雷電災害風險

    雷電災害風險是指由雷擊發生及其造成損失的概率。雷電災害風險評估是雷電災害研究的重要內容，是科學防雷、全面防雷的工作基礎，也是災害評估的一種方法。但由于雷電災害具有很強的隨機性和瞬時性，很難對某一地區未來的危險性和易損性進行評估。我們現在要做的就是利用現有的雷電監測數據等資料，有效地對雷電災害風險進行預測。國外，國際電工委員會(IEC)和國際電信聯盟(ITU)等組織對雷電災害風險評估做了大量的研究并提供了相應的評估標準：IEC62305、ITU-TK.39等；國內雷電災害風險評估的成果主要包括雷擊危害風險評估和QX3-2000等標準。

    現在，雷電災害風險評估作為一個新興的業務已經在全國各地防雷機構廣泛開展，在我國由于雷電風險評估研究起步較晚，基礎數據積累有限，許多相關工作人員對雷電災害風險評估缺乏清晰的概念，在雷電災害風險評估工作的開展過程中遇到諸多的問題。本文對雷電災害風險評估相關概念以及存在的問題進行粗淺地分析，希望以此促進雷電風險評估人員做好建筑物或設備的評估工作，實現防雷減災效益最大化。

    一、雷電災害風險評估的必要性分析

    隨著國民經濟的不斷發展，雷電災害已成為影響經濟社會發展和人民群眾生命財產安全的嚴重自然災害之一，全世界平均每分鐘發生雷暴2000次，全球每年因雷擊造成的人員傷亡超過1萬人，所導致的火災、爆炸等時有發生。2007年5月23日，重慶開縣校園雷擊事事件發生的概率明顯增加，全面科學地防御雷電災害已經不得不擺上重要日程，強化專業分工，提高雷電專業在氣象災害防范領域的參與度勢在必行。為避免決策失誤，加強雷電災害預防，在開發重大建設項目、城市規劃等經濟建設過程中，必須先進行雷電災害風險評估。雷電災害作為一種典型的自然災害，必然符合災害學理論的一般規律，這就對我們提出了進行雷電災害風險評估的必要性和緊迫性。

    眾所周知，雷電能造成人員傷亡，能使建筑物起火、擊毀，能對電力系統、計算機網絡等造成破壞，雷電又是不斷出現的自然現象，特別是每年夏季更是雷暴的高發期，根據近幾年的統計數據來看，雷電災害正呈現一種上升的趨勢，為了保護人身安全和減輕雷電災害造成的損失和影響，十分需要了解雷電可能造成的或已經造成的后果，所以就需要對這種損失進行評價和估計，即進行雷電災害風險評估。但現在社會公眾對于雷電災害還缺少相應的認識和應有的風險意識，加上僥幸心理作祟，所以極易導致雷電災害事故的發生。這樣雷電災害勢必對我國的社會與經濟發展造成一定的負面影響，因此必須對此進行深入的研究和采取必要的措施。

    另一方面，通過對某些特定區域進行雷電災害風險評估，可以測算出該區域遭受雷電危害風險的風險值，確定易受雷電侵襲的高風險區，以有效的提高防雷減災的局部資金密度，合理安排各處的防雷工程建設，從防災避災的角度確定對未來最合理的防雷設施。進行雷電危害風險評估還有助于對防雷項目的經濟性進行估計，可以有效的防止防雷設施的盲目建設。對于大型的工程項目，特別是發生危險時對環境具有重大危害的工程項目，對于其在工程選址初期，對工程進行雷電災害的風險評估就顯得異常重要；對于建成的項目，對其進行風險評估，可以提供工程潛在的遭受雷電災害的風險值，并淺議雷電災害風險評估依據風險值進行有效的防雷措施。

    現階段，對于雷電災害的風險評估做的最多的是災后評估，即某處遭受雷擊之后，通過實地調查，得到接近準確的災害損失情況，為災后重建提供依據，同時積累歷史資料。從評估的對象來看，也局限于雷電災害的個例分析。所以進行全面推廣雷電災害風險評估還顯得任重道遠。

    二、雷電風險評估程序淺析

    在國外，IEC先是發布了IEC61662以及后來更新的IEC62305系列第二部分關于雷電災害風險評估的標準與規范，逐漸形成了一套完整而實用的雷電災害風險評估體系，對雷電防護及其風險評估提供了有力的依據，但這些標準大都建立在經驗基礎上，由于具體應用領域和具體國家地區的差異，應用效果也有所不同。在國內，針對電子信息系統防雷和氣象信息系統雷擊電磁脈沖防護問題，發布了GB50343-2004《建筑物電子信息系統防雷技術規范》和QX3-2000《氣象信息系統雷擊電磁脈沖防護規范》，這些標準中所涉及的雷電災害風險評估方法相對比較簡單，不能很好地滿足我們對于雷電災害風險評估的細致化的要求，所以國內現在采用比較多的是IEC62305所提出的關于雷電災害風險評估的思想以及相關的評估程序。下面就對雷電災害風險評估的一些基本的觀點進行簡要的闡述。

    1.風險分析原理

    所謂雷電災害風險評估，是從風險管理角度，運用定性或定量的科學分析方法和手段，系統地分析被評估對象所面臨的人為的和自然的威脅，以及威脅事件一旦發生可能遭受的危害程度，有針對性地提出抵御威脅的安全等級防護對策和整改措施，從而最大限度地減少雷擊災害所帶來的經濟損失和負面影響。

    自然災害系統是由致災因子、孕災環境和承災體共同組成的復雜系統，災害風險往往是天、地、人綜合作用的結果。對于雷電災害而言，致災因子是指即雷電災害存在的風險因子；孕災環境即建筑物所處環境的雷電發生概率的大小，周圍的地理環境以及社會環境等；承災體是指被評估的建筑物本身，建筑物內的人員以及建筑物內的電氣系統、電子系統以等易受損害的構件。因此，應從自然災害系統的構成要素(致災因子、孕災環境和承災體)出發，分析雷電災害的風險因素。

    2.雷電災害風險評估方法

    風險評估方法的選擇直接影響到評估過程中的每個環節，甚至可以左右最終的評估結果，所以需要根據系統的具體情況，選擇合適的風險評估方法。現有的風險評估方法有很多種，可大致分為定量的風險評估方法、定性的風險評估方法和綜合的風險評估方法三大類。

    定量評估方法的思想是，對構成風險的各個要素和潛在損失的水平賦以數值或貨幣的金額，當度量風險的所有要素(資產價值、威脅可能性、弱點利用程度、安全措施的效率和成本等)都被賦值，風險評估的整個過程和結果就可以進行量化。定性的評估方法是目前采用最為廣泛的一類方法。它主要依據研究者的知識、經驗、歷史教訓、政策走向及特殊變例等非量化資料對系統風險狀況做出判斷的過程。它主要以與調查對象的深入訪談做出個案記錄為基本資料，然后通過一個理論推導演繹的分析框架，對資料進行編碼整理，在此基礎上做出調查結論。

    目前國內對建筑物進行防雷施工只能對建筑物進行定性的分類，根據GB50057《建筑物防雷設計規范》的相關條目的規定進行防雷分類，這樣做的后果就是不能對建筑物的防雷措施做到進一步的細分，只能是大概地進行防雷措施的施工，造成不必要的浪費，而利用IEC提出的風險評估對建筑物進行定量的風險評估，可以給出建筑物的風險值的大小，并且能夠提出比較精確的防雷措施，這樣能對建筑物進行更加嚴密的保護措施。我們現在所用到的IEC62305的評估程序就是一種定量化評估的方法，它通過分析各種被評估體的各種潛在的風險因子來計算所有風險分量的大小，進而計算出被評估體遭受雷電災害的風險值的大小，再通過與我們可以承受的風險值進行比較，最終來確定被評估體是否有必要進行防雷保護，以及所采取的防雷保護的保護等級。未來防雷工程的發展方向應該是把雷電災害風險評估作為防雷工程設計和施工的前期工作，以雷電災害風險評估給出的風險值為依據來對建筑物進行防雷設計，這樣能夠對建筑物的薄弱不為更加精確地進行設計和保護，從而改變以往的全面的不分重點地進行保護，使得防雷工程能向精細化保護方向發展。

    3.存在的問題

    在實際工作過程中，還發現IEC62305里還有許多值得探討和改進的地方，由于IEC62305在制定的過程中更多的是借鑒歐美地區的雷電防護資料，并根據歐美的實際情況來制定規范的，實際在應用的過程中，發現有些數據并不適用于我們的實際情況，比如影響風險分量的風險因子的選取，這其實都是一些經驗數值，比沒有經過科學的驗證，所以我們可以通過不斷地數據累計來建立自己的關于雷電災害風險的數據庫并對風險評估程序中的因子進行適當的調整，以適應當地的實際情況。

    IEC62305的評估更適用于評估孤立的建筑物，對于一個建筑群或是一個大型的區域比如工廠廠區等的評估就遇到許多問題，比如對于建筑物之間的雷擊截收面積重疊的問題，大區域中建筑物與建筑物之間的聯系錯綜復雜，是否可以把一篇屬性相近的區域應用統一的方法進行評估，而不是對每個建筑進行孤立的計算，然后再簡單地相加，這樣做就把建筑物之間的聯系給區分開來，導致評估數值無謂地增大，導致風險值的誤差。另外IEC62305中的風險分量的影響因子是否可以因地適宜地增減，比如加入一些特殊的影響因子以達到更準確的一個評估值。除此之外，由于人們還沒有對于雷電災害的清晰的認識，以至于缺少應有的雷電災害的風險意識，而這樣的社會環境就會造成我們雷電防護從業人員對于推廣風險評估業務的難度。所以我們首先要做的是加強雷電災害的宣傳，增強人們的防護意識，特別是提高全社會對于雷電災害的認知程度，這樣可以保證我們從業人員更好地開展業務，以保障人民的生命財產的安全，為建設和諧社會做出自己的貢獻。

    風險評估作為一個新興的觀念越來越收到人們的重視了。雷電災害風險評估作為一個新興的業務，無論是人員素質還是人民群眾對于雷電災害的風險意識等諸多方面多都還有待加強。作為雷電災害防護體系中不可或缺的組成部分，雷電災害風險評估在程序本身或是操作上還存在很多問題，在未來必定是一個熱門的研究方向。(摘自：申紅石：《淺議雷電災害風險評估》，載《建筑設計管理》2009 年第1期)

    防雷技術措施

    我們知道：雷電是發生在大氣中的一種放電現象，具有高電壓、大電流、強電磁輻射的特征。傳統的防雷技術是在高大的建筑物樓頂或其附近，安裝防直擊雷的防護裝置。這種防雷裝置是由接閃器、引下線和接地體三部分組成。安裝這種防護裝置的目的是將強大的雷電電流，按照設計的通道泄放到大地。也就是由設在建筑物頂端的接閃器攔截雷電電流，之后通過導電通暢的引下線，引導到電阻值很小的接地體泄入到大地。這是屬于防直擊雷的措施，一般我們稱之為外部防雷。

    當雷擊發生時，建筑物的外部防雷裝置確實有效地防御了雷擊對建筑物結構的破壞，防止和減少了火災和人身傷亡。但它并不能保護建筑物內的電氣系統和電子系統免遭雷擊。因為，首先當雷電流快速泄放到大地的同時，在空中就會產生一個強大的變化磁場，處在這個強力變化磁場作用范圍內的所有電氣和電子系統的線路和設備，都會因為切割了磁場的磁力線而感應產生出電涌電流，輕則會產生誤動作，重則會造成設備損壞。原因之二，雷擊發生時雷電流可能擊中架空的電力線或通信線，也可能擊在這些金屬線纜附近而感應出電涌電流。這些電涌電流會沿著金屬線纜進入電氣和電子系統，造成破壞。

    我們把上述通過感應磁場的效應即“場”的作用；以及通過線路雷電流侵入即“路”的作用統稱為雷擊電磁脈沖，也有的稱為二次雷擊。這種二次雷擊的破壞，不象直擊雷那樣伴隨著強烈的電閃雷鳴，而是在人們看不見的感應磁場中發生的。由此可見，雷擊電磁脈沖的破壞作用是悄然發生，不易察覺，但后果遠比直擊雷嚴重得多。防御雷擊電磁脈沖的技術可稱為“內部防雷”。外部防雷與內部防雷共同組成了系統的綜合防雷體系。

    另外，雷擊發生時建筑物的避雷裝置在防止直擊雷過程中，強大的雷電流經過引下線和接地體泄入大地。與此同時，可向附近的各種接地導體閃絡電弧，電壓可高達數萬伏以上。會向建筑物內對包括：機房內各類接地的機器設備和電子設備；自來水管道、暖氣管道、煤氣管道等各類金屬管線；接地的金屬門窗甚至人，發生閃絡現象，至使設備和人員受到侵害。所以在設計系統綜合防雷工程時，對上述問題均要一并予以考慮。

    一、綜合防雷的主要技術措施

    由于雷電波的侵襲是無孔不入的，因此系統的綜合防雷體系，是一項綜合性的系統工程，應包括對直擊雷和對雷電電磁脈沖的防護；采取的技術措施也是多方面的，除了外部防護外，還應有內部防護。按照國際上雷電防護標準的規定，可將綜合的主要技術措施用以下框圖表示：

    我們可以這樣理解綜合防雷體系的作用：“防雷”如同“防洪”。象在防洪過程中，為了防御或減輕洪水的危害，我們要采取引流和泄洪的措施一樣，在防雷工程中采取一系列技術措施的目的是，為雷電流提供一條低阻抗泄入大地的通道，同時還要防止雷擊電磁脈沖通過“場”和“路”的侵入。

    1.外部防雷—攔截措施

    綜合性系統防雷工程的第一道防線，就是攔截直擊雷。最經濟、最有效的方法，仍然是采用安裝包括接閃器、引下線和接地體在內的防直擊雷防護裝置的方法。作為攔截雷電的接閃器—避雷針，其保護的范圍是有一定限制的。在防雷工程設計時，對建筑物的直擊雷防護，要通過滾球法計算來確定設置避雷針的高度，或采用多根避雷針來覆蓋被保護的建筑物。當接閃器接閃后，為了分流，可能需要多根引下線將雷電流引下，這就好比使用多條河道或拓寬了河道以泄洪水。大地是泄放雷電流的最好場所，如同海納百川一樣。如果接地裝置的接地電阻很低，則雷電流的泄放速度更會加快。如果接地電阻值較高，根據歐姆定理U＝R•I，當電流值一定時，引下線上的電位會因接地電阻值較高而增大，此時可能對引下線周邊的物體發生閃絡。好比象洪水因泄流不暢，而漫出大堤的效果一樣。

    2.屏蔽措施

    屏蔽是防止任何形式電磁干擾的基本手段之一，屏蔽的目的，一是限制某一區域內部的電磁能量向外傳播，二是防止或降低外界電磁輻射能量向被保護的空間傳播。空中的雷擊電磁場是無孔不入，特別是對磚木結構的建筑物以及鋼筋結構建筑物的非金屬門窗這樣“洞”，強的雷擊電磁場會輕易地鉆進來破壞設備。對于電子設備的屏蔽，主要依賴其外殼。對于屏蔽要求很高的設備，應設置專用的屏蔽室。因此，當被保護的電子設備比較重要，同時耐磁場強度較弱時，就要采用金屬網或金屬板組成的屏蔽室，將設備屏蔽起來的措施予以保護。這也就如同防洪中，加固堤防的措施一樣。

    另外，電纜的敷設形式不同，其屏蔽效果也大不相同，架空電纜比埋地電纜更易受雷電襲擊。電纜的屏蔽性能與電纜外導體或屏蔽體是否接地以及它的敷設形式有關。對于入戶電纜的屏蔽要采取入地敷設、穿管走線、可靠接地等措施，才能達到良好、有效的屏蔽效果。

    3.等電位連接

    等電位連接也稱作均壓。我們知道，站在地上的人觸摸電線就會被電擊，而在高壓線上作業的工人不會被高壓電電擊，原因是他與高壓線的高電壓是等電位的，由于沒有電位差，所以沒有電流流過，就不會被電擊。同樣道理，為了保證設備和操作人員的安全，各類電器設備和信息技術設備均應采取等電位連接的措施。就是把各類設備包括所有的導體，都要做到良好的導電性連接，并且還要與接地系統連通。其中非帶電導體可直接用導線連接，帶電導體通過電涌保護器(SPD)連接。其目的是使所有的設備和導體與接地系統做到電位均衡連接，也就是所有導電部件之間不能存在顯著的電位差，導電部件與接地系統之間也就不會產生電位差，從而形成電位相等的電磁環境，這樣就組成了一個安全的電位補償系統。

    具體地講，就是對進入建筑物的所有金屬導體、管道、電纜的外屏蔽層，都做等電位連接與接地。而對于配置有電子信息系統設備的機房內，應設等電位連接端子板，端子板也應可靠接地。機房內的電氣設備和電子設備的金屬外殼、機柜、機架、屏蔽線外層以及在電源通道、天饋通道和信號通道上加裝的各種SPD，都要以最短的距離就近與等電位連接端子板連接。所以，在綜合布線過程中，也應使所有的設備和導體與共用接地系統之間，保持可靠的等電位連接，從而達到保護設備和人身安全的目的。

    4.防閃絡措施

    所謂閃絡現象就是，電流傳導過程中在導體之間跨越絕緣體產生電弧，從而改變了電流傳遞通道。產生電弧的主要原因是電弧兩端的導體之間電位差很大，距離又很近，從而擊穿了絕緣體，如空氣或土壤等介質。因此，為防止閃絡的發生，可以采取隔離或保持安全距離的方法。如外露外引下線使用耐100kV的絕緣層隔離以防止對人體和其他導體的閃絡；在引下線入地處鋪設厚度為5cm以上的瀝青層使其3m范圍內的土壤地表層電阻率大于5kΩ.m防止跨步電壓等。這也是如同在防洪中加固大堤，防止洪水溢出。當然防止閃絡還有其他的措施，如：采取等電位連接，使閃絡的兩端等電位；用網狀接地裝置對地面作均衡電位處理以防止跨步電壓等。

    5.電涌保護器

    電涌保護器(SPD)是一種箝制過電壓和分走電涌電流的器件。當SPD被并聯到被保護的低壓電氣線路或電子線路時，如果線路上流過的是正常的工作電壓，則其呈高阻抗狀態；只有在線路上出現過電壓和過電流時，它們才呈低阻抗狀態，此時電涌電流通過SPD泄入大地，從而保護了后端的電氣或電子設備。實際上，我們可以把SPD的作用，看作是防洪工程中的分洪泄流來比喻。

    當然，SPD的選擇是比較復雜的技術，需要考慮的主要因素有：SPD的最大持續運行電壓、SPD能承受預期通過它們的雷電流值、SPD的電壓保護水平、被保護設備的耐壓水平、雷擊類型以及需防護的電氣系統和電子系統所在地的年平均雷暴天數等等。有些建筑物內電子信息系統防雷標準不從客觀實際出發，一味強調什么“層層設防、多重保護”不僅大量地浪費了資源，而且會適得其反地破壞了SPD的保護作用。

    對于具備各類電子系統的現代建筑物大樓防雷工程，是一項多種技術措施綜合運用的系統工程。只有按防雷技術規范的要求，結合工程實際，使外部防雷和內部防雷密切結合，整體地采用各種防雷措施，才能充分發揮綜合防雷的有效作用。任何單方面的措施，其防雷效果都將大打折扣。因此，對于現代建筑物大樓的防雷工程，必須全面綜合考慮，相互配合，才能更有效地防止雷擊對現代電子系統的侵害。