民航雷達(dá)站雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

李銘，王淑一，張宇峰

（1.大連市雷電防護(hù)中心，遼寧大連 116001；2.七臺(tái)河市氣象局，黑龍江七臺(tái)河 154600）

民航雷達(dá)站雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

李銘1，王淑一1，張宇峰2

（1.大連市雷電防護(hù)中心，遼寧大連 116001；2.七臺(tái)河市氣象局，黑龍江七臺(tái)河 154600）

基于雷電定位數(shù)據(jù)的分析,采用定位誤差圓覆蓋法配合環(huán)境因素定性提取區(qū)域雷擊風(fēng)險(xiǎn)因子,依據(jù)地形地貌及建筑物屬性等進(jìn)行地理空間區(qū)劃,分析雷暴活動(dòng)時(shí)空頻率分布特性,判定風(fēng)險(xiǎn)致因,評(píng)定風(fēng)險(xiǎn)大小,對(duì)其中最關(guān)鍵的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行處理,選擇并實(shí)施應(yīng)對(duì)方案,以避免風(fēng)險(xiǎn)或控制,降低風(fēng)險(xiǎn)并使之達(dá)到可接受的程度。

風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估；雷達(dá)；民航

1 引言

隨著航空運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展，越來(lái)越多的電子設(shè)備應(yīng)用于民航系統(tǒng)。尤其是用于航路管制的雷達(dá)設(shè)備，因其特殊的功能和作用，一般都建在地勢(shì)較高的地方，它們受到雷擊的可能性最大，雷擊成為電子設(shè)備損壞的主要原因。航管雷達(dá)對(duì)保證民航飛機(jī)安全飛行、航班正常、提高空中交通管制效率具有重要的作用,而航管雷達(dá)站準(zhǔn)確合理的選址、規(guī)劃和采取有效的防雷措施是保障雷達(dá)性能、有效作用和降低航管雷達(dá)故障頻率的重要條件。

為準(zhǔn)確把握雷達(dá)所在區(qū)域雷電活動(dòng)規(guī)律，指導(dǎo)防雷設(shè)計(jì)，減少或避免雷擊而引發(fā)的雷電災(zāi)害，進(jìn)行雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，可為區(qū)域規(guī)劃及防雷減災(zāi)提供可靠依據(jù)。

2 概況

雷達(dá)塔地上5層，框架結(jié)構(gòu)，塔高20 m，雷達(dá)塔基座標(biāo)高241.44 m，屬二類高層公共建筑。附屬用房（含機(jī)房、油機(jī)房、水箱間、配電間及警衛(wèi)、生活用房）地上2層，框架結(jié)構(gòu)，建筑高度10 m，屬多層公共建筑。

3 大連雷暴的時(shí)空分布與氣候特征

大連市1971-2009年氣象觀測(cè)資料分析表明：大連市年平均雷暴日為20.5 d;雷電活動(dòng)主要發(fā)生在4-10月，月平均雷暴日接近2 d。雷暴日最多的年份為2007年，天數(shù)為31 d；雷暴日最少年份為1999，天數(shù)為11 d。初雷日最早為1月，發(fā)生在1991年；終雷日最晚為12月25日，發(fā)生在2009年；初終間跨度最長(zhǎng)的年份為1991年，從1月至11月。

雷暴日僅僅反映了某區(qū)域大致的雷電活動(dòng)規(guī)律，但不能準(zhǔn)確表征地面落雷的頻繁程度、雷暴強(qiáng)度。因此，在進(jìn)行建（構(gòu)）筑物年雷擊次數(shù)的估算、雷擊風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算時(shí)，本文中的雷達(dá)站（半徑5 km）年平均雷暴天數(shù)采用實(shí)際雷電監(jiān)測(cè)網(wǎng)數(shù)據(jù)。根據(jù)閃電定位資料分析計(jì)算，雷達(dá)站年平均雷暴天數(shù)為39 d。雷電活動(dòng)主要發(fā)生在4-10月，88%以上的地閃都發(fā)生在這7個(gè)月，月平均雷暴日接近5 d，最高8 d，6-8月份為雷電多發(fā)期。

4 雷電風(fēng)險(xiǎn)估算

雷達(dá)系統(tǒng)設(shè)備損壞的可接受的最大年平均雷擊次數(shù)

式中：Nc為直擊雷和雷電磁脈沖引起的雷達(dá)系統(tǒng)設(shè)備損壞的可接受的最大年均雷擊次數(shù)。

式中：C為各類因子之和；C1為設(shè)備系統(tǒng)所在建筑物材料結(jié)構(gòu)因子，該主體結(jié)構(gòu)均為鋼筋混凝土材料，C1取1.0；C2為設(shè)備系統(tǒng)重要程度因子，集成化程度較高的低壓微電流設(shè)備，C2取3.0；C3為雷達(dá)系統(tǒng)設(shè)備耐沖擊類型和抗沖擊過(guò)電壓能力因子，C3取3.0；C4為雷達(dá)系統(tǒng)設(shè)備所在雷電防護(hù)區(qū)的因子，電子系統(tǒng)在LPZ2區(qū)時(shí)，C4取0.5；C5為雷達(dá)系統(tǒng)發(fā)生雷擊事故的后果因子，產(chǎn)生嚴(yán)重后果時(shí)，C5取1.5；C6為區(qū)域雷暴等級(jí)因子，多雷區(qū)C6取1.0。

由上述各因子可得到：

再由公式：E=1-Nc/N=1-0.0183/2.1可以計(jì)算出雷達(dá)設(shè)備系統(tǒng)雷擊電磁脈沖防護(hù)等級(jí)E=0.99。

因?yàn)镋＞0.98，所以雷達(dá)站電子信息系統(tǒng)雷擊電磁脈沖防護(hù)等級(jí)為A級(jí)。

公式NF=0.04e0.015Hs·Ng，可以確定高度為HS（m）的獨(dú)立避雷針年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)。

對(duì)于雷達(dá)所處區(qū)域：Ng=3.9次/km2·a,避雷針高度為1 m，故NF=0.16。

由于0.16＜0.226，所以原有的1 m獨(dú)立避雷針不能完全保護(hù)雷達(dá)塔樓。

5 評(píng)估結(jié)論

（1）根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算結(jié)果：雷擊風(fēng)險(xiǎn)R1=55.98×10-5，大于評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的可接受風(fēng)險(xiǎn)值R＝10-5；

（2）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)，雷達(dá)站所在土壤電阻率約為2 137 Ω.m，屬于典型高土壤電阻率區(qū)域，交流工作接地、直流工作接地、安全保護(hù)接地、防雷接地等應(yīng)共用接地裝置，其接地電阻值應(yīng)≤1 Ω；如設(shè)備或系統(tǒng)有特殊要求，則以系統(tǒng)或設(shè)備要求為準(zhǔn)。

（3）從建筑物的各項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)組成可見(jiàn)，RM的值占所有風(fēng)險(xiǎn)值的93.8%，可以得出雷擊建筑物附近因LEMP造成的內(nèi)部系統(tǒng)故障占絕大部分，所以加強(qiáng)雷達(dá)站防雷擊電磁脈沖的措施更顯得尤為重要。

（4）經(jīng)計(jì)算，雷達(dá)站需增加以下雷擊防護(hù)措施：

在安裝雷達(dá)天線基座的平臺(tái)上，應(yīng)安裝不少于2支的避雷針或避雷線接閃，避雷針數(shù)量、高度等用滾球法計(jì)算確定。當(dāng)雷達(dá)天線基座的平臺(tái)高度較低時(shí)，可在地面架設(shè)獨(dú)立避雷針或架空避雷線接閃。

建筑物內(nèi)的金屬構(gòu)件進(jìn)行完善的等電位連接，并作良好接地；外露的金屬構(gòu)件、金屬設(shè)備、引下線等有接觸電壓和跨步電壓危險(xiǎn)的區(qū)域采取警示措施。

低壓供電線路采用屏蔽電纜，屏蔽層的單位長(zhǎng)度電阻應(yīng)滿足5＜RS≤20 Ω/km，采用屏蔽電纜時(shí)其屏蔽層應(yīng)在兩端并宜在防雷區(qū)交界處做等電位連接并接地。

機(jī)房采取完善的屏蔽措施，包括使機(jī)房墻體中的鋼筋進(jìn)行良好的電氣連通，使之成為一個(gè)完整的法拉第籠,并做良好接地。

電子信息系統(tǒng)應(yīng)采取A級(jí)防雷措施進(jìn)行保護(hù)。

1002－252X（2012）03－0039－02

2012－6－1

李銘（1984-），男，遼寧省大連市人，沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)，本科生，助理工程師.