雷击风险评估论文

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雷击风险评估论文范文第1篇

关键词：闪电定位系统雷电灾害风险评估雷灾调查

中图分类号：TP274.4 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）12-0217-02

1 引言

随着近年来我国各省市闪电定位系统的建立与完善，闪电定位数据已在雷电临近预报及雷电防护工作中得到广泛应用。在雷电临近预报的应用上，闪电定位资料作为雷电临近预报的重要参数之一[1]，这方面的应用和研究也较多[2]-[3]。在雷电防护的应用上，雷电灾害风险评估中的地闪密度、雷电流累积概率等参数均可从闪电定位数据中获得，而且多年的地闪数据能突出反映被评估对象所在地理位置的实际雷电活动规律，比经验公式计算更为准确；另外在雷灾调查与鉴定中，闪电定位数据是判断灾害是否为雷电引发的一项重要参考依据。本文介绍了深圳市闪电定位系统的结构、探测原理、探测参量与指标等，总结了闪电定位数据在深圳市雷电灾害风险评估、雷灾调查与鉴定中的应用，以期对雷电防护工作有一定的参考价值。

2 闪电定位系统介绍及其数据说明

2.1 闪电定位系统介绍

深圳市闪电定位系统是由ADTD雷击探测仪、中心数据处理站、图形显示工作站、数据库与网络浏览服务器、通讯系统5个主要部分组成，能够实时、连续、高精度地提供雷电发生的时间、位置、极性、强度等雷电活动参数。系统采用联合雷电定位（IMPACT）原理，即测向定位是利用一对正交的磁场线圈，测定雷电所在的方位；时差定位是测定雷电信号到达各测站的时刻，并根据雷电信号到达各测站的时间差来计算确定产生雷电的位置。由5个探测站组成的雷电监测定位网，可以覆盖整个深圳市，该雷电监测定位系统的探测参量与相关指标（见表1）。

2.2 数据存储结构

闪电定位的数据是实时采集并实时存入Oracle数据库的数据表中，该数据表包含了探测到的地闪的主要特征参数，如地闪时间、经度、纬度、电流强度和陡度、电荷、能量、定位方式及误差等。同时在入库的时候给每条记录都增加了一个地闪所发生区域的字段，构成了完整的空间数据表的数据结构形式。

3 数据处理与分析方法

3.1 数据处理

本文采用2005-2012年共8年的闪电定位数据，利用数据库查询功能导出数据表中时间、经度、纬度、电流强度和陡度、定位方式6个字段。其中时间精确到秒，经纬度精确到小数点后6位，电流强度和陡度精确到小数点后1位，定位方式选择三站以上的定位数据。

3.2 数据分析方法

本文主要介绍按闪电定位数据来绘制地闪密度图，雷击点临近地闪定位图、地闪的时间和地域分布特性等。运用ArcGIS软件的ArcMap组件，绘制地闪密度图、雷击点临近地闪定位图，并结合ArcToolbox中的空间分析模块所提供的Analysis Tools、Data Management Tools、Spatial Statistics Tools功能进行相关数据处理和分析，其中Analysis Tools是用来把导出的深圳外切矩形数据与深圳边界求交集，从而得到深圳界内的地闪数据，Data Management Tools是用来进行空间投影即原始数据的地理坐标系转换成投影坐标系，Spatial Statistics Tools是把处理好的数据进行点密度分析，即可得到地闪密度。[4]

4 雷电灾害风险评估中的应用

4.1 全市地闪密度图的绘制

雷电灾害风险评估中风险值的计算需计算建筑物的年预计雷击次数，年预计雷击次数与雷击大地的年平均密度（Ng）直接相关。按《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010的规定，Ng=0.1×Td，Td为年平均雷暴日，Td根据当地气象台、站资料确定，这样全市的Ng值是相同的，但根据实测数据分析结果，雷电分布差异很大[5]。

利用ArcGIS软件绘制了深圳市的年平均地闪密度分布图（见图1），图中色标由深蓝色到深红色，所表示的地闪密度依次升高。其地闪密度分布特征是：西部高于东部，高密度区主要分布在宝安区和市区的部分地区。

4.2 单个建筑物所在位置地闪密度取值

在雷电灾害风险评估中，当确定建筑物地理信息后，在ArcMap的地闪密度图中可进行标注，所取实例为深圳西涌天文台（见图2），考虑到闪电定位存在的误差，提取标注点所在1km2单元格及周边8格单元格的地闪密度数值，取其平均值作为地闪密度值（见表2）。

5 雷灾调查与鉴定中的应用

当雷击事故发生时，根据发生时间及地理信息，查询事故发生前后半小时，事故点附近1km、1.5km及3km内的的闪电定位数据。在雷电灾害调查与鉴定时应结合剩磁测量的结果和闪电定位的情况综合考虑，给出判定结论。[7]

2013年8月30日上午5时左右，深圳某学校雷云过境后，消防监控系统瘫痪。依据闪电定位系统数据分析，8月30日4：45-5：15该校3公里范围内共发生地闪7次（见图3）。其中距离学校最近的一次地闪发生在4：57，学校西偏北方向约455m，此次地闪为负地闪，地闪强度为-51.8kA，平均陡度为-13kA/μs。根据闪电定位和剩磁测量结果，鉴定为雷击建筑物附近产生闪电感应导致电子设备损坏。

6 小结与不足

采用闪电定位数据和地理信息系统软件的方法，分析了深圳市雷电活动规律，并利用该规律在雷电防护中做了一些应用，小结如下：（1）闪电定位数据可以为雷电灾害风险评估提供准确、符合建筑物所在地实际雷电活动规律的地闪密度值，为评估的定量计算提供数据基础。（2）闪电定位数据可以为雷灾调查提供灾害发生时的闪电分布情况，结合剩磁测量的结果判断灾害是否由雷电引起，并可找出可能引起雷灾的闪电位置及参数等。

由于目前闪电定位系统的探测精度和准确度较低，导致采集到的闪电位置与实际发生的位置偏离很大，三站以下定位数据（不可信数据）占到全部数据的一半以上，并且探测得到的雷电流幅值与真实值也有误差。因此，更有效的将闪电定位数据应用到防雷减灾工作中，亟需提高闪电定位系统的探测水平。

参考文献

[1]姚叶青，袁松，张义军，蔡辉，丁卫东，郝莹，边富昌.利用闪电定位和雷达资料进行雷电临近预报方法研究[J].热带气象学报.2011（06）.

[2]罗林艳，祝燕德，王智刚，郭在华，罗宇.基于大气电场与闪电资料的雷电临近预警方法[J].成都信息工程学院学报.2010（05）.

[3]吴健，芬，曾智聪.利用地面电场仪与闪电定位资料进行短时雷电预警的方法[J]. 气象与环境科学.2009（01）

[4]盛梅，冯志伟.基于ArcGIS空间分析的闪电密度图绘制方法[J].电脑知识与技术.2009（08）.

[5]潘燕莲，叶化军，卢其锋.闪电定位系统在防灾减灾中的应用分析[J].气象水文海洋仪器.2009（02）.

雷击风险评估论文范文第2篇

关键词:智能建筑防雷工程防雷减灾

中图分类号:TU895文献标识码:A文章编号:1672-3791(2011)09(c)-0149-01

雷电,是众多大气现象中的一种,但雷电产生的强大电磁脉冲(LEMP),具有极大的破坏性。它具有发生范围广、频率高、强度大等特点。随着现代化进程的加快,特别是信息产业的迅猛发展,自动控制、通信和计算机网络等微电子设备和电子系统在各行业内外得到日益增加的广泛应用,雷击事故带来的损失和影响也越来越大,为此必须要加强对防雷减灾技术应用方面的研究。

本论文主要结合智能建筑的电子设备防雷需求,对智能防雷减灾技术的应用展开分析探讨,以期从中能够找到合理有效的防雷减灾技术的应用,并以此和广大同行分享。

1传统的防雷减灾技术应用探讨

由于闪电的电磁脉冲无孔不入地从空间各方面侵袭各种现代科技设备,所以现代的防雷措施必须采取全方位的防护,层层设防,综合治理,把防雷工程看作一个系统工程。考虑到各行各业的不同特点,传统的防雷方法主要有如下几种。

(1)避雷针:我们称为避雷针的装置,其英文原名是“Lightning rod”,又称“Lightning Conductor”,其愿意并不是“避雷的针”,而是“闪电棒”,更正确地说,应是“闪电传导器”,即是指它的功能是把闪电传导入地,这才是富兰克林对它发明的避雷针的作用的愿意。他的这一看法及所采取的措施,迄今仍是正确的,有效的。

(2)接地:防止直击雷害的完整一套系统,良好的接地才能有效泻放闪电的能量入地,降低引下线上的电压。接地也是为其它防雷措施服务的,接地不好,电子设备的功能就不可能完善,所以它是整个防雷系统工程中最基础的一环,特别重要,也是最费钱、费工的一环。

(3)屏蔽:屏蔽就是用金属网、箔、壳或管子等导体把需要保护的对象包围起来。从物理上看,就是把闪电的电磁脉冲波从空间的入侵通道全部阻断,使得闪电无隙可乘。

2智能防雷减灾技术应用探讨

2.1 弱电系统的雷击电磁脉冲的防护具体步骤

首先,根据电磁兼容理论,提高信息系统自身的电磁兼容性可从控制干扰源和提高信息系统自身抗电磁干扰能力两方面考虑。其次,采用等电位联合接地和屏蔽技术是信息系统雷电综合防护最简易最经济的方法。第三,雷击风险评估时,强调雷电磁场分布的预测。为减小雷电磁场对信息系统的侵袭,要求信息技术设备和网络系统处在雷电感应能量最小区,且不超过信息系统所要求的磁场环境条件要求。第四,为降低各类金属导体间的相互藕合,必须保证相互间的安全隔离距离。信息系统内各类线缆敷设纵横交错,易形成相互间的电磁干扰。因此,综合布线系统的雷电防护也是信息系统雷电综合防护工程中不可忽视的一个基本问题。最后,选择合理级数和技术参数的电涌保护器(SPD)也是信息系统雷电安全的重要保证。

2.2 直(侧)击雷的防护

防雷保护是一个系统工程,其第一道防线就是受雷(或称接闪)、引流(或称引下)、接地(散流系统)。采用金属材料作为接闪装置拦截雷电闪击,使用金属材料做引下线将雷电流安全地引下并泄流入大地,是目前唯一有效的外部防雷方法。而智能建筑大多属于一类建筑,应该按照一类建筑物的防护措施设计。防直(侧)击雷的完整装置包括接闪器、引下线和接地装置三部分。避雷针、避雷线、架空避雷网和避雷带都是接闪器,智能建筑大多使用避雷带和法拉第笼作为接闪器。建筑结构内有纵横交错的钢筋,在没有浇筑混凝土前就像一个大铁笼子,可以将屋面的钢筋引到女儿墙以上明装避雷带,利用多根垂直钢筋为引下线,利用基础结构钢筋为接地装置。而且结构内部纵横交错、密密麻麻的钢筋还可以对雷电空间电磁场起到初级的保护作用。

2.3 雷击电磁脉冲的防护

雷击电磁脉冲(LEMP)是由于雷云对大地间放电产生的雷电电磁脉冲感应到附近的导体中形成的过电压,这种过电压可高达几千伏,对微电子设备的危害最大。它的主要通道是通过电源线路、各类信号传输线路、天馈线路和进入建筑物的各种导体侵入设备和系统,造成破坏。因此,对雷击电磁脉冲的防护,应该在入侵通道上将雷电过电压、电流泻放入地,以达到保护的目的。主要方法有隔离、钳位、均压、滤波、屏蔽、过压、过流保护、接地等。目前主要采用各系列电涌保护器安装在各系统或者设备的外连线路中,将地线按联合接地的原则接入系统的地线,避免造成电位反击,从而真正起到安全保护接地的目的。

2.4 智能接地的保护应用

(1)保护接地:保护接地就是将设备正常运行时不带电的金属外壳(或构架)和接地装置之间作良好的电气连接。即将建筑物内的用电设备及设备附近的一些金属构件,用PE线连接起来,但不能将PE线与N线连接。如果不作保护接地,当电气设备其中一相的绝缘破损,产生漏电而使金属外壳带上相电压时,人一接触就引发触电事故。实行保护接地后,设备的金属外壳和大地已经有良好的连接,只要接地电阻符合要求,发生漏电时可保障人身安全。

(2)防雷接地:以防雷害为目的的接地称为防雷接地,主要是为了把雷电流迅速导入大地。智能建筑内有大量的电子设备(如通信自动化系统、火灾报警及消防联动控制系统、楼宇自动化系统、保安监控系统、办公自动化系统及闭路电视系统等)以及与之相应的布线系统。建筑物的各层顶板、底板、侧墙、吊顶内几乎被各种布线布满。这些电子设备及布线系统一般属于耐压等级低、防干扰要求高、最怕受到雷击的部分。不管是直击、串击、反击都会使电子设备受到不同程度的损坏或严重干扰。因此,对智能建筑的防雷接地设计必须严密、可靠。智能建筑的所有功能接地必须以防雷接地系统为基础,建立严密、完整的防雷结构。

3结语

雷电对于智能建筑而言,其危害性是巨大的,是不可估量的,因此必须要研究和应用面向智能建筑的防雷减灾技术。本论文在分析了常用的防雷技术的基础上,重点针对智能建筑的防雷要求,详细探讨了智能防雷减灾技术的应用,对于进一步提高智能建筑的防雷减灾水平,无论是在理论上还是在实践上都具有较好的指导意义。

参考文献

[1]张小青.建筑物内电子设备的防雷保护[M].北京:北京电子工业出版社,2000.

雷击风险评估论文范文第3篇

关键词：铁路信号设备；雷电危害；防雷措施；雷电电磁冲击；雷电直接冲击 文献标识码：A

中图分类号：U284 文章编号：1009-2374（2017）08-0132-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2017.08.063

1 影响铁路信号的一般雷害分析

1.1 雷电电磁冲击

雷电产生电磁脉冲，直接冲击地面或者冲击安装信号接收和发射的地面设施，这样的雷电通常被称为感应雷，是由于云层相互放电或者云地之间放电产生的，电磁脉冲会使信号回路和信号装置发生过流或者过压的情况，而产生的电磁感应会干扰地底深层的电力线路，户外信号传输线和设备自身的电磁感应，从而导致磁感应范围内的相关铁路信号设施连锁破坏。

1.2 雷电直接冲击

雷电发生之后由于大量电荷积聚，产生雷暴现象，在其波及的范围内直接入侵钢轨、地面构架、铁路信号线缆。强大的电流会使击中地点与大地产生高压，并瞬间释放巨大的热量。这种情况会给设备造成毁灭性的伤害，但是出现的几率很小，由于其波及的范围小、发生的概率低的原因，目前对于雷暴防护的研究并没有实际的意义。

1.3 雷电感应

雷电感应是比较普遍的一个现象，自古就有，是由于雷电产生的电流遇到导体之后产生强大的电流或者电压，铁路信号设备一般在1000米内就会接受到雷电感应的打击，一般从电源端口、天线端口、信号设施钢铁构架以及铁路信号线口影响破坏，最终从外而内的影响到铁路信号系统。雷电感应所波及的设备，除了遭到破坏性的打击，还会造成信号设备的放电，产生更多的威胁。

1.4 雷击浪涌

随着电子信号设备的发展和广泛运用，雷击产生的电磁脉冲产生的暂态过电压，以传导、感应和耦合等方式入侵到铁路建筑的信号系统中，暂态过电压沿信号或者电源线路，在设备之间进行传输，产生感应电流并形成浪涌，包括静电浪涌和磁感应浪涌。其中静电浪涌主要由于带有负电荷的雷云与带有正电荷的钢铁设备进行感应释放电流，破坏设备，磁感应浪涌则是由于闪电在空间内产生与时间具有相关性的磁场，作用于通信线路并造成破坏。

1.5 雷电的机械冲击

当雷击作用于两平行的导体时，会产生巨大的安培力，物体或者导线会在安培力的作用下被劈开、折断或者受到拉伸而变形。根据相关公式推导，对于具有折弯的金属构件，比如导线或者金属框架，在弯折处的夹角尽量保证大，最好是钝角，这样才能将雷击产生的电动力降低到最小，否则会导致构件的折断。雷电冲击铁路信号发射设施时，巨大的冲击力会产生强大的热能，水汽在预热之后膨胀，产生机械冲击的力量极大，会直接作用到周围的设备，造成部件的破裂，阻断铁路信号的发生。

2 防止铁路信号遭受雷电干扰的保护措施

2.1 铁路信号设备的防雷要求

铁路信号在列车的运行、铁路的实时状态、铁路信息的维护等环节起着至关重要的作用。铁路信号收发和处理设备的防雷工作十分严苛。

对铁路信号的防雷设备要求在进入信号系统之后，不允许干扰到原设备的工作性能，在遇到雷电冲击之后保证信号出现的破坏程度不足以威胁到列车行驶安全，铁路的信号系统设备能够继续使用。防雷设备的放电特性应与被防护设备在绝缘耐压水平上一致，并且防雷设备的“V-S”曲线在一定的阈值范围内要低于被防护设备的“V-S”曲线。对于使用分层级防雷的设备时，要逐级验证其防护能力，对于第一级的防雷设备，一般采用大容量和快速的设备，同时保证在中级防雷设备的可靠性和连贯性，实现逐级防护的效果。

2.2 铁路信号设备遭遇雷害的一般原因和防雷分类

近年来由于雷害频发，针对具体铁路信号设备的雷害事故分析，雷害的原因一般包括：信号楼外的信号设备没有安装避雷针、信号设备未接地、接触网杆塔的引线与临近的信号电缆未隔离、信号楼的接触网位置较高忽略了接闪设备的安设、信楼在遇到雷击闪击时室内屏蔽效果不达标。针对雷害分类和事故多况，将铁路信号的防雷分为外部防护和内部防护两个方面。

外部防护主要是对信号收发设施的自身进行防雷保护，这一类防雷举措主要包括避雷针、屏蔽网、分流、接地等方法。内部防护则是保护铁路信号收发设施的内部构架，通常是采用合理布线、保护隔离、过电压保护器、屏蔽、等电位连接来实现内部设备的雷电防护。

2.3 铁路信号设备的外部防雷措施

2.3.1 安装避雷针。主要是在室外铁路信号设备较密集的地方安放，避免雷电直接冲击线缆、信号设备和钢轨。避雷针的位置选择需要满足能够使密集区内铁路信号设备全部避免遭受雷击，同时确保避雷针不会因为雷电的冲击产生雷电感应。为了避免电磁感应，避雷针的地线和密集区内的电路布线要有大于20米的安全

距离。

2.3.2 埋设接地网。接地网或者网状接地是埋设在铁路信号楼四周的，要求所设置的接地电阻不大于1Ω。一是这样做将电流大部分都输入大地；二是为了防止过电压对铁路信号设备造成威胁。一般采用铜包钢的物体进行垂直接地，间隔在2.5m左右，采用直径为10～12mm的镀铜圆钢进行水平接地，按照相关标准和实际的情况，埋设的接地网的电阻要和贯通地线连接，阻值在10Ω以内。

2.3.3 设置屏蔽接地栅。屏蔽接地栅就是法拉第笼，将其安装在铁路信号源的周围，主要材料是导电良好的镀锌铜条，并将接地网和其进行连接。铁路信号源由于是由许多小功率信号电气设备、遥控以及低压电子逻辑系统构成，因此需要加装特定的屏蔽网。根据屏蔽网标准规定，网格的均压环全部使用避雷带，规格必须小于3m×3m，实现等电位连接。

2.3.4 增加防雷塔。在铁路信号楼外的设备密集场地、信号楼的周围增加防雷塔。防雷塔的安设应该避免线缆的交叉，防雷塔与线缆间距的要求要满足国标规定的地上和地下距离标准，一般不大于3m。

2.4 铁路信号设备的内部防雷措施

2.4.1 电位均衡连接。雷电入侵设备时，巨大的雷电电流流入大地，在接地建筑体四周放射形呈现电位。如果这个时候铁路信号相关设备进入到这个磁场范围，就会被因为电位差产生的高达数万伏的入侵电压进行冲击而干扰破坏。为了消除这个破坏力极强的电位差，就必须进行电位均衡连接。不管是电源线后者信号线还是金属管道以及接地线等，都要采用过电压保护装置进行电位均衡连接。内部各级防护层的接口处同样要根据这样的要求进行电位均衡处理，而且各个分布区间的需要分别电位均衡，并最后与主等电位连接棒均衡相接。比如铁路信号的内部设备的相关金属管线和地线以及窗栅等都建议接在地栅上，实行电位均衡连接。铁路内部信号设施的金属部件连同金属骨架可以形成一个近似的屏蔽接地栅，解决了雷电引起的破坏力极强的电位差，保护了铁路信号发生设备。

2.4.2 分级保护。针对380V低压线路，按照国家相关的标准，需要进行三级过电压保护。一级保护是将避雷器或保护器加在高压变压器后端到二次低压设备的总配电盘间的电缆内芯线两端；二级保护是将避雷器或保护器加在二次低压设备的总配电盘至二次低压设备的配电箱间电缆内芯线两端；三级保护是将避雷器或保护器加在重要信号设备的前端。该方法对防护器的性能提出了很高的要求，成为了影响该措施的关键。

2.4.3 串接过电流保护装置。感应雷、电磁、无线电和静电对铁路信号设备的干扰是浪涌的主要起因。铁路信号设备经常在布置电线电缆，这些电缆是雷电干扰的最直接对象，需要进行十分严格的保护，为了抑制信号系统浪涌电压产生的过电流，避免过电流对微电子设备的危害，建议一般在信号线路入口处串接过电流保护装置。

2.4.4 使用光纤传输。光纤的特点是传输过程中受到电磁的干扰小，具有很好的健壮性，对于精确可靠度高的数据通信接口，诸如计算机的接口、输出输入设备等使用光纤传输能够更加实时安全地完成协议通信，避免雷电的干扰。

3 结语

铁路信号设备是铁路运营系统不可缺少、至关重要的设备。对于铁路信号设备的防雷一直是相关机构研究的重点，虽然在近几年防雷措施取得了进步得到了发展，但是面对雷击事故，面对未来的高铁快速发展，对于防雷措施的研究和铁路信号的保护工作仍然还有很长的路要走。本文阐述的内部防雷措施和外部防雷措施，需要彼此相互配合才能⑽O战档阶畹停铁路信号设备防雷与保护是一个较为综合性的问题，需要在保障基础防雷的前提下进行更加深层次的研究。

参考文献

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