雷击风险评估案例——某综合楼建设项目雷电灾害风险评估.doc
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1、XX综合楼建设项目雷电灾害风险评估报告XX市XX综合楼建设项目雷电灾害风险评估报告引言 XX市气象信息技术服务有限公司受XX市XX建设发展有限公司的委托,依据XX省气象灾害防御条例等法律法规的要求,对XX市XX综合楼建设项目进行雷电灾害风险评估。考虑该建设项目的地理位置距离最近的国家气象观测站为XX国家气象观测站,确定本次评估的典型代表站为XX国家气象观测站,并依据其观测资料进行分析评估。为了精确计算和分析闪电发生的强度和频率,引用了XX地区闪电观测资料,在此基础上对XX市XX综合楼建设项目雷电灾害影响进行风险评估,形成本报告。第一章 评估依据1、中国气象局18号令气候可行性论证管理办法第五条
2、:气象主管机构应当根据城乡规划、重点领域或者区域发展建设规划编制需要,组织开展气候可行性论证。规划编制单位在编制规划时应当充分考虑气候可行性论证结论。2、中国气象局8号令防雷减灾管理办法第五章第二十七条:各级气象主管机构应当组织对本行政区域内的大型建设工程、重点工程、爆炸危险环境等建设项目进行雷击风险评估,以确保公共安全。3、江苏省气象灾害防御条例第二章第十条规定:气象主管机构应当依法组织对城市规划编制、重大工程建设、重大区域性经济开发项目进行气候可行性论证,对雷电灾害风险作出评估。4、XX市防雷减灾管理办法(泰政发2006161号文件)第二章第七条:市、市(县)气象主管机构应当组织对本行政区
3、域内的大型建设工程、重点工程、爆炸危险环境等建设项目进行雷击风险评估,以确保公共安全。5、技术规范标准(1)国家标准建筑物防雷设计规范GB50057-94(2000版)(2)国家标准建筑物电子信息系统防雷技术规范GB50343-2004(3)国家标准GB/T21714.22008 雷电防护 第2部分:风险管理(4)气象行业标准QX/T85-2007雷电灾害风险评估技术规范(5)国家标准GB/T17949.1-2000接地系统的土壤电阻率、接地阻抗和地面电位测量导则 第1部分:常规测量(6)国家标准GB50054-95低压配电设计规范(7)国家标准GB/T50314-2006智能建筑设计标准(8
4、)国家标准电子计算机机房设计规范GB50174-1993(9)国际电工委员会(IEC)标准Protection of Structures against LightningIEC 62305-2(10)国际电工委员会(IEC)标准Protection against lightning electromagnetic impulse(雷电电磁脉冲的防护)IEC 61312(11)公安部标准计算机信息系统防雷保安器GA173-1998(14) 第二章 项目概况及所属地区地理环境、气候特征1 项目简介XX市XX综合楼建设项目位于引江大道的西侧,姜寺路的南侧。该项目的西、南、北面环田,东侧为西气东
5、输。距离该建筑项目的东侧60米的是324平米的方形防空火炬用地。XX市XX综合楼为5F,包括户籍档案室、信息采集室、调解室、库房、餐厅和训车室等。在项目的左侧为公安附属用房,右侧为消防附属用房。工程项目平面图如下: 2 项目所属地区地理环境、气候特征介绍XX市海陵区位于东经11938至12038,北纬3155至3312。地处江苏省腹部,宁(南京)通(南通)公路(328国道)中段,卤汀河、南官河、泰东河、引江河、新通扬运河、老通扬运河六条航道的交会点。西邻江都市,北、东与姜堰市接壤,南连高港区。XX属亚热带湿润季风气候,季风环流是支配境内气候的主要因素,四季分明,雨水充沛。其主要气候特征为:(1
6、)季风盛行,四季分明,雨量丰沛。秋冬盛行东北偏北风,春夏盛行东南风,平均年雨量1033.6mm,但年际变化大,最多年1991年1796.0mm,最少年1978年395.6mm,旱涝不均。根据1955-2006年资料统计,XX地区24小时最大降水量186.3mm、3小时最大降水量110.3mm、1小时最大降水量71.5mm和 10分钟最大降水量28.6mm。(2)光照充足、热量丰富、雨热同季。平均年日照2177.9小时,年平均气温15.0,平均无霜期225天,68月雨量占年降水量的46.4%。(3)冬冷夏热,春温多变,秋高气爽。最热月 (7月) 平均气温27.0,极端最高气温39.4,最冷月 (
7、1月) 平均气温2.0,极端最低气温-19.2,春秋宜人但时间短暂。(4)灾害性天气频繁。一年四季均有灾害性天气发生,XX主要灾害性天气有:暴雨、大风、连阴雨、雷暴、台风、雷电、龙卷风、冰雹、飑线、寒潮、霜冻、暴雪、雾、高温、洪涝等。XX冬季和秋季盛行东北偏北风,春季和夏季多吹东南风,全年以东南偏东风出现的频率最高。偏北风的风速明显大于偏南风,每个季节的各项风速统计中均有此特征表现。年平均风速3.2m/s,以3月的平均风速3.7 m/s最大,4月的平均风速次之。XX历年极大风速(瞬时)40 m/s。3 资料统计方法本评估工作的资料以XX国家气象观测站资料为基础,统计方法遵照中国气象局制定的“气
8、候资料统计分析”的有关规定,观测数据获取方法符合有关气象观测规范。XX国家气象观测站由中国气象局相关部门根据有关规范设置,其观测资料能够较好地反映该工程区域的气候特征。我们根据实地考察绘制出XX市XX综合楼建设项目和XX国家气象观测站之间的示意图片:第三章 雷击风险评估概述1 雷电危害概述雷电是发生在大气中的声、光、电物理现象,其放电电流可达数十千安培,甚至数百千安培。放电瞬间,雷电流产生巨大的破坏力和很强的电磁干扰作用,引起的灾害是自然界十大灾害之一。雷云对地放电,能够对地面上的建筑物和设施构成严重危害,其危害主要分为两类:直接危害和间接危害。直接危害主要表现为雷电引起的热效应、机械效应和冲
9、击波等;间接危害主要表现为雷电引起的静电感应、电磁感应和暂态过电压等。雷云对地放电时,强大的雷电流从雷击点注入被击物体,其热效应可使雷击点周围局部金属熔化;当雷电击中输电线路时,可将其熔断。这些都属热效应,如果防护不当,就会酿成火灾,带来更大的损失和灾难。雷电机械效应所产生的破坏作用主要表现为两种形式:电动力和内压力。众所周知,载流导体周围的空间存在着电磁场,在电磁场中的载流导体会受到电磁力的作用。雷击建筑物时,在电动力作用下,建筑物内的导体之间会相互吸引或排斥,引起变形,甚至会被折断。在被击物体的内部产生内压力是雷电机械效应破坏作用的另一种表现形式。由于雷电流幅值很高,作用时间很短,击中建筑
10、构件时,在其内部瞬时产生大量热量,在短时间内热量来不及散发出去,致使物体内部的水分被大量蒸发成水蒸气,并迅速膨胀,产生巨大的爆炸力,能够使被击建筑构件崩塌。雷电产生的冲击波类似于爆炸产生的冲击波。在雷云对地放电过程的回击阶段,放电通道中既有强烈的空气游离又有强烈的异性电荷中和,通道中瞬时温度很高,使得通道周围的空气受热急剧膨胀,并以超声波向四周扩散,从而形成冲击波。同时,通道外围附近的冷空气被严重压缩,在冲击波波前到达的地方,空气的密度、压力和温度都会突然增大,产生剧烈振动,可以使其附近的建筑物遭到破坏,人、畜受到伤害。雷电的静电感应和电磁感应作用均属于雷电的间接危害。当空间有带电的雷云出现时
11、,雷云下的地面及建筑物等,都因静电感应而带上相反的电荷。从雷云的出现到发生雷击(主放电)所需时间相对于主放电过程的时间要长得多,雷云下的地面及建筑物等有充分的时间累积大量电荷。当雷击发生后,局部地区的感应电荷不能在同样短的时间内消失,形成局部高电压。这种由静电感应产生的过电压对接地不良的电气系统有很强破坏作用,使接地不良的金属器件之间发生火花,这对易燃易爆场所而言,是非常危险的。雷电流具有很高的峰值和波前上升陡度,能在所流过的路径周围产生很强的暂态脉冲电磁场,处在该电磁场中的导体会产生感应过电压(流)。建筑物内通常敷设着各种电源线、信号线和金属管道(如供水管、供热管和供气管等),这些线路和管道
12、常常会在建筑物内的不同空间构成环路。当建筑物遭受雷击时,雷电流沿建筑物装置中各分支导体入地,流过分支导体的雷电流会在建筑物内部空间产生暂态脉冲电磁场,脉冲电磁场交链不同空间的导体回路,会在这些回路中感应出过电压和过电流,导致设备接口损坏。雷电流产生的暂态脉冲电磁场不仅能在建筑物内的导体回路中感应过电压和过电流,而且也能在建筑物之间的通信线路中感应出过电压和过电流。随着城市现代化的不断发展,科学技术的不断进步,智能建筑迅猛发展,各类信息系统得到广泛应用,特别是超大规模集成电路的应用,极大的提高了工作效率。但是,这些电子设备普遍存在着绝缘强度低、过电压和过电流耐受能力差、对电磁干扰敏感等弱点,一旦
13、建筑物受到直接雷击或其附近区域发生雷击,雷电过电压、过电流和脉冲电磁场会通过供电线、通信线、接收天线、金属管道和空间辐射等途径侵入建筑物内,威胁室内电子设备的正常工作和安全运行。如防护不当,这些雷害轻则使电子设备误动作,重则造成电子设备永久性损坏,严重时还可能造成人员伤亡。XX地处长江北岸,由于冷暖空气时常在此交汇,所以XX为多雷区,根据对XX地区1959年至2009年人工观测资料统计分析,雷暴集中在夏季,占69.6%,春季次之,占19.6%,冬季最少。雷暴初日:平均3月14日,最早1月1日,最晚5月30日。雷暴终日:平均10月1日,最早8月25日,最晚12月31日。雷电灾害个例分析2009年
14、6月21日雷雨大风过程闪电定位资料分析“090621雷雨大风”过程的闪电定位仪观测的闪电强度变化来看,在18点58分瞬间闪电强度达到了-39.8KA,在局部地区的某个时段很有可能造成较大的危害。2009年6月21日XX地区闪电定位仪观测闪电强度变化曲线(KA)2009年6月21日雷雨大风过程灾情分析受冷暖空气共同影响,XX6月21日下午17时30分左右出现雷雨大风, 开发区寺巷镇一位57岁姓孙的女性遭雷击身亡。2 雷击风险评估目的XX市XX综合楼建设项目投入使用后内部人员较多、密集,对其进行雷击灾害风险评估,目的是分析建设项目遭受雷击损害的可能性,计算雷击人员生命损失风险,并与风险允许值比较,
15、判断是否需要采取防雷措施,以及防雷措施应达到的防护等级,指导防雷设计与施工。同时在报告中提出科学、经济、符合项目特性的防雷措施,以降低雷击风险,使雷击风险在可接受的范围内,确保建筑物内的人员生命及财产的防雷安全。第四章 大气雷电环境评价1 雷电参数1.1 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暴日。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。根据XX地区1959年至2009年气象资料统计可知,本地区年平均雷暴日为
16、34.1天,年最多雷暴日数为54天。1.2 地闪密度地闪密度是指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。以下雷电资料取自江苏省雷电监测网,以在XX市XX综合楼建设项目位置附近现场测量的地理参数为基准点,以3.5km为半径,提取4年(20062009)地闪资料,进行统计分析。根据图4-1,可得到建设项目3.5km半径范围内4年(20062009)最大地闪密度约为6次/km2a,该值作为评估时的地闪密度。图4-1 建设项目3.5km半径范围4年(20062009)地闪密度分布图从江苏省雷电监测网提取的4年
17、(20062009)在建设项目3.5km半径的地闪资料可知,建设项目3.5km半径区域范围内4年观测到的雷电流幅值为136.2kA,平均雷电流值为30.2kA。1.3 地闪季节变化规律图4-2 建设项目3.5km半径范围4年(20062009)地闪月平均分布概率图图4-2是根据建设项目3.5km范围4年(20062009年)地闪数据绘制的月均分布图,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39、11月,其中6、7、8月份为地闪高发期,80%以上的地闪都发生在这三个月份;35、9、11月份为地闪多发期,约20%的地闪发生在这五个月,1、2、10、12月份基本没有地闪发生。1.4 地闪
18、时变化规律图4-3 建设项目3.5km半径范围4年(20062009)地闪时平均分布概率图图4-3是根据建设项目3.5km范围4年(20062009年)地闪数据绘制的日均分布图,从图中可得出地闪日均活动规律:该地域13、1320时为地闪多发时段,其中23、1314、1517时段雷电活动比较强烈。2 土壤电阻率本报告中所用的土壤电阻率数值来源于2010年7月23日在建设项目所在位置处现场采集的数据。现场勘测值为37.1(m),取季节系数为1.4,则=1.437.151.9(m)。第五章 雷击损害风险评估1 名词解释雷电灾害风险评估根据雷电及其灾害特征进行分析,对可能导致的人员伤亡、财产损失程度与
19、危害范围等方面的综合风险计算,为建设工程建设项目选址和功能分区布局、防雷类别与防雷措施确定等提出建设性意见的一种评价方法。防雷装置 LPS接闪器、引下线、接地装置、电涌保护器及其他连接导体的总和。电涌保护器 SPD目的在于限制瞬态过电压和分走电涌电流的器件。它至少有一非线性元件。防雷区 LPZ需要规定和控制雷击电磁环境的那些区域。土壤电阻率表征土壤导电性能的参数,为单位体积土壤的阻抗。雷击损害概率 PX一次雷击事件导致需保护对象受损的概率。雷电灾害损失 LX一次雷击事件引起的与某种损害类型相对应的平均损失量。雷击风险 R雷击可能引起的年平均可能损失量(含人员和财物),与需保护对象的价值有关。雷
20、击风险分量 RX取决于损害源类型和损害类型的部分风险。雷击容许的风险 RT需保护对象能够容许的雷击最大风险值。2 雷击损害风险评估方法2.1 总的方法损害源雷电流是根本的损害源。损害源根据雷击点位置可以划分为:S1:雷击建筑物;S2:雷击建筑物附近;S3:雷击入户线路;S4:雷击入户线路附近。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。损害类型可划分为以下三种:D1:生物伤害;D2:物理损害;D3:电气和电子系统失效。损失类型根据需保护对象特性的不同,雷击可能会引起各种损失。损失类型可划分为以下四种:L1:人员生命损失;L2:公众服务损失;L3:文化遗产的损失;L4:经济损失(建
21、筑物及其内存物、服务设施的损失以及活动中断的损失)。表5-1按照雷击点区分的损害源、损害类型和损失类型雷击点损害源建筑物电力和通信线路损害类型损失类型损害类型损失类型S1D1D2D3L1,L42)L1,L2,L3,L4L11),L2,L4D2D3L2,L4L2,L4S2D3L11),L2,L4S3D1D2D3L1,L42)L1,L2,L3,L4L11),L2,L4D2D3L2,L4L2,L4S4D3L11),L2,L4D3L2,L4注1:1)是指仅对于具有爆炸危险的建筑物或医院或其他内部系统的失效马上会危及人员生命的建筑物注2:2)是指仅对于可能出现牲畜损失的情况风险R与损失类型相对应,有四种
22、风险:R1:人员生命损失风险;R2:公众服务损失风险;R3:文化遗产的损失风险;R4:经济损失风险。2.2 建筑物的风险组成对于建筑物来讲,取决于雷击点位置的下列风险组成必须加以考虑:a)损害源为S1型时,雷击建筑物引起的风险分量RA:在建筑物户外距离建筑物3m以内的区域中与接触电压和跨步电压造成生物伤害有关的风险分量。RA=NDPALARB:与建筑内因危险火花放电触发火灾或爆炸有关的风险分量。RB=NDPBLBRC:与LEMP造成内部系统失效有关的风险分量。RC=NDPCLCb)损害源为S2型时,雷击建筑物附近引起的风险分量RM:与LEMP造成内部系统失效有关的风险分量。RM=NMPMLMc
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