已有建筑物雷击风险评估中几个问题的探讨

李洪峰 刘 敏

(浙江省防雷中心,浙江杭州310017)

0 引 言

2005年IEC发布了建筑物的雷击风险评估标准,各地先后展开雷击风险评估工作,大部分都是在设计阶段的评估。由于相关技术标准出台不久,雷击风险评估还处于起步阶段,实际操作中对技术规范理解有偏差,评估不够精细,量值不够准确等问题比较普遍,但随着雷击风险评估业务的开展,规范化、精细化的要求显得越来越紧迫。

现在对已有建筑物的雷击风险评估客观上存在很大的社会需求。已有建筑物已经投入使用,其使用性质、内部设备、防雷装置等很可能发生了改变,评估参数的获取更加复杂,操作过程中经常会遇到不同的问题。为了使对已有建筑的雷击风险评估过程更加科学合理,评估结果更加精确,在此对评估中的几个问题进行探讨,希望对大家的雷击风险评估工作有所借鉴。

1 已有建筑物的雷击风险评估的意义

1.1 已有建筑物的雷击风险评估的必要性

雷击风险评估可以分为以下两种情形：第一,风险事件发生之前(建筑物还处在规划设计阶段);第二,风险事件发生之后(建筑物已经建成并已投入使用)。第一种情况下,因为建筑物还处在规划设计阶段,雷击风险评估的依据只能是设计(规划)图纸,相关评估数据的获取比较单一,评估过程也比较程式化。而第二种情形的雷击风险评估相对比较复杂,已有建筑物可能会因为各种原因,其使用性质、内部装置、人员分布以及对周边环境的影响可能会和当初设计有变化。有些做过防雷工程的建筑物遭受过雷击,造成了雷击灾害,有的甚至是反复遭受雷击灾害。这种情况下定性地分析雷击风险源是远远不够的,必须对建筑物做全面的雷击风险评估,对各种风险量量化,对症下药,有针对性的采取防护措施,更为经济和有效。从这些方面讲,对已有建筑实施风险评估更加具有针对性和现实意义。

1.2 已有建筑雷击风险评估与常规雷击风险评估的几点区别

已有建筑物雷击风险评估与常规雷击风险评估流程虽然相似,但是具体操作上有很大不同,主要有以下几方面的区别：

(1)评估所需的资料

已有建筑物评估因子值的获取和设计阶段的有很大区别,以现场勘测获取原始数据为主,设计图纸只能当作参考,比直接从设计图纸获取参数要复杂。有些建筑建造年代久远,没有设计图纸可供参考,这就要求所有的数据资料必须现场勘测获取。现场勘测应注意以下几个方面：线路的布设走向、线路的屏蔽和等电位连接、设备的接地和等电位连接、接闪器的布设和接地、SPD的安装情况和有无爆炸危险物品及其分布情况等。

我们在做评估之前需要对被评估的对象及其服务设施有全面的了解：包括其用途、重要性、所处环境、所在地的气候特点和雷暴活动、有无雷灾历史等信息。如果有雷灾历史的,应该先调查了解雷灾情况,并且在评估报告中反映出来。在评估报告中反映上述资料也是有必要的。

(2)现场勘测需要的主要仪器装备

对已有建筑物的评估现场勘测所用到仪器装备会比常规的评估要多很多,主要用到的仪器和装备有：GPS定位仪、土壤电阻率测试仪、等电位测试仪、接地电阻测试仪、数码相机、激光测距仪等。如果是已经发生了雷击灾害需要雷灾调查就还需要剩磁仪等技术装备。对于被评估对象所处环境、有无防雷装置、防雷装置的参数、安装位置等都需要有详细记录并且拍照。

(3)风险处理方案的选择

对超标风险的处理,可能会有多种方案可以选择,实施每种方案都会付出经济成本,所以进行防护方案成本的比较是不可或缺的环节。在G B/T 21714-2008中有评价保护措施的成本效率的流程(见 G B/T 21714-2008 5.6)。

在选择降低风险值方案的时候,和对设计阶段的评估有所不同。对设计阶段进行评估时,风险值超标可以修改设计来降低,有很大的自由度。对于已建成的建筑物,首先要考虑方案的可行性,毕竟对已建成投入使用的建筑物做大的整改已经不太现实;然后还要考虑方案的经济性,改造成本也都应该计入 CPM;最后经过比较,选择实施较经济的雷击风险处理方案。

2 已有建筑物雷击风险评估中应该注意的几个问题

2.1 评估因子的量值问题

2.1.1 线路屏蔽

线路屏蔽在设计图纸中一般只在某些电气施工图说明中简短提到,有的甚至不提及。在雷击风险评估中,线路屏蔽是很关键的一个因素,已有建筑物的风险评估,线路屏蔽性能是要勘测的重点之一。线路屏蔽性能不仅要查看线路是否有屏蔽层,还要测量其屏蔽层的等电位连接情况和单位长度电阻。如果测量其屏蔽层单位长度电阻有困难,也可以根据屏蔽线缆的型号,查到该型号电缆的电气参数,对照 G B/T 21714.2-2008表B.6取值计算。我们在实际的评估中经常会遇到这样的情况：图纸上设计要求采用屏蔽电缆,但是在实际勘查中发现,并没有使用屏蔽电缆,或者虽然采用了屏蔽电缆,但是由于屏蔽层没有做等电位连接,或者连接不良,起不到屏蔽效能。对于没有起屏蔽效能的屏蔽电缆应作为非屏蔽电缆对待。

2.1.2 内部布线

按照 G B/T 21714.2-2008表B.5取值,确定 KS3。这里要注意导线构成环路面积的大小和屏蔽层的单位长度电阻,这两个参数决定了环路中感应电压、电流的能量的大小。现场勘查中,线路(电源和信号线路)的布线情况不能忽视,一定要查清线路走向和布设方式,确定其构成环路面积。很多业主为了美观,将局部冗长的线路绕成多匝线圈,这种情况是经常遇到的。这种做法很不妥,例如一捆绕成半径0.5 m的线圈,一匝的感应面积约为0.79 m2,绕20匝,其等效感应面积就为15.71 m2,计算环路面积时,这部分面积也应该计入,这点在现场勘测中应该引起重视。

2.1.3 配合SPD的判定

在常规的设计阶段雷击风险评估中,设计图纸上设计多级SPD保护,一般只判断SPD的设计是否配合,实际设计安装情况无法得知,有很大局限性。而在对已有建筑物评估时,不仅要检查SPD的参数,还需要检查SPD的安装情况。在SPD安装情况检查中,可能会出现以下常见问题：配电箱内装设有SPD模块,但是没有接入电路,形同虚设;SPD模块已经失效,没有更换;SPD连接线长度过长,或者截面积不符合要求;SPD安装位置不符合规范,接地线未接地等问题。对于安装不符合规范的情况,都不能判定为配合的SPD。对SPD的现场勘察时,应该记录下已安装SPD的型号、参数、安装位置、保护对象、距离等因素,画出线路图并且结合线路图拍下照片。

2.2 评估计算过程中的几个问题

2.2.1 建筑物等效截收面积Ad的计算

对于形状简单(可视为平行6面体)的建筑物截收面积的计算有很明确的计算公式,这里不再赘述。实际评估中,我们会碰到比较复杂的建筑,原建筑物屋顶加设通讯铁塔的情况比较常见。对于较复杂的建筑物的截收面积的计算算法虽然简单,计算过程却比较繁琐,容易出错。如果对于不太精确的做法,G B/T21714.2-2008 A.2.1.1中给出用以最高突出部分高度Hp计算的方法,并且说明Amin和突出部分截收面积相比以较大值作为截收面积也是可接受的。笔者认为此方法在某些情况下(例如图1中建筑物占地面积较大,形状不规则,屋顶安装有铁塔)会产生很大的偏差,影响到评估结果的准确。这种情况下利用CAD里面的面积自动计算工具可以方便快捷并且精确的计算出截收面积Ad。如图1中所示的不规则形状建筑物,其准确的截收面积应该是铁塔截收面积和高度为H=Hmin截收面积的并集。线路“a”端的截收面积也可以利用CAD工具计算。

图1 确定形状较为复杂的建筑物的截收面积 Ad

2.2.2 地闪监测数据的应用

为更加科学准确地确定雷击大地密度Ng,在评估计算中需要利用地闪定位资料。在G B/T 21714.2-2008附录A提到“在世界上的很多地区,这个数值由地闪定位网络系统提供。注：如果没有 Ng的分布图,在温带地区,可以作如下估算 Ng≈0.1×Td”。规范中明确有条件的应优先使用地闪定位网资料,只有在没有地闪资料的温带地区才适用 Ng的计算公式。浙江属于典型的亚热带季风气候,而规范中没有针对亚热带地区的 Ng计算公式,目前很多评估中仍按照此公式计算 Ng。浙江省于2007年建成了全省地闪定位网,积累了2007年以来的地闪数据。虽然只有3 a的数据量,但可用来参照计算被评估对象点的地闪密度。考虑到定位系统有一定误差和密度的区域代表性,可以被评估对象的GPS定位点为中心,计算半径5 km区域地闪平均密度(见图2)。

图2 某被评估建筑物2007年半径5 km的地闪分布

各地气象资料中,有多年积累的雷暴日数据计算得来的年平均雷暴日 Td。结合年平均雷暴日数据和地闪监测数据,可取 Ng=max{0.1×Td,半径5 km区域地闪平均密度}。在涉及安全的评估中,按照较大值取值的方法是较为科学的,也是通行的做法。

以后随着地闪数据的逐年积累,绘制的地闪密度分布图也将会更加科学合理。

3 结 语

已有建筑物的雷击风险评估比较复杂,需要考虑的因素很多,现场勘查准确地获取原始数据和各个因子的量值是关键的一步。以上是已有建筑物雷击风险评估中经常遇到的问题,科学准确的处理这些问题,有助于以后的雷击风险评估工作的规范化和精细化。由于笔者开展雷击风险评估工作时间有限,涉猎浅薄,其中难免会有偏差,有待今后工作中进一步提高。

[1] 全国雷电防护标准化技术委员会.雷电防护第2部分风险评估 G B/T 21714.2-2008/IEC 62305-2 ：2006.北京 ：中国标准出版社,2008.

[2] 全国雷电防护标准化技术委员会.雷电防护第3部分建筑物的物理损坏和生命危险 G B/T 21714.3-2008/IEC 62305-2：2006.北京：中国标准出版社,2008.

[3] 全国雷电防护标准化技术委员会.雷电防护第4部分建筑物内电气和电子系统G B/T21714.4-2008/IEC62305-2：2006.北京：中国标准出版社,2008.

[4] 四川省建设厅.建筑物电子信息系统防雷技术规范 G B 50343-2004.北京：中国建筑工业出版社,2004.

[5] 机械工业部.建筑物防雷设计规范 G B 50057-94(2000年版).北京：中国计划出版社,2000.