2008年第1期青海气象
赵燕萍1 巴文学2 王正林2
(1.格尔木市气象局 格尔木 816000;2.青海省雷电灾害防御中心 西宁 810001) 摘 要：针对建设项目防雷措施初步设计，可能存在的雷电危害性和危险度进行分析，对防雷减灾安全现状进行风险评估，查其存在的雷电危险，提出合理科学的安全对策及建议，为防雷细部设计施工提供客观技术依据。 关键词：雷击；风险评估；防护措施
1 前言
为了落实国家关于支援西部开发建设的战略，促进浦东新区和西宁市城市间的友好合作，根据浦东新区发展计划局《关于西宁市“浦宁之珠”电视塔援建工程项目建议书的批复》意见，在西宁市西山植物园山顶建造一座多功能广播电视发射塔，旨在促进西宁市广播电视事业发展和西宁旅游文化的发展。
新建“浦宁之珠”西宁电视塔因为地处山顶，四周较为空旷，遭受雷击的概率非常高。根据《青海省气象条例》、《西宁市防御雷电灾害条例》的有关规定，建设项目必须进行防雷减灾安全评价。防雷减灾安全评价是针对建设项目初步设计，对该项目可能存在的雷电危险因素的种类，雷电危害性和危险度进行分析，对防雷安全现状进行安全评估，查其存在的雷电危险，提出合理科学的安全对策措施及建议，为防雷细部设计施工提供客观技术依据。
2 建设项目基本概况
(1)“浦宁之珠”西宁电视塔建在西宁市西山植物园东山顶，电视发射塔的建设对西宁市广播电视事业发展及旅游文化的发展将会产生重要的影响。项目建设用地20000m2，塔体设计高度为188m，塔座建筑面积3680m2。塔楼球体直径为26m，内设5层，塔座地上3层，高度为-5.10至12.2m，塔体由4个三角形截面的钢结构及塔座、塔楼组成，塔体内设有观光层、设备层和避难层，塔体以45°轴线方向正对市区中心。
(2)“浦宁之珠”西宁电视塔海拔高度为2395m,101°45′E,36°37′N，年平均气温5.9℃，全年最多风向为东南风，平均风速为1.8m/s，属于典型高原干旱与半干旱大陆性气候，具有冬寒夏凉，昼夜温差大等特点，土壤电阻率为20.4Ω.m，土质为砂粘土呈弱碱性。西宁市年平均雷暴日数为31.7 d，属多雷区，雷暴初日为5月3日，终日为10月5日，有初雷早，终雷晚的特点。
3 适应标准和依据
3.1 法律法规
(1)《青海省气象条例》
(2)《西宁市防御雷电灾害条例》
3.2 适用技术标准
(1)G B5034322004《建筑物电子信息系统防雷技术规范》
(2)G B500572(942000版)《建筑物防雷设计规范》
(3)I EC6230522国际电工委员会国际标准《雷电防护—风险管理》
铌高
3.3 参考技术标准
(1)Y D2011293通信行业标准《微波站防雷与接地设计规范》
(2)G B50200294《有线电视系统工程技术规范》
喷墨纸4 雷击风险评估
4.1 雷击次数计算公式
“浦宁之珠”电视发射观光塔及入户设施年预计雷击次数计算如下:
(1)“浦宁之珠”电视发射观光塔年预计雷击次数(次/a)按下式计算:
N1=K Ng Ae (1)
(1)式中:K———校正系数，因电视发射观光塔属独立构建物,K值取2;Ng：建筑物所处地区雷击大地的年平均密度[次/(km2・a)]
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推力反向器青海气象2008年第1期
Ng=0.024Td1.3=2.15[次/(k m2・a)](2)
(2)式中Td：年平均雷暴日，西宁市Td=31.7 (d/a);Ae：与建筑物截收相同雷击次数的等效面积
k m2
该建筑物高度H≤100m，则:
Ae=[LW+2(L+W)×H(200-H)+πH (200-H)]・10-6 (3)
(3)式中L、W、H分别为建筑物的长、宽、高分别为L=60m,W=60m,H=12m。
经逐点计算得出该大楼与建筑物截取相同雷击次数的等效面积为0.022k m2
N
1
=K Ng Ae (4)
(4)式中N
1
=2×2.15×0.022=0.095(次/d)
(2)入户设施年预计雷击次数:
N
尼龙扣
2
=Ng×Ne. (5)
(5)式中：土壤电阻率为:D s=20.4Ω.m，入户线缆长度为:L=1000M：电源线缆入户设施的截面积Ne.1=2×ds×L×10-6=0.04：信号线缆入户设施的截面积Ne.1=2×ds×L×10-6=0.04：入户线缆入户设施的截面积Ne.=Ne.1+Ne.2=0.08：入
户设施年预计雷击次数N
2
=Ng×Ne=2.15×0.08 =0.172(次)。则:
N=N1+N2=0.095+0.172=0.267(次/d) (6) 4.2 最大年平均雷击次数计算公式
因直击雷和雷击电磁脉冲引起信息系统设备损坏的可接受的最大年平均雷击次数:
Nc=5.8×10-1.5/C (7)电机减速机构
(7)式中Nc———直击雷和雷击电磁脉冲引起信息系统设备损坏的可接受的最大年平均雷击次数。C：各类因子。C=C1+C2+C3+C4+C5+C6;C1：信息系统所在建筑物材料结构因子，当建筑物屋顶和主体结构为纯金属材料时,C1取0.5;C2：信息系统重要程度因子，机房设备集成化程度较高的低电压微电流,C2取3.0;C3：信息系统设备耐冲击类型和抗冲击能力因子，本因子与设备的耐各种冲击的能力有关，与采用的等电位连接及接地措施有关，与供电线缆，信号线屏蔽接地状况有关，本系统的设备耐冲击能力较弱,C3取3.0;C4：信息系统设备所在雷击防护区(LPZ)的因子，本机房处于LPZ1区,C4取1.0;C5：信息系统发生雷击事故的后果因子，本信息系统不允许中断，中断后会产生严重后果,C5取2.0;C6：区域雷暴等级因子，因西宁地区年平均雷暴日数为31.7d，属多雷区，故C6取1.0。代入公式:
Nc=5.8×10-1.5/C=0.0174(次) (8)依据公式:
E=1-Nc/N=1-0.0174÷0.267=0.935 (9)当0.90<E≤0.98故该信息系统应为B级。
西宁地区年平均雷暴日数为31.7d，结合“浦宁之珠”西宁电视塔年预计雷击次数高度及其所处的地理位置，可以看出“浦宁之珠”电视发射年雷击的概率非常高，必须采取相应的措施进行防护。为确保该建筑物内设备安全可靠运行，在设计综合防雷时，内部防雷按B级标准要求进行设计，外部防雷按第二类防雷建筑物的要求进行设计，建立一个完善的雷电防护体系。
5 目前采取的雷电防护措施、损益分析
5.1 建设项目目前采取的雷电防护措施
(1)塔体设计高度为188m。在塔顶最高处纲架上安装提前放电避雷针作为接闪器，针高为5m，底座由4支螺栓连接。
(2)利用塔身纲结构圆管纲柱和芯筒柱纲管作为防雷引下线，上下分别与避雷针及基础主纲筋焊接。
(3)利用塔基础底板及基础主纲筋作接地极，接地电阻<1.0Ω，在现场实测接地冲击电阻值为0.8Ω。
(4)在塔体地下一层设一总等电位均压带，塔身部分标高20m、54m、80m处的塔架水平横隔钢管作为均压环网，塔楼利用每层射线状分布的与内外焊接的纲梁构成均压环网，塔身所有的金属构件均与均压环网连接。
(5)分别在低压总进线柜和主要设备配电箱加装电涌保护器(SP D)(包括电源SP D、天馈SP D、信号SP D)。
(6)竖直敷设的金属管道及金属物的顶端和底端应与防雷装置连接，同时与防感应雷击的接地装置相连。
(7)广播机房、安保中心、通信中心、网络中心以及弱电区域中心和各电信间、弱电间(坚井)均设有接地端子箱。
5.2 经济损益分析
该项目位于山顶，海拔高度为2395m，塔高
04
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188m，属孤立建(构)筑物，极易遭受雷击。电视塔内有重要的广播电视收发、天线、电源及监控设备等，如遭受雷击将造成以下损失:
(1)机房重要设备损坏。
(2)影响广播电视信号的发射与传输，造成不可接受的对公众服务的中止。
(3)造成人员伤亡。
6 建议
(1)在施工过程中应严格按照设计图纸和国家有关标准进行施工，避免存在安全隐患。
(2)请雷电防护工程专业施工监督单位实施质量监督，以保证工程质量。
(3)因评价对象所在地年平均雷暴日数为31.7 d，低压架空线应改换一段金属铠装或护套电缆穿钢管埋地引入，埋地长度≥15m，金属护套线应与接地系统相连。
(4)根据G B5034322004《建筑物电子信息系统防雷技术规范》第5.4.1条和5.4.5条的有关条款的规定，电子信息系统设备由T N2S交流配电系统供电时，电源系统必须加装3～4级电源浪涌保护器。计算机网络中心、电视广播、安保中心、通信中心机房的信号部分必须加装2级浪涌信号保护器(包括天馈、电话、视频、网络、监控信号)。
(5)根据G B50057294(2000版)《建筑物防雷设计规范》的有关条款的规定,“浦宁之珠”西宁电视塔塔体上的节日彩灯、航空障碍信号灯及其它用电设备的线路，必须采取防雷电波侵入的措施加装相应的电源浪涌保护器进行保护。
(6)现场灯杆等金属物做好等电位连接。
(7)设备检修时避免在雷雨天气进行。
7 结论
①“浦宁之珠”西宁电视塔年雷击次数为0.267 (次/d)，遭受雷击的概率非常高，必须采取相应的措施进行防护。塔楼外部防雷分类为二类防雷建筑物，内部防雷分类为B级。
②“浦宁之珠”西宁电视塔项目防雷设计符合
G B5034322004《建筑物电子信息系统防雷技术规范》、G B50057294(2000版)《建筑物防雷设计规范》和I EC6230522国际电工委员会国际标准《雷电防护—风险管理》标准。
(上接第27页)
(2)测定时剥开一点草席或麦草，只要能下钻取土即可，测定时土样应尽量避免太阳暴晒，造成土样取入土盒的过程中的蒸发量增大，土壤含水量减少。另外，两次下钻地点不要太靠近，且取完后把取出的浮土填入孔中，以免水分运动不均匀，导致土湿测定不准确; (3)钻取的土样厚度应根据土钻规格定，一般取1～3c m厚的土层，土样重量在60～80g左右;
(4)挑除土样中的大沙粒和粗草根，这样才能保证土湿测定的准确性。
2.5 确定田间持水量
《农业气象观测规范》规定，每次测定土湿后，逐层计算同一层次前后两次测定的土壤湿度差值，若某层差值≤2.0%，则第二次测定值即为该层土壤的田间持水量，下次测定时该层土壤湿度可不测定。若某层差值>2.0%，则需继续测定，直到出现前后两次测定≤2.0%时为止。两块场地测定完后，将同一层次的测定值进行平均后的值为当地土壤的田间持水量。
3 结语测试探针
综上分析，为了获取较正确的土壤田间持水量值，首先要选取好的场地，场地选定在代表当地土壤类型的地段上；其次，测定时间选定在当地雨量较大、较湿润的季节测定，以保证土壤水分变化不致较快；第三，保证小区充足灌水量；第四，及时确定第一次土壤湿度测定时间，不同土质的第一次土壤湿度测定时间的把握很重要，一般在12h即可进行观察，确定第一次测定时间；第五，测定土壤湿度时必须注意挑除土样中的大沙粒和粗草根。
参考文献:
〔1〕国家气象局编著.农业气象观测规范(上卷).北京：气象出版社,1993,133～158.
〔2〕翁笃鸣，陈万隆，沈觉成，等.小气候和农田小气候.北京：农业出版社,236～276.
〔3〕冯秀藻，陶炳炎主编.农业气象学原理.北京：气象出版社,1991,153～201.
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