试论城市汽车加油站的雷害风险评估

试论城市汽车加油站的雷害风险评估

崔其照

崔其照

（佛山市富兰防雷研究所有限公司南海分所）

摘要：文章以季华加油站为例，阐述了城市汽车加油站防雷设计前期必须作出雷害风险评估的重要性和评估方法，以雷害风险评估的结论指导防雷设计，具有科学性、指导性意义。

关键词：汽车加油站、雷害风险评估

一、概述

汽车加油站由于其危险性，防雷要求较为严格。特别是位于城市中的汽车加油站，由于其位置周边建筑物、人流密集，若有雷击事故发生，造成的后果比较严重，防雷要求更高。

二、汽车加油站雷害评估方法简介

1、总的表达式[1]、[2]

对每一建筑物雷害风险评估可用下式表示R=(1-e-Npt)δ(1-1)

式中：N—建筑物年平均雷击次数期望值P—建筑物雷害概率δ—建筑物或其内贮物可能遭受的损失

如观察时间t=1年，当Np﹤﹤1则（1－1）式可简化为R≈Npδ其中：建筑物年平均雷击频数F=Np，因此害风险评估（1－1）式可化为R≈Fδ。同理，如可允许雷害风险表示为Ra≈Faδ，式中：Ra—可允许雷害风险Fa—可允许年平均雷击频数；由此可见，只要δ不变，则仅仅比较F与Fa，便可取得防雷措施决策的判据，即当F≤Fa时，不必采取防雷措施；当F＞Fa时，必须加设防雷措施。

如进一步将雷害性质细分为各种类型，则可深入分析研究各种类型雷害的不同频数，采取各种不同对策，以达到更佳的防雷效果。

2、汽车加油站雷害类型及F的计算

一般按需要可将雷害类型及其风险允许值列出如下表：

在F计算之前，必须确定N及P的值。为了方便今后分析，把雷击性质分为直击雷与间接雷两类：

直击雷年平均雷击次数期望值Nd可按下式计算：

Nd＝NgAe10-6次/km2，式中：Ng—当地地面遭受雷击年密度（次/km2.年）；Ae—建筑物的有效集雷面积（m2）

注：①Ng按当地的统计资料，如缺时可按下式计算：

Ng＝0.024Td1.3，式中Td－当地年雷电日（可查阅国家颁布的全国年平均雷电日数分布图）；②Ae的计算方法可参考IEC1024-1-1或有关方面文献。

（b）建筑物间接雷击又可以分为两种情况：建筑物附近地面年平均雷击次数Nn和进入建筑物各种线路的年平均雷击次数Nk。近地面年平均雷击次数Nn可按下式计算：Nn＝NgAg式中：Adsg—附近地面集雷面积（km2）

建筑物附近遭受雷害的边界可按距离建筑物本身的距离ds计算。ds的公尺数等于附近地面土壤电阻率（Ω.M）的数字，最大值为500m。在ds范围内的地面遭到雷击时会引起地电位升高，对建筑物通过各种进入线路危害电气设备。从距建筑物ds作为边界围成的面积Adsg减去建筑物的有效集雷面积Ae的差就是Ag。

进入建筑物各种线路的年平均雷击次数Nk可按下式计算：

Nk＝NgAk，式中：Ak—影响各种进线设施的有效集雷面积，它包括：Ak＝Ask+Aak；

式中Ask—各种进线（电力线、通信线或信号线等）的有效集雷面积;*

Aak—通过各种线路与本建筑物连接的附近建筑物的有效集雷面积。*

3、汽车加油站概率P的确定

按照雷害类型分述如下：人员伤亡率：Ph=Ph’.Kh；式中Kh—与防雷设施有关的缩减系数；

（a）Ph’—无防雷设施时，由直击雷引起的接触电压和跨步电压雷害概率。

人员伤亡主要由直击雷引起的接触电压和跨步电压造成的雷害。Ph’与建筑物外边土地表面的性质及土壤电阻有关，而Kh则与防雷设施有关。它们的确定参考附录附表1－3。

（b）火灾、爆炸及机械、化学效应的雷害可以由直击雷引起也可以由间接雷引起，概率包含以下分量：

Pt—引发导致火灾、爆炸的危险火花的概率；

P1—金属装置上产生危险火花的概率；

P2—室内电气设备上产生危险火花的概率；

P3—与进线有关的各种设施上产生危险火花的概率；

P4—进入建筑物前各导电部件上产生危险火花的概率。

其中P1、P2及P4只与直击雷有关，而P3则还与感应雷有关。因此引起火灾、爆炸及机械、化学效应的雷害概率：Pf=Pfd＋Pfi，其中由直击雷产生的雷害概率分量：Pfd=1－[(1-PtP1)(1-PtP2)(1-PtP3)(1-PtP4)]≈Pt(P1+P2+P3+P4)；由间接雷产生的火灾等雷害概率：Pfi=PtP3(1-14)；以上各种不同P的分量取值分述如下：Pt=Kt.Pt’；P1=K1.P1’；P2=K2.P2’；P3=K3.P3’；P4=K4.P4’；

其中Pt、Kt可参照附录中附表1－4取值，P1’＝P2’与建筑物的结构特性有关，可参考附录中附表1－5，缩减系数K1、K1与减少产生危险火花的防范措施有关；

P3’＝P4’＝1。至于K3、K4则与它们各自的防范措施有关。

（a）由于雷击产生过电压的雷害概率

过电压即可由直击雷产生也可以由间接雷产生，因此它包含两个分量：

Po=Pod＋Poi，其中直击雷分量：Pod=1-(1-P2)(1-P3)≈P2+P3，间接雷分量：Poi=P3

4、汽车加油站雷害频数的分类及其计算

显然，建筑物年雷害频数也可以按前面所述分为直击雷和间接雷两个分量：

F=Fd＋Fi；也可以按雷害性质分为人身、火灾、过电压等分量：

F=Fh＋Ff＋Fd；其中：Fh＝NdPh=H；

m

Ff＝NdPfd+NnPtP3+Pt∑NkP3k=A+B+C

K=1

m

FO＝Nd(P2+P3)+NnP3+Pt∑NkP3k=D+J+G

K=1

以上三式中：H—人员雷害的频数分量；A—直击雷产生火灾等雷害的频数分量；B—附近雷击产生火灾等雷害的频数分量；C—雷击影响本建筑物m条进线而发生火灾等雷害的频数分量；D—直击雷引发过电压雷害的频数分量；J—附近雷击引发过电压雷害的频数分量；C—雷击影响本建筑物m条进线而发生过电压等雷害的频数分量。如建筑物或其中设施与雷电流有直接耦合时则还要考虑B’和J’。

以下以佛山季华加油站作为应用实例加以论述说明：

（一）季华加油站设施雷害风险评估

本项目的工程设施主要指储、供油及售油系统。与其有关的重要建筑物和设施有售油亭、站房及贮罐和电力系统，因此评估对象主要以售油亭、站房及贮罐和电力系统为主。该工程位于佛山城区，周边建筑物、人流密集。

1、各种直击雷的年平均雷击次数的计算

根据统计资料，按（1－7）式计算，佛山地区Td＝80～100（查全国年平均雷数分布图），取Td＝100，

Ng＝0.024Td1.3＝0.024X1001.3≈9.55次/Km2.年

（a）Nd

售油亭及站房尺寸：h=7,a=22,b=33；由于建筑物本身高7米，左、右、后三面都是高层建筑物（10层或以上），前面是公路；它们遮盖着本建筑物的集雷面积。为简化计算，可把Ae看成一座有扩展宽度D=√（H（200-H））的22X33的矩型建筑物，其值为：

Ae=[LW+2（L+W）D+∏D2].10-6=9.026X10-3Km2，因此：Nd=Ng.Ae=9.55X9.026X10-3=8.6X10-2(次/a)

（b）Nn

考虑大楼附近地面为砂砾土壤，取土壤电阻Rc=100～150Ω/m，则ds=100～150,相应地得

Ag=Adsg-Ae=3.41X10-2～Km2，因此：Nn=Ng.Ag=3.26X10-1(次/a)

（c）Nk

本建筑物进出线路情况及集雷面积计算结果如下表所列：

②设备（售油机、输油管道、贮罐等）防静电接地系统。

A、售油机的机架、加油枪均应接地；

B、输油管、穿电源线、信号线等金属管道平行走向的每5米等电位跨接一次，交叉走向的，在交叉处跨接；

C、贮罐罐池要做屏蔽处理及良好接地，罐池筛底钢筋、立面筋、罐面筋都应焊接成屏蔽网，整个屏蔽网内与贮罐连接，外与人工地网连接。

③电源及设备信号源应有防感应雷措施，分别安装不同参数的电涌保护器。

④各接地系统防雷接地、电力接地、安全接地、防静电接地、直流工作接地公用联合接地。

参考文献：

[1]《国际电工委员会防雷标准》IEC1662

[2]《雷电风险的评估》苏邦礼崔健璋

[3]《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010

作者简介：

崔其照：汉族、男、42岁、学历：大专，职称：防雷工程师，职务：设计室主任，1995年毕业于佛山大学应用电子技术专业，从事防雷基础理论研究、防雷设计、施工21年，手机：13600316440