对象或树木所包围0.5孤立对象：附近没有其他的对象(3H范围内)1小山顶或山丘上的孤立对象2建筑物(位于服务设施“b”端)的危险事件次数NDNDb=NgAd/bCd/b10-6(11)邻近建筑物(位于服务设施的“a”端)的危险事件次数NDaNDa=NgAd/aCd/aCt10-6(12)Ct为考虑高压/低压变压器影响的缩减因子表6高压/低压变压器影响的缩减因子Ct的计算变压器Ct服务设施具有双绕组变压器0.2仅有服务设施1end“a”oflineoflineend“b”250m3AdH3Ha2DiAiLAmHAIWLcAawaLaHa图4建筑物及入户设施截收面积计算示意图(2)雷击建筑物附近地面年均雷击次数NMNM=Ng(Am-Ad/bCd/b)10-6(13)Am是雷击建筑物附近的截收面积(m2)；Am延伸到距离建筑物周边250m远的地方如果NM0,则假定NM=0。(3)雷击入户线路的年均雷击次数NL对一段线路NL=NgAlCdCt×10-6(14)式中，Al为线路截收面积。Al是雷击服务设施的截收面积(m2)；Ai是雷击服务设施附近大地的截收面积(m2)；Hc是服务设施导线的离地高度(m);Lc是建筑物与第一个节点之间的服务设施线路段的长度；最大值为1000m；Ha是连接到服务设施“a”端的建筑物的高度(m)；Hb是连接到服务设施“b”端的建筑物的高度(m)；r是线路埋设处的土壤电阻率(W·m)，最大值为500W·m。表7雷击服务设施的截收面积Al和雷击服务设施附近大地的截收面积Ai的取值架空埋地Al(Lc–3(Ha+Hb))6Hc[Lc-3(Ha+Hｂ）]Ai1000Lc25Ｌc(4)雷击服务设施附近的年平均危险事件次数NI的计算对于只有一段线路(架空,埋地,屏蔽,非屏蔽等)的服务设施，NI的值可以计算为NI=NgAiCeCt10-6(15)环境Ce具有高层建筑的市区（1）0市区（2）0,1郊区（3）0,5农村1（1）建筑物的高度大于20m。（2）建筑物的高度在20m和10m之间。（3）建筑物的高度小于10m。表8环境因子Ce的取值2.雷电损害概率分量的计算建筑物遭受雷电损害分为