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防雷風險評估

		點擊數(shù)：	更新時間： 2022年02月16日
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五.IEC62305雷電災(zāi)害風險評估的標準介紹
5.1  概述
        IEC62305的適用范圍是雷擊大地對建筑物
（包括其服務(wù)設(shè)施）造成損害的風險的評估。
        IEC62305標準主要包括建筑物與服務(wù)設(shè)施
的分類、雷電損害與雷災(zāi)損失、雷災(zāi)風險、防護
措施的選擇過程以及建筑物與服務(wù)設(shè)施防護的基
本標準等評估參數(shù)
       相關(guān)機構(gòu)可據(jù)此標準確定損害次數(shù)的可接受
值，一旦確定了損害次數(shù)的上限值，所給出的選
擇程序能夠為建筑物選擇適當?shù)姆雷o措施。
術(shù)語和定義
       1、雷擊建筑物導致的危險事件次數(shù)ND (number of 
dangerous events due to flashes to a structure ND)
預(yù)計年平均因雷擊建筑物而引起的危險事件次數(shù)。
       2、雷擊服務(wù)設(shè)施導致的危險事件次數(shù) NL (number of 
dangerous events due to flashes to a service NL)預(yù)計
年平均因雷擊服務(wù)設(shè)施而引起的危險事件次數(shù)。
       3、雷擊建筑物附近導致的危險事件次數(shù) NM (number
 of dangerous events due to flashes near a structure 
NM)預(yù)計年平均因雷擊建筑物附近而引起的危險事件次數(shù)。
       4、雷擊服務(wù)設(shè)施附近導致的危險事件次數(shù) NI 
(number of dangerous events due to flashes near a 
service NI) 預(yù)計年平均因雷擊服務(wù)設(shè)施而引起的危險事件
次數(shù)。
5、容許的風險 RT (tolerable risk RT)
   需保護對象能夠容許的最大風險值
表1  典型的風險容許值RT
   損失類型	  RT （1×/年）
人員生命損失	      10 -5
公眾服務(wù)損失	      10 -3
文化遺產(chǎn)損失	      10 -3
6、損害概率 PX (probability of damage PX)
    一次危險事件導致需保護對象受損的概率。 
7、損失 LX (Loss LX)
    一次危險事件引起的與某種損害類型相對應(yīng)
的平均損失量，與需保護對象的價值（人員和貨
物）有關(guān)。 
8、風險 R (risk R)
    雷擊引起的年均可能損失量（人員和貨物）
與需保護對象的價值總量有關(guān)。  
9、風險分量 Rx (risk component Rx)
    取決于損害源和損害類型的部分風險。
10、防雷級別LPL(lightning protection level)
    與一組雷電流參數(shù)值對應(yīng)的數(shù)字，與自然情
況下的雷電流不超出相應(yīng)的用于設(shè)計的最大、最
小雷電流的概率有關(guān)。(防雷保護級別用于按照
對應(yīng)的一組的雷電流參數(shù)來設(shè)計保護措施) 。
11、防雷電纜 (lightning protective cable)
    具有加強絕緣強度以及其金屬護套直接或通
過導電性塑料覆蓋層與土壤有著連續(xù)接觸的特制
電纜。 
12、物理損害 (physical damage)
       雷電的機械、熱力、化學和爆炸效應(yīng)對建筑
物（或其內(nèi)存物）或服務(wù)設(shè)施造成的損害。
13、生物傷害 (injurity to living beings)
       雷電引起的接觸和跨步過電壓所導致的人員
或動物傷害（包括死亡）。
14、電氣和電子系統(tǒng)失效 
       LEMP對電氣和電子系統(tǒng)造成的永久性損害。
15、失效電流 Ia (failure current Ia)
      導致線路損害的最小的雷電流峰值。 
16、節(jié)點 (node)
       服務(wù)設(shè)施線路上浪涌的傳播可以近似
認為中斷的點。
       HV/LV變壓器處的配線箱、通訊線路
上的多路復用器以及線路上安裝的符合
IEC 62305-5要求的SPD是節(jié)點的幾個例
子。 
17、標稱沖擊耐受電壓 Uw (rated impulse withstand voltage level Uw)
       由制造商為設(shè)備或設(shè)備某一部分指明的
沖擊耐受電壓值，表征其絕緣物對過電壓
的特定耐受能力。
       [在IEC 60664-11.3.9.2中定義]對于本
部分，僅考慮相線與地之間的耐受電壓。 
5.2  雷電災(zāi)害風險評估
1、評估關(guān)系式
   評估一般關(guān)系式如下：
           R=(1-e-NPt )L　　   （1）
取一年時間（t=1），且F=NP＜＜1時（雷擊為小概率事
件，此條件通常能滿足），則
        R≈ NPL            （2） 　
式中，N 為年均雷擊次數(shù)，與該處落地雷擊密度、建筑物性質(zhì)、建
        筑物四周環(huán)境和土壤特性有關(guān)；
      P 為每次對建筑物有影響的雷擊損壞概率，與建筑物的特性
        和提供的防護措施有關(guān)；
      L 為間接損失（可能翻譯為“損失后果”好），與建筑物用
        途、所涉人員情況、大眾服務(wù)設(shè)施類型、建筑物中存儲物
        價值和限制損失所采取的措施有關(guān)。 
    如果采用了LPS,R將依E而減小。
     具體說，N為建筑物所在地雷擊密度 Ng、截
收面積A和環(huán)境因子Cd之積。 
            N = NgACd         （3）
    P為幾種損害類型引起損害分概率Px與防護措
施對應(yīng)的縮減因子的積之和。
?????????                      （4）
    L等于損失的價值與建筑物總價值之比。
            L=C/Ct             （5）
其中，C為預(yù)期損失價值，Ct為建筑物總價值，
      Kj為j防護措施的縮減因子。
   （2）式對總風險或風險分量都成立，即
             RX=NXPXLX        （6）
   而總風險為分風險之和，即　
                              （7）
   可見，總風險或風險分量的評估就是對N、P、
L三個量綜合評估的過程。
2、雷電損害的風險分量
    各種損害源和損害類型產(chǎn)生不同損害風險，
其關(guān)系見表2（涉及建筑物）、表3（涉及服務(wù)設(shè)
施。服務(wù)設(shè)施上與建筑物中相同的風險分量加
“ ′”，以示區(qū)別）。 
備注：雷擊線路附近地面的年平均雷擊次數(shù)Ni,, 雷擊建筑物附近地面年均雷擊次數(shù)NM     雷擊入戶線路的年均雷擊次數(shù)NL
雷擊RD=RA+RB+RC,  RI=RM+RU+RV+RW+RZ          LT、LF、LO分別表示接觸和跨步電壓、物理損害和內(nèi)部系統(tǒng)失效的損失。

①損害類型
       根據(jù)需保護對象特性的不同，雷擊可能會引
起各種損害。其中最重要的特性包括：
       建筑物的結(jié)構(gòu)類型、內(nèi)存物、用途、服務(wù)設(shè)
施的類型以及所采取的保護措施。
       雷擊引起的基本損害類型劃分為以下三種：
       D1：生物傷害；
       D2：物理損害；
       D3：電氣和電子系統(tǒng)失效。
       雷電對建筑物的損害可能被限制在建筑物的某一部分，也可能擴展到整個建筑物，還可能涉及四周的建筑物或環(huán)境。(例如化學性或輻射性的擴散)。 
    影響服務(wù)設(shè)施的雷電可以對線路或管道本身以及相關(guān)電氣和電子系統(tǒng)造成物理損害。損害還可能擴展到與服務(wù)設(shè)施相連的內(nèi)部系統(tǒng)。 
 ②損失類型
      每種單獨發(fā)生或共同發(fā)生的損害類型，可
以在需保護對象中導致不同的間接損失（損失
后果）。可能出現(xiàn)的損失類型取決于需保護對
象的特性及其內(nèi)存物。應(yīng)當考慮 以下幾種類型
的損失：
        L1：人員生命損失；
        L2：公眾服務(wù)損失；
        L3：文化遺產(chǎn)損失；
        L4：經(jīng)濟損失(建筑物及其內(nèi)存物、服務(wù)設(shè)
施以及活動中斷的損失)。 
      3、風險和風險分量
       建筑物中可能需要計算的風險包括：
             R1：人員生命損失風險；
       R2：公眾服務(wù)損失風險；
       R3：文化遺產(chǎn)損失風險；
       R4：經(jīng)濟損失風險。
   服務(wù)設(shè)施中可能需要計算的風險包括：
       R′2：公眾服務(wù)損失風險；
       R′4：經(jīng)濟損失風險。
        為了計算風險值R，應(yīng)當定義并計算有關(guān)的風險分量(風險分量取決于損害源和損害類型)。
       每種風險都是其對應(yīng)風險分量的總和。在計算風險值時，可以按照損害源和損害類型對風險分量進行分組。 
表2 各種損害類型和損害源對應(yīng)的建筑物風險分量 
         雷災(zāi)
            來源
損害
       類型	雷     電	雷     電	雷     電	雷     電	根據(jù)損類
型劃分的
風險結(jié)果
         雷災(zāi)
            來源
損害
       類型	 S1擊建筑物	S2雷擊
筑物附近	  S3雷擊入
戶服務(wù)設(shè)施	  S4雷擊服
務(wù)設(shè)施附近	根據(jù)損類
型劃分的
風險結(jié)果
D1人身傷害	RA=NDPAraLt		RU=NLpipgLt		RS=RA+RU
D2物理損害	RB=NDpdpfrhLf		RV=NLpipfrhLf		RF=RB+RV
D3電氣和電
子系統(tǒng)的失效	RC=ND[1-(1-ps) (1-pe)]L0	RM=NM       +pML0	RW=NLpiL0	RZ=NIpiL0
	RO=RC+RM
       +RW+RZ
根據(jù)損害源劃分風險結(jié)果R	RD=RA+RB+RC
	RI = RM+RU+RV+RW+RZ
	RI = RM+RU+RV+RW+RZ
	RI = RM+RU+RV+RW+RZ
	R=RD+RI
?

表3  各種損害類型和損害源對應(yīng)的服務(wù)設(shè)施風險分量
         損害源
?
損害類型	        S3
      雷擊服
      務(wù)設(shè)施	       S4
雷擊服務(wù)
設(shè)施附近	  S1
 雷擊與服務(wù)設(shè)施
   相連的建筑物	     與損害
類型相對
應(yīng)的風險
    D2
  物理損害	RV' = NLP'ViL'V		R'B = ND P'Bi 
              L'B	RF = R`V 
        + R`B
   D3
 電氣、電子
 系統(tǒng)的失效	R ' W = NLP'Wi 
           L'W	R'Z = (NI – NL )
    P'Z L'Z	R'C = NDP'CiL'C	RO = R`Z 
        + R`W
            + R`C
與損害源相對應(yīng)的風險	RD = R`V + R`W	          RI = R`Z + R`B + R`C
	          RI = R`Z + R`B + R`C
	
備注：PB'是雷擊與線路相連建筑物上造成服務(wù)設(shè)施損害的概率；PC'是與所考慮線路相連的設(shè)備的失效概率
5.3  雷電損害風險分量的評估
        如表2、表3所示，涉及建筑物的風險分量和
涉及入戶服務(wù)設(shè)施的風險分量的計算公式不同，
因此，應(yīng)分別進行評估。
    建筑物的風險分量關(guān)系式中（表2），按損害
源區(qū)分，涉及的參量有：年平均雷擊次數(shù)ND、NM、
NL、NI；(雷擊建筑物附近地面年均雷擊次數(shù)NM雷
擊入戶線路的年均雷擊次數(shù)NL，雷擊線路附近地面
的年平均雷擊次數(shù)Ni,,)雷擊產(chǎn)生的風險分量主要
有8種，相應(yīng)的概率和損失類型也有8種。
       其中直接雷擊風險有：RA、RB、RC。相應(yīng)的概率和損失類型有PA、PB、PC和LA、LB、LC。而間接雷擊風險有：RM、RU、RV、RW、RZ。相應(yīng)的損害概率和損失類型有PM、PU、PV、PW、PZ和LM、LU、LV、LW、LZ。這些符號的意義和各風險分量RX的計算式見表2?，F(xiàn)對各有關(guān)參量分別討論如下：
1.年均雷擊次數(shù)N的確定
       直接雷擊次數(shù)與建筑物截收面積及建筑物所
在地的平均雷擊密度Ng有關(guān)，即
                N=NgA       （8） 
式中，Ng=0.1Td ，為雷擊密度（次/每年每平方千
        米），
      Td為雷暴日，由氣象資料提供。
      A為截收面積，按四種雷擊源有4種不同的
        面積，見圖1。
備注：Ng=0.024Td1.3
 (1)雷電直擊建筑物的年平均雷擊次數(shù)
        ND=NgAdCd×10-6 (次/年?千米2) （9）
式中，Ad為孤立建筑物的截收面積，它是由一條
斜率為1/3的直線上端與建筑物上沿接觸，繞建筑
物一周在地面劃出的面積。
    對于孤立六面體的建筑物：長、寬、高分別
為L、W、H，則
      Ad=LW+6H(L+W)+9πH2 (m2)     （10）
圖1  孤立建筑物的截收面積 Ad

1/3
3H
w
L
H

圖2   形狀復雜的建筑物 
L=70

8
8
w=30
Hp=Hmax
Hmni=25

圖3  截收面積的一個可以接受的近似值是Admin和Ad′之間的最大值
?  Ad′=9p(Hp)2
    這里Hp是兀凸屋頂?shù)母叨取?
	作圖法	建筑物
(最大尺寸)	建筑物 
(最小尺寸)	兀凸屋頂
Hp
建筑物
尺寸 (m) 
(L，W，H)	( 見圖A.2)	70 × 30 × 40	70 × 30 × 25	40

(m2)	Ad = 47700	Admax = 71316	Admin = 34770
( 見圖A.3) 	Ad′= 45240
( 見圖A.3
表4   截收面積的計算
表5  建筑物所在地的環(huán)境因子Cd的取值
相對位置	Cd
被更高的對象或樹木所包圍	0.25
被相同高度的或更矮的對象或樹木所包圍	0.5
孤立對象：附近沒有其他的對象(3H范圍內(nèi))	1
小山頂或山丘上的孤立對象	2
 
  建筑物(位于服務(wù)設(shè)施“b”端)的危險事件次數(shù) ND 
         NDb = NgAd/bCd/b10-6       (11)
  鄰近建筑物(位于服務(wù)設(shè)施的“a”端)的危險事件次數(shù) NDa 
         NDa = NgAd/aCd/aCt10-6      (12)
  Ct為考慮高壓/低壓變壓器影響的縮減因子
 
 
表6   高壓/低壓變壓器影響的縮減因子Ct的計算
 
 
 
 
 
 
 
 
變壓器	Ct
服務(wù)設(shè)施具有雙繞組變壓器	0.2
僅有服務(wù)設(shè)施 	1

end “a”

of line

end “b”
 250 m
 3
 Ad
H
3Ha
2Di
 Ai
L
Am
H

W
Lc
Aa
wa
La
Ha

圖4   建筑物及入戶設(shè)施截收面積計算示意圖
  (2) 雷擊建筑物附近地面年均雷擊次數(shù)NM
     NM=Ng(Am-Ad/bCd/b)10-6 	   (13)
    Am是雷擊建筑物附近的截收面積(m2)； 
    Am延伸到距離建筑物周邊250m遠的地方 
    如果NM?0,則假定NM=0。 
備注：原來的公式及含義:NM=NgAm×10-6                  （9）
式中，Am為建筑物鄰近截收面積。在這個區(qū)域內(nèi)雷擊產(chǎn)生的磁場可能使建筑物內(nèi)100m2回路感應(yīng)出的過電壓等于或超過內(nèi)部系統(tǒng)沖擊耐壓（ 1.5kV）。Am的大小是由離建筑物四周Dm=ρ(m)在地面上劃出的區(qū)域面積與建筑物截收面積 Ad之差。
(3)雷擊入戶線路的年均雷擊次數(shù)NL
對一段線路  
        NL=NgAlCdCt×10-6         (14)
式中，Al為線路截收面積。 
Al    是雷擊服務(wù)設(shè)施的截收面積 (m2)；
Ai    是雷擊服務(wù)設(shè)施附近大地的截收面積(m2)；
Hc   是服務(wù)設(shè)施導線的離地高度 (m);
Lc   是建筑物與第一個節(jié)點之間的服務(wù)設(shè)施線路段的長度；
       最大 值為1000 m；
Ha  是連接到服務(wù)設(shè)施“a”端的建筑物的高度 (m)；
Hb  是連接到服務(wù)設(shè)施“b”端的建筑物的高度 (m)；
r     是線路埋設(shè)處的土壤電阻率 (W·m)，最大值為500 W·m。
表7  雷擊服務(wù)設(shè)施的截收面積Al和雷擊服務(wù)設(shè)施附近大地的截收面積Ai的取值
	架     空	           埋    地
      Al	  (Lc–3(Ha+ Hb))6Hc	      [ Lc-3(Ha+Hｂ）]
Ai	1000Lc	        25    Ｌc
(4)雷擊服務(wù)設(shè)施附近的年平均危險事件次數(shù)      NI的計算
       對于只有一段線路(架空,埋地,屏蔽,非屏蔽等)的服務(wù)
設(shè)施，NI 的值可以計算為
    	  NI = Ng Ai Ce Ct10-6             (15)
             環(huán)     境	Ce
具有高層建筑的市區(qū)（1）	                     0
市區(qū)（2）	0,1
郊區(qū)（3）	0,5
農(nóng)村	1
（1）建筑物的高度大于20m。
（2）建筑物的高度在20m和10m之間。
（3）建筑物的高度小于10m。	（1）建筑物的高度大于20m。
（2）建筑物的高度在20m和10m之間。
（3）建筑物的高度小于10m。
表8   環(huán)境因子Ce的取值
2.雷電損害概率分量的計算
        建筑物遭受雷電損害分為直接雷擊損害和間接雷擊
損害二種。建筑物遭受直接雷擊（S1）的有關(guān)損害概率
有：PA、PB和PC。
   （1）雷擊建筑物引起接觸和跨步電壓觸電的概率PA
 （ PA值見表9）
表7  PA值
表9   雷擊建筑物引起接觸和跨步電壓觸電的概率PA
保護措施	PA
無保護措施	1
暴露引下線的電氣絕緣 (例如，最少3 mm厚的交鏈聚乙烯)	10 -2
有效的大地等電位連接	10 -1 
警示牌	10 -2
*采取多種措施時，PA為對應(yīng)措施PAi之積。如用鋼筋作引下線或者安裝了遮攔物時 ，則PA可略。	*采取多種措施時，PA為對應(yīng)措施PAi之積。如用鋼筋作引下線或者安裝了遮攔物時 ，則PA可略。
(2) PB的數(shù)值取決于減少物理損害的保護措施
建筑物特性	LPS的級別（LPL）	PB
建筑物受到保護		1
	IV (E=0.8)	0.2
	III (E=0.9)	0.1
	II (E=0.95)	0.05
	I (E=0.98)	0.02
建筑物具有符合LPS I 要求的接閃器以及作為自然引
下線的連續(xù)金屬框架或鋼筋混凝土框架。	建筑物具有符合LPS I 要求的接閃器以及作為自然引
下線的連續(xù)金屬框架或鋼筋混凝土框架。	0.01
建筑物具有金屬屋頂或可能包含自然部件的接閃器，所有的屋頂裝置都有著完善的直擊雷防護，具有作為自然引下線的連續(xù)金屬框架或鋼筋混凝土框架。	建筑物具有金屬屋頂或可能包含自然部件的接閃器，所有的屋頂裝置都有著完善的直擊雷防護，具有作為自然引下線的連續(xù)金屬框架或鋼筋混凝土框架。	0.001
表10   物理損害概率PB的取值
    (3) 雷電導致建筑物內(nèi)部電子系統(tǒng)失效的概率PC
      PC與建筑物采用的SPD系統(tǒng)有關(guān)，PC=PSPD，根據(jù)雷電防護水平PSPD取值如下表。
         表11   PSPD取值
LPL	PSPD
沒有配合的SPD保護	1
III-IV	0.03
II	0.02
I	0.01
注3	0.005 – 0.001
      ①、只有配合的SPD保護作為保護措施對于減少PC才是適合的。只有在具有包括等電位連接和接地在內(nèi)的LPS保護或作為自然LPS的連續(xù)金屬框架或鋼筋混凝土框架的
建筑物內(nèi)，配合的SPD保護才能有效地減少PC。
       ②、連接到由防雷電纜或穿行在防雷管道、金屬管道中的電纜組成的外來線路的有屏蔽的內(nèi)部系統(tǒng)，可以不需要配合的SPD保護。
       ③、當在相應(yīng)安裝位置的SPD的保護特性比LPLI的要求更好時(更高的電流耐受能力，更低的電壓保護水平等)，PSPD的值可能會更小。
         建筑物遭受間接雷擊（S2、S3、S4）引起的損害概率
有：PM、PU、PV、PW、PZ。
    (4)建筑物附近大地遭受雷擊（S2）導致內(nèi)部
系統(tǒng)失效的概率PM
    PM大小取決于所采取的防護措施性能的因子KMS:
             KMS=KS1KS2KS3KS4        （16） 
式中，KS1是有關(guān)建筑物或LPS屏蔽效果或LPZ0/1邊界其它屏
蔽的一個因子。
    KS2是有關(guān)建筑物內(nèi)部LPZx/y(x>0，y>0)屏蔽效果的
因子。
    KS3是有關(guān)內(nèi)部布線特性的一個因子。
    KS4是有關(guān)受保護系統(tǒng)脈沖耐壓的因子。
        當采取了防護措施后，PM值取PSPD和PMS的較小者。PMS是KMS的函數(shù)，關(guān)系見表10。
KMS	≥0.4	0.15	0.07	0.035	0.021	0.016*	0.015*	0.014*	≤0.013*
PMS	1	0.9	0.5	0.1	0.01	0.005	0.003	0.001	0.0001
    *適用于雷電流大于防護水平I的情況
       內(nèi)部系統(tǒng)不符合相關(guān)的EMC抗擾性的產(chǎn)品，
則假定PMS=1。 
表12   與防護措施性能相關(guān)的PMS取值
         ①、KS1和KS2值
     LPZ內(nèi)，在離邊界至少等于網(wǎng)格寬度W的安全距離處，
對有LPS或空間隔柵屏蔽的建筑物取
                     KS1=KS2=0.12W         （17）
W（m）是格柵形網(wǎng)格屏蔽或網(wǎng)格形LPS引下線相隔寬度或建
筑物金屬柱或作為天然LPS的鋼筋水泥框架間隔。
       對于全連續(xù)金屬（厚度S=0.1?0.5mm）的覆蓋屏蔽物可
假定
           KS1=KS2=10-4?10-5          （18）
       當安全距離在0.1W?0.2W，KS1和KS2加倍。距離小于安
全距離且感應(yīng)回路靠近LPZ邊界情況下，KS1和KS2值更高。
具有多級LPZ ，KS2為每個LPZ的KS2值之積。
②、取決于內(nèi)部布線的KS3因子
內(nèi)部布線的類型	KS3
無屏蔽的電纜 – 沒有為了避免形成環(huán)路而合理布線（1）	1
無屏蔽的電纜 – 為了避免形成大的回路而合理布線（2）	0.2
無屏蔽的電纜– 為了避免形成回路而合理布線（3）	0.02
有屏蔽的電纜，屏蔽層單位長度的電阻（4）51-RT/RD的LPS
        ②使RD（即RA、RB、RC）減小的特殊措施
損失類型	人身損失	對公眾服務(wù)的損失	文化遺產(chǎn)的損失
RT	10-5	10-3	10-3
表37  典型的RT值
   （2）RD≤RT但RI≥RT
        這種情況說明，建筑物對直接雷擊的防護是有的，
但對間接雷擊的防御尚存缺陷，應(yīng)采取下列措施：
       ①在外部服務(wù)設(shè)施入戶處以SPD作等電位連接，還可
考慮與外部入戶線路和連接的設(shè)備輸入端加合適的SPD。
       ②采用隔離變壓器。
       ③改變設(shè)備特性，采用II類設(shè)備等。
       ④改善磁屏蔽。
  （3）RD≤RT，Ri≤RT，但R>RT
       這種情況下，無需任何特殊的防直接雷擊或間接雷擊
的措施。原則上，直接和間接雷擊同時出現(xiàn)的概率畢竟
較小，但可以考慮采取一些措施以減小影響較大的風險
分量。
二.從經(jīng)濟上判斷采取LPS的合理性
       風險判斷只是理論上確定建筑物是否
需要安裝LPS和采取哪些措施可以減小相
應(yīng)的風險分量。但這些措施的采用是否經(jīng)
濟上合宜并沒有涉及。因此還應(yīng)從經(jīng)濟上
加以判斷。這就應(yīng)對損失的價值進行評
估。 
損失價值
       總損失的價值CL由下式表示：
     CL=(RA+RU)×CA+(RB+RV)×(CA+CB+CS+CC)
       +(RC+RM+RW+RZ)×CS	       (30)
式中：
     RA和RU是與牲畜損失有關(guān)的風險分量，沒有保護措施,
     RB和RV是與物理損害有關(guān)的風險分量，沒有保護措施,
     RC,RM,RW和RZ是與電氣和電子系統(tǒng)失效有關(guān)的風險分
       量，沒有保護措施,
     CA 是牲畜的價值,
     CS 是建筑物中的系統(tǒng)的價值,
     CB 建筑物的價值,
    CC 是內(nèi)存物的價值。 
           CL=（RB+RV）（B+C+A）
         + （RC+RM+RW+RZ）A         （31）
       這些數(shù)值均為無防護措施時的風險值：A為建筑物內(nèi)系統(tǒng)損失價值，B為建筑物本身損失價值，C為其內(nèi)存儲物價值。CRL為采取防護措施后還可能有的損失總價值，其值為：
           CRL=（RB''+RV''）(B+C+A)
          +（RC''+RM''+RW''+RZ''）A      （32）
        RX''為采取防護措施后的各風險分量
        CPm為所采取措施的年平均價值，以下式計算
            CPm=CP（I+a+m）                             （30）
式中CP，為防護措施價值，I為利息，a為折舊率，m為維 
        護費用（例如，I=15%，a=4%，m=1%等）。
        當CL>CPM+CRL時，安裝LPS經(jīng)濟上是合宜的，否則，安裝LPS就不合算了。
       當沒有保護措施的時候，剩余損失的總花費CRL可以通過以下公式進行計算:
	   CRL=(RA ’ +RU ’)×CA+(RB’ +R’V)   
               ×(CA+CB+CS+CC)
               +(R’C+R’M+R’W+R’Z)×CS    (33)
式中：
        RA’ 和 R’U是與牲畜損失有關(guān)的風險分量，有保護措
                       施；                       
        R’B和R’V 是與物理損害有關(guān)的風險分量，有保護措
                       施；
        R’C , R’M , R’W 和 R’Z 是與電氣和電子系統(tǒng)失效有關(guān)
                       的風險分量，有保護措施。
    保護措施的年平均費用CPM
 	        CPM=CP×（i+a+m）	        (34)
式中：
       CP 是保護措施的費用;
       i 是利率
       a 是折舊率
       m 是維護費率. 
      每年節(jié)約的金錢為:
            S=CL–(CPM+CRL)                     (35)
           如果年平均節(jié)省的金錢S > 0，保護是經(jīng)濟合理的。 
圖2 確定是否要采取防護設(shè)施的程序
圖3 確定防護措施經(jīng)濟利益的程序 
圖4  建筑物內(nèi)防護措施選擇的程序圖
3、結(jié)束語
   （1）雷電損害風險評估是防雷設(shè)計中最重要的
一環(huán)。其工作必須在防雷工程設(shè)計之前完成。這樣
才能使防雷工程立于堅實的科學基礎(chǔ)之上，做到完
全可靠、技術(shù)先進和經(jīng)濟合理，克服盲目性和大量
器材的無謂浪費。
   （2）雷電損害風險評估是一種發(fā)展中的技術(shù)，
涉及面較廣，其方法和風險容限還有待實踐驗證。
尤其是雷電為小概率事件，驗證并非易事，應(yīng)假以
時日方能得到合理的結(jié)論。因此目前IEC有關(guān)此項
技術(shù)的文件只以技術(shù)報告、方案等發(fā)布，并非正式
標準。說明其中還有不少探索空間。
      （3）評估是一項細致和認真的工作，容不得絲毫馬虎，它必須對建筑物所在地的地理、氣象、環(huán)境等條件作充分調(diào)查，并取得可靠數(shù)據(jù)后才能進行。
      （4）本講座只涉及單體的評估，至于對較大區(qū)域或環(huán)境的評估將是更復雜的工作，
      （5）評估也可作為事后驗證，借以判斷現(xiàn)有的LPS是否安全可靠和經(jīng)濟合理。
總     結(jié)
       IEC61662評估方法的計算公式是
                 R=∑Rx
                 Rx=NPD
       按雷擊類型把雷電災(zāi)害風險(R)分為直擊雷風險(RD)和間
接擊雷風險(RI)：
                 R = RD + RI
其中  RD=RA+RB+RC
         RI=RM+RU+RV+RW+RZ
         RA是指當雷電直接擊中建筑物時，在建筑物外2m以內(nèi)
              由接觸電壓和跨步電壓造成的生命損失的風險。
         RB是指當雷電直接擊中建筑物時，在建筑物內(nèi)由危險
              火花引發(fā)的火災(zāi)和爆炸造成的物理損失的風險。
        RC是指當雷電直接擊中建筑物時，由電阻耦合和感
應(yīng)耦合引起的過電壓造成的電力電子系統(tǒng)失靈的風險。
        RM是指當雷電擊中建筑物附近大地時，由內(nèi)部裝置
上的雷電流引起的過電壓造成的電力電子系統(tǒng)失靈的風
險。
       RU是指當雷電直接擊中引入線路時，在建筑物內(nèi)由
線路引入雷電流引發(fā)的接觸電壓造成的經(jīng)濟損失的風
險。
       RV是指指當雷電直接擊中引入線路時，由線路傳送
的雷電流造成的物理損失的風險。
       RW是指指當雷電直接擊中引入線路時，由線路感應(yīng)
引起的過電壓造成的電力電子系統(tǒng)失靈的風險。
       RZ是指當雷電擊中引入線路附近的大地時，由線路
感應(yīng)引起的過電壓造成的電力電子系統(tǒng)失靈的風險。
       建筑物雷電損害的來源分為S1、S2、S3和S4
等4類。
       S1是雷電直接擊中建筑物，這會造成由雷電流產(chǎn)生直
接機械損害、火災(zāi)或爆炸，由電阻和感應(yīng)耦合的過電壓產(chǎn)
生的火花而引起的火災(zāi)或爆炸，由電阻和感應(yīng)耦合的跨步
電壓和接觸電壓導致的人身傷害，以及由電阻和感應(yīng)耦合
過電壓或部分雷電流通道產(chǎn)生的電力或電子系統(tǒng)的失靈與
故障等4種損害。
       S2是雷電擊中建筑物附近的地面，這會造成由感應(yīng)耦
合過電壓產(chǎn)生的電力或電子系統(tǒng)的失靈與故障等損害。
       S3是雷電直接擊中引入設(shè)施，這會造成由進
入建筑物的外部電源線過電壓的火花誘發(fā)的火災(zāi)
或報紙，由進入建筑物的外部線過電壓和過電流
導致的人身傷害，以及由進入建筑物的外部線過
電壓產(chǎn)生的電力或電子系統(tǒng)的失靈與故障等3種
損害。
       S4是雷電擊中引入設(shè)施附近的地面，這會造
成進入建筑物的外部線感應(yīng)過電壓產(chǎn)生的電力或
電子的失靈與故障等損害。
雷電威脅服務(wù)設(shè)施
     當雷電威脅服務(wù)設(shè)施時，可以造成設(shè)施本身的損壞
和相關(guān)電力和電子設(shè)備的損害。同時可能擴展而造成與
服務(wù)設(shè)施相連的建筑物內(nèi)電力和電子系統(tǒng)的損害，其擴
展程度取決于服務(wù)設(shè)施特征、電力和電子系統(tǒng)的類型與
范圍、雷電特征。服務(wù)設(shè)施雷電損害的影響因素包括設(shè)
施結(jié)構(gòu)（架空線、埋地線、屏蔽線、無屏蔽線、光纖、
金屬管、塑料管）、設(shè)施功能（通信和數(shù)據(jù)線、電力干
線、煤氣干線、油干線）、使用規(guī)則（公用、個人）、
相應(yīng)建筑物（結(jié)構(gòu)、材料、大小、位置）和防護措施
（備用線路、流體儲存系統(tǒng)、發(fā)電裝置、不間斷電源）
等5個因素。
        服務(wù)設(shè)施雷電損害的來源分為S1、S2和S3等
3類：
       S1是雷電直接擊中相應(yīng)建筑物，這會造成由線內(nèi)雷電流產(chǎn)生的金屬線及屏蔽物的熔化，由電阻耦合引發(fā)的線路和相連設(shè)備的絕緣下降，管線刺穿等3種損害。
      S2是雷電直接擊中服務(wù)設(shè)施，這會造成由雷電流產(chǎn)生設(shè)施的直接機械損害，直接電源線路損壞（絕緣下降）和相連設(shè)備損害，管線刺穿并引發(fā)火災(zāi)或爆炸等3種損害。
      S3是雷電擊中引入設(shè)施附近的地面，這會造成由感應(yīng)過電壓引發(fā)的線路和相連設(shè)備的絕緣下降，管線刺穿等損害。
       綜合來講，雷電對于建筑物會造成C1、C2和C3等3類損害。C1是跨步電壓和接觸電壓導致的生物傷害，C2是由雷電流及危險的火花的機械或熱效應(yīng)產(chǎn)生的物理損害（火災(zāi)、爆炸、機械破壞、化學釋放），C3是過電壓產(chǎn)生的電力或電子的失靈。
   雷電災(zāi)害造成的雷災(zāi)損失分為D1、D2、D3
和D4等4類損失。
   D1是人身傷亡損失，
     D2是公共服務(wù)損失，
     D3是文化遺產(chǎn)損失，
     D4是財產(chǎn)經(jīng)濟損失。 
?
?圖７ IEC雷電災(zāi)害風險評估體系分析圖
R
     N
   D
             P
Ng
 A
  d
Ph
Pf
 Po

也可以按損害類型把雷電災(zāi)害風險(R)分為
人身損失風險(RS)、物理損失風險(RF)和過電
壓損失風險(RO)：
       R = RS + RF +RO 
       RS = RA + RU
       RF = RB + RV 
       RO = RM+ RW + RC + RZ
       現(xiàn)在，只要分別計算出RA、RB、RC、
RM、RU、RV、RW和RZ等8類風險，就可以得
到各類風險和總風險。下面是風險評估的具體
公式。
例1：科技樓建筑物（內(nèi)含電子系統(tǒng)）的雷擊風險評估
       遵照《雷擊損害風險評估》（IEC61662）所提出的
方法，對天威集團的科技樓建筑物（屬內(nèi)含電子系統(tǒng)的
建筑物）遭受雷擊的風險進行評估，以此來確定該建筑
物的LPS和建筑物內(nèi)部線路上SPD的安裝要求。   1、IEC61662定義的損害類型及成因造成各種損害
的成因：   S1——直接雷擊下的接觸電壓和跨步電壓；   S2——直接雷擊引起的著火、爆炸、機械效應(yīng)及化
學效應(yīng)；   S3——直接雷擊下設(shè)備上的過電壓；   S4——間接雷擊下設(shè)備上的過電壓；   S5——間接雷擊引起的著火、爆炸、機械效應(yīng)和化
學效應(yīng)。
損害類型：類型1：人身傷亡，可由S1、S2、S5引起；類型2：不可接受的對公眾服務(wù)的中止，可由S2、S3、
                 S4、S5引起；類型3：不可復原的文化遺產(chǎn)的損失，可由S2、S5引
                 起；類型4：不包括人身、文化及社會價值的財產(chǎn)損失，可
                 由S2、S3、S4、S5引起；類型5：與類型4 相同，但不包括靈敏儀器，可由S2、
                 S5引起。       科技樓所能遭受的損害只考慮類型1和類型4。
     2、科技樓的物理狀況  （1）科技樓為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，孤立平坦，長方形
（長a=90m、寬b=15m、高h=20m）；樓外為混凝土地
面；  （2）樓內(nèi)通常有人數(shù)n=200人，每人每年停留在樓
內(nèi)的時間t=25.5×12×8=2448小時，扣除離開時間，取
t=2000；  （3）該地區(qū)土壤電阻率ρ=70Ωm；  （4）該地區(qū)年平均雷電日數(shù)Td=31.3次/年；  （5）建筑物內(nèi)存放的物品為普通材料，建筑物及物
品總價值1000萬元；  （6）建筑物內(nèi)有小型消防設(shè)備；  （7）建筑物有4條電源線，30條電話線，4條雙絞
線，1條光纜，全部埋地敷設(shè)，無屏蔽；
               （8）建筑物的有效截收面積：
                Ae=ab＋6h(a＋b)＋9πh 2 =2.525×10 -2(km 2 )          周圍大地的截收面積：
               Ag=ab＋2ads＋2bds＋πds2－Ae
                   =6.182×10 -3(km 2)          電源線設(shè)施的有效截收面積：
               A1=As1Aa1=2ds（L－ds）=0.13(km 2)         電話線設(shè)施的有效截收面積：
               A2=As2＋Aa2=2ds（L－ds）=0.13(km 2)         雙絞線設(shè)施的有效截收面積：
               A3=As3＋Aa3=2 ds（L－ds）=0.13(km 2)         光纜設(shè)施的有效截收面積：
               A4=As4＋Aa4=0
        （9）該地區(qū)雷擊大地密度：
           Ng=0.04Td 1.25 ≈2.96 (次/km 2 ·a)（依據(jù)IEC61662）建筑物年預(yù)計平均直接雷擊次數(shù)：
          Nd=NgAe≈7.48×10 -2 (次/a)建筑物附近大地年預(yù)計平均雷擊次數(shù)：
          Nn=NgAg≈1.83×10 -2 (次/a)作用于入戶設(shè)施上的年預(yù)計平均雷擊次數(shù)：
          Ni=N4＋N3＋N2＋N1
             =Ng（A4＋A3＋A2＋A1）=1.154 (次/a)
式中：Aa1、Aa2、Aa3、Aa4是通過入戶設(shè)施相連周圍建筑物的有效截面積，本例中省略；          As1、As2、As3、As4是入戶設(shè)施（電源線、通訊線、信號線等）的有效截收面積。
    3、針對損害類型1的風險評估      成因S1、S2、S5可以引起損害類型1。       (1)直接雷擊由接觸電壓或跨步電壓引起的損害概率：Ph=KhPh′=10 -2 式中，Kh—與建筑物的雷電防護措施有關(guān)的縮減系數(shù)；P’—直接雷擊于無防護措施的建筑物，由跨步電壓或接觸電壓導致的損害概率。     （2）直接雷擊下，由于著火或爆炸引起的損害概率：
                  Pfd=Pt(P1＋P2＋P3＋P4)= 1.8×10 -3 其中：Pt—引發(fā)著火或爆炸的危險火花放電的概率，
                  Pt=KtPt'=0.6×10 -3 ；
      P1—金屬裝置上危險火花放電的概率；
                P1=K1P1′=1×0.5
       P2—建筑物內(nèi)部金屬裝置上危險火花放電的概率；
                P2=K2P2′=1×0.5；
       P3—入戶設(shè)施上危險火花放電的概率； 
                P3=K3P3′=1×1；   P4—入戶的外部導電部件上危險火花放電的概率，
                P4=K4P4′=1×1。   間接雷擊下，由于著火、爆炸、機械效應(yīng)或化學效
應(yīng)引起的損害概率：Pfi=PtP3=0.6×10 -3 
       （3）直接雷擊的損害次數(shù)：    直接雷擊下，由于接觸電壓和跨步電壓引進的
損害次數(shù)：       H=NdPh=7.48×10 -2×10-2=7.48×10 -4 (次/a)    直接雷擊下，由于著火引起的損害次數(shù)A：        A=NdPfd=7.48×10 -2×1.8×10-3≈1.35×10 -4 (次/a)    直接雷擊下，總的損害次數(shù)：
            Fd=H＋A=8.83×10 -4 (次/a)
     （4）間接雷擊的損害次數(shù)：
       鄰近雷擊作用于用戶設(shè)施上導致著火、爆炸等的損害次
數(shù)：   B=NnPtP3=1.83 ×10 -2 ×0.6×10 -3×1≈1.10 ×10 -5 
(次/a)   作用于n個用戶設(shè)施上雷擊導致著火、爆炸等的損害次
數(shù)：   C=Pt（N1P31＋ N2P32＋ N3P33＋ N4P34）
         = 0.6×10 -3（N1＋ N2＋ N3＋ N4）P3 
         =0.6×10 -3 × Ni 
         ≈ 6.93 ×10 -4 (次/a)    間接雷擊作用下，總的損害次數(shù)：Fi=B＋C=7.04×10 -4
 (次/a)
     （5）預(yù)期的年雷擊總次數(shù)：F=Fd＋Fi=1.587×10 -3 
(次/a) （6）確定建筑物可接受的最大損害次數(shù)：
                   Fa=Ra/δ=10 -5 
式中：δ—是可能損失的平均值，對于損害類型1 ，它表示
一個人出現(xiàn)于危險地帶的概率。
      
       Ra—是可以接受的損失的最大值，對損害類型1，取
Ra =10 -5。   雷電防護的目的是將損害風險Rd降低到：Rd≤Ra。
       當一座建筑物可能出現(xiàn)幾種類型損害時，對每一種
類型的損害都要確定滿足Rd≤Ra的條件。
       顯然
         F=Fd＋Fi
            =1.587×10 -3 (次/a)> Fa=Ra/δ=10 -5 （次/a）   因此，需要為該建筑物提供防護設(shè)施（LPS），防
護設(shè)施的效率（E）由以下方法確定。   首先考慮直擊雷的防護：
             E=1－Fa/Fd≈0.98   根據(jù)IEC61024－1－1《建筑物防雷》關(guān)于防雷裝
置保護級別的選擇，應(yīng)選擇保護級別為Ⅰ級的防雷裝
置，估算效率為98％。同時，為了減小入戶設(shè)施帶來的
危險，也應(yīng)在入戶設(shè)施上安裝SPD。
       安裝了這樣的防雷裝置后，直接雷擊的損害概
率：    Ph=KhPh'=10－2×0.5×（1－E）=1×10 -4     P1=K1P1'=（1－E）×0.5=1×10 -2 ；    P2=K2P2'=（1－E）×0.5=1×10 -2 ；    P3=K3P3'=1×10 -3 ；    P4=K4P4'=0。    Pfd=Pt(P1＋P2＋P3＋P4)= 1.26×10 -5 
            損害次數(shù)：              H=NdPh= 7.48 ×10 -2 ×1×10 -4 
                      =7.48×10 -6 (次/a)              A= NdPfd= 7.48 ×10 -2 ×1.26×10 -5
                      ≈9.42×10 -7 (次/a)              Fd=H＋A=8.94×10 -6(次/a)    滿足Fd≤Fa，建筑物獲得了直擊雷的防護。              B=NnPtP3=1.83 ×10 -2 ×0.6×10 -3×10 -3
                     ≈1.10 ×10 -8 (次/a)             C=Pt（N1P31＋ N2P32＋ N3P33＋ N4P34）
                    ≈6.93 ×10 -7(次/a)             Fi=B＋C=7.04×10 -7 (次/a)
        滿足Fi≤Fa，建筑物獲得了防間接雷擊的防護。    總次數(shù)：F=Fd＋Fi=9.64×10 -6 (次/a) Fi≤Fa因此實現(xiàn)
了對損害類型1的防護。
4.針對損害類型4的風險評估
       類似地，可以對損害類型4（財產(chǎn)損失）進
行風險評估，并根據(jù)結(jié)果確定雷電防護裝置的安
裝級別。   對財產(chǎn)損失進行評估和對人身傷亡的評估原
則不同，它更多是考慮經(jīng)濟上的合理，防護設(shè)施
的成本、維修費用、折舊等項目都是評估時需在
考慮的因素。分析過程此處省略。
5.防護設(shè)施的選擇程序        對于所考慮的建筑物，防雷設(shè)計工程師應(yīng)該首先進行評估分析，以便選擇適合的防護設(shè)施。        評估分析需要確定下列數(shù)據(jù)：        —雷電閃擊次數(shù)；        —損害概率；        —損害程度。        然后比較建筑物實際年損害次數(shù)F和可接受的最大年損害次數(shù)Fa：       當F≤Fa時，不需要防雷；       當F>Fa時，需要安裝防雷設(shè)施。
     如果Fd>Fa，應(yīng)安裝一個LPS（同時考慮在入戶設(shè)施
上安裝SPD），它的效率E滿足：
       1－Fa/(H＋A)≤E≤1－Fa/(H＋A＋D)
    LPS和SPD也將減小間接雷擊的損害次數(shù)，同時降
低LEMP效應(yīng)。  如果Fd ≤Fa，無需安裝LPS，然而，當Fi>Fa，則應(yīng)
在入戶線路上安裝SPD。  如果Fd ≤Fa，F(xiàn)i ≤Fa，而F>Fa，則應(yīng)考慮其它防護
措施，這些措施應(yīng)該能夠減小決定損害概率最大幾個因
素。
    可能的防護措施有：  —限制接觸電壓和跨步電壓以減少損害概率
Ph的措施（干燥的地面和LPS設(shè)備）；  —防止火勢蔓延以減小損害概率Pt的措施(完
善的消防系統(tǒng))；  —減小LEMP效應(yīng)以減小損害概率P1和P2的措
施（屏蔽電纜，并加裝LPS）；  —在入戶設(shè)施上安裝SPD器件，以減小損害概
率P3；  —安裝LPS以減小損害概率P1、P2、P3、P4、
Ph。

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