內容摘要：為了能更可靠、安全、準確、完善地設計城市汽車加油站防雷方案，我們需要對其進行先期的雷害風險評估。
　　關鍵詞：汽車加油站、雷害風險評估
　　一、 概述
　　汽車加油站由于其危險性，其防雷要求較為嚴格。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、 汽車加油站雷害評估方法簡介
　　1、 總的表達式（見IEC1662）
　　對每一建筑物雷害風險評估可用下式表示R=(1-e-Npt)δ(1-1)
　　式中：N—建筑物年平均雷擊次數期望值P—建筑物雷害概率δ—建筑物或其內貯物可能遭受的損失
　　如觀察時間t=1年，當Np﹤﹤1則（1－1）式可簡化為R≈Npδ其中：建筑物年平均雷擊頻數F=Np，因此害風險評估（1－1）式可化為R≈Fδ。同理，如可允許雷害風險表示為Ra≈Faδ，式中：Ra—可允許雷害風險Fa—可允許年平均雷擊頻數；由此可見，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，即當F≤Fa時，不必采取防雷措施；當F＞Fa時，必須加設防雷措施。
　　如進一步將雷害性質細分為各種類型，則可深入分析研究各種類型雷害的不同頻數，采取各種不同對策，以達到更佳的防雷效果。
　　2、 汽車加油站雷害類型及F的計算
　　一般按需要可將雷害類型及其風險允許值列出如下表：
　　表1－1
　　類型 說明 Ra
　　1 人員傷亡 10-6
　　2 火災、爆炸及機械、化學效應造成損失 10-3
　　3 與進出建筑物線路有關的電氣設備損壞 10-2
　　4 貴重財物損失 —
　　5 非貴重財物損失 —
　　
　　在F計算之前，必須確定N及P的值。為了方便今后分析，把雷擊性質分為直擊雷與間接雷兩類：
　　（a） 直擊雷年平均雷擊次數期望值Nd可按下式計算：
　　Nd＝NgAe10-6次/km2，式中：Ng—當地地面遭受雷擊年密度（次/km2.年）；Ae—建筑物的有效集雷面積（m2）
　　注：①Ng按當地的統計資料，如缺時可按下式計算：
　　Ng＝0.024Td1.3，式中Td－當地年雷電日（可查閱國家頒布的全國年平均雷電日數分布圖）；②Ae的計算方法可參考IEC1024-1-1或有關方面文獻。
　　（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Nn和進入建筑物各種線路的年平均雷擊次數Nk。近地面年平均雷擊次數Nn可按下式計算：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計算。ds的公尺數等于附近地面土壤電阻率（Ω.M）的數字，最大值為500m。在ds范圍內的地面遭到雷擊時會引起地電位升高，對建筑物通過各種進入線路危害電氣設備。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。
　　進入建筑物各種線路的年平均雷擊次數Nk可按下式計算：
　　Nk＝NgAk，式中：Ak—影響各種進線設施的有效集雷面積，它包括：Ak＝Ask+Aak；
　　式中Ask—各種進線（電力線、通信線或信號線等）的有效集雷面積;*
　　Aak—通過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—與防雷設施有關的縮減系數；
　　（a） Ph’—無防雷設施時，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及土壤電阻有關，而Kh則與防雷設施有關。它們的確定參考附錄附表1－3。
　　（b） 火災、爆炸及機械、化學效應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—引發導致火災、爆炸的危險火花的概率；
　　P1—金屬裝置上產生危險火花的概率；
　　P2—室內電氣設備上產生危險火花的概率；
　　P3—與進線有關的各種設施上產生危險火花的概率；
　　P4—進入建筑物前各導電部件上產生危險火花的概率。
　　其中P1、P2及P4只與直擊雷有關，而P3則還與感應雷有關。因此引起火災、爆炸及機械、化學效應的雷害概率：Pf=Pfd＋Pfi，其中由直擊雷產生的雷害概率分量：Pfd=1－[(1-PtP1)(1-PtP2)(1-PtP3)(1-PtP4)]≈Pt(P1+P2+P3+P4)；由間接雷產生的火災等雷害概率：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’與建筑物的結構特性有關，可參考附錄中附表1－5，縮減系數K1、K1與減少產生危險火花的防范措施有關；
　　P3’＝P4’＝1。至于K3、K4則與它們各自的防范措施有關，。
　　（c） 由于雷擊產生過電壓的雷害概率
　　過電壓即可由直擊雷產生也可以由間接雷產生，因此它包含兩個分量：
　　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的分類及其計算
　　顯然，建筑物年雷害頻數也可以按前面所述分為直擊雷和間接雷兩個分量：
　　F=Fd＋Fi；也可以按雷害性質分為人身、火災、過電壓等分量：
　　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—人員雷害的頻數分量；A—直擊雷產生火災等雷害的頻數分量；B—附近雷擊產生火災等雷害的頻數分量；C—雷擊影響本建筑物m條進線而發生火災等雷害的頻數分量；D—直擊雷引發過電壓雷害的頻數分量；J—附近雷擊引發過電壓雷害的頻數分量；C—雷擊影響本建筑物m條進線而發生過電壓等雷害的頻數分量。如建筑物或其中設施與雷電流有直接耦合時則還要考慮B’和J’。
　　三、 以下以佛山季華加油站作為應用實例加以論述說明：
　　（一）季華加油站設施雷害風險評估
　　本項目的工程設施主要指儲、供油及售油系統。與其有關的重要建筑物和設施有售油亭、站房及貯罐和電力系統，因此評估對象主要以售油亭、站房及貯罐和電力系統為主。該工程位于佛山城區，周邊建筑物、人流密集。
　　1、 各種直擊雷的年平均雷擊次數的計算
　　根據統計資料，按（1－7）式計算，佛山地區Td＝80～100（查全國年平均雷數分布圖），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。為簡化計算，可把Ae看成一座有擴展寬度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
　　本建筑物進出線路情況及集雷面積計算結果如下表所列：
　　表1－2電力線路的有效集雷面積
　　序號 路由 線路情況 根X長（m） 防雷前Ask 防雷后Ask
　　1 一級電站 三相四線 1X800 2000X800＝16X105 2X100X800=16X104
　　2 去裝卸點 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 路由 線路情況 根x長（m） 防雷前Ask 防雷后Ask
　　1 進站攝像槍 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。電話線另成一個系統，暫不考慮。
　　由于附近建筑物的線路除電話網外與本建筑物無關，故Aak=0。因此得∑Ak及∑Nk的計算結果如下表：
　　表1－4
　　序號 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，無防雷時Kh＝1，得：Ph＝1X10－
　　
　　(b)Pf：建筑物及其室內貯物取“可燃”，Pt’＝10－1,防護措施為小型滅火裝置，Kt＝0.9，得：Pt＝10－1X0.9＝9X10－2
　　建筑物為鋼構架及鋼筋混凝土結構，P1’＝P2’＝0.5，無防雷系統時，K1＝K2＝1,加設屏蔽后，屏蔽網截面積S>>10m2時，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F的計算，如下表：
　　表1－5
　　序號 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、 裝設防雷設施前后的比較
　　表1－6
　　序號 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 火災等 1 10－3 10－3 Ff＝2.54 Ff＝3.56X10-5
　　3 過電壓 1 10－3 10－3 FO＝28.15 FO＝4.83X10-4
　　（二）、季華加油站雷害風險評估結論：
　　（1）因為當地缺乏統計資料，暫時假定δ的值為1，此時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），應加裝防雷設施。而火災等雷害的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。至于過電壓雷害方面。在防雷前Fo（28.15）>>Fa（10-3），可見危險性極大，加裝了四級避雷器后，使Fo（4.83X10-4））<Fa（10-3），大大降低其風險，以保自動控制、檢測、報警系統的安全。
　　（2）加油站內的設施及內貯物包括有易燃易爆的燃油及其相關設備（售油機、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，如果一旦發生事故，后果嚴重；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措施，為了保證安全，所以將季華加油站定為二類防雷建（構）筑物。
　　（三）、季華加油站雷害防護措施及設計施工方案：根據季華加油站的實際情況，建議防雷措施應有以下幾個方面：
　　① 防直擊雷及接地系統。A、使用針帶結合接閃為宜。在售油亭的鋼構架的四個明角安裝避雷短針；在售油亭的鋼構架頂按滾球法敷設3×3的避雷網。B、利用基礎樁臺、地梁焊接成自然基礎接地網（若無地梁則要做人工接地網，也可同時做），利用主柱筋作引下線與鋼構架焊接連通。
　　② 設備（售油機、輸油管道、貯罐等）防靜電接地系統。A、售油機的機架、油槍均應接地；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，罐池篩底應焊接成屏蔽網，整個屏蔽網內與貯罐連接，外與人工地網連接。③電源及設備信號線防感應雷措施。④各接地系統應盡量共用。