雷擊干擾下，臨近管道工作人員存在接觸、跨步等電擊危險，人員受到的電擊危害主要取決于電流大小和通電時間。與輸電線路穩態、故障態干擾電流不同，雷擊電流的脈沖電流峰值更大、持續時間更短，對應的人員安全電壓限值也發生改變。目前，國內外對于雷擊導致人身安全的風險評價多參考IEEE Std 80-2013和IEC/TR 60479等相關標準。

對比IEEE Std 80和IEC/TR 60479系列標準可知，IEC/TR 60479細化地考量了人員阻抗、耐受電流及電流路徑的影響，且對于持續時間不超過10 ms的瞬態電流的電擊危害也進行了考慮，因此該標準的適用范圍更廣。常見雷擊波形為2.6/50 μs瞬態波形，其持續時間小于10 ms，為此雷擊下人員電擊危害的安全評估應采用IEC/TR 60479。國標GB/T 13870.2-2016《電流對人和家畜的效應 第2部分：特殊情況》取標IEC/TR 60479，其效能為等同采用。

雷擊電流人員安全標準限值采用GB/T 13870.2-2016標準規定限值即左手到雙腳電流路徑下心室纖維性顫動電流閾值，如圖1所示。圖1中曲線C1以下為無心室纖維性顫動危險；C1以上到C2為心室纖維性顫動危險小（概率達5%）；C2以上到C3為心室纖維性顫動危險中等（概率達50%）；C3以上為心室纖維性顫動危險大（概率大于50%）。其他電流路徑下雷擊電流人員安全標準限值應參考表1中的心臟電流系數進行修正。

圖1 脈沖持續時間小于10 ms時心室纖維性顫動電流閾值

對一定厚度防腐蝕層施加電壓后，其束縛的電子在電場的作用下得到加速，并與其他原子碰撞釋放出更多電子，從而導致“雪崩”效應使防腐蝕層被擊穿。防腐蝕層電氣擊穿是個復雜的現象，取決于電場強度，防腐蝕層厚度、均勻性等。有文獻指出引起聚乙烯防腐蝕層介電擊穿的電壓（防腐蝕層耐受電壓）為厚度與防腐蝕層電氣強度的積分值。擊穿防腐蝕層需要的峰值電壓比雷擊電流、輸電線路故障電流引起的瞬態脈沖電壓更高。通常，隨著電壓持續時間的減少，擊穿防腐蝕層所需電壓增大。還有文獻給出防腐蝕層瞬態擊穿電壓為穩態電壓的2.5倍。

此外，各標準還給出了漏點電火花檢測電壓的計算辦法，以判斷管道防腐蝕層質量。事實上，電火花撿漏電壓僅表征了針孔、縫隙、金屬夾雜的空氣耐受擊穿電壓或一定厚度防腐蝕層的電氣強度，該強度與防腐蝕層電氣強度存在一定差異。各標準中的防腐蝕層電火花檢漏電壓值小于防腐蝕層電氣強度值，鑒于兩者的差異，在最新標準NACE SP 0177-2019中關于防腐蝕層耐受電壓限值相關內容已刪除。為此，本工作推薦采用2.5倍的防腐蝕層電氣強度計算雷擊下防腐蝕層耐受電壓，正常穩態電壓下常見防腐蝕層的電氣強度見表2。

為了確保管道免于電弧風險，管道與電力線塔基礎或接地系統任何部分之間必須保持足夠的間隔，即安全間距。俄羅斯標準RD 34.21.122—1987指出該安全距離與土壤電阻率密切相關：土壤電阻率ρ≤100 Ω·m時，安全間距為5米；100 Ω·m＜ρ≤1000 Ω·m時，安全間距為5~14米。

國內標準GB 50057—2010《建筑物防雷設計規范》給出的接地裝置與管道安全間距D的計算公式為：D=0.4Z（Z為塔桿瞬態阻抗），且D不得小于3米。GB/T 50698—2011《埋地鋼質管道交流干擾防護技術標準》給出了不同輸電電壓等級下接地體與管道的安全間距。

事實上，雷擊電流不僅會使注入點附近土壤形成體積型離子化區域即發生“體積擊穿”，還會在擊穿梯度更低的遠處土壤中形成“離散弧形通道”，使得安全間距成倍增大。針對該弧形通道，MOUSA給出了更為保守的安全間距計算公式，簡稱Mousa公式：

式中：E₀為土壤離子化電場強度，取值300 kV/m；E_b為土壤的擊穿電場強度，取值50 kV/m。

對于安全間距內管道，加拿大電力協會（簡稱CEA）認為只有當塔桿與管道間存在持續的電弧時才會引起管道的電損害。基于實驗室土壤箱和現場試驗結果，CEA建立了雷電持續電弧距離D′（cm）與塔桿地電位升V（kV）間的線性回歸公式：V=5.801+0.0703 D′。

對于安全間距以外的管道應考慮雷擊塔桿引發的閃絡電弧影響，管道位于閃絡電弧距離范圍時，管道存在電弧風險。為此，CEA也給出閃絡引起的最大電弧距離D"（cm）與塔桿地電位升間的線性回歸公式：V=18.01+0.1082 D″。

基于以上安全間距，可實現管道受雷擊電流損傷風險定性評估，即當安全間距大于土壤離子化距離時，結合CEA回歸公式并考慮閃絡電弧風險；安全距離小于土壤離子化距離時，應按CEA回歸公式確定安全距離。

為定量評估管道受雷擊干擾風險，有研究發現，管道融蝕區損傷情況與流入管道電流即雷擊電流存在較好的擬合關系，從而得到了管道雷擊電損傷定量評估公式：

式中：T為管壁燒蝕深度，mm；U²為雷擊下管道干擾電壓均值有效值，V；E_b取值為750 kV/m。

基于該回歸公式，可實現管道損傷定量風險評價，為管道安全提供參考。

人員受接觸、跨步電壓電危害時，回路電阻為人體內阻與腳-大地接觸電阻之和。其中：接觸回路中總電阻為人體內阻+1.5ρ（ρ為土壤電阻率，Ω·m），跨步回路中總電阻為人體內阻+6.0ρ。根據GB/T 13870.1給出的人體內阻統計表，本案例中人體內阻取值為500 Ω。為此，人員接觸電擊危害回路總阻值為575 Ω，跨步電擊危害回路總阻值為800 Ω。雷擊塔桿后，管道沿線特征點位置處人員接觸電壓、跨步電壓如圖5所示。

(a) 接觸電壓

(b) 跨步電壓

圖5 接觸電壓、跨步電壓與時間的曲線

從圖5可以看出：接觸、跨步電壓隨時間逐漸衰減，距雷擊桿塔接地距離越遠，接觸電壓、跨步電壓峰值越小，人體回路電流越小，人員觸電風險減小。基于接觸電壓、跨步電壓與人體回路電阻計算流經人體回路均值電流有效值I_rms的公式如下：

式中：R_b為與人體電阻串聯后回路總電阻阻值，Ω；V_b為人體電壓（接觸電壓或跨步電壓），V。

結果表明，雷擊干擾下管道特征位置B2處接觸電壓、跨步電壓峰值均最大，流經人體內的電流也最大，接觸電壓引起的人體電流為1316.9 mA，跨步電壓引起的人體電流為251.8 mA。

管道沿線不同位置人員電安全風險情況如圖6所示，可以看出雷擊干擾下管道距桿塔接地最近特征點位置處流經人員人體的均值電流遠小于心室纖維性顫動閾值、均位于C1以下，人員無心室纖維性顫動風險，人員電危害風險小。

圖6 人員人身安全風險評價圖譜

圖7為雷擊干擾下管道特征觀測點位置防腐蝕層耐受電壓分布，可以看出防腐蝕層耐受電壓峰值（2090 V）遠小于3PE層電氣絕緣強度（25 MV/m），防腐蝕層被雷擊電流擊穿的風險小。

圖7 雷擊干擾下管道防腐蝕層耐受電壓分布

基于上小節中防腐層損傷風險可以看出，管道防腐蝕層受雷擊擊穿風險小，理論上此時3PE層保護下的管道發生雷擊電損傷風險也小。考慮到管道防腐蝕層可能存在劃傷、過薄甚至漏點等情況，雷擊干擾下管道損傷風險評估仍參考安全間距定性評估辦法與定量評估辦法進行。

土壤電阻率取值為50 Ω·m，Sunde離子化半徑取值5.66 m，根據Mousa公式計算得到Mousa離子化距離為11.4 m。圖8為塔桿接地系統地電位升圖譜，圖9為管道特征點位置管地電位。

圖8 塔桿接地系統地電位升

圖9 管道特征點處管地電位

根據塔桿地電位升峰值，計算得到持續電弧間距為2.13 m、閃絡電弧距離為1.27 m；根據管地電位峰值與管道雷擊電損傷定量評估回歸公式，計算得到各觀測點位置管道雷擊損傷深度。管道風險評估結果如表4所示。可知管道觀測點均位于Sunde離子化距離外，但B2點位于Mousa離子化距離內，基于塔桿電位升和CEA關于持續電弧、閃絡電弧距離評估辦法對管道安全距離進行了評估，觀測點均滿足安全間距要求，其雷擊損傷風險小；基于CEA燒蝕數據回歸方程得到的定量腐蝕評價結果，顯示其引起的最大燒蝕深度為0.14 mm（0.88%壁厚），滿足管道安全運行強度要求。