B.5 雷击损害风险评估参数的计算

B.5.1 需保护对象年平均雷击危险事件次数N_X取决于该对象所处区域雷暴活动情况和该对象的物理特性。N_X的计算方法为：将雷击大地密度N_g乘以需保护对象的等效截收面积A_d，再乘以需保护对象物理特性所对应的修正因子。
B.5.2 雷击大地密度N_g是平均每年每平方公里雷击大地的次数，可按下式估算：

    式中：T_d——年平均雷暴日(d)。
B.5.3 雷击建筑物的年平均次数N_D以及雷击连接到线路“a”端建筑物的年平均次数N_Da的计算应符合下列规定：
      1 对于平地上的孤立建筑物，截收面积A_d是与建筑物上缘接触，按斜率为1/3的直线沿建筑物旋转一周在地面上画出的面积。可以通过作图法或计算法来确定A_d的值。长、宽、高分别为L、W、H的平地上孤立长方体建筑物的截收面积(图B.5.3-1)可按下式计算：

    式中：L、W、H——分别为建筑物长、宽、高(m)。
    注：如需更精确的计算结果，要考虑建筑物四周3H距离内的其他物体或地面的相对高度等因素。

图B.5.3-1  孤立建筑物的截收面积A_d

      2 当仅考虑建筑物的一部分时，如果满足以下条件，该部分的尺寸可以用于计算A_d(图B.5.3-2)：
        1)该部分是建筑物的一个可分离的垂直部分；
        2)建筑物没有爆炸的风险；
        3)该部分与建筑物的其他部分之间通过耐火极限不小于2h的墙体或者其他等效保护措施来避免火灾的蔓延；
        4)公共线路进入该部分时，在入口处安装有SPD或其他等效防护措施，以避免过电压传入。
    注：耐火极限的定义和资料参见《建筑设计防火规范》GB 50016。
      3 如果不能满足上述条件，应按整个建筑物的尺寸计算A_d。

图B.5.3-2  计算截收面积A_d所考虑的建筑物

B.5.4 雷击建筑物的年平均次数N_D可按下式计算：

    式中：N_g——雷击大地密度(次/km²·a)；
              A_d——孤立建筑物的截收面积(m²)；
              C_d——建筑物的位置因子，按表B.5.4的规定确定。

表B.5.4  位置因子C_d

B.5.5 雷击位于服务设施“a”端的邻近建筑物(图B.5.5)的年平均次数N_Da可按下式计算：

    式中：N_g——雷击大地密度(次/km²·a)；
              A_d——“a”端孤立建筑物的截收面积(m²)；
              C_d——“a”端建筑物的位置因子，按表B.5.4的规定确定；
               C_t——在雷击点与需保护建筑物之间安装有HV/LV变压器时的修正因子，按表B.5.5的规定确定。

图B.5.5  线路两端的建筑物
表B.5.5  变压器因子C_t

B.5.6 雷击建筑物附近的年平均次数N_M可按下式计算，如果N_M＜0，则假定N_M＝0：

    式中：N_g——雷击大地密度(次/km²·a)；
             A_m——雷击建筑物附近的截收面积(m²)；截收面积A_m延伸到距离建筑物周边250m远的地方(图B.5.6)；
              A_d——孤立建筑物的截收面积(m²)(图B.5.3-1)；
              C_d——建筑物的位置因子，按表B.5.4的规定确定。

图B.5.6  截收面积(A_d、A_m、A_i、A_l)

B.5.7 雷击服务设施的年平均次数NL可按下式计算：

    式中：N_g——雷击大地密度(次/km²·a)；
               A_l——雷击服务设施的截收面积(图B.5.6) (m²)，按表B.5.8的规定确定；
              C_d——服务设施的位置因子，按表B.5.4的规定确定；
               C_t——当雷击点与建筑物之间有HV/LV变压器时的修正因子，按表B.5.5的规定确定。
B.5.8 服务设施的截收面积A_l和A_i按表B.5.8的规定确定。计算时应符合下列规定：
      1 当不知道L_c的值时，可假定L_c为1000m；
      2 当不知道土壤电阻率的值时，可假定ρ为500Ω·m；
      3 对于全部穿行在高密度网格形接地装置中的埋地电缆，可假定等效截收面积A_i和A_l为零；
      4 需保护的建筑物应当假定为连接到服务设施的“b”端。

表B.5.8  服务设施的截收面积A_l和A_i

B.5.9 雷击服务设施附近的年平均次数N_i可按下式计算：

    式中：N_g——雷击大地密度(次/km²·a)；
               A_i——雷击服务设施附近大地的截收面积(图B.5.6)(m²)，按表B.5.8的规定确定；
              C_e——环境因子，按表B.5.9的规定确定；
               C_t——当雷击点与建筑物之间有HV/LV变压器时的修正因子，按表B.5.5的规定确定。
    注：服务设施的截收面积A_i由其长度L_c和横向距离D_i来确定(图B.5.6)，雷击该横向距离D_i之间范围内时会产生不小于1.5kV的感应过电压。

表B.5.9  环境因子C_e

B.5.10 按本规范第B.5节的规定确定建筑物雷击损害风险分量R_X对应的损害概率P_X时，建筑物防雷措施应符合国家标准《雷电防护 第3部分：建筑物的物理损坏和生命危险》GB/T 21714.3-2008和《雷电防护 第4部分：建筑物内电气和电子系统》GB/T 21714.4-2008的规定。当能够证明是合理的时，也可以选择其他的P_X值。
B.5.11 雷击建筑物(S1)导致人畜伤害的概率P_A可按表B.5.11的规定确定。当采取了一项以上的措施时，P_A的值应是各个相应P_A值的乘积。

表B.5.11  雷击产生的接触和跨步电压导致人畜触电的概率P_A

    注：当利用了建筑物的钢筋构件或框架作为引下线时，或者防雷装置周围安装了遮拦物时，概率P_A的数值可以忽略不计。
B.5.12 雷击建筑物(S1)导致物理损害的概率P_B可按表B.5.12的规定确定。

表B.5.12  P_B与建筑物雷电防护水平(LPL)的对应关系

    注：在详细调查基础上，P_B也可以取表B.5.12以外的值。
B.5.13 雷击建筑物(S1)导致内部系统失效的概率P_c可按下式确定：

    式中：P_SPD——与SPD保护有关的概率，其值取决于雷电防护水平，按表B.5.13的规定确定。

表B.5.13  按LPL选取并安装SPD时的P_SPD值

    注：1 只有在设有减小物理损害的LPS或有连续金属框架或钢筋混凝土框架作为自然LPS、并且满足国家标准《雷电防护 第3部分：建筑物的物理损坏和生命危险》GB/T 21714.3-2008提出的等电位连接和接地要求的建筑物内，协调配合的SPD保护才能有效地减小P_c。
          2 当与内部系统相连的外部导线为防雷电缆或者布设于防雷电缆沟槽、金属导管或金属管内时，可以不需要配合的SPD保护。
          3 当在相应位置上安装的SPD的保护特性比LPLⅠ的要求更高时(更高的电流耐受能力，更低的电压保护水平等)，P_SPD的值可能会更小。
B.5.14 雷击建筑物附近(S2)导致内部系统失效的概率P_M的取值应符合下列规定：
        1 当没有安装符合国家标准《雷电防护 第4部分：建筑物内电气和电子系统》GB/T 21714.4-2008要求的匹配SPD保护时，P_M＝P_MS。概率P_MS应按表B.5.14-1的规定确定。

表B.5.14-1  概率P_MS与因子K_MS的关系

        2 当安装了符合国家标准《雷电防护 第4部分：建筑物内电气和电子系统》GB/T 21714.4-2008要求的匹配SPD时，P_M的值取P_SPD和P_MS两值中的较小者。
        3 当内部系统设备耐压水平不符合相关产品标准要求时，应取P_MS等于1。
        4 因子K_MS的值可按下式计算：

    式中：K_S1——LPZ0/1交界处的建筑物结构、LPS和其他屏蔽物的屏蔽效能因子；
              K_S2——建筑物内部LPZX/Y(X＞0，Y＞1)交界处的屏蔽物的屏蔽效能因子；
              K_S3——建筑物内部布线的特性因子，按表B.5.14-2的规定确定；
              K_S4——被保护系统的冲击耐压因子。

表B.5.14-2  因子K_S3与内部布线的关系

    注：1 大型建筑物中分开布设的导线构成的环路(环路面积大约为50m²)。
           2 导线布设在同一电缆管道中或导线在较小建筑物中分开布设(环路面积大约为10m²)。
           3 同一电缆的导线形成的环路(环路面积大约为0.5m²左右)。
           4 屏蔽层单位长度电阻为R_s(Ω/km)的电缆，其屏蔽层两端连到等电位端子板，设备也连在同一等电位端子板上。
           5 在LPZ内部，当与屏蔽物边界之间的距离不小于网格宽度w时，LPS或空间格栅形屏蔽体的因子K_S1和K_S2可按下式进行计算：

    式中：w——格栅形空间屏蔽或者网格状LPS引下线的网格宽度，或是作为自然LPS的建筑物金属柱子的间距或钢筋混凝土框架的间距(m)。
          6 当感应环路靠近LPZ边界屏蔽体，并离屏蔽体距离小于网格宽度w时，K_S1和K_S2值应增大，当与屏蔽体之间的距离在0.1w到0.2w的范围内时，K_S1和K_S2的值增加一倍。当采用厚度为0.1mm～0.5mm的连续金属屏蔽体时，K_S1和K_S2相等，其值为10^-4～10^-5；对于逐级相套的LPZ，最后一级LPZ的K_S2是各级LPZ的K_S2的乘积。
    注：1 当安装有符合国家标准《雷电防护 第4部分：建筑物内电气和电子系统》GB/T 21714.4-2008要求的等电位连接网格时，K_S1和K_S2的值可以缩小一半；
           2 K_S1、K_S2的最大值不超过1。
        7 当导线布设在两端都连接到等电位连接端子板的连续金属管内时，K_S3的值应当再乘以0.1。
        8 因子K_S4可按公式(B.5.14-3)计算，如果内部系统中设备的耐冲击电压额定值不同，因子K_S4应取最低的耐冲击电压额定值计算。

    式中：U_w——受保护系统的耐冲击电压额定值(kV)。
B.5.15 雷击服务设施(S3)导致人畜伤害的概率P_u取决于服务设施屏蔽物的特性、连接到服务设施的内部系统的冲击耐压、保护措施以及在服务设施入户处是否安装SPD。P_u的取值应符合下列规定：
        1 当没有按照国家标准《雷电防护 第3部分：建筑物的物理损坏和生命危险》GB/T 21714.3-2008的要求安装SPD进行等电位连接时，P_u＝P_LD。P_LD是无SPD保护时，雷击相连服务设施导致内部系统失效的概率，按表B.5.15的规定确定。对非屏蔽的服务设施，取P_LD等于1。

表B.5.15  概率P_LD与电缆屏蔽层电阻R_s以及设备耐冲击电压额定值U_w的关系

    注：R_s为电缆屏蔽层单位长度的电阻(Ω/km)。
        2 当按照国家标准《雷电防护 第3部分：建筑物的物理损坏和生命危险》GB/T 21714.3-2008的要求安装SPD时，P_u取表B.5.13规定的P_SPD值与表B.5.15规定的P_LD值的较小者。
        3 当采取了遮拦物、警示牌等防护措施时，概率P_u将进一步减小，其值应与表B.5.11中给出的概率P_A值相乘。
B.5.16 雷击服务设施(S3)导致物理损害的概率P_V取决于服务设施屏蔽体的特性、连接到服务设施的内部系统的冲击耐压以及是否安装SPD。P_V的取值应符合下列规定：
        1 当没有按照国家标准《雷电防护 第3部分：建筑物的物理损坏和生命危险》GB/T 21714.3-2008的要求用SPD进行等电位连接时，P_V等于P_LD。
        2 当按照国家标准《雷电防护 第3部分：建筑物的物理损坏和生命危险》GB/T 21714.3-2008的要求用SPD进行等电位连接时，P_V的值取P_SPD和P_LD的较小者。
B.5.17 雷击服务设施(S3)导致内部系统失效的概率P_w取决于服务设施屏蔽的特性、连接到服务设施的内部系统的冲击耐压以及是否安装SPD。P_w的取值应符合下列规定：
        1 如果没有安装符合国家标准《雷电防护 第4部分：建筑物内电气和电子系统》GB/T 21714.4-2008要求的已配合好的SPD，P_w等于P_LD。
        2 当安装了符合国家标准《雷电防护 第4部分：建筑物内电气和电子系统》GB/T 21714.4-2008要求的已配合好的SPD时，P_w的值取P_SPD和P_LD的较小者。
B.5.18 雷击入户服务设施附近(S4)导致内部系统失效的概率P_z取决于服务设施的屏蔽层特性、连接到服务设施的内部系统的耐冲击电压以及是否安装SPD保护设施。P_z的取值应符合下列规定：
        1 当没有安装符合国家标准《雷电防护 第4部分：建筑物内电气和电子系统》GB/T 21714.4-2008要求的已配合好的SPD时，P_z等于P_LI。此处P_LI是未安装SPD时雷击相连的服务设施导致内部系统失效的概率，按表B.5.18的规定确定。

表B.5.18  概率P_LI与电缆屏蔽层电阻R_s以及设备耐冲击电压U_w的关系

    注：R_s是电缆屏蔽层单位长度的电阻(Ω/km)。
        2 当安装了符合国家标准《雷电防护 第4部分：建筑物内电气和电子系统》GB/T 21714.4-2008要求的已配合好的SPD时，P_z等于P_SPD和P_LI的较小者。
B.5.19 建筑物损失率L_X指雷击建筑物可能引起的某一特定损害类型的平均损失量与被保护建筑物总价值之比。损失率L_X应取决于：
        1 在危险场所人员的数量以及逗留的时间；
        2 公众服务的类型及其重要性；
        3 受损害货物的价值。
B.5.20 损失率L_X随着所考虑的损失类型(L1、L2、L3和L4)而变化，对于每一种损失类型，它还与损害类型(D1、D2和D3)有关。按损害类型，损失率应分为三种：
        1 接触和跨步电压导致伤害的损失率L_t；
        2 物理损害导致的损失率L_f；
        3 内部系统故障导致的损失率L_o。
B.5.21 人身伤亡损失率的计算应符合下列规定：
        1 可按公式(B.5.21-1)确定L_t、L_f和L_o的数值。当无法或很难确定n_p、n_t和t_p时，可采用表B.5.21-1中给出的L_t、L_f和L_o典型平均值；

    式中：n_p——可能受到危害的人员数量；
               n_t——预期的建筑物内总人数；
               t_p——以小时计算的可能受害人员每年处于危险场所的时间，危险场所包括建筑物外(只涉及损失L_t)和建筑物内(L_t、l_f和L_o都涉及)。

表B.5.21-1  L_t、L_f和L_o的典型平均值

        2 人身伤亡损失率可按下列公式进行计算：

    式中：r_a——由土壤类型决定的减少人身伤亡损失的因子，按表B.5.21-2的规定确定；
              r_u——由地板类型决定的减少人身伤亡损失的因子，按表B.5.21-2的规定确定；
              r_p——由防火措施决定的减少物理损害导致人身伤亡损失的因子，按表B.5.21-3的规定确定；
              r_f——由火灾危险程度决定的减小物理损害导致人身伤亡的因子，按表B.5.21-4的规定确定；
             h_z——在有特殊危险时，物理损害导致人身伤亡损失的增加因子，按表B.5.21-5的规定确定。

表B.5.21-2  缩减因子r_a和r_u的数值与土壤或地板表面的关系

表B.5.21-3  防火措施的缩减因子r_p

    注：1 如果同时采取了一项以上措施，r_p的数值应当取各相应数值中的最小值；
           2 在具有爆炸危险的建筑物内部，任何情况下r_p＝1；
           3 仅当具有过电压防护和其他损害的防护并且消防员能在10分钟之内赶到时。

表B.5.21-4  缩减因子r_f与建筑物火灾危险的关系

注：1 当建筑物具有爆炸危险以及建筑物内存储有爆炸性混合物质时，可能需要更精确地计算r_f。
       2 由易燃材料建造的建筑物、屋顶由易燃材料建造的建筑物或单位面积火灾载荷大于800MJ/m²的建筑物可以看作具有高火灾危险的建筑物。
       3 单位面积火灾载荷在400MJ/m²～800MJ/m²之间的建筑物应当看作具有一般火灾危险的建筑物。
       4 单位面积火灾载荷小于400MJ/m²的建筑物或者只是偶尔存储有易燃性物质的建筑物应当看作具有低火灾危险的建筑物。
       5 单位面积火灾载荷是建筑物内全部易燃物质的能量与建筑物总的表面积之比。

表B.5.21-5  有特殊伤害时损失相对量的增加因子h_z的数值

B.5.22 公众服务中断损失率的计算应符合下列规定：
        1 可按公式(B.5.22-1)确定L_f和L_o的数值。当无法或很难确定n_p、n_t和t时，可采用表B.5.22中给出的L_f和L_o典型平均值；

    式中：n_p——可能失去服务的年平均用户数量；
               n_t——接受服务的用户总数；
                 t——用小时表示的年平均服务中断时间。

表B.5.22  L_f和L_o的典型平均值

        2 公众服务中断的各种实际损失率可按下列公式计算：

    式中：r_p、r_f——分别是本规范表B.5.21-3和表B.5.21-4中的因子。
B.5.23 文化遗产损失率的计算应符合下列规定：
        1 可按公式(B.5.23-1)确定L_f的数值。当无法或很难确定c、c_t时，L_f的典型平均值可取10^-1；

    式中：c——用货币表示的每年建筑物内文化遗产可能损失的平均值；
              c_t——用货币表示的建筑物内文化遗产总值。
        2 文化遗产的实际损失率可按下式计算：

    式中：r_p、r_f——分别是本规范表B.5.21-3和表B.5.2-4中的因子。
B.5.24 经济损失率的计算应符合下列规定：
        1 可按公式(B.5.24-1)确定L_t、L_f和L_o的数值。当无法或很难确定c、c_t时，可采用表B.5.24中给出的各种类型建筑物的L_t、L_f和L_o典型平均值；

    式中：c——用货币表示的建筑物可能损失的平均数值(包括其存储物的损失、相关业务的中断及其后果)；
              c_t——用货币表示的建筑物的总价值(包括其存储物以及相关业务的价值)。

表B.5.24  L_t、L_f和L_o的典型平均值

        2 经济损失率可按下列公式进行计算：

    式中：r_a、r_u、r_p、r_f、h_z——本规范表B.5.21-2～表B.5.21-5中的因子。
B.5.25 成本效益的估算应符合下列规定：
        1 全部损失的价值C可按下式计算：

    式中： R_A、R_U——没有保护措施时与牲畜损失有关的风险分量；
               R_B、R_V——没有保护措施时与物理损害有关的风险分量；
               R_C、R_M、R_W、R_Z——没有保护措施时与电气和电子系统失效有关的风险分量；
               C_A——牲畜的价值；
               C_S——建筑物中系统的价值；
               C_B——建筑物的价值；
               C_C——建筑物内存物的价值。
        2 在有保护措施的情况下，剩余损失的总价值C_RL可按下式计算：

    式中：R＇_A、R＇_U——有保护措施时与牲畜损失有关的风险分量；
              R＇_B、R＇_V——有保护措施时与物理损害有关的风险分量；
              R＇_C、R＇_M、R＇_W、R＇_Z——有保护措施时与电气和电子系统失效有关的风险分量。
        3 保护措施的年平均费用C_PM可按下式计算：

    式中：C_P——保护措施的费用；
                 i——利率；
                a——折旧率；
               m——维护费率。
        4 每年节省的费用可按公式(B.5.25-4)计算，如果年平均节省的费用S大于零，采取防护措施是经济合理的。