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雷擊風險評估論文范文第1篇

關鍵詞：閃電定位系統雷電災害風險評估雷災調查

中圖分類號：TP274.4 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2013）12-0217-02

1 引言

隨著近年來我國各省市閃電定位系統的建立與完善，閃電定位數據已在雷電臨近預報及雷電防護工作中得到廣泛應用。在雷電臨近預報的應用上，閃電定位資料作為雷電臨近預報的重要參數之一[1]，這方面的應用和研究也較多[2]-[3]。在雷電防護的應用上，雷電災害風險評估中的地閃密度、雷電流累積概率等參數均可從閃電定位數據中獲得，而且多年的地閃數據能突出反映被評估對象所在地理位置的實際雷電活動規律，比經驗公式計算更為準確；另外在雷災調查與鑒定中，閃電定位數據是判斷災害是否為雷電引發的一項重要參考依據。本文介紹了深圳市閃電定位系統的結構、探測原理、探測參量與指標等，總結了閃電定位數據在深圳市雷電災害風險評估、雷災調查與鑒定中的應用，以期對雷電防護工作有一定的參考價值。

2 閃電定位系統介紹及其數據說明

2.1 閃電定位系統介紹

深圳市閃電定位系統是由ADTD雷擊探測儀、中心數據處理站、圖形顯示工作站、數據庫與網絡瀏覽服務器、通訊系統5個主要部分組成，能夠實時、連續、高精度地提供雷電發生的時間、位置、極性、強度等雷電活動參數。系統采用聯合雷電定位（IMPACT）原理，即測向定位是利用一對正交的磁場線圈，測定雷電所在的方位；時差定位是測定雷電信號到達各測站的時刻，并根據雷電信號到達各測站的時間差來計算確定產生雷電的位置。由5個探測站組成的雷電監測定位網，可以覆蓋整個深圳市，該雷電監測定位系統的探測參量與相關指標（見表1）。

2.2 數據存儲結構

閃電定位的數據是實時采集并實時存入Oracle數據庫的數據表中，該數據表包含了探測到的地閃的主要特征參數，如地閃時間、經度、緯度、電流強度和陡度、電荷、能量、定位方式及誤差等。同時在入庫的時候給每條記錄都增加了一個地閃所發生區域的字段，構成了完整的空間數據表的數據結構形式。

3 數據處理與分析方法

3.1 數據處理

本文采用2005-2012年共8年的閃電定位數據，利用數據庫查詢功能導出數據表中時間、經度、緯度、電流強度和陡度、定位方式6個字段。其中時間精確到秒，經緯度精確到小數點后6位，電流強度和陡度精確到小數點后1位，定位方式選擇三站以上的定位數據。

3.2 數據分析方法

本文主要介紹按閃電定位數據來繪制地閃密度圖，雷擊點臨近地閃定位圖、地閃的時間和地域分布特性等。運用ArcGIS軟件的ArcMap組件，繪制地閃密度圖、雷擊點臨近地閃定位圖，并結合ArcToolbox中的空間分析模塊所提供的Analysis Tools、Data Management Tools、Spatial Statistics Tools功能進行相關數據處理和分析，其中Analysis Tools是用來把導出的深圳外切矩形數據與深圳邊界求交集，從而得到深圳界內的地閃數據，Data Management Tools是用來進行空間投影即原始數據的地理坐標系轉換成投影坐標系，Spatial Statistics Tools是把處理好的數據進行點密度分析，即可得到地閃密度。[4]

4 雷電災害風險評估中的應用

4.1 全市地閃密度圖的繪制

雷電災害風險評估中風險值的計算需計算建筑物的年預計雷擊次數，年預計雷擊次數與雷擊大地的年平均密度（Ng）直接相關。按《建筑物防雷設計規范》GB50057-2010的規定，Ng=0.1×Td，Td為年平均雷暴日，Td根據當地氣象臺、站資料確定，這樣全市的Ng值是相同的，但根據實測數據分析結果，雷電分布差異很大[5]。

利用ArcGIS軟件繪制了深圳市的年平均地閃密度分布圖（見圖1），圖中色標由深藍色到深紅色，所表示的地閃密度依次升高。其地閃密度分布特征是：西部高于東部，高密度區主要分布在寶安區和市區的部分地區。

4.2 單個建筑物所在位置地閃密度取值

在雷電災害風險評估中，當確定建筑物地理信息后，在ArcMap的地閃密度圖中可進行標注，所取實例為深圳西涌天文臺（見圖2），考慮到閃電定位存在的誤差，提取標注點所在1km2單元格及周邊8格單元格的地閃密度數值，取其平均值作為地閃密度值（見表2）。

5 雷災調查與鑒定中的應用

當雷擊事故發生時，根據發生時間及地理信息，查詢事故發生前后半小時，事故點附近1km、1.5km及3km內的的閃電定位數據。在雷電災害調查與鑒定時應結合剩磁測量的結果和閃電定位的情況綜合考慮，給出判定結論。[7]

2013年8月30日上午5時左右，深圳某學校雷云過境后，消防監控系統癱瘓。依據閃電定位系統數據分析，8月30日4：45-5：15該校3公里范圍內共發生地閃7次（見圖3）。其中距離學校最近的一次地閃發生在4：57，學校西偏北方向約455m，此次地閃為負地閃，地閃強度為-51.8kA，平均陡度為-13kA/μs。根據閃電定位和剩磁測量結果，鑒定為雷擊建筑物附近產生閃電感應導致電子設備損壞。

6 小結與不足

采用閃電定位數據和地理信息系統軟件的方法，分析了深圳市雷電活動規律，并利用該規律在雷電防護中做了一些應用，小結如下：（1）閃電定位數據可以為雷電災害風險評估提供準確、符合建筑物所在地實際雷電活動規律的地閃密度值，為評估的定量計算提供數據基礎。（2）閃電定位數據可以為雷災調查提供災害發生時的閃電分布情況，結合剩磁測量的結果判斷災害是否由雷電引起，并可找出可能引起雷災的閃電位置及參數等。

由于目前閃電定位系統的探測精度和準確度較低，導致采集到的閃電位置與實際發生的位置偏離很大，三站以下定位數據（不可信數據）占到全部數據的一半以上，并且探測得到的雷電流幅值與真實值也有誤差。因此，更有效的將閃電定位數據應用到防雷減災工作中，亟需提高閃電定位系統的探測水平。

參考文獻

[1]姚葉青，袁松，張義軍，蔡輝，丁衛東，郝瑩，邊富昌.利用閃電定位和雷達資料進行雷電臨近預報方法研究[J].熱帶氣象學報.2011（06）.

[2]羅林艷，祝燕德，王智剛，郭在華，羅宇.基于大氣電場與閃電資料的雷電臨近預警方法[J].成都信息工程學院學報.2010（05）.

[3]吳健，芬，曾智聰.利用地面電場儀與閃電定位資料進行短時雷電預警的方法[J]. 氣象與環境科學.2009（01）

[4]盛梅，馮志偉.基于ArcGIS空間分析的閃電密度圖繪制方法[J].電腦知識與技術.2009（08）.

[5]潘燕蓮，葉化軍，盧其鋒.閃電定位系統在防災減災中的應用分析[J].氣象水文海洋儀器.2009（02）.

雷擊風險評估論文范文第2篇

關鍵詞:智能建筑防雷工程防雷減災

中圖分類號:TU895文獻標識碼:A文章編號:1672-3791(2011)09(c)-0149-01

雷電,是眾多大氣現象中的一種,但雷電產生的強大電磁脈沖(LEMP),具有極大的破壞性。它具有發生范圍廣、頻率高、強度大等特點。隨著現代化進程的加快,特別是信息產業的迅猛發展,自動控制、通信和計算機網絡等微電子設備和電子系統在各行業內外得到日益增加的廣泛應用,雷擊事故帶來的損失和影響也越來越大,為此必須要加強對防雷減災技術應用方面的研究。

本論文主要結合智能建筑的電子設備防雷需求,對智能防雷減災技術的應用展開分析探討,以期從中能夠找到合理有效的防雷減災技術的應用,并以此和廣大同行分享。

1傳統的防雷減災技術應用探討

由于閃電的電磁脈沖無孔不入地從空間各方面侵襲各種現代科技設備,所以現代的防雷措施必須采取全方位的防護,層層設防,綜合治理,把防雷工程看作一個系統工程。考慮到各行各業的不同特點,傳統的防雷方法主要有如下幾種。

(1)避雷針:我們稱為避雷針的裝置,其英文原名是“Lightning rod”,又稱“Lightning Conductor”,其愿意并不是“避雷的針”,而是“閃電棒”,更正確地說,應是“閃電傳導器”,即是指它的功能是把閃電傳導入地,這才是富蘭克林對它發明的避雷針的作用的愿意。他的這一看法及所采取的措施,迄今仍是正確的,有效的。

(2)接地:防止直擊雷害的完整一套系統,良好的接地才能有效瀉放閃電的能量入地,降低引下線上的電壓。接地也是為其它防雷措施服務的,接地不好,電子設備的功能就不可能完善,所以它是整個防雷系統工程中最基礎的一環,特別重要,也是最費錢、費工的一環。

(3)屏蔽:屏蔽就是用金屬網、箔、殼或管子等導體把需要保護的對象包圍起來。從物理上看,就是把閃電的電磁脈沖波從空間的入侵通道全部阻斷,使得閃電無隙可乘。

2智能防雷減災技術應用探討

2.1 弱電系統的雷擊電磁脈沖的防護具體步驟

首先,根據電磁兼容理論,提高信息系統自身的電磁兼容性可從控制干擾源和提高信息系統自身抗電磁干擾能力兩方面考慮。其次,采用等電位聯合接地和屏蔽技術是信息系統雷電綜合防護最簡易最經濟的方法。第三,雷擊風險評估時,強調雷電磁場分布的預測。為減小雷電磁場對信息系統的侵襲,要求信息技術設備和網絡系統處在雷電感應能量最小區,且不超過信息系統所要求的磁場環境條件要求。第四,為降低各類金屬導體間的相互藕合,必須保證相互間的安全隔離距離。信息系統內各類線纜敷設縱橫交錯,易形成相互間的電磁干擾。因此,綜合布線系統的雷電防護也是信息系統雷電綜合防護工程中不可忽視的一個基本問題。最后,選擇合理級數和技術參數的電涌保護器(SPD)也是信息系統雷電安全的重要保證。

2.2 直(側)擊雷的防護

防雷保護是一個系統工程,其第一道防線就是受雷(或稱接閃)、引流(或稱引下)、接地(散流系統)。采用金屬材料作為接閃裝置攔截雷電閃擊,使用金屬材料做引下線將雷電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。而智能建筑大多屬于一類建筑,應該按照一類建筑物的防護措施設計。防直(側)擊雷的完整裝置包括接閃器、引下線和接地裝置三部分。避雷針、避雷線、架空避雷網和避雷帶都是接閃器,智能建筑大多使用避雷帶和法拉第籠作為接閃器。建筑結構內有縱橫交錯的鋼筋,在沒有澆筑混凝土前就像一個大鐵籠子,可以將屋面的鋼筋引到女兒墻以上明裝避雷帶,利用多根垂直鋼筋為引下線,利用基礎結構鋼筋為接地裝置。而且結構內部縱橫交錯、密密麻麻的鋼筋還可以對雷電空間電磁場起到初級的保護作用。

2.3 雷擊電磁脈沖的防護

雷擊電磁脈沖(LEMP)是由于雷云對大地間放電產生的雷電電磁脈沖感應到附近的導體中形成的過電壓,這種過電壓可高達幾千伏,對微電子設備的危害最大。它的主要通道是通過電源線路、各類信號傳輸線路、天饋線路和進入建筑物的各種導體侵入設備和系統,造成破壞。因此,對雷擊電磁脈沖的防護,應該在入侵通道上將雷電過電壓、電流瀉放入地,以達到保護的目的。主要方法有隔離、鉗位、均壓、濾波、屏蔽、過壓、過流保護、接地等。目前主要采用各系列電涌保護器安裝在各系統或者設備的外連線路中,將地線按聯合接地的原則接入系統的地線,避免造成電位反擊,從而真正起到安全保護接地的目的。

2.4 智能接地的保護應用

(1)保護接地:保護接地就是將設備正常運行時不帶電的金屬外殼(或構架)和接地裝置之間作良好的電氣連接。即將建筑物內的用電設備及設備附近的一些金屬構件,用PE線連接起來,但不能將PE線與N線連接。如果不作保護接地,當電氣設備其中一相的絕緣破損,產生漏電而使金屬外殼帶上相電壓時,人一接觸就引發觸電事故。實行保護接地后,設備的金屬外殼和大地已經有良好的連接,只要接地電阻符合要求,發生漏電時可保障人身安全。

(2)防雷接地:以防雷害為目的的接地稱為防雷接地,主要是為了把雷電流迅速導入大地。智能建筑內有大量的電子設備(如通信自動化系統、火災報警及消防聯動控制系統、樓宇自動化系統、保安監控系統、辦公自動化系統及閉路電視系統等)以及與之相應的布線系統。建筑物的各層頂板、底板、側墻、吊頂內幾乎被各種布線布滿。這些電子設備及布線系統一般屬于耐壓等級低、防干擾要求高、最怕受到雷擊的部分。不管是直擊、串擊、反擊都會使電子設備受到不同程度的損壞或嚴重干擾。因此,對智能建筑的防雷接地設計必須嚴密、可靠。智能建筑的所有功能接地必須以防雷接地系統為基礎,建立嚴密、完整的防雷結構。

3結語

雷電對于智能建筑而言,其危害性是巨大的,是不可估量的,因此必須要研究和應用面向智能建筑的防雷減災技術。本論文在分析了常用的防雷技術的基礎上,重點針對智能建筑的防雷要求,詳細探討了智能防雷減災技術的應用,對于進一步提高智能建筑的防雷減災水平,無論是在理論上還是在實踐上都具有較好的指導意義。

參考文獻

[1]張小青.建筑物內電子設備的防雷保護[M].北京:北京電子工業出版社,2000.

雷擊風險評估論文范文第3篇

關鍵詞：鐵路信號設備；雷電危害；防雷措施；雷電電磁沖擊；雷電直接沖擊 文獻標識碼：A

中圖分類號：U284 文章編號：1009-2374（2017）08-0132-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2017.08.063

1 影響鐵路信號的一般雷害分析

1.1 雷電電磁沖擊

雷電產生電磁脈沖，直接沖擊地面或者沖擊安裝信號接收和發射的地面設施，這樣的雷電通常被稱為感應雷，是由于云層相互放電或者云地之間放電產生的，電磁脈沖會使信號回路和信號裝置發生過流或者過壓的情況，而產生的電磁感應會干擾地底深層的電力線路，戶外信號傳輸線和設備自身的電磁感應，從而導致磁感應范圍內的相關鐵路信號設施連鎖破壞。

1.2 雷電直接沖擊

雷電發生之后由于大量電荷積聚，產生雷暴現象，在其波及的范圍內直接入侵鋼軌、地面構架、鐵路信號線纜。強大的電流會使擊中地點與大地產生高壓，并瞬間釋放巨大的熱量。這種情況會給設備造成毀滅性的傷害，但是出現的幾率很小，由于其波及的范圍小、發生的概率低的原因，目前對于雷暴防護的研究并沒有實際的意義。

1.3 雷電感應

雷電感應是比較普遍的一個現象，自古就有，是由于雷電產生的電流遇到導體之后產生強大的電流或者電壓，鐵路信號設備一般在1000米內就會接受到雷電感應的打擊，一般從電源端口、天線端口、信號設施鋼鐵構架以及鐵路信號線口影響破壞，最終從外而內的影響到鐵路信號系統。雷電感應所波及的設備，除了遭到破壞性的打擊，還會造成信號設備的放電，產生更多的威脅。

1.4 雷擊浪涌

隨著電子信號設備的發展和廣泛運用，雷擊產生的電磁脈沖產生的暫態過電壓，以傳導、感應和耦合等方式入侵到鐵路建筑的信號系統中，暫態過電壓沿信號或者電源線路，在設備之間進行傳輸，產生感應電流并形成浪涌，包括靜電浪涌和磁感應浪涌。其中靜電浪涌主要由于帶有負電荷的雷云與帶有正電荷的鋼鐵設備進行感應釋放電流，破壞設備，磁感應浪涌則是由于閃電在空間內產生與時間具有相關性的磁場，作用于通信線路并造成破壞。

1.5 雷電的機械沖擊

當雷擊作用于兩平行的導體時，會產生巨大的安培力，物體或者導線會在安培力的作用下被劈開、折斷或者受到拉伸而變形。根據相關公式推導，對于具有折彎的金屬構件，比如導線或者金屬框架，在彎折處的夾角盡量保證大，最好是鈍角，這樣才能將雷擊產生的電動力降低到最小，否則會導致構件的折斷。雷電沖擊鐵路信號發射設施時，巨大的沖擊力會產生強大的熱能，水汽在預熱之后膨脹，產生機械沖擊的力量極大，會直接作用到周圍的設備，造成部件的破裂，阻斷鐵路信號的發生。

2 防止鐵路信號遭受雷電干擾的保護措施

2.1 鐵路信號設備的防雷要求

鐵路信號在列車的運行、鐵路的實時狀態、鐵路信息的維護等環節起著至關重要的作用。鐵路信號收發和處理設備的防雷工作十分嚴苛。

對鐵路信號的防雷設備要求在進入信號系統之后，不允許干擾到原設備的工作性能，在遇到雷電沖擊之后保證信號出現的破壞程度不足以威脅到列車行駛安全，鐵路的信號系統設備能夠繼續使用。防雷設備的放電特性應與被防護設備在絕緣耐壓水平上一致，并且防雷設備的“V-S”曲線在一定的閾值范圍內要低于被防護設備的“V-S”曲線。對于使用分層級防雷的設備時，要逐級驗證其防護能力，對于第一級的防雷設備，一般采用大容量和快速的設備，同時保證在中級防雷設備的可靠性和連貫性，實現逐級防護的效果。

2.2 鐵路信號設備遭遇雷害的一般原因和防雷分類

近年來由于雷害頻發，針對具體鐵路信號設備的雷害事故分析，雷害的原因一般包括：信號樓外的信號設備沒有安裝避雷針、信號設備未接地、接觸網桿塔的引線與臨近的信號電纜未隔離、信號樓的接觸網位置較高忽略了接閃設備的安設、信樓在遇到雷擊閃擊時室內屏蔽效果不達標。針對雷害分類和事故多況，將鐵路信號的防雷分為外部防護和內部防護兩個方面。

外部防護主要是對信號收發設施的自身進行防雷保護，這一類防雷舉措主要包括避雷針、屏蔽網、分流、接地等方法。內部防護則是保護鐵路信號收發設施的內部構架，通常是采用合理布線、保護隔離、過電壓保護器、屏蔽、等電位連接來實現內部設備的雷電防護。

2.3 鐵路信號設備的外部防雷措施

2.3.1 安裝避雷針。主要是在室外鐵路信號設備較密集的地方安放，避免雷電直接沖擊線纜、信號設備和鋼軌。避雷針的位置選擇需要滿足能夠使密集區內鐵路信號設備全部避免遭受雷擊，同時確保避雷針不會因為雷電的沖擊產生雷電感應。為了避免電磁感應，避雷針的地線和密集區內的電路布線要有大于20米的安全

距離。

2.3.2 埋設接地網。接地網或者網狀接地是埋設在鐵路信號樓四周的，要求所設置的接地電阻不大于1Ω。一是這樣做將電流大部分都輸入大地；二是為了防止過電壓對鐵路信號設備造成威脅。一般采用銅包鋼的物體進行垂直接地，間隔在2.5m左右，采用直徑為10～12mm的鍍銅圓鋼進行水平接地，按照相關標準和實際的情況，埋設的接地網的電阻要和貫通地線連接，阻值在10Ω以內。

2.3.3 設置屏蔽接地柵。屏蔽接地柵就是法拉第籠，將其安裝在鐵路信號源的周圍，主要材料是導電良好的鍍鋅銅條，并將接地網和其進行連接。鐵路信號源由于是由許多小功率信號電氣設備、遙控以及低壓電子邏輯系統構成，因此需要加裝特定的屏蔽網。根據屏蔽網標準規定，網格的均壓環全部使用避雷帶，規格必須小于3m×3m，實現等電位連接。

2.3.4 增加防雷塔。在鐵路信號樓外的設備密集場地、信號樓的周圍增加防雷塔。防雷塔的安設應該避免線纜的交叉，防雷塔與線纜間距的要求要滿足國標規定的地上和地下距離標準，一般不大于3m。

2.4 鐵路信號設備的內部防雷措施

2.4.1 電位均衡連接。雷電入侵設備時，巨大的雷電電流流入大地，在接地建筑體四周放射形呈現電位。如果這個時候鐵路信號相關設備進入到這個磁場范圍，就會被因為電位差產生的高達數萬伏的入侵電壓進行沖擊而干擾破壞。為了消除這個破壞力極強的電位差，就必須進行電位均衡連接。不管是電源線后者信號線還是金屬管道以及接地線等，都要采用過電壓保護裝置進行電位均衡連接。內部各級防護層的接口處同樣要根據這樣的要求進行電位均衡處理，而且各個分布區間的需要分別電位均衡，并最后與主等電位連接棒均衡相接。比如鐵路信號的內部設備的相關金屬管線和地線以及窗柵等都建議接在地柵上，實行電位均衡連接。鐵路內部信號設施的金屬部件連同金屬骨架可以形成一個近似的屏蔽接地柵，解決了雷電引起的破壞力極強的電位差，保護了鐵路信號發生設備。

2.4.2 分級保護。針對380V低壓線路，按照國家相關的標準，需要進行三級過電壓保護。一級保護是將避雷器或保護器加在高壓變壓器后端到二次低壓設備的總配電盤間的電纜內芯線兩端；二級保護是將避雷器或保護器加在二次低壓設備的總配電盤至二次低壓設備的配電箱間電纜內芯線兩端；三級保護是將避雷器或保護器加在重要信號設備的前端。該方法對防護器的性能提出了很高的要求，成為了影響該措施的關鍵。

2.4.3 串接過電流保護裝置。感應雷、電磁、無線電和靜電對鐵路信號設備的干擾是浪涌的主要起因。鐵路信號設備經常在布置電線電纜，這些電纜是雷電干擾的最直接對象，需要進行十分嚴格的保護，為了抑制信號系統浪涌電壓產生的過電流，避免過電流對微電子設備的危害，建議一般在信號線路入口處串接過電流保護裝置。

2.4.4 使用光纖傳輸。光纖的特點是傳輸過程中受到電磁的干擾小，具有很好的健壯性，對于精確可靠度高的數據通信接口，諸如計算機的接口、輸出輸入設備等使用光纖傳輸能夠更加實時安全地完成協議通信，避免雷電的干擾。

3 結語

鐵路信號設備是鐵路運營系統不可缺少、至關重要的設備。對于鐵路信號設備的防雷一直是相關機構研究的重點，雖然在近幾年防雷措施取得了進步得到了發展，但是面對雷擊事故，面對未來的高鐵快速發展，對于防雷措施的研究和鐵路信號的保護工作仍然還有很長的路要走。本文闡述的內部防雷措施和外部防雷措施，需要彼此相互配合才能⑽O戰檔階畹停鐵路信號設備防雷與保護是一個較為綜合性的問題，需要在保障基礎防雷的前提下進行更加深層次的研究。

參考文獻

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