1、某国际会议展览中心雷电风险评估探讨与实践 陈春 贵州省气象灾害防御技术中心 摘 要： 本文通过对某国际会议展览中心的雷电风险评估的探讨与实践, 分析了该中心的雷击环境, 具体阐述了对该中心雷电风险评估的数据收集过程、基本原理和方法, 并对电子信息系统的电磁脉冲防护等级和接地电阻提出了相应建议。关键词： 风险评估; 雷电参数; 雷击环境; 近年来贵州省雷电灾害频繁, 2000 年以来造成直接经济损失数亿元。因此, 在防雷设计之前, 对新建建筑物进行雷电风险评估, 并确定建筑物及内部信息系统的雷电防护等级, 采取有效的防护措施, 可以从源头上减少雷电灾害造成的损失。防雷设计的依据之一是雷电防护分级
2、, 按照建筑物及内部信息系统的不同防护等级设置与其相对应的防雷装置。雷电风险评估是确定雷电防护等级的依据, 其目的是使防雷设计建立在科学的基础上, 避免盲目性, 保证防雷工程安全可靠, 技术先进, 经济合理, 因此在现代防雷设计中是十分必要的。该国际会议展览中心 (简称:会展中心) 是贵阳市重点工程, 对贵州省、贵阳市的政治生活、经济生活和社会发展, 有着多层面、深层次的重要意义。对于此类重要公共建筑, 进行雷电风险评估是必要的。现就该会展中心的雷电风险评估实例做探讨, 并对电子信息系统的电磁脉冲防护和建筑物的防雷保护提出补充建议和完善措施。1 国际会议展览中心环境概况该中心规划建设会展中心、
3、会议中心、酒店、商业区以及配套设施等大量建构筑物, 属人员密集场所。该中心的智能化程度高, 弱电设备多, 因雷击产生的电压波动可造成整个信息网络系统的不稳定性或瘫痪, 严重影响会展中心运行。经现场勘测, 会展中心土质结构为黄土, 土壤电阻率为 198.4m, 另距项目地 3 公里处有一水库, 使其遭雷击的风险加大。因此, 为尽可能避免人员伤亡和财产损失, 雷电防御工作显得尤为重要。本文对贵州某会展中心的雷击环境进行了分析, 它具有一定的代表性。2 雷电环境分析根据贵州省雷电监测网数据, 会展中心所处行政区域年平均雷暴日为 53 天, 按照建筑物电子信息系统防雷技术规范的地区雷暴日等级划分为高雷
4、区。68月为雷电多发期, 月平均雷暴日数接近 12 天, 各类机房内灵敏设备安装、调试, 应尽可能这三个月份。年平均雷电小时为 133 小时, 平均每个雷暴日的雷电小时约为 3 小时。地闪主要活跃在 14 时次日凌晨 02 时, 93%的地闪都发生在这个时段, 因此塔吊等大型可接闪的施工机械的安装和拆卸作业应安排在每日 13时以前, 雷雨天气时不应进行此类作业。地闪密度及其雷电流大小分析:对会展中心所处区域 5km 范围内进行统计分析, 得出该区域年均地闪为 509 次, 地闪密度约为:6.48 次/kma, 雷电流强度大小为:平均正闪强度 44.7k A;平均负闪强度 29.9k A;平均闪
5、电强度 30.9k A。这些参数将为监控、计算机网络机房的内部磁场强度计算和供配电系统浪涌保护器设计提供科学而详实的重要依据。3 雷电灾害风险计算根据项目区域内的建构筑物使用功能和位置分布情况, 将项目分为以下五个防雷区域:国际展览中心 (Z1 区) ;国际会议中心 (Z2 区) ;五星酒店 (Z3 区) ;观光综合楼 (Z4) ;综合商业区 (Z5) 分别进行风险计算, 本文选取国际展览中心 (Z1 区) 作为评估实例。3.1 针对损害类型为人身伤亡风险 R1的计算人身伤亡风险 R1 的计算按 GB/T21714.2-2008雷电防护第 2 部分:风险管理的评估方法进行评估计算。表 1 国际
6、展览中心的特征 下载原表 表 2 国际展览中心 R1 的组成 下载原表 由表 1、表 2 得:R 1=4.85E-05, 国际展览中心所能接受的风险 RT=1.00E-05, 而R1R T, 因此确定国际展览中心需要加强防雷保护。从以上数据分析可知, 风险分量的主要来源是 RB。需将国际展览中心的雷电防护等级提高为第二类防雷建筑物, PB 降低到 0.05, 建议使用火灾自动报警装置, r 降低到 0.1。同时考虑加强防直击雷的防护, 在防雷跟踪检测及防雷竣工验收时将发现的问题一一解决, 以降低雷击造成的人员伤亡风险。3.2 电子信息系统雷击风险及防护等级弱电机房雷击风险及防护等级确定的计算按
7、建筑物电子信息系统防雷技术规范 (GB50343-2004) 的方法计算。计算结果见表 3:NNc, 应加强雷电防护措施;E=1-Nc/N=0.985, 所以国际展览中心电子信息系统雷电防护等级为 A 级, 需采取 3-4 级电涌保护器 (SPD) 进行防护, 而且还应加强对电子设备进行金属屏蔽和等电位保护措施。表 3 电子信息系统雷电防护等级 下载原表 3.3 遭受雷电时环路中的最大感应电压及最大短路电流当国际展览中心顶层遭受雷击时, 前三 (顶) 层空间内电磁感应强度较大, 现以第三层为例进行分析。计算依据 GB50057-2010 和 GB/T 19271.2-2005/IEC TS 6
8、1312-2:1999。第三层信息系统内电源线与信号线单独布线组成环路, 环路的宽 b=1.5m, 环路的长 L=6m, 环路导线半径 r1=1.5mm 柱筋与楼板钢筋焊接组成格栅形屏蔽网格, 网格宽=5m, 网格钢筋半径 r2=110m;国际展览中心属于第二类防雷建筑物, 首次雷电闪击最大雷电流 i0=250KA (会展中心所处区域 5公里半径最大雷电流) , 雷电流的波头时间 T1=1010s;真空的磁导系数u0=410;形状系数 KH=0.01。(1) 当距国际展览中心 Sa=100 处遭受首次雷击时, 建筑物外部 LPZ0 区内的磁场强度:屏蔽系数: ;机房室内 (LPZ1 区) 磁场
9、强度H1=H0/10=398.09/10=229.66 (A/m) ;环路的自电感:顶层机房内环路的开路最大感应电压:若略去导线的电阻 (最坏情况) , 环路最大短路电流:(2) 国际展览中心防雷引下线的根数 n=20, 当受到首次直接雷击时, 顶层某一引下线至两侧最近引下线之间的距离分别为 Cs 和 Cd 为 15m, h1=4m (顶层高度) , 电子设备至楼板筋的平均距离 d1/r=1m, 至外墙柱筋的平均距离 d1/w=1m。顶层雷电闪击最大雷电流的分流系数:。LPZ0 区内的雷电流最大值为:i 0/max=Kci0=108750 (A) ;W 为格栅形屏蔽的网格宽 (m) 。顶层机房
10、内环路开路最大感应电压为:环路最大短路电流为:3.4 接地电阻值计算本文采用等效环形接地装置法对接地装置的接地电阻进行计算。计算公式:其中:R接地装置接地电阻, ;接地装置所在处的平均土壤电阻率, m;, A环形接地体所包围的面积, m。表 4 国际展览中心接地电阻 下载原表 表 4 计算了国际展览中心 (Z1 区) 采用环形水平接地装置时的接地电阻, 结果表明采用该方法能将接地电阻降到 1 以下。4 结语由计算和分析看出, 国际展览中心的雷电防护等级应按第二类防雷建筑物设计施工;电子信息系统雷电防护等级为 A 级;应采用等效环形接地装置法进行联合接地, 接地电阻可达到 1 以下。雷电风险评估是对项目可能遭受雷电灾害的一个综合、复杂的分析过程;它引用了大量的基础数据, 既包括建筑物原始数据、数量现场勘测数据、闪电监测网数据及相当来编制评估报告。雷电事故每年在贵州都造成严重的人员伤亡和经济损失, 特别是雷电活动频繁的地区, 通过评估能够全面反映防雷装置抵御雷击风险的能力, 保证安全生产工作正常进行, 因此雷电风险评估具有非常重要的意义。参考文献1GB50057-2010S. 2IEC62305-2 Protection Against Lightning Part 2:Risk management.
