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雷电监测预警对雷击风险评估的影响分析

作者:管理员  发布时间:2022/3/3 8:43:06  点击率:19025

1、雷电监测预警应用

雷电监测预警综合利用了雷达、卫星、闪电定位仪、地面电场仪等的观测资料,参考了天气形势预报产品和雷暴云起电、放电模式运行的结果,结合相关算法,对有可能发生或已经发生雷电的区域进行预测、识别、跟踪和外推,提供一定时间和区域内雷电发生概率、雷电活动移动趋势等预警信息。

雷电监测预警适用于不同类型的场所,如户外体育场所、游乐场所和旅游景区等人员密集场所,以及易燃易爆场所等。可为公众活动场所提供雷电预警信息,以便雷电来临前人员能及时撤到有完善防雷措施的地方,同时暂停相关设备作业,以确保人员和财产的安全。对于大多数场所,可在气象部门的统一部署下,开展雷电监测预警相关工作,如在户外活动场所安装气象信息接收系统,及时接收雷电预警信息,同时安装设备成本和操作维护在一般用户可接受范围内的大气电场仪,基于气象部门发布的雷电预警信息,利用电场仪进一步明确该区域是否会发生及何时发生雷电,从而提高该场所雷电预警的准确率、精确性和指向性。大气电场仪应用在雷电预警预报上已有不少研究。有研究表明,大气电场仪可提前10~30min发出雷电预警,为相关部门采取防雷应对措施争取先决时间。


2、安装预警设备后风险评估分析

2.1安装预警设备后影响到的参量

风险评估通常分为4类型:人身伤亡损失风险R1、不可接受的公众服务中断风险R2、无法挽回的文化遗产损失风险R3以及经济损失风险R4。安装预警设备前风险因子构成如图1a所示。


人身伤亡损失风险R1由RA、RB、RC、RM、RU、RV、RW、RZ等风险分量组成(详见风险评估规范《GB/T21714.2—2008/IEC62305—2:2006》,以下简称《GB/T21714.2》)。当预警到雷电来临,评估场所的人员应由室外转移到安全场所,从而对接触电压和跨步电压导致伤害的损失因子Lt产生影响。由室外到安全场所,一般情况下可认为L't降为0,从而使由接触电压和跨步电压造成生物伤害有关的风险分量R'A降为0;预警雷电来临而采取相关措施,将因雷击起火或爆炸引起人员伤亡物理损害(如化工厂)的风险值降低,物理损害导致的损失因子L'f取值将变小;可中断业务的设备暂停工作或者提前准备好备用设备,将因设备遭雷击失效引起人员伤亡风险降低(电气和电子系统失效,如医院),内部系统失效导致的损失因子L'O取值将减小。总体而言,各项风险分量都会产生变化。因此安装预警设备后,当预警发生,室外、室内的人员转移到其它的安全场所,风险R'应按所转移的新场所环境进行评估(见图1b)。具体上,在计算人员损失风险R'1时,损失量LX发生变化,年平均危险事件次数NX、损害概率PX不发生变化。

经济损失风险R4和评估场所设施关系密切。当预警到雷电,可中断业务的设备暂停工作,将降低因雷击遭破坏或故障的概率,从而降低经济损失风险值。如拔掉其电源和通信插头,会使L'O取值变小;又如加油机暂停加油,油罐车暂停卸油,可降低起火爆炸风险,从而相应减小L'f的取值。对于不可中断业务设备,应及时做好应急措施,主设备遭雷击后及时启用备用设备,避免业务中断产生经济损失。总体来说,会减小R'B、R'C、R'M、R'U、R'V、R'W、R'Z等风险分量的数值。同样,计算R'4时,仅L'X会发生变化。

采取雷电监测预警措施后,对R2影响一般较小,而对于R3较难采取应对措施,评估基本不受其影响,所以本文未分析对此两项风险类型的影响。

2.2安装预警设备后风险取值及计算方法

设nt为预期总人数,np和tp分别为安装预警设备前可能受到雷击危害的人员数量和人员每年处于危险场所的时间,n'p和t'p分别为安装后的人员数量和时间,ct为建筑物的总经济价值,c为安装预警设备前建筑物可能损失的经济价值,c'为安装后可能损失的经济价值。在R'1的计算中,对于L'X的取值应根据评估场所具体情况进行分析。如果n'p、n't、t'p较易确定时,可根据以下方法计算得到L'X。举例分析如何得到L'X中的L't数值:

假设某一评估场所(某工厂),在安装预警设备之前,有150人上班,即预期的总人数nt=150。该工厂20人在室外(距离厂房3m内)可能遭接触电压或跨步电压危害,即可能受到雷击危害的人员数量np=20。以小时为单位,计算工人每年处于危险场所的时间,该地区雷暴日数为36d,危险时间总数tp=24×36=864h。因此有Lt=(np/nt)(tp/8760)=20/150×864/8760=0.01315.安装预警设备后,当预警到雷电来临,如果室外所有人员都撤离到安全地方,即在危险场所时间t'p=0,这时L't=0;如果大部分人员撤离到室内,但由于工作需要仍有5人留在室外,即n'p=5,在户外危险时间tp不变,这时L't=(n'p/nt)(tp/8760)=5/150×864/8760=0.00329.如果n'p、n't、t'p很难确定时,应按风险评估规范《GB/T21714.2》,仔细分析被评估对象,在该规范给出的LX典型平均值的基础上合理缩减。

在R'4的计算过程中,对于L'X取值,L'f应由因雷击引起物理损害导致的建筑物、存储物(含设备)损失的经济价值c'f除以该建筑物、存储物和相关业务的总价值ct得到,即L'f=c'f/ct;L'O应由因雷击造成内部系统失效,系统自身价值及系统失效导致的业务中断经济损失c'o除以上文所提到的总价值ct得到,即L'O=c'o/ct;接触电压和跨步电压导致伤害的损失因子L't应由因雷击造成牲畜伤亡的经济损失c't除以总价值ct得到,即L't=c't/ct。

装预警设备后预报到雷电来临时可中断工作的设备暂停工作,爆炸因子影响将降低,降低风险后爆炸场所可等同于一般工业类建筑物,L'O因子可取10-2。L'f因子也应根据被评估对象实际情况,取值合理减少。

2.3风险一般评估流程

在雷击风险评估业务中,可在现场勘查记录表中增加一栏“是否安装雷电预警设备”,若“是”则按照上述方法进行取值评估分析,若“否”则按照目前规范中一般取值方法进行评估,具体流程见图2所示。



2.4安装预警设备后影响到的风险类型

在重要的防护场所预警到雷电来临时,由于场所性质差异,为降低雷击风险采取的措施会不同,影响到的风险类型可能也不同。如下简要归纳分析:

(1)易燃易爆场所:如化工厂、烟花爆竹厂、油库、加油站等,预警到雷电后,一方面人员撤离到安全地带,另一方面相关设备可采取相应防护措施,例如利用具有高切断能力的开关停止油机工作等,主要影响到风险R1和R4;

(2)露天体育场所:如足球场、高尔夫球场、F1方程式赛车场等,预警雷电来临时暂停比赛,人员撤离到安全地方,主要影响到风险R1;

(3)室外旅游或娱乐场所:常位于空旷地方,且旅游(娱乐)旺季多为雷暴高发季节,预警到雷电后人员及时躲避到安全场所,主要影响到风险R1;

(4)航空航天场所:预警到雷电来临,推迟航天器发射,可中断工作的设备切断电源,确保免遭雷击,主要影响到风险R1和R4;

(5)高压输电线路:预警到雷电后采取适当措施限制风险,如降低雷电发生区域内高压线输电电压或采用自动隔离供电系统来确保设备的安全,主要影响到风险R2和R4。

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