湖南某县高新技术产业开发区雷电灾害风险评估分析

聂新宇 汤宇 刘为

湖南省气象灾害防御技术中心

摘要：通过现场勘测及调研评估高新技术产业开发区，对园区进行了区域雷电灾害风险评估及防雷关键参数的推算，得出雷电风险控制措施，为园区的气象防灾减灾提供对策与建议。

关键词：风险评估、雷电、风险、措施

为准确把握某县高新技术产业开发区内园区的潜在雷电风险、有效降低该园区遭受雷击而引发雷电灾害的概率,为其在运营阶段的气象防灾减灾提供对策与建议。本文以某县高新技术产业开发区周边国家气象站以及区域自动站等观测资料为基础，结合现场踏勘资料及历史灾情资料，对园区所在区域的雷电灾害风险开展评估分析工作。

一、区域雷电灾害风险评估

从区域雷电风险致灾的主要影响因素入手，建立区域雷电灾害风险现状评估递阶层次结构模型（本次评估中雷电风险选用了雷击密度和雷电流强度两个指标）；再参考现行相关标准、规范，针对每一个风险指标制定危险等级标准（区域雷击风险评估指标分级标准）；然后采用层次分析法和模糊综合评判等数学方法进行计算，得出某县高新技术产业开发区（某园区）雷电灾害风险综合评估结果，如风险等级、风险来源等。

            区域雷电灾害风险现状评估递阶层次结构模型

其中，定量指标的隶属度采用如下所示的较为常用的基于区间数的梯形分布进行计算。

同时，该园区最终的区域雷电灾害风险隶属度B值是根据逐级隶属度R及其对应的权重W进行矩阵点乘得到的，见下式。

根据该园区踏勘采集数据及统计的地闪数据，并结合区域雷击风险评估指标分级标准中各指标分级标准，运用如上方法，得出各指标隶属度及总权重表，其中最底层指标占目标的总权重值是根据致灾因子权重分析计算得出。计算得出该园区的区域雷电灾害风险综合评价g＝r1+3r2+5r3+7r4+9r5≈6.2792，再对照区域雷击风险评估指标分级标准得出园区雷电灾害风险处于危险等级Ⅳ级，具有较高雷击风险。同时，从各致灾因子占总目标的权重分布得知该园区的风险排序为：承灾体风险＞防御风险＞地域风险＞雷电风险，其主要影响因子依次为雷击事故应急（12.96%）、雷电流强度（12.46%）、雷击密度（8.75%）、土壤电阻率（8.28%）、防雷检测（7.20%）、电气系统（4.86%）、人员数量（4.57%）等。为此，各业主单位应针对以上影响因子，对该园区内企业的防雷设计、施工及运营阶段采取针对性措施。

二、防雷关键参数推算

2.1 防雷类别推算

按照《建筑物防雷设计规范》（GB50057-2010）中第3.03条和第3.04条款，选取预计雷击次数0.25次/a作为划分攸县高新技术产业开发区（攸州园区）住宅、办公楼等一般性民用建筑物或一般性工业建筑为第二类和第三类防雷建筑物临界值，再依据GB50057-2010附录A中建筑物年预计雷击次数公示（如下）反推出建筑物截收相同雷击次数的等效面积Ae。

建筑物年预计雷击次数N（次/a）=校正系数k×雷击大地的年平均密度Ng（次·km-2·a-1）×建筑物截收相同雷击次数的等效面积Ae（km2）

其中，校正系数k取值为1.5、雷击大地的年平均密度Ng取值为2.31次·km-2·a-1，得出建筑物截收相同雷击次数的等效面积Ae临界值为0.072km2。因此，基于以上数据，截收相同雷击次数的等效面积Ae大于0.072km2的攸县高新技术产业开发区（攸州园区）住宅、办公楼等一般性民用建筑物或一般性工业建筑应按照第二类防雷建筑设防，其他可按第三类防雷建筑设防。

同样地，可结合雷击次数0.05次/a，推算截收相同雷击次数的等效面积Ae大于0.014km2的该园区人员密集的公共建筑物以及火灾危险场所应按照第二类防雷建筑设防，其他可按第三类防雷建筑设防。

2.2土壤电阻率分析

土壤电阻率是该园区内各企业防雷工程设计的重要参数，也是估算接地电阻、地面电位梯度、跨步电压、接触电压的重要参数。根据图纸设计及现场情况，在区域内的东、南、西、北共四个测试点的土壤进行了采样，测量值见表2-1。

表2-1  各点土壤电阻率测量值（Ω·m）

桩距（米） 测试点经纬度	1	3	5	7	9	13	17	修正系数	平均土壤电阻率
东	72.8	73.6	71.2	69.8	68.5	67.3	69.7	2	140.9
南	64.9	69.7	70.6	68.1	67.3	66.8	71.2	2	136.7
西	71.2	70.9	69.8	72.2	71.9	75.5	73.8	2	144.4
北	68.9	70.1	72.5	74.1	73.8	76.2	74.9	2	145.9

现场踏勘结果及土壤模拟结果均表明该园区土壤土质均匀，无明显分层，在参数设计时建议取深层土壤的平均值142.0Ω·m进行计算。当该园区内的建（构）筑物遭雷击时，低电阻率的地网散流效果好。但由于雷击具有选择性，经常出现在土壤电阻率较小的大地上，因此土壤电阻率较低的该园区易发生雷击，出现雷击事故的概率相对较大，应格外注意已建或待建的较高建（构）筑物、易燃易爆类雷电敏感重点企业的防雷设计、施工、检测及雷电预警工作。

2.3 地网面积推算

建筑物主要以基础钢筋作为防雷接地装置，防雷接地、防静电接地、工作接地、保护接地及信息系统接地采用共用接地装置，可通过土壤电阻率和接地电阻来估算地网面积（公式如下），该园区的地网估算面积见下表。因此，在该园区建（构）筑物进行防雷设计时，地网面积应不小于下表给出的面积。

式中：

R—接地装置接地电阻；

ρ—接地装置所在区域平均土壤电阻率；

A—为环形接地体所包围的面积。

表2-2  地网面积估算

接地电阻值（Ω）	平均电阻率（Ω·m）	地网面积（m2）
≤1	142.0	7018.39
≤4	142.0	438.65
≤10	142.0	70.18

综合上述分析，某县高新技术产业开发区（某园区）雷电灾害风险处于危险等级Ⅳ级，具有较高雷击风险；针对该县高新技术产业开发区各企业提出如下防雷建议：①园区建议截收相同雷击次数的等效面积Ae大于0.103km2的住宅、办公楼等一般性民用建筑物或一般性工业建筑，以及截收相同雷击次数的等效面积Ae大于0.021km2的人员密集的公共建筑物以及火灾危险场所应按照第二类防雷建筑进行防雷设计，其他可按第三类防雷建筑进行防雷设计；位于该县高新技术产业开发区内的各危化危爆、易燃易爆场所提高防雷类别，应按照第一类防雷建构筑物进行防雷设计；②接地网设计时，可参考表已计算出的土壤电阻率数据，其水平地网设计面积建议不小于7018.39km2(接地电阻小于1欧姆）)要求值；③该园区的电源系统应安装两级或三级电涌保护器（SPD），并注意各级SPD之间的能量配合；④园内精密设备应采取二次或多次屏蔽来降低其假性损坏及永久性损坏风险，屏蔽网格尺寸分别不小于0.25m和0.79m，并做好等电位连接.