2022年闪电定位资料在雷击风险评估中的具体应用 .pdf

闪电定位在雷击风险评估中的具体应用Application of lightning location in lightning risk assement 王颖波1 孙雁冰2（1 福建省防雷中心福州 350001 ） （2 福建省南平市气象局南平 353000) 引 言目前全国各级防雷中心都有开展雷击风险评估的业务，虽然风险评估的方法在国标或是IEC 的标准里都有详细的介绍，但是在具体运用中只是结合被评估对象的特征、使用性质、土壤条件等等进行计算， 对于气象条件也仅仅是从雷暴日方面加以考虑，而没有涉及闪电定位在风险评估中的具体应用。一方面气象资源没有得到充分利用，造成了一定程度的浪费，另一方面也忽视了风险评估的最终目的， 无法有针对性的分析雷击风险并提出设计参考。本文正是从风险评估的角度结合闪电定位数据资料的处理产品，叙述如何在雷击风险评估的过程中合理运用闪电定位的资料，提升风险评估的内在价值。1 闪电定位在风险评估中应用的必要性根据风险评估的要求，评估应根据环境因素、雷电活动规律、评估对象的特征、使用性质、重要性等等进行风险值的计算，并根据计算所得提出选址、设计等方面的要求，而如果仅仅只是大范围、大尺度地选择所用参数，无疑将使风险评估不够精细化。以“雷击大地的年平均密度”为例，Ng 是根据 Td计算而得出的值，而Td是以行政区域划分的一个数值，也就是说，两栋建筑物位于同一个城市即使相隔数十公里，但他们计算得出的雷击该区域大地的年平均密度是一样的，这显然不合理。因此，这个例子很好的证明了闪电定位在雷击风险评估中运用的必要性。2 闪电定位数据的处理闪电定位的方法主要有磁定向法（ MDF ） 、时间差法 （TOA ） 、联合测距法 （IMPACT ） 。其中 IMPACT闪电定位系统在探测子站数目较少的前提下，保证了较高的定位精度，是目前比较实用的闪电监测定位系统。以福建为例，我省目前已在全省范围布设闪电定位仪9 台，并开发了一套闪电定位资料处理平台，建立了较为完善的闪电监测网络。闪电定位资料仅仅接收是不够的，必须通过后期开发的处理平台才能够对雷电的特征参量进行统计分析，并以图表、图形的方式显示出来。这些特征参量包括雷电发生经纬度、时间、雷电流、电量、 能量、 陡度等等。 对于时间的选取包括按照年份、月份、 日期或者是自定义的时间范围确定，并一直方图或者饼状图的形式显示出来（如图1） 。而地理位置的选择可根据行政区域，一般精确到县一级，对于某些重点城市或是重点区域，精度可以进一步缩小，在此主要根据具体的需求。为直观体现不同区域的雷电活动规律的区别，也可采取 “矩形框” 的形式， 矩形宽度可自定义。另外，针对某个具体的区域或是建筑单体，可采取“点+半径”的形式（如图2） ，此种体现方式主要为了了解具体区域周边雷电活动情况。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 5 页 - - - - - - - - - 图 1 年雷击次数直方图和饼状图显示图 2 点+半径的图形显示3 闪电定位的具体运用3.1 雷电密度正如第一章所提到的“雷击大地的年平均密度”中的年雷暴日是一个行政区域 的量，计算出来的值不具备针对性，精细化程度不够。在IEC62305-2 附录 A.1. 通则中有提到Td 可从等值雷电图中获得，这样我们根据闪电定位的资料绘制出等值雷电图，便科计算出有效的Ng 值。另外，我们也可以通过雷电次数密度图计算雷击该区域大地的年平均密度，实现的方式便是上文提到“矩形框”的形式，计算出矩形框内的雷击密度，并用不同的颜色用以表征（如图3） ，这样能够让客户有非常直观的了解 。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 5 页 - - - - - - - - - 图 3 雷电分布密度图无论是以哪种方式获得的Ng的值，在风险评估的运用中都有其重要的意义。Ng值在方案评估的时候可以较为准确的确定建筑物或公共设施的年预计雷击次数，并与传统的计算方法得出的值进行比较，从而确定最终有效的取值。在预评估中，对项目的选址及功能分区布局从雷电防护的角度提出意见，为城市规划和项目选址提供重要的参考依据。3.2 雷电流幅值在 GB 50057-94 附录六中提到首次雷击的雷电流参数，如表1。显然，这些数据是根据建筑物的防雷类别而确定的。在雷击风险评估的运用中，例如在计算“安全距离”的时候如果我们只用到这些数据，这样对于不同区域的评估对象，取值有局限性而且没有针对性。如果能够利用闪电定位的资料，这个问题就能迎刃而解。雷电流参数防雷建筑物类别一类二类三类I幅值 (kA) 200 150 100 T1波头时间 ( s) 10 10 10 T2半值时间 ( s) 350 350 350 Qs电荷量 (C) 100 75 50 W/R单位能量 (MJ/ ) 10 5.6 2.5 表 1 首次雷击雷电流参量以福州市某个项目为例（如图4） ，其中表示此次风险评估的评估对象，红点表示在5 公里（可选） 范围内通过空间电磁脉冲传导对该评估对象影响最大的一个雷闪。这是如何实现的呢？首先，我们以上文提到的“点+半径”的方式确定一定时段内在该区域发生的雷电次数，然后通过公式00/(2)aHiS确定出到达评估对象最大磁场强度的雷闪，并画出磁场衰减的分布图。最后，再根据评估对象的结构，计算出屏蔽系数，这样就能得到对评估对象影响最大的雷闪在建筑物内部的衰减后的电磁场分布。图 4 福州市某次雷击电磁脉冲分布图评估对象名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 5 页 - - - - - - - - - 另外，我们在通过分流系数计算建筑物安全距离的时候，也涉及到雷电流幅值这个参量。以某栋建筑物的消防监控中心为例，所在建筑物引下线为20 根。建筑物按设计为二类防雷建筑物，二类防雷建筑物预计雷电流为100kA。而通过闪电定位资料的查询，以“点+半径”的形式，该区域内最大雷电流为30kA。对于有屏蔽的设备，设设备屏蔽系数为SF=N ，则通过以下计算得出表3。I4=100/20=5kA,4cr=I4/2MN=5 103/2 3.14 192N=6.9/N （m ）式 1 屏蔽系数 SF 2 4 10 20 30 40 50 安全距离（ m ）规范值3.45 1.73 0.69 0.40 0.23 0.17 0.14 实际值1.15 0.58 0.23 0.13 0.08 0.06 0.05 表 2 不同电流取值下的安全距离对于无屏蔽的设备，则通过以下计算：电流取值为100kA：I4=100/20=5kA,4cr=I4/2M=5 103/2 3.14 192=6.9 （m ）式 2 电流取值为30kA：I4=30/20=1.5kA,4cr=I4/2M=1.5103/2 3.14 192=3.2 （m ）式 3 安全距离示意图如下：阴影部分为非屏蔽设备的安全区域引下线消控中心6.9m图 5 消控中心安全距离示意图从表 2 以及式（ 2）和式（ 3）可以看出，如果仅按照规范给出的电流值计算得出的安全距离提供设计参考，会造成防护成本的浪费，也就无法提供一个经济合理的方案。通过以上对于雷电密度和雷电流两个参量的分析可以清楚的看到如果在风险评估的计算中仅仅用到规范所提供的参考值，将使计算得出的结果没有针对性 ，无法真实地反映出评估对象周边环境的情况。4 结束语当然闪电定位资料在雷击风险评估中的应用远不止这些，随着闪电定位方法的发展，随着闪电定位资料地不断累积，以及与其他气象探测资料数据例如卫星云图、雷达回波图等地综合运用，闪电定位资料对于雷击风险评估的应用将得到更进一步的深化。参考文献1GB 50343 建筑物电子信息系统防雷技术规范，中国建筑工业出版社， 2004 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 5 页 - - - - - - - - - 2GB 50057-94 建筑物防雷设计规范（2000 年版） ，中国计划出版社， 2000 3IEC 62305-2 雷电防护第 2 部分：风险管理4 陈渭民著，雷电学原理 ，气象出版社， 2003.11 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 5 页 - - - - - - - - -