雷电灾害风险评估的标准介绍.ppt

五.IEC62305雷电灾害风险评估的标准介绍,5.1 概述 IEC62305的适用范围是雷击大地对建筑物 （包括其服务设施）造成损害的风险的评估 IEC62305标准主要包括建筑物与服务设施 的分类、雷电损害与雷灾损失、雷灾风险、防护 措施的选择过程以及建筑物与服务设施防护的基 本标准等评估参数 相关机构可据此标准确定损害次数的可接受 值，一旦确定了损害次数的上限值，所给出的选 择程序能够为建筑物选择适当的防护措施术语和定义,1、雷击建筑物导致的危险事件次数ND (number of dangerous events due to flashes to a structure ND) 预计年平均因雷击建筑物而引起的危险事件次数 2、雷击服务设施导致的危险事件次数 NL (number of dangerous events due to flashes to a service NL)预计 年平均因雷击服务设施而引起的危险事件次数 3、雷击建筑物附近导致的危险事件次数 NM (number of dangerous events due to flashes near a structure NM)预计年平均因雷击建筑物附近而引起的危险事件次数。

4、雷击服务设施附近导致的危险事件次数 NI (number of dangerous events due to flashes near a service NI) 预计年平均因雷击服务设施而引起的危险事件 次数5、容许的风险 RT (tolerable risk RT),需保护对象能够容许的最大风险值 表1 典型的风险容许值RT,6、损害概率 PX (probability of damage PX) 一次危险事件导致需保护对象受损的概率 7、损失 LX (Loss LX) 一次危险事件引起的与某种损害类型相对应 的平均损失量，与需保护对象的价值（人员和货 物）有关 8、风险 R (risk R) 雷击引起的年均可能损失量（人员和货物） 与需保护对象的价值总量有关 9、风险分量 Rx (risk component Rx) 取决于损害源和损害类型的部分风险10、防雷级别LPL(lightning protection level) 与一组雷电流参数值对应的数字，与自然情 况下的雷电流不超出相应的用于设计的最大、最 小雷电流的概率有关防雷保护级别用于按照 对应的一组的雷电流参数来设计保护措施) 。

11、防雷电缆 (lightning protective cable) 具有加强绝缘强度以及其金属护套直接或通 过导电性塑料覆盖层与土壤有着连续接触的特制 电缆12、物理损害 (physical damage) 雷电的机械、热力、化学和爆炸效应对建筑 物（或其内存物）或服务设施造成的损害 13、生物伤害 (injurity to living beings) 雷电引起的接触和跨步过电压所导致的人员 或动物伤害（包括死亡） 14、电气和电子系统失效 LEMP对电气和电子系统造成的永久性损害 15、失效电流 Ia (failure current Ia) 导致线路损害的最小的雷电流峰值16、节点 (node) 服务设施线路上浪涌的传播可以近似 认为中断的点 HV/LV变压器处的配线箱、通讯线路 上的多路复用器以及线路上安装的符合 IEC 62305-5要求的SPD是节点的几个例 子17、标称冲击耐受电压 Uw (rated impulse withstand voltage level Uw) 由制造商为设备或设备某一部分指明的 冲击耐受电压值，表征其绝缘物对过电压 的特定耐受能力 [在IEC 60664-11.3.9.2中定义]对于本 部分，仅考虑相线与地之间的耐受电压。

5.2 雷电灾害风险评估,1、评估关系式 评估一般关系式如下： R=(1-e-NPt )L （1） 取一年时间（t=1），且F=NP＜＜1时（雷击为小概率事 件，此条件通常能满足），则 R≈ NPL （2） 式中，N 为年均雷击次数，与该处落地雷击密度、建筑物性质、建 筑物四周环境和土壤特性有关； P 为每次对建筑物有影响的雷击损坏概率，与建筑物的特性 和提供的防护措施有关； L 为间接损失（可能翻译为“损失后果”好），与建筑物用 途、所涉人员情况、大众服务设施类型、建筑物中存储物 价值和限制损失所采取的措施有关 如果采用了LPS,R将依E而减小具体说，N为建筑物所在地雷击密度 Ng、截 收面积A和环境因子Cd之积 N = NgACd （3） P为几种损害类型引起损害分概率Px与防护措 施对应的缩减因子的积之和 （4） L等于损失的价值与建筑物总价值之比 L=C/Ct （5） 其中，C为预期损失价值，Ct为建筑物总价值， Kj为j防护措施的缩减因子2）式对总风险或风险分量都成立，即 RX=NXPXLX （6） 而总风险为分风险之和，即 （7） 可见，总风险或风险分量的评估就是对N、P、 L三个量综合评估的过程。

2、雷电损害的风险分量,各种损害源和损害类型产生不同损害风险， 其关系见表2（涉及建筑物）、表3（涉及服务设 施服务设施上与建筑物中相同的风险分量加 “ ′”，以示区别）①损害类型,根据需保护对象特性的不同，雷击可能会引 起各种损害其中最重要的特性包括： 建筑物的结构类型、内存物、用途、服务设 施的类型以及所采取的保护措施 雷击引起的基本损害类型划分为以下三种： D1：生物伤害； D2：物理损害； D3：电气和电子系统失效雷电对建筑物的损害可能被限制在建筑物的某一部分，也可能扩展到整个建筑物，还可能涉及四周的建筑物或环境例如化学性或辐射性的扩散) 影响服务设施的雷电可以对线路或管道本身以及相关电气和电子系统造成物理损害损害还可能扩展到与服务设施相连的内部系统②损失类型,每种单独发生或共同发生的损害类型，可 以在需保护对象中导致不同的间接损失（损失 后果）可能出现的损失类型取决于需保护对 象的特性及其内存物应当考虑 以下几种类型 的损失： L1：人员生命损失； L2：公众服务损失； L3：文化遗产损失； L4：经济损失(建筑物及其内存物、服务设 施以及活动中断的损失)3、风险和风险分量,建筑物中可能需要计算的风险包括： R1：人员生命损失风险； R2：公众服务损失风险； R3：文化遗产损失风险； R4：经济损失风险。

服务设施中可能需要计算的风险包括： R´2：公众服务损失风险； R´4：经济损失风险为了计算风险值R，应当定义并计算有关的风险分量(风险分量取决于损害源和损害类型) 每种风险都是其对应风险分量的总和在计算风险值时，可以按照损害源和损害类型对风险分量进行分组表2 各种损害类型和损害源对应的建筑物风险分量,,,表3 各种损害类型和损害源对应的服务设施风险分量,,5.3 雷电损害风险分量的评估,如表2、表3所示，涉及建筑物的风险分量和 涉及入户服务设施的风险分量的计算公式不同， 因此，应分别进行评估 建筑物的风险分量关系式中（表2），按损害 源区分，涉及的参量有：年平均雷击次数ND、NM、 NL、NI；(雷击建筑物附近地面年均雷击次数NM雷 击入户线路的年均雷击次数NL，雷击线路附近地面 的年平均雷击次数Ni,,)雷击产生的风险分量主要 有8种，相应的概率和损失类型也有8种其中直接雷击风险有：RA、RB、RC相应的概率和损失类型有PA、PB、PC和LA、LB、LC而间接雷击风险有：RM、RU、RV、RW、RZ相应的损害概率和损失类型有PM、PU、PV、PW、PZ和LM、LU、LV、LW、LZ。

这些符号的意义和各风险分量RX的计算式见表2现对各有关参量分别讨论如下：,1.年均雷击次数N的确定,直接雷击次数与建筑物截收面积及建筑物所 在地的平均雷击密度Ng有关，即 N=NgA （8） 式中，Ng=0.1Td ，为雷击密度（次/每年每平方千 米）， Td为雷暴日，由气象资料提供 A为截收面积，按四种雷击源有4种不同的 面积，见图11)雷电直击建筑物的年平均雷击次数,ND=NgAdCd×10-6 (次/年•千米2) （9） 式中，Ad为孤立建筑物的截收面积，它是由一条 斜率为1/3的直线上端与建筑物上沿接触，绕建筑 物一周在地面划出的面积 对于孤立六面体的建筑物：长、宽、高分别 为L、W、H，则 Ad=LW+6H(L+W)+9πH2 (m2) （10）,图1 孤立建筑物的截收面积 Ad,,图2 形状复杂的建筑物,图3 截收面积的一个可以接受的近似值是Admin和Ad′之间的最大值 Ad′=9p(Hp)2 这里Hp是兀凸屋顶的高度表4 截收面积的计算,表5 建筑物所在地的环境因子Cd的取值,,建筑物(位于服务设施“b”端)的危险事件次数 ND NDb = NgAd/bCd/b10-6 (11) 邻近建筑物(位于服务设施的“a”端)的危险事件次数 NDa NDa = NgAd/aCd/aCt10-6 (12) Ct为考虑高压/低压变压器影响的缩减因子,,,,表6 高压/低压变压器影响的缩减因子Ct的计算,,,,,,,,,,,图4 建筑物及入户设施截收面积计算示意图,(2) 雷击建筑物附近地面年均雷击次数NM,NM=Ng(Am-Ad/bCd/b)10-6 (13) Am是雷击建筑物附近的截收面积(m2)； Am延伸到距离建筑物周边250m远的地方 如果NM0,则假定NM=0。

3)雷击入户线路的年均雷击次数NL,对一段线路 NL=NgAlCdCt×10-6 (14) 式中，Al为线路截收面积Al 是雷击服务设施的截收面积 (m2)； Ai 是雷击服务设施附近大地的截收面积(m2)； Hc 是服务设施导线的离地高度 (m); Lc 是建筑物与第一个节点之间的服务设施线路段的长度； 最大 值为1000 m； Ha 是连接到服务设施“a”端的建筑物的高度 (m)； Hb 是连接到服务设施“b”端的建筑物的高度 (m)； r 是线路埋设处的土壤电阻率 (W·m)，最大值为500 W·m表7 雷击服务设施的截收面积Al和雷击服务设施附近大地的截收面积Ai的取值,(4)雷击服务设施附近的年平均危险事件次数 NI的计算,对于只有一段线路(架空,埋地,屏蔽,非屏蔽等)的服务 设施，NI 的值可以计算为 NI = Ng Ai Ce Ct10-6 (15),表8 环境因子Ce的取值,2.雷电损害概率分量的计算,建筑物遭受雷电损害分为直接雷击损害和间接雷击 损害二种建筑物遭受直接雷击（S1）的有关损害概率 有：PA、PB和PC （1）雷击建筑物引起接触和跨步电压触电的概率PA （ PA值见表9）,表7 PA值,表9 雷击建筑物引起接触和跨步电压触电的概率PA,(2) PB的数值取决于减少物理损害的保护措施,表10 物理损害概率PB的取值,(3) 雷电导致建筑物内部电子系统失效的概率PC PC与建筑物采用的SPD系统有关，PC=PSPD，根据雷电防护水平PSPD取值如下表。

表11 PSPD取值,①、只有配合的SPD保护作为保护措施对于减少PC才是适合的只有在具有包括等电位连接和接地在内的LPS保护或作为自然LPS的连续金属框架或钢筋混凝土框架的 建筑物内，配合的SPD保护才能有效地减少PC ②、连接到由防雷电缆或穿行在防雷管道、金属管道中的电缆组成的外来线路的有屏蔽的内部系统，可以不需要配合的SPD保护 ③、当在相应安装位置的SPD的保护特性比LPLI的要求更好时(更高的电流耐受能力，更低的电压保护水平等)，PSPD的值可能会更小 建筑物遭受间接雷击（S2、S3、S4）引起的损害概率 有：PM、PU、PV、PW、PZ4)建筑物附。