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1、雷电灾害风险评估报告 八宝煤业计算机系统第一章 大楼易损性分析1.地理位置参数以下是用ETREX系列GPS定位仪在八宝煤业矿机关大楼所在地采集的地理位置参数(见表1-1)，误差范围为5m10m。表1-1 八宝煤业矿机关大楼所在地地理位置坐标项目名称纬度（北纬）经度（东经）八宝煤业矿机关大楼4206441263400图1-1 八宝煤业矿机关大楼所在地地理位置图2. 雷电参数2.1 雷电日雷电日（雷暴日）在指定区域内一年四季所有发生雷电放电的天数，用Td表示，一天内只要听到一次或一次以上的雷声就算是一个雷电日。通常情况下，距离观测点15km以内的雷电可以听到其雷声，超出此范围的雷电不能够被听到，也
2、就是说，该指定区域的范围是以观测点为圆心，以15km为半径的圆形区域。这里的雷声既包括云闪电发出的，也包括云内闪和云际闪发出的，并不能准确表征地面落雷的频繁程度，因此，在进行建筑物年雷击次数的估算时，应以在建筑物所在区域测得的闪电密度为准，而不应以通过雷电日计算的落雷密度为准，当测量闪电密度困难时，可用通过雷电日计算得出的落雷密度进行计算，但误差较大，因此本报告在估算年预计雷击次数时，采用的是实际监测的闪电密度。以下雷电资料取自吉林省雷电监测网，以在八宝煤业矿机关大楼所在地中心位置附近现场测量的地理参数为基准点，以3km为半径 (如图2-2所示)，提取4年（2008.12011.12）闪电资料
3、，进行统计分析得出如下结论，作为雷击风险评估的基础参数之一。2.2 地闪空间分布闪电密度每平方公里年平均落雷次数，是表征雷云对地放电的频繁程度的量，是估算建筑物年预计雷击次数时重要的参数。用Ng表示，单位为：次/km2a。根据图2-2（网格面积为1.051km2）可得八宝煤业矿机关大楼所在地3km范围4年（2008.12011.12）平均地闪密度约为：Ng=4.69次/km2a，该值作为本评估报告所采用的地闪密度。图2-2 八宝煤业矿机关大楼所在地附近4年平均地闪密度分布图根据图2-3可知八宝煤业矿机关大楼所在地3km范围4年（2008.12011.12）平均雷电流强度为18.54kA。图2-
4、3 八宝煤业矿机关大楼所在地附近4年平均雷电流分布图2.3 雷电流强度根据八宝煤业矿机关大楼所在地位置地理参数，得出3km范围雷电流累积概率分布曲线（图2-4），由分布曲线得出雷电流累积概率对应的雷电流强度值。图2-4 八宝煤业矿机关大楼所在地3km范围闪电雷电流强度累积概率曲线图（单位kA）根据图可知，八宝煤业矿机关大楼（3km）所在地区域范围内4年雷电流幅值：1%115.6kA，即雷电流幅值大于115.6kA的地闪概率为1%；2%68.8kA，即雷电流幅值大于68.8kA的地闪概率为2%；3%63.8kA，即雷电流幅值大于63.8kA的地闪概率为3%；10%33.1kA，即雷电流幅值大于3
5、3.1kA的地闪概率为10%。2.4 地闪月变化规律图2-5 八宝煤业矿机关大楼所在地雷电地闪月变化规律图2-5是根据八宝煤业矿机关大楼所在地3km范围4年（2008.12011.12年）地闪数据绘制得到的正、负地闪以及总闪的月均分布图，依据该图得出地闪月均活动规律：该地域地闪主要活动期为68月份，其中6、7、8月份为地闪高发期，86.503%以上的地闪都发生在这三个月份；68月份为地闪多发期，1、2、10、11、12月份基本没有地闪发生。2.5 闪电时变化规律图2-6 八宝煤业矿机关大楼雷电地闪时变化规律图2-6是根据八宝煤业矿机关大楼所在地3km范围4年（2008.12011.12年）地闪
6、数据绘制的正、负地闪以及总闪的日均分布图，从图中可得出地闪日均活动规律：该地域地闪主要活跃在1420时，46.626%以上的地闪都发生在这些时段，14时20时为地闪高发时段，其中14、17、19、20时段雷电活动最为强烈。3. 土壤电阻率本报告中所用的土壤电阻率数值来源于2011年4月21日在八宝煤业矿机关大楼所在地处现场采集的数据（表3-1）,采集当日天气多云，土壤为中等含水量。结合地质勘测报告，考虑到地表层含水量随季节变化的规律，现将地表0m至地下6m土壤电阻率的测试数据增加季节系数1.5加以修正，则通过数据转换得出八宝煤业矿机关大楼在区域地表0m地下-30m处土壤层的平均土壤电阻率为30
7、.80m，以上修正后的数据将作为本报告风险估算的参考依据。 采集所用仪表为GEOTEST 2016接地电阻综合测试仪，分别取接地极间距离a=1、2、3、4、5、6、7、8、9、10m，则所测量土壤电阻率为地表地下-30m土壤层的平均土壤电阻率（如图3-2所示）。图中横坐标为实测土壤电阻率值，纵坐标代表所测的土壤层深度。图3-2 实测八宝煤业矿机关大楼区域地表地下-30m土层电阻率分布图 通过数据转换得出八宝煤业矿机关大楼所在区域地表地下-30m土壤层的平均土壤电阻率为30.80m。第二章风险分析和计算1）有关的数据和特性建筑参数：建筑物截收面积Ad：331980m2高度：96.35m位置因子C
8、d：0.5（周围有更高的建筑物）二类防雷建筑物建筑物无内外部屏蔽雷击大地密度Ng：4.69；电力系统及相关入户线路特性：土壤电阻率：30.8线路长度Lc取1000m，埋地引入有变压器线路位置因子Cd：0.25（周围有更高的建筑物）线路环境因子Ce：0非屏蔽线缆：Pld：1；Pli：0内部合理布线：无屏蔽的电缆 为了避免形成回路而合理布线（两端都连接到等电位连接排的连续金属导管中） Ks3:0.002设备耐受电压：Uw =2.5 kV配合的SPD保护：1级spd保护；Pspd：0.03通信系统及相关入户线路特性：土壤电阻率：30.8线路长度Lc取1000m，埋地引入有变压器线路位置因子Cd：0.
9、25（周围有更高的建筑物）线路环境因子Ce：0非屏蔽线缆：Pld：1；Pli：1内部合理布线：无屏蔽的电缆 为了避免形成回路而合理布线（两端都连接到等电位连接排的连续金属导管中） Ks3:0.002设备耐受电压：Uw =1.5 kV配合的SPD保护：无spd保护；Pspd：1分区情况Z1区，户外分区地表类型：板油路触电保护Pa：不考虑（取0）接触和跨步电压Lt：0.01Z2区，办公室地板类型ru：复合地板火灾风险rf：低特殊危险hz：无防火措施rp：自动喷淋装置空间屏蔽：Ks2:1Lt：0.0001 Lf：0.05 Lo：0Z3区（消防）地板类型：大理石火灾风险：低特殊伤害：低度惊慌火灾防护：
10、自动喷淋空间屏蔽：无Lt:0.0001 Lf：0.05Z4区（机房）地板类型：复合地板火灾风险：低特殊伤害：低度惊慌火灾防护：自动喷淋系统空间屏蔽：无Lt:0.0001 Lf：0.05Z5区（会议室）地板类型：复合地板火灾风险：低特殊伤害：低度惊慌火灾防护：自动喷淋系统空间屏蔽：无Lt:0.0001 Lf：0.052） 区域的划分主要的区域：Z1区，户外分区；Z2区，办公室；Z3区（消防）Z4区（机房）；Z5区（会议室）。数据总结： 建筑物特性参数说明符号数值总建筑面积 (m)-Sb144506位置因子被相同高度的或更矮的对象所包围Cd0.5建筑物边界的屏蔽有LPZ边界屏蔽体布设KS10.5建
11、筑物内部的屏蔽有LPZ边界屏蔽体布设KS20.5雷击大地密度1/km2/年Ng4.69 内部电力系统以及有关入户电力线路的特性参数说明符号数值土壤电阻率(Wm)r 30.8长度 (m)-Lc1000高 (m)埋地-HV/LV 变压器 在建筑物的入户处Ct0.2线路位置因子被其他较矮的对象包围Cd0.25线路环境因子 市区Ce0线路屏蔽层：连接到等电位连接排，设备也连接到同一个等电位连接排PLD1PLI0内部的合理布线无屏蔽的电缆 为了避免形成回路而合理布线KS30.002设备耐受电压 Uw Uw = 1.5 kVKS4配合的SPD保护无PSPD1内部电信系统以及有关入户线路的特性参数说明符号数
12、值土壤电阻率(Wm)r 30.8长度 (m)-Lc1000高度 (m)埋地-线路位置因子被其他较小的对象包围Cd0.25线路环境因子 市区Ce0线路屏蔽层：连接到等电位连接排，设备也连接到同一个等电位连接排PLD1PLI1内部的合理布线无屏蔽电缆 合理布线以避免形成大的环路KS30.002设备耐受电压 Uw Uw = 1,5 kVKS41配合的SPD保护无PSPD1办公楼中区域的定义及其特性 考虑到建筑物户外和户内的地表类型不同.定义了以下主要的区域:Z1 (户外分区)Z2 (办公区)Z3 (消防)Z4 (机房、会议室)区域 Z1 (户外分区)的特性 参数说明符号数值地表类型板油路ra10-2
13、触电保护无PA0接触和跨步电压造成的损失有sLt001区域Z3 (办公室) 的特性参数说明符号数值地板类型复合地板ru10-5火灾风险低rf10-3特殊危险无hz火灾保护自动喷淋装置rp空间屏蔽无KS21内部电力系统连接到电力线路-内部电信系统连接到电信线路 -接触和跨步电压造成的损失 (与 R1有关) 有Lt104物理损害造成的损失 有Lf0.05内部系统失效造成的损失有Lo0区域Z4 (机房。会议室) 的特性参数说明符号数值地板类型复合地板ru10-5火灾风险低rf10-3特殊危险无hz火灾保护自动喷淋装置rp空间屏蔽无KS21内部电力系统连接到电力线路-内部电信系统连接到电信线路 -接触
14、和跨步电压造成的损失 (与 R1有关) 有Lt104物理损害造成的损失 有Lf0.05内部系统失效造成的损失有Lo02）相关计算建筑物及入户设施的截收面积项目截收面积计算公式数值(m2)八宝煤业矿机关大楼每年的截收闪电面积Ad=LW6H（LW）9（H）232859.09八宝煤业矿机关大楼附近地面的截收闪电面积AM=LW2250（LW）（250）2254337.36八宝煤业矿机关大楼入户电力线缆的截收闪电面积Al=Lc-3(Ha+ Hb)3905.21八宝煤业矿机关大楼入户电力线缆附近地面的截收面积Ai=25LC0.5138605.62八宝煤业矿机关大楼入户通信线缆的截收闪电面积(埋地)Al=0
15、.5Lc-3(Ha+ Hb)3905.21八宝煤业矿机关大楼入户通信线缆的截收闪电面积(埋地)Ai=25LC0.5138605.62八宝煤业矿机关大楼入户电力线缆服务设施a的截收面积Ada=LaWa6Ha（LaWa）9（Ha）0八宝煤业矿机关大楼入户通信线缆服务设施a的截收面积Ada=LaWa6Ha（LaWa）9（Ha）0八宝煤业矿机关大楼年预计雷击次数项目计算公式数值（次/年）八宝煤业矿机关大楼建筑物年预计雷击次数ND=NgAdCd10-60.3881八宝煤业矿机关大楼附近地面的年预计雷击次数为Nm=NgAm10-60.8126八宝煤业矿机关大楼入户供电线缆的年预计雷击次数NL=NgAlCd
16、Ct10-60.0009八宝煤业矿机关大楼入户供电线缆附近预计雷年预计闪击次数NI=NgAiCeCt10-60八宝煤业矿机关大楼入户通信线缆的年预计雷击次数为NL=NgAlCdCt10-60.0009八宝煤业矿机关大楼入户通信线缆附近预计雷年预计闪击次数NI=NgAiCeCt10-60八宝煤业矿机关大楼附近供电服务设施的年预计雷击次数NL=NgAlCdCt10-60八宝煤业矿机关大楼附近通信服务设施的预计雷年预计闪击次数NI=NgAiCeCt10-60八宝煤业矿机关大楼雷击损害类型的鉴别八宝煤业矿机关大楼属于工业建筑，遭受雷电闪击造成的损失主要是人员生命的损失，因雷击电源停电等造成的公众服务的
17、损失可忽略不计，社会文化遗产的损失不存在，经济损失由于数据不全面，暂不考虑。因此，八宝煤业矿机关大楼只计算人员生命的损失风险R1。八宝煤业矿机关大楼雷击风险分量的鉴别雷击八宝煤业矿机关大楼时，R1型风险存在的风险分量分析如下：RA风险分量分析八宝煤业矿机关大楼利用建筑框架作为引下线，当雷电闪击八宝煤业矿机关大楼主体结构时，雷电流沿建筑框架、建筑基础向大地均匀散流，基本不会产生电位差。因此八宝煤业矿机关大楼风险分量RA可忽略不计。RB风险分量分析当雷电闪击莱八宝煤业矿机关大楼主体结构时，由于雷电的热效应、机械效应、冲击效应、电动力效应等，而使建筑物发生局部坍塌、外部构件折断以及引发火灾等的损害，
18、从而间接导致人员伤亡。因此，八宝煤业矿机关大楼存在着风险分量RB。RC风险分量分析当雷电闪击八宝煤业矿机关大楼主体结构时，强大的闪电电流进入建筑物的防直击雷系统时所产生的迅变电磁场，会在一定空间内产生磁场，它可能是法拉第电磁感应所形成的电磁场，也可能是脉冲电磁辐射，它在三维空间内对一切电子设备发生作用。这种磁场变化引起的电场变化可能导致大楼内部系统失效，但不会立即危及到人员生命安全，因此风险分量RC不存在。RM风险分量分析当有雷电闪击八宝煤业矿机关大楼附近地面或附近设施时，周围空间内产生的电磁场也可能内部系统失效。根据周围环境的勘察，八宝煤业矿机关大楼电气系统失效不会立即危及人员生命安全，通讯
19、系统失效对人身伤亡的风险可忽略，因此风险分量RM不存在。RU风险分量分析当雷电闪击建金属入户管线时，雷电流沿金属管线流入建筑物内部，人员接触、操作和入户金属管线有连接的设施时，有可能因接触电压而导致人员伤亡，因此八宝煤业矿机关大楼存在风险分量RU。RV风险分量分析当雷电闪击八宝煤业矿机关大楼金属入户管线时，入户线路上的雷电流引起的高电压会导致人员伤亡。八宝煤业矿机关大楼有入户的电力线缆，且内部有人员活动，因此存在风险分量RV。RW风险分量分析当雷电闪击建筑物入户电力线缆时，入户线路上的雷电流传输到建筑物内部，可导致弱电控制部分失效，从而间接导致人员伤亡。根据周围环境的勘察，八宝煤业矿机关大楼电
20、气系统失效不会立即危及人员生命安全，通讯系统失效对人身伤亡的风险可忽略，因此风险分量RM不存在。RZ风险分量分析当雷电闪击八宝煤业矿机关大楼入户电力线缆附近地面时，因入户电力电缆管埋地进线，在此风险分量RZ不考虑。八宝煤业矿机关大楼人员伤亡损失值的确定R1=RA+RB+RC+RM+RU+RV+RW+RZRA=NDPAraLtRB=NDPBhzrPrfLfRC=NDPCLC RM=NMPMLMRU=NLPULURV=NLPVLVRW=NLPWLWRZ=(Nl-NL)PZLZ 八宝煤业矿机关大楼人员伤亡损失量值Lt和Lf的值由于确定困难,故均取典型平均值：Lt的取值为：建筑物外部3米内区域：Lt=
21、10-2建筑物内部区域：Lt=10-4建筑物Lf的取值： Lf=10-1 建筑物内部内部电梯、消控系统失不会立即危机人员生命，故L0的取值：L0=0八宝煤业矿机关大楼项目风险分量计算(1)分量RARA为雷电闪击建筑物，在建筑物外3米区域内因接触和跨步电压引起的人员伤亡风险，此风险只存在于建筑物入口以及地下人防区域。RANDPAraLt=0(2)分量RBRB为雷电闪击建筑物，产生的电火花引起燃烧或爆炸引起的物质损害，这种损害还可能危害到周围，造成人员伤亡损害。RB=NDPBhrPrfLf=3.8925E-05(3)分量RCRC为雷电闪击建筑物，因LEMP造成内部系统故障的风险分量。在具有爆炸危险
22、的建筑物以及因内部系统的故障马上会危机人命的医院或其他建筑物中还可能出现人身伤亡风险。本项目不存在此人身伤亡风险。RC电=NDPCLc=0RC通=0RC= RC电+ RC通=0(4)分量RMRM为雷电闪击建筑物附近，因LEMP造成内部系统故障的风险分量。在具有爆炸危险的建筑物以及因内部系统的故障马上会危机人命的医院或其他建筑物中还可能出现人身伤亡风险。本项目不存在此人身伤亡风险。RM电=NMPMLM =0RM通=0RM= RM电+ RM通=0 (5)分量RURU为雷电闪击建筑物入户金属线路时，建筑物入户线路上的雷电流当使人员因接触电压而导致生命损害的风险。RU电=(NL+ NDa)PUraLt
23、=9.2525E-11RU通=(NL+ NDa)PUraLt=9.2525E-11RU= RU电+ RU通=9.2525E-11+9.2525E-11=1.8505E-10 (6)分量RVRV为雷电闪击建筑物入户金属线路时，因雷电流传导引入造成的物质损害，这种损害还可能危害到周围，造成人员伤亡损害。RV电 =(NL+ NDa)PVhzrPrfLf =4.6262E-09RV通 =(NL+ NDa)PVhzrPrfLf =0.0000E+00RV= RV电+ RV通=4.6262E-09+0.0000E+00 =4.6262E-09 (7)分量RW因入户线路上产生的并传入建筑物内的过电压引起内部
24、系统故障的风险分量。在具有爆炸危险的建筑物以及因内部系统的故障马上会危机人命的医院或其他建筑物中可能出现人身伤亡风险。本项目不存在此人身伤亡风险。Rw电=(Nl+ NDA)PwL0=0Rw通=0Rw= Rw电+ Rw通=0(8)分量RZ因入户线路上感应出的并传入建筑物内的过电压引起的内部系统故障的风险分量。在具有爆炸危险的建筑物以及因内部系统的故障马上会危机人命的医院或其他建筑物中还可能出现人身伤亡风险。本项目不存在此人身伤亡风险。Rz=Rz电+ Rz通=0(9)可容许的风险值RT国家规范规定的可容许的风险值RT如表所示，雷击损失包括人员生命的损失、社会财富、文化财富的损失。容许风险的典型值R
25、T损失类型RT人员生命的损失105公众服务设施的损失103历史文化遗产的损失103防雷的目的是降低风险RX，使之低于可容许的雷害风险RT，如果建筑物上产生不止一种类型的损坏，则必须保证每种类型都满足RXRT。各个区域的风险R1的值（数值10-6）Z1区（户外）Z2区（办公室）Z3区（消防）Z4区（机房）Z5区（会议室）建筑物RA000000RB00.390.780.780.782.73RU（P）000000RV（P）00.000280.000560.000560.000560.091RU（T)000000RV（T）00.0460.0920.0920.0920.322合计00.440.880.8
26、80.883.08各个区域的风险分量R1的组成部分（数值10-6）Z1区（户外）Z2区（办公室）Z3区（消防）Z4区（机房）Z5区（会议室）建筑物RD00.390.780.780.782.73RI00.050.10.10.10.35合计00.440.880.880.883.08RS000000RF00.440.880.880.883.08RO000000合计00.440.8820.06920.0693.08八宝煤业矿机关大楼由雷电闪击而造成人员伤亡的各类风险总量（1）总风险R1=RA+RB+RC+RM+RU+RV+RW+RZ=3.8930E-05（2）与损害源相关的风险由于直接雷击危险对建筑物
27、雷击危险的风险RD=RA+RB+RC = 3.8925E-05损害源为S2，S3和S4：RI=RM+RU+RV+RW+RZ =4.8113E-09（3）与损害类型相关的风险R=RS+RF+RO由于接触和跨步电压对人员伤亡损害的风险: RS=RA+RU =1.8505E-10由于物质损害的风险: RF= RB+RV =3.8925E-05+4.6262E-09 =3.8929E-05由于电气和电子装置失效的风险: R0=RM+RC+RW+RZ=0.0000E+00八宝煤业矿机关大楼项目雷击风险分析八宝煤业矿机关大楼风险值与最大风险可允许值比较八宝煤业矿机关大楼最大风险可允许值实际风险值是否合格人
28、员生命损失R1RT=110-53.893010-05不符合标准由上表可知，八宝煤业矿机关大楼的人员伤亡损失R1风险值高于最大风险可允许值，由以上计算可以看出，使风险值R1高于标准值的主要分量是RB，为3.8930E-05，影响风险分量RB的参数有年雷击次数ND，损害概率PB，损失量LB，年雷击次数受建筑物本身特性和周围环境影响，因此要想降低RB，可以安装直击雷防护措施，降低PB。当安装第三类防雷建筑物安装直击雷防护措施时，PB由1降低至0.1，此时风险分量RBRB =NDPBhrPrfLf=3.8675E-06总风险R1=RA+RB+RC+RM+RU+RV+RW+RZ =3.8753E-06当
29、按此方案采取完善措施后：表2.5 八宝煤业矿机关大楼完善防雷措施后风险值比较八宝煤业矿机关大楼最大风险可允许值实际风险值改善后风险值是否合格人员生命损失R1RT=110-53.893010-053.897310-06符合标准由上述计算可得八宝煤业矿机关大楼采取相应的完善措施入后人员生命损失R1将明显小于最大风险可允许值。评估结果根据国际防雷标准规定：雷击造成人员伤亡损失的最大风险可容许值 RT=110-5，而在本项目中由雷击造成的人员伤亡损失风险R1=3.0810-6 RT（110-5）。故此广场需要对建筑物进行防雷保护。防雷设计施工指导意见 可以采用以下方案作为保护措施:1) 用类的LPS对建筑物进行保护。为电力和电信系统安装LPL为级的配合的SPD保护。2) 对建筑物突出屋面的金属梯作于避雷带的电气连接。3) 在变压器低压侧装的SPD，其支路上应设短路保护器，并与主进断路器之间有选择性4) 由室外引入或由室内引至室外的电力线路、信号线路、控制线路、信息线路等在其入口处的配电箱、控制箱、前端箱等引入应装SPD。5) 建筑物做总等电位连接，在变配电所内安装一个总等点位连接端子箱，将所有进入建筑物的金属管道、金属构件、接地干线等于总等电位端子箱有效连接。6) 在电气竖井的照明配电箱和动力配电箱的进线断路器处装设防止电气火灾的漏电电流保护器。 八 宝 煤 业 2012年7月1日
