单位文秘网 2022-02-13 08:14:38 点击: 次
摘要:雷电灾害是一种不可预测的风险,防灾减灾就是要科学地管理并降低风险,对通信系统及其所在建筑物进行雷电灾害风险评估,根据雷电灾害特性,对可能导致的人员伤亡、财产损失程度与危害范围等方面的综合风险计算,为防雷措施的确定等提出建设性意见,为管理者提供管理和决策的依据。
关键词:通信机房 雷电电磁脉冲 雷电灾害风险 风险分量
中图分类号:TP308文献标识码: A文章编号:1007-9416(2011)10-0033-02
随着灾害科学研究的兴起和不断深入,防灾减灾理论研究和应用成果已经进入社会和经济的各个领域。近年来随着数字技术、通信技术的迅速发展,各种数据网、传输网、交换网被广泛应用,各类电子通信设备普遍地出现在通信机房中,这些电气电子设备微电子化、网络化导致了其抗过电压、抗电磁干扰的能力差。通信机房或其附近区域若遭受雷击,雷电过电压、过电流或雷电电磁脉冲会通过电力线、通信电缆、天线馈线、金属管道和空间辐射等途径侵入机房,将会造成网络运行中断,传输信号产生误码,电子器件被击穿,重要数据遭受不可恢复的破坏,设备不能安全稳定运行等严重后果[1]。雷电灾害是一种不可预测的风险,防灾减灾就是要科学地管理并降低风险,对通信系统及其所在建筑物进行雷电灾害风险评估,根据雷电灾害特性,对可能导致的人员伤亡、财产损失程度与危害范围等方面的综合风险计算,为防雷措施的确定等提出建设性意见,为管理者提供管理和决策的依据。
1、某通信机楼防雷现状
1.1 通信机楼建筑物概况
某通信机楼位于即墨某镇,地处空旷地带,周边多山丘,建筑物为框架结构,共五层,长(L)35m宽(W)20m高(H)20m,楼内计算机、网络通讯设备等大量精密仪器较多,其耐过电压,过电流水平低,楼外开阔处是由若干天线组成的天线阵,电磁场环境较为复杂,大量电子设备在雷电电磁脉冲的破坏下极易遭损坏。经现场勘察和查看图纸,该建筑屋面敷设有20mm的钢管作为避雷带,各屋角增设了16mm的金属小针作为接闪器,利用混凝土柱内钢筋作为引下线,钢筋混凝土基础作为自然接地体,突出屋面的金属物体(空调机外壳,通风口等)均已做等电位联结,经实测,接地电阻为0.6Ω。
1.2 供电及通信系统概况
该办公大楼供电制式采用TN-C-S方式,高压进线部分为10kV,电源线经由变电所引入,供电线路为V22电缆直埋,埋地长度约为100m,进户前端穿金属管。本楼一层配电室进户低压配电柜及后级各层主配电箱采用放射式系统配电。通信机房位于2~4层,设有测量室,交换、传输机房,无线机房等。
通信系统包括网络设备,通信设备,自动化设备,相关的电源等附属设备及其相互传输各类信号的线缆。楼内总配电柜装设Uc=320V,Iimp=15kA的电涌保护器一台,各楼层照明配电箱及各末级电源配电箱均装设Uc=320V,标称放电电流适配的电涌保护器。机房内低压输入/输出屏、市电/油机转换屏、功率补偿屏和油机等设备分别采用35mm以上铜线通过该保护地进行接地。低压输入/输出屏前设有防雷箱,在转换屏内的市电采样侧安装有一组二级电涌保护器。
2、大气雷电环境评价
2.1 该地雷电活动时空分布特征
由于特殊的地理环境,即墨所在的青岛市的雷暴日数自东南向西北逐渐增多,闪电多发生在该市的周边地区,闪电密度的高值中心位于该市的大泽山山地和丘陵地区。这是由于青岛为海滨丘陵城市,地势分布东高西低,南北两侧隆起,这些区域存在的海陆风与山谷风互相作用,加强了地面的热力和动力强迫,形成了更有利于强对流天气发生、发展的一系列条件,从而使这些地区成为闪电密度相对较高的中心。
据资料统计,2010年青岛市全年共发生雷电闪数439711次(该数据来源于山东省局雷电信息终端),雷电主要集中在6-7月,其中8 月最高,达到175631次。根据青岛市7个观测站38年雷暴日数逐年统计,全市雷暴日最多的为29d/a(1975年),雷暴日最少的为13.3d/a(2000年)。1971-2008年38年间平均雷暴日数为21.9 d,年际变化不大。即墨的年平均雷暴日为22.9d/a。
2.2 通信机房年预计雷击次数
通过公式(1)求得有效截收面积为
雷击通信机房引起的年危险事件次数ND值,其中Ng=2.29次/km2.a:
3、通信机房雷击损坏风险计算
3.1 风险分量
通信机房须要计算的风险分量有:R1建筑物中人员生命损失的风险,R2建筑物公众服务中止的风险,R4建筑物中经济价值损失的风险。通信机楼内部系统主要为电源系统、通信系统,入户设施包括电源线、电话线、信号线等。生产过程的危险因素有:在用电场所接触电气设备存在电气事故危险的可能性[2]。
R1风险分量包括:RA直接雷击通信机楼时接触电压或跨步电压可引起人身伤亡的风险分量;RB与通信机楼内因火花放电触发火灾或爆炸有关的风险分量;RU与通信机楼内因雷击入户线产生的接触电压造成人身伤害的风险分量;RV与通信机楼内因雷击入户线,线路和金属物之间危险火花放电造成物理损害的风险分量。
R2与R4风险分量均包括:RB(同上);RC与直接雷击通信机楼时雷电电磁脉冲造成内部系统失效有关的风险分量;RM与雷击建筑物附近时雷电电磁脉冲造成内部系统失效有关的风险分量;RV(同上);RW雷击入户线路时雷电流侵入造成过电压引起内部系统失效的风险分量;RZ雷击入户线路时感应或传导进入建筑物引起内部系统失效的风险分量[3]。
3.2 截收面积计算
入户服务设施主要指10kV高压电缆、通信线路、电话线路、宽带线路等,由于数据宽带由光纤引入,一般情况下不受雷电影响,因此入户线路的年平均雷击次数的估算只限于高压电缆和通信等线路。因供电线路埋地长度约为100m取Lc=100m,H=20m,ρ=500Ω·m。
(1)通信机楼的雷击截收面积为Ad=18604m2,机楼周围附近地面的截收面积Am=224450m2。
(2)雷击入户电力线的截收面积为:AI(电力线)=(Lc-3H)≈894.43m2。
(3)雷击入户通信线的截收面积为:AI(通信线)=(Lc-3H)≈894.43m2。
(4)雷击入户电力线附近地面的截收面积:Ai(电力线)=25Le≈55901m2。
(5)雷击入户通信线附近大地的截收面积:Ai(通信线)=25Le≈55901m2。
3.3 年预计雷击次数计算
(1)建筑物闪击次数ND=NgAdCd10-6≈0.0213(次/a),Cd取0.5。
(2)建筑物附近闪击次数NM=Ng(Am-AdCd)10-6≈0.492688(次/a)
(3)入户电力线闪击次数Nl(P)=NgAl(P)CdCt10-6≈0.000205(次/a),Ct为入户电力线修正因子取0.2。
(4)入户通信线闪击次数Nl(T)=NgAl(T)Cd10-6≈0.001024(次/a)
(5)入户电力线附近地面闪击次数Ni(P)=NgAi(P)CeCt10-6≈0.012801(次/a),Ce为电力线的环境因子取0.5。
(6)入户通信线附近地面闪击次数Ni(T))=NgAi(T)Ce10-6≈0.064007(次/a)。
3.4 人身伤亡风险计算
除之前描述的该机楼的特性外,其地面为大理石、瓷砖,固定配置人工报警装置和人工灭火装置;人员类型主要为通信机楼的工作人员,如有特殊危险时,会出现一般程度的惊慌。
RA=ND×PA×ra×Lt
RB=ND×PB×hz×rP×rf×Lf
RC=ND×PC×Lo
RM=NM×PM×Lo
RU=(NL+ NDa)×PU×LU
RV=(NL+ NDa)×PV×LV
RW=(NL+NDa)×PW×LW
RZ=(NI-NL)×PZ×LZ
人身伤亡风险R1=RA+RB+RU+RV,根据国家标准GB/T21714.2-2008/IEC62305-2:2006规定:雷击造成人身伤亡损失应小于最大风险容许值RT1=10-5,经计算R1>RT1。
3.5 公众服务损失风险计算
公众服务损失风险R2=RB+RC+RM+RV+RW+RZ,经计算R2 3.6 经济损失风险计算 经济损失风险同R2,R4=RB+RC+RM+RV+RW+RZ,经计算R3 4、通信机房雷击风险结论与分析 根据以上计算与分析可得,通信机房的人员生命损失风险R1大于风险容许值10-5,有必要增加或改善保护措施,降低相应的风险值;公众服务损失风险R2小于风险容许值10-3,同时存在着一定的经济损失风险。 同时应看到,计算得到的各项雷电灾害风险数值比较大,因此应采取适当的防雷保护措施,由其对于电子信息系统较多的通信机楼,降低建筑物可能因雷击造成的人员生命损失风险及经济损失风险等,使其符合雷电防护的要求,保障各系统正常运行。对于大部分使用时间较长的通信机楼,原有的防雷系统大多存在不同的安全隐患,防雷工程的改造方案需结合具体实际、把机楼内通信设备为主要保护对象,以外部防护的改造为重点,以对从电源线、信号线进入的雷电过电压进行泄放和拦截为手段,做好接地与屏蔽措施,降低雷击灾害的风险,以保障通信网络的安全运行。 参考文献 [1]中华人民共和国通信行业标准,通信局(站)雷电过电压保护工程设计规范YD/T5098-2001. [2]钱强寒,陈勇斌,杨磊强.雷击风险评估实践中各风险分量的鉴别.浙江气象,2007.28(3):41-46. [3]杨仲江.雷电灾害风险评估与管理基础[M],北京,气象出版社,2009,11:59.
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