內(nèi)容摘要：為了能更可靠、安全、準(zhǔn)確、完善地設(shè)計(jì)城市汽車加油站防雷方案，我們需要對(duì)其進(jìn)行先期的雷害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。
　　關(guān)鍵詞：汽車加油站、雷害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估
　　一、 概述
　　汽車加油站由于其危險(xiǎn)性，其防雷要求較為嚴(yán)格。特別是位于城市中的汽車加油站，由于其位置周邊建筑物、人流密集，防雷要求更高。
　　二、 汽車加油站雷害評(píng)估方法簡(jiǎn)介
　　1、 總的表達(dá)式（見(jiàn)IEC1662）
　　對(duì)每一建筑物雷害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估可用下式表示R=(1-e-Npt)δ(1-1)
　　式中：N—建筑物年平均雷擊次數(shù)期望值P—建筑物雷害概率δ—建筑物或其內(nèi)貯物可能遭受的損失
　　如觀察時(shí)間t=1年，當(dāng)Np﹤﹤1則（1－1）式可簡(jiǎn)化為R≈Npδ其中：建筑物年平均雷擊頻數(shù)F=Np，因此害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估（1－1）式可化為R≈Fδ。同理，如可允許雷害風(fēng)險(xiǎn)表示為Ra≈Faδ，式中：Ra—可允許雷害風(fēng)險(xiǎn)Fa—可允許年平均雷擊頻數(shù)；由此可見(jiàn)，只要δ不變，則僅僅比較F與Fa，便可取得防雷措施決策的判據(jù)，即當(dāng)F≤Fa時(shí)，不必采取防雷措施；當(dāng)F＞Fa時(shí)，必須加設(shè)防雷措施。
　　如進(jìn)一步將雷害性質(zhì)細(xì)分為各種類型，則可深入分析研究各種類型雷害的不同頻數(shù)，采取各種不同對(duì)策，以達(dá)到更佳的防雷效果。
　　2、 汽車加油站雷害類型及F的計(jì)算
　　一般按需要可將雷害類型及其風(fēng)險(xiǎn)允許值列出如下表：
　　表1－1
　　類型 說(shuō)明 Ra
　　1 人員傷亡 10-6
　　2 火災(zāi)、爆炸及機(jī)械、化學(xué)效應(yīng)造成損失 10-3
　　3 與進(jìn)出建筑物線路有關(guān)的電氣設(shè)備損壞 10-2
　　4 貴重財(cái)物損失 —
　　5 非貴重財(cái)物損失 —
　　
　　在F計(jì)算之前，必須確定N及P的值。為了方便今后分析，把雷擊性質(zhì)分為直擊雷與間接雷兩類：
　　（a） 直擊雷年平均雷擊次數(shù)期望值Nd可按下式計(jì)算：
　　Nd＝NgAe10-6次/km2，式中：Ng—當(dāng)?shù)氐孛嬖馐芾讚裟昝芏龋ù?km2.年）；Ae—建筑物的有效集雷面積（m2）
　　注：①Ng按當(dāng)?shù)氐慕y(tǒng)計(jì)資料，如缺時(shí)可按下式計(jì)算：
　　Ng＝0.024Td1.3，式中Td－當(dāng)?shù)啬昀纂娙眨�可查閱�?guó)家頒布的全國(guó)年平均雷電日數(shù)分布圖）；②Ae的計(jì)算方法可參考IEC1024-1-1或有關(guān)方面文獻(xiàn)。
　　（b） 建筑物間接雷擊又可以分為兩種情況：建筑物附近地面年平均雷擊次數(shù)Nn和進(jìn)入建筑物各種線路的年平均雷擊次數(shù)Nk。近地面年平均雷擊次數(shù)Nn可按下式計(jì)算：Nn＝NgAg式中：Adsg—附近地面集雷面積（km2）
　　建筑物附近遭受雷害的邊界可按距離建筑物本身的距離ds計(jì)算。ds的公尺數(shù)等于附近地面土壤電阻率（Ω.M）的數(shù)字，最大值為500m。在ds范圍內(nèi)的地面遭到雷擊時(shí)會(huì)引起地電位升高，對(duì)建筑物通過(guò)各種進(jìn)入線路危害電氣設(shè)備。從距建筑物ds作為邊界圍成的面積Adsg減去建筑物的有效集雷面積Ae的差就是Ag。
　　進(jìn)入建筑物各種線路的年平均雷擊次數(shù)Nk可按下式計(jì)算：
　　Nk＝NgAk，式中：Ak—影響各種進(jìn)線設(shè)施的有效集雷面積，它包括：Ak＝Ask+Aak；
　　式中Ask—各種進(jìn)線（電力線、通信線或信號(hào)線等）的有效集雷面積;*
　　Aak—通過(guò)各種線路與本建筑物連接的附近建筑物的有效集雷面積。*
　　3、 汽車加油站概率P的確定
　　按照雷害類型分述如下：人員傷亡率：Ph=Ph’.Kh；式中Kh—與防雷設(shè)施有關(guān)的縮減系數(shù)；
　　（a） Ph’—無(wú)防雷設(shè)施時(shí)，由直擊雷引起的接觸電壓和跨步電壓雷害概率。
　　人員傷亡主要由直擊雷引起的接觸電壓和跨步電壓造成的雷害。Ph’與建筑物外邊土地表面的性質(zhì)及土壤電阻有關(guān)，而Kh則與防雷設(shè)施有關(guān)。它們的確定參考附錄附表1－3。
　　（b） 火災(zāi)、爆炸及機(jī)械、化學(xué)效應(yīng)的雷害可以由直擊雷引起也可以由間接雷引起，概率包含以下分量：
　　Pt—引發(fā)導(dǎo)致火災(zāi)、爆炸的危險(xiǎn)火花的概率；
　　P1—金屬裝置上產(chǎn)生危險(xiǎn)火花的概率；
　　P2—室內(nèi)電氣設(shè)備上產(chǎn)生危險(xiǎn)火花的概率；
　　P3—與進(jìn)線有關(guān)的各種設(shè)施上產(chǎn)生危險(xiǎn)火花的概率；
　　P4—進(jìn)入建筑物前各導(dǎo)電部件上產(chǎn)生危險(xiǎn)火花的概率。
　　其中P1、P2及P4只與直擊雷有關(guān)，而P3則還與感應(yīng)雷有關(guān)。因此引起火災(zāi)、爆炸及機(jī)械、化學(xué)效應(yīng)的雷害概率：Pf=Pfd＋Pfi，其中由直擊雷產(chǎn)生的雷害概率分量：Pfd=1－[(1-PtP1)(1-PtP2)(1-PtP3)(1-PtP4)]≈Pt(P1+P2+P3+P4)；由間接雷產(chǎn)生的火災(zāi)等雷害概率：Pfi=PtP3(1-14)；以上各種不同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可參照附錄中附表1－4取值，P1’＝P2’與建筑物的結(jié)構(gòu)特性有關(guān)，可參考附錄中附表1－5，縮減系數(shù)K1、K1與減少產(chǎn)生危險(xiǎn)火花的防范措施有關(guān)；
　　P3’＝P4’＝1。至于K3、K4則與它們各自的防范措施有關(guān)，。
　　（c） 由于雷擊產(chǎn)生過(guò)電壓的雷害概率
　　過(guò)電壓即可由直擊雷產(chǎn)生也可以由間接雷產(chǎn)生，因此它包含兩個(gè)分量：
　　Po=Pod＋Poi，其中直擊雷分量：Pod=1-(1-P2)(1-P3)≈P2+P3，間接雷分量：Poi=P3
　　4、 汽車加油站雷害頻數(shù)的分類及其計(jì)算
　　顯然，建筑物年雷害頻數(shù)也可以按前面所述分為直擊雷和間接雷兩個(gè)分量：
　　F=Fd＋Fi；也可以按雷害性質(zhì)分為人身、火災(zāi)、過(guò)電壓等分量：
　　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—人員雷害的頻數(shù)分量；A—直擊雷產(chǎn)生火災(zāi)等雷害的頻數(shù)分量；B—附近雷擊產(chǎn)生火災(zāi)等雷害的頻數(shù)分量；C—雷擊影響本建筑物m條進(jìn)線而發(fā)生火災(zāi)等雷害的頻數(shù)分量；D—直擊雷引發(fā)過(guò)電壓雷害的頻數(shù)分量；J—附近雷擊引發(fā)過(guò)電壓雷害的頻數(shù)分量；C—雷擊影響本建筑物m條進(jìn)線而發(fā)生過(guò)電壓等雷害的頻數(shù)分量。如建筑物或其中設(shè)施與雷電流有直接耦合時(shí)則還要考慮B’和J’。
　　三、 以下以佛山季華加油站作為應(yīng)用實(shí)例加以論述說(shuō)明：
　　（一）季華加油站設(shè)施雷害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估
　　本項(xiàng)目的工程設(shè)施主要指儲(chǔ)、供油及售油系統(tǒng)。與其有關(guān)的重要建筑物和設(shè)施有售油亭、站房及貯罐和電力系統(tǒng)，因此評(píng)估對(duì)象主要以售油亭、站房及貯罐和電力系統(tǒng)為主。該工程位于佛山城區(qū)，周邊建筑物、人流密集。
　　1、 各種直擊雷的年平均雷擊次數(shù)的計(jì)算
　　根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料，按（1－7）式計(jì)算，佛山地區(qū)Td＝80～100（查全國(guó)年平均雷數(shù)分布圖），取Td＝100，
　　Ng＝0.024Td1.3＝0.024X1001.3≈9.55次/Km2.年
　　圖1－1季華加油站環(huán)境圖
　　（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、后三面都是高層建筑物（10層或以上），前面是公路；它們遮蓋著本建筑物的集雷面積。為簡(jiǎn)化計(jì)算，可把Ae看成一座有擴(kuò)展寬度D=√（H（200-H））的22X33的矩型建筑物，其值為：
　　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
　　考慮大樓附近地面為砂礫土壤，取土壤電阻Rc=100～150Ω/m，則ds=100～150,相應(yīng)地得
　　Ag=Adsg-Ae=3.41X10-2～Km2，因此：Nn=Ng.Ag=3.26X10-1(次/a)
　　(c)Nk
　　本建筑物進(jìn)出線路情況及集雷面積計(jì)算結(jié)果如下表所列：
　　表1－2電力線路的有效集雷面積
　　序號(hào) 路由 線路情況 根X長(zhǎng)（m） 防雷前Ask 防雷后Ask
　　1 一級(jí)電站 三相四線 1X800 2000X800＝16X105 2X100X800=16X104
　　2 去裝卸點(diǎn) 三相四線 1X50 2000X50＝1X105 2X100X50=1X104
　　3 ∑Ask＝ 17X105 1.7X105
　　表1－3電力線路的有效集雷面積
　　序號(hào) 路由 線路情況 根x長(zhǎng)（m） 防雷前Ask 防雷后Ask
　　1 進(jìn)站攝像槍 電纜 1X100 1X2000X100＝2X105 2X100X100＝0.2X105
　　  同軸電纜 1X100 1X2000X100＝2X105 2X100X100＝0.2X105
　　2 出站攝像槍 電纜 1X100 1X2000X100＝2X105 2X100X100＝0.2X105
　　  同軸電纜 1X100 1X2000X100＝2X105 2X100X100＝0.2X105
　　3 油亭攝像槍 電纜 1X100 1X2000X100＝2X105 2X100X100＝0.2X105
　　  同軸電纜 1X100 1X2000X100＝2X105 2X100X100＝0.2X105
　　4 ∑Ask＝ 12X105 1.2X105
　　本建筑物進(jìn)出電力線為380－220V低壓架空三相四線，后穿鐵管埋地。電話線另成一個(gè)系統(tǒng)，暫不考慮。
　　由于附近建筑物的線路除電話網(wǎng)外與本建筑物無(wú)關(guān)，故Aak=0。因此得∑Ak及∑Nk的計(jì)算結(jié)果如下表：
　　表1－4
　　序號(hào) 防雷前 防雷后
　　1 ∑Ak=(17+12)X105=2.9X106 ∑Ak=(1.7+1.2)X105=0.29X106
　　2 ∑Nk=NgAk=9.55X2.9X106X10-6=27.69 ∑Nk=NgAk=9.55X0.29X106X10-6=2.77
　　
　　2、 概率P的確定
　　(a)Ph：取Rc=100，Ph’＝10－4，無(wú)防雷時(shí)Kh＝1，得：Ph＝1X10－
　　
　　(b)Pf：建筑物及其室內(nèi)貯物取“可燃”，Pt’＝10－1,防護(hù)措施為小型滅火裝置，Kt＝0.9，得：Pt＝10－1X0.9＝9X10－2
　　建筑物為鋼構(gòu)架及鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，P1’＝P2’＝0.5，無(wú)防雷系統(tǒng)時(shí)，K1＝K2＝1,加設(shè)屏蔽后，屏蔽網(wǎng)截面積S>>10m2時(shí)，K1＝K2＝10－3，因此得：防雷前P1＝P2＝1X0.5＝0.5，防雷后P1＝P2＝10－3X0.5＝5X10－4
　　又P3’＝P4’＝1，K3＝K4＝1，故防雷前P3＝P4＝1。
　　加裝浪涌吸收器后，K3＝K4＝10－3，得P3＝P4＝10－3
　　由此可得防雷前Pfd=9X10－2（0.5＋0.5＋1＋1）＝27X10－2
　　防雷后Pfd=9X10－2（5X10－4＋5X10－4＋1＋1）＝9.018X10－5
　　(c)Po：直擊雷防雷前Pod=0.5＋1＝1.5，防雷后Pod=0.5＋10－3＝0.501，間接雷防雷前Poi=1，由于采用了浪涌吸收器，防雷前Poi=1X10－3
　　雷害頻數(shù)F的計(jì)算，如下表：
　　表1－5
　　序號(hào) 類型 防雷前 防雷后
　　1 人身傷亡 Fh＝NdPh=8.6X10-2X10-4=8.6X10-6
　　H≈8.6X10-6 極小
　　2 火災(zāi)等 Ff＝NdPfd+NnPtP3+Pt∑NkP3k＝8.6X10-2X27X10－2+3.26X10-1X9X10-2X1＋9X10-2X27.69X1≈254.25X10-2
　　A≈2.32X10-2,B≈2.93X10-2,C≈2.49 Ff＝NdPfd+NnPtP3+Pt∑NkP3k＝8.6X10-2X9.018X10－5+3.26X10-1X9X10-2X10-3＋9X10-2X2.77X10-3≈3.56X10-5
　　A≈7.76X10-6,B≈2.93X10-6,C≈2.49X10-5
　　3 過(guò)電壓 FO＝Nd(P2+P3)+NnP3+∑NkP3k＝8.6X10-2(0.5+1)+3.26X10-1X1+27.69X1≈28.15
　　D≈1.29X10-1,J≈3.26X10-1,G≈27.69 FO＝Nd(P2+P3)+NnP3+∑NkP3k＝8.6X10-2(0.5X10-3+10-3)+3.26X10-1X10-3+2.77X10-3≈4.83X10-4
　　D≈1.29X10-4,J≈3.26X10-4,G≈0.28X10-4
　　3、 裝設(shè)防雷設(shè)施前后的比較
　　表1－6
　　序號(hào) 類型 δ的值 Ra Fa 防雷前F 防雷后F
　　1 人身傷亡 1 10－6 10－6 Fh＝8.6X10-6 極小
　　2 火災(zāi)等 1 10－3 10－3 Ff＝2.54 Ff＝3.56X10-5
　　3 過(guò)電壓 1 10－3 10－3 FO＝28.15 FO＝4.83X10-4
　　（二）、季華加油站雷害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)論：
　　（1）因?yàn)楫?dāng)?shù)厝狈�統(tǒng)計(jì)資料，暫時(shí)假定δ的值為1，此時(shí)Fa＝Ra；把F與Fa比較即可。從表1－6中可以看到人身傷亡雷害的Fh（8.6X10-6）>Fa（10-6），應(yīng)加裝防雷設(shè)施。而火災(zāi)等雷害的Ff在采取防雷措施前Ff（2.54）>>Fa（10-3），在采取防雷措施后Ff（3.56X10-5）<<Fa（10-3），以策安全。至于過(guò)電壓雷害方面。在防雷前Fo（28.15）>>Fa（10-3），可見(jiàn)危險(xiǎn)性極大，加裝了四級(jí)避雷器后，使Fo（4.83X10-4））<Fa（10-3），大大降低其風(fēng)險(xiǎn)，以保自動(dòng)控制、檢測(cè)、報(bào)警系統(tǒng)的安全。
　　（2）加油站內(nèi)的設(shè)施及內(nèi)貯物包括有易燃易爆的燃油及其相關(guān)設(shè)備（售油機(jī)、輸油管道、貯罐等），并且三邊是高密度大廈、繁忙的交通主干道，位于城市中心，如果一旦發(fā)生事故，后果嚴(yán)重；雖然建筑物本身在防火、防震等各方面都采取各種足夠的防護(hù)措施，為了保證安全，所以將季華加油站定為二類防雷建（構(gòu)）筑物。
　　（三）、季華加油站雷害防護(hù)措施及設(shè)計(jì)施工方案：根據(jù)季華加油站的實(shí)際情況，建議防雷措施應(yīng)有以下幾個(gè)方面：
　　① 防直擊雷及接地系統(tǒng)。A、使用針帶結(jié)合接閃為宜。在售油亭的鋼構(gòu)架的四個(gè)明角安裝避雷短針；在售油亭的鋼構(gòu)架頂按滾球法敷設(shè)3×3的避雷網(wǎng)。B、利用基礎(chǔ)樁臺(tái)、地梁焊接成自然基礎(chǔ)接地網(wǎng)（若無(wú)地梁則要做人工接地網(wǎng)，也可同時(shí)做），利用主柱筋作引下線與鋼構(gòu)架焊接連通。
　　② 設(shè)備（售油機(jī)、輸油管道、貯罐等）防靜電接地系統(tǒng)。A、售油機(jī)的機(jī)架、油槍均應(yīng)接地；B、輸油管之間每5米等電位跨接一次；C、貯罐罐池要做屏蔽處理及良好接地，罐池篩底應(yīng)焊接成屏蔽網(wǎng)，整個(gè)屏蔽網(wǎng)內(nèi)與貯罐連接，外與人工地網(wǎng)連接。③電源及設(shè)備信號(hào)線防感應(yīng)雷措施。④各接地系統(tǒng)應(yīng)盡量共用。