杭州市酒店雷电灾害特征及防雷装置问题分析*

邢天放 张卫斌* 郑文佳 任 勇 王 皓

(1.浙江省气象安全技术中心,浙江 杭州 310008;2.杭州市气象安全技术中心,浙江 杭州 310051)

0 引 言

雷电灾害是联合国公布的10种最严重的自然灾害之一,也是目前中国十大自然灾害之一。浙江省是雷电灾害高发的省份,每年雷击造成的人员伤亡、经济损失影响巨大。2007—2013年浙江省雷电灾害受损行业统计数据表明:发生一次雷电灾害,导致住宿、餐饮和旅游行业的直接经济损失约为6.69万元,位于10类行业中的第三位[1-2]。杭州作为休闲旅游度假名城,酒店行业发展迅猛,特别是在G20杭州峰会召开后,不仅酒店数量有所增加，而且国际化程度不断提高。据统计,截至2018年末,杭州全市注册在营的酒店有741家,其中星级饭店有145家[3]。酒店作为人员较为密集的场所,加强对其雷电灾害及防护的研究分析是十分必要的。目前,大多数研究人员主要是对某地区某时间段内的雷电灾害整体情况进行研究分析、评估等,对特定对象或行业雷电灾害及其防护情况的分析研究较少,尚没有对酒店行业雷电灾害及其防护的研究分析[4-6]。

基于以上事实,本文根据1998—2018年杭州市雷电灾害资料和G20杭州峰会接待酒店防雷检测数据资料，对酒店雷电灾害和防雷装置存在的问题进行数理统计与分析,为杭州市酒店行业雷电灾害的防护等工作提供重要的科学依据。

1 杭州雷电活动规律概况

杭州地处亚热带季风气候区,是雷电活动发生频繁的区域,年平均雷暴日数为34 d,属于中雷区,其雷电密度高,闪电强度大,雷电灾害多发。根据浙江省ADTD闪电监测定位系统数据资料统计分析可知，杭州市近10 a共发生地闪48万余次,其中负地闪占比为96.33%,平均负地闪电流强度为35.59kA,平均正地闪电流强度为53.26kA,春、夏季地闪较多,地闪高发时段集中在午后和傍晚[7-9]。

2 酒店雷电灾害特征分析

2.1 时间分布特征

由杭州市雷电灾害统计资料可知，1998—2018年杭州市共发生酒店雷电灾害84次。由酒店雷电灾害年分布图(图1)可知,1998—2018年杭州市酒店雷电灾害发生次数随年份的变化不太规律,但整体上有增加的趋势;雷电灾害发生次数最多的年份为2012年和2015年,均为8次;1998—2018年杭州市酒店雷电灾害发生次数的年平均值为3.95次。

图1 1998—2018年杭州市酒店雷电灾害年分布图

由1998—2018年杭州市酒店雷电灾害月分布(图2)可知,杭州市酒店雷电灾害均发生在每年的2—10月,其他月份没有发生;酒店雷电灾害的发生具有明显的季节性特点,即春季(3—5月)和夏季(6—8月)是酒店雷电灾害的高发期,其占比总和为89.16%;夏季是酒店雷电灾害发生最多的季节,其占比为59.04%,这主要是由于杭州地处亚热带季风气候区,夏季天气炎热,温湿气流旺盛,对流活动比较频繁,容易造成雷电灾害的发生。

图2 1998—2018年杭州市酒店雷电灾害月分布图

2.2 空间分布特征

杭州地形复杂多样,西部属于浙西丘陵区,主干山脉有天目山等;东部属于浙北平原,地势低平,河网密布,湖泊密布。分析1998—2018年杭州市酒店雷电灾害发生区域占比可知，杭州市酒店雷电灾害的发生具有较显著的地域分布特点,整体上西部丘陵地区比东部平原地区发生比例高很多。其中,占比居前3位的淳安县、富阳区、临安区均属于西部丘陵地区,其占比总和为71.08%。此外,杭州上城区、西湖区和萧山区的酒店雷电灾害也相对较多。

在整理数据资料中发现,1998—2018年杭州市有多个酒店发生过多次雷电灾害。由表1可知，发生多次雷电灾害的酒店均在杭州西部丘陵地区;发生多次雷电灾害的酒店均位于水域的周边,而且周边水域范围越大或离水域越近的酒店，发生雷电灾害的次数越多。

表1 杭州市发生多次雷电灾害的酒店情况

造成以上这种空间分布特征的主要原因可能有以下两点:一是杭州西部丘陵地区整体建筑物密度和高度均比东部平原地区低,位于东部平原地区的酒店更易受到周边高大建筑物的保护，降低了其遭受雷击损害的概率;二是发生多次雷电灾害的酒店多分布在水陆交接的千岛湖、富春江、钱塘江周边,这些酒店周边多为空旷区域，周边土壤电阻率畸变较大,由于雷击的选择性,雷击更容易发生在水陆交界的区域,大大增加了该区域酒店遭受雷击损害的概率。

2.3 地闪密度分布特征

浙江省ADTD闪电监测定位系统于2007年投入业务试用,已并入全国闪电监测网稳定运行10多年。该系统由分布在全省的11个监测站点组成,通过测向法、时差法以及测向时差混合法等进行地闪定位探测,系统为雷电灾害事故调查鉴定、雷电灾害风险评估、雷电公共和专题监测服务等提供了较好的科技支撑。本文基于2007—2018年的闪电监测资料，研究分析了杭州市地闪密度分布情况(图3)。杭州市地闪分布存在明显的地域性差异,总体上呈“东西高中间低”的分布趋势,表现为两大片、若干点状分布,片状高密度区主要分布在富阳、萧山南部以及淳安、建德西部。

图3 2007—2018年杭州市地闪密度分布图(审图号:浙S(2021)41号)

发生多次雷电灾害的酒店位置,均分布在富阳区和淳安县。其中,富阳区的两家酒店所在位置为该区地闪密度的高值中心,淳安县的4家酒店处在高密度区的边缘,总体来说,这6家酒店所在地区均易发生闪电。6家酒店地处丘陵地带,且多位于大型水域的周边,易遭受雷击。此外,酒店发生雷灾次数的多少可能还与酒店自身防雷措施和地闪电流强度等因素有关。

2.4 损失特征分析

根据雷电灾害级别划分标准和杭州市酒店雷电灾害资料统计分析可知，1998—2018年杭州市酒店雷电灾害均造成了一定的经济损失,但未造成人员伤亡,灾害级别属于一般雷电灾害,其中个别雷电灾害造成的经济损失较大,级别接近于较大雷电灾害[10]。下面对雷电灾害造成的直接经济损失和酒店系统设备损坏情况进行进一步分析。

图4为1998—2018年杭州市酒店雷电灾害造成的直接经济损失统计图。经分析可知，历年雷电灾害造成直接经济损失的平均值为8.41万元,单次雷电灾害造成直接经济损失的平均值为2.13万元。历年雷电灾害造成直接经济损失的最大值是2000年的35.54万元,单次雷电灾害造成直接经济损失的最大值也是发生在2000年,其损失值近20万元,灾害级别接近于较大雷电灾害。此外,1998—2018年杭州市酒店雷电灾害造成的直接经济损失与雷电灾害次数有一定的关联。

图4 1998—2018年杭州市酒店雷电灾害造成的直接经济损失统计图

雷电灾害对杭州市酒店造成的直接经济损失主要表现在对其系统设备的损坏。从图5可知，造成损坏较多的是通信设备、监控设备和计算机系统设备。这主要是因为通信设备、监控设备和计算机系统设备均为电子信息系统设备,更容易受到雷击电磁脉冲和闪电电涌侵入损坏。

图5 1998—2018年杭州市酒店雷电灾害造成设备损坏占比图

3 防雷装置问题分析

2016年为保障G20杭州峰会的安全召开,我们严格按照国家相关规范和技术标准的要求,对近50家G20杭州峰会接待酒店(以下简称G20接待酒店)的防雷装置进行了统一、全面的检测。为便于分析,首先将G20接待酒店防雷装置存在的问题按照综合防雷系统(图6)措施类别进行分类,然后根据分类数据进行统计分析[8，11-12]。

图6 综合防雷系统框图

通过数据统计分析发现，仅有不足10%的G20接待酒店防雷装置不存在问题。图7为G20接待酒店防雷装置各措施存在问题占比图。由图7可知，在各项防雷措施中均有存在问题的酒店防雷装置;除引下线、合理布线防雷措施外,酒店防雷装置在其他防雷措施中出现问题的占比均超过50%;酒店防雷装置中存在问题最多的是接地装置和屏蔽措施。下面将对每一项防雷措施存在的问题进行单独统计分析。

图7 G20接待酒店防雷装置各措施存在问题占比图

3.1 外部防雷措施问题分析

图8为存在接闪器问题酒店的占比图,通过该图结合现场检测记录发现，具体问题主要有以下3点:第一,保护范围和未与引下线、屋面金属物等电气连接两方面的问题最为突出,各占29.41%。其中,保护范围问题主要是酒店的屋檐、檐角未处于接闪器的保护范围内或屋面无金属外壳、保护网罩的用电设备未处于接闪器的保护范围内;而未与引下线、屋面金属物等电气连接问题，主要是屋顶上，永久性金属物(如栏杆)未与引下线及其接地装置形成电气贯通，接闪器未与屋顶外露的其他金属物形成电气连接。第二,未设置接闪器的酒店主要是建造时间较早的低矮仿古式、花园山庄式酒店,该部分酒店在早期未设计安装接闪器。第三,部分酒店从未进行过防雷装置检测与维护，出现了接闪器倒伏、断裂以及严重锈蚀等敷设状况与连接工艺等方面的问题。

图8 存在接闪器问题酒店的占比图

在该次防雷检测中，大部分的酒店采用建筑物柱内主筋作为暗敷引下线,而存在问题的引下线主要是明敷引下线。其问题主要有两方面:一方面,部分从未进行过防雷装置检测的酒店,通过此次检测发现其引下线的接地阻值超标;另一方面,部分酒店的明敷引下线未设置防接触电压和跨步电压措施。

在接地装置方面,最突出的问题是酒店监控机房、消控机房、电信机房等的电气电子设备以及酒店大门进出口处或院内的杆式监控设备未设置安全保护接地，或其安全保护接地电阻值超标,其占比总和达78.57%。若其周边有雷击发生,可能会对以上电气电子设备造成严重的雷电电磁脉冲或闪电电涌侵入损害,进而可能会对酒店的正常运行、安保工作以及人身安全产生严重影响和危害。

3.2 内部防雷措施存在的问题分析

屏蔽包括建筑物屏蔽、机房屏蔽、设备屏蔽以及线缆屏蔽。通过统计分析发现，在屏蔽措施存在的问题中，92.31%为线缆屏蔽问题，主要表现为线缆线槽未封闭、线缆屏蔽层未接地以及桥架金属线槽接地阻值超标等。

在等电位连接措施存在的问题中,61.29%为机房未设置等电位接地端子或机房等电位连接网络;25.81%为机房内部分设备未进行等电位连接;9.68%为屋面金属物未进行等电位连接;3.23%为机房设备、管道、桥架间等未设置等电位连接跨接线。

在合理布线措施方面,64.29%的问题为屋面线缆悬挂、缠绕在接闪器或其他金属物上;35.71%的问题为机房弱电线路与强电线路的线缆缠绕布置。

在安装浪涌保护器措施方面,首先是未安装浪涌保护器问题(图9),这主要表现在酒店低压电源线路引入的总配电箱(柜)处、屋面节日彩灯和航空障碍信号灯及其他用电设备线路的配电箱内，未按照相关标准规范要求设置浪涌保护器。其次是参数不符合要求的问题,主要表现在其浪涌保护器的级别或其电压保护水平不符合标准规范要求。而连接导线问题主要体现在其长度值超标或未按照短而直的要求布设。

图9 存在安装浪涌保护器问题的占比图

3.3 防雷安全管理问题

通过此次检测发现，部分酒店屋顶有较高的树木，并设有露天茶水、咖啡吧台,部分酒店临水区域设有水上休闲设施,部分酒店院内有距离建筑物较近且高于建筑物的高大树木或旗杆,在以上区域均存在防雷安全管理缺失问题。应该在雷雨天气加强对该部分酒店的防雷安全管理,防止雷击造成人员跨步、接触电压伤害或旁落闪击伤害。

4 结 语

根据以上数据资料分析,得出以下结论。

(1)由雷电灾害发生的时间分布可知,杭州市1998—2018年酒店雷电灾害平均发生次数为3.95次/a，且近年有增加的趋势。1998—2018年杭州市酒店雷电灾害均发生在每年的2—10月，且春季(3—5月)和夏季(6—8月)是雷电灾害的高发期,其占比总和为89.16%,这与杭州地闪多发生在春、夏季的特点相一致。此外,春、夏季也是杭州旅游的高峰期,游客较多,应提前加强对雷电易发区内旅游景点酒店的防雷检测与安全管理,以免酒店遭受雷电灾害造成人员恐慌或伤亡事件的发生。

(2)由雷电灾害的空间分布可知，第一,1998—2018年杭州市酒店雷电灾害的发生次数西部丘陵地区比东部平原地区要多,占比居前3位的淳安县、富阳区、临安区均属于西部丘陵地区,其占比总和为71.08%;第二,发生多次雷电灾害的酒店均在杭州西部丘陵地区，均位于水域的周边,而且周边水域范围越大或离水域越近的酒店，发生雷电灾害的次数越多。造成这种空间分布特点的主要原因，可能是与酒店所处区域的建筑物密度、周边水域环境和土壤电阻率畸变有关。此外,发生多次雷电灾害的酒店均处于地闪密度高值中心或高密度区边缘的闪电易发区。应加强对杭州西部丘陵地区酒店，尤其是水域周边酒店的雷电防护与防雷安全管理。

(3)由雷电灾害造成的损失可知，1998—2018年杭州市酒店雷电灾害均造成一定的经济损失,但未造成人员伤亡,灾害级别属于一般雷电灾害,个别雷电灾害级别接近于较大雷电灾害。雷电灾害容易造成酒店的通信设备、监控设备和计算机系统设备损坏,这主要是因为其设备耐受冲击电压额定值较小,更容易受到雷击电磁脉冲和闪电电涌侵入损坏。

(4)通过分析杭州G20接待酒店防雷装置检测问题资料发现，第一,酒店防雷装置存在问题的数量较多,酒店管理方平时应注重防雷检测与安全应急管理，提高酒店的防雷安全水平;第二,电气电子设备的安全保护接地、线缆屏蔽以及安装浪涌保护器3个方面的问题较为突出,这也是雷电灾害易造成酒店通信、监控和计算机系统等设备损坏的重要原因;第三,加强对酒店屋顶吧台、水上休闲设施以及高大树木或旗杆等雷电易发区域的防雷安全管理,避免雷击造成酒店经济损失和人员伤亡事故的发生。

(5)政府相关部门应在春、夏季杭州旅游高峰期前,加强对雷电易发区内旅游景点酒店的防雷安全排查与管理,开展适当的防雷安全科普宣传教育活动，提高酒店管理者和游客的防雷意识与水平。