謝 雪，李 軍，李劍鋒

(貴州省防雷減災(zāi)中心，貴州 貴陽(yáng) 550002)

1 引言

近年來(lái)，隨著教育事業(yè)的迅速發(fā)展，學(xué)校高層建筑物不斷增多，信息技術(shù)的應(yīng)用也日益普及，但由于部分學(xué)校，尤其是在農(nóng)村和偏遠(yuǎn)山區(qū)的學(xué)校防雷意識(shí)淡薄，許多建筑物和電子電器設(shè)備未及時(shí)按國(guó)家有關(guān)法律法規(guī)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)采取適當(dāng)防雷措施，一些新建、改建和擴(kuò)建的建筑物未按要求進(jìn)行防雷裝置的設(shè)計(jì)審核、竣工驗(yàn)收，已有防雷裝置未進(jìn)行定期檢測(cè)，對(duì)存在的防雷隱患不能及時(shí)整改，致使雷擊造成師生傷亡和經(jīng)濟(jì)損失事故時(shí)有發(fā)生。

經(jīng)勘查貴陽(yáng)市烏區(qū)實(shí)驗(yàn)小學(xué)防雷設(shè)施的建設(shè)存在嚴(yán)重的安全隱患，教學(xué)樓雖然安裝有直擊雷的防護(hù)裝置，但是長(zhǎng)時(shí)間無(wú)人管理和維護(hù)，避雷帶嚴(yán)重銹蝕和斷裂，不但不能防雷，反而引雷，一旦落雷后果不堪設(shè)想。本文針對(duì)實(shí)驗(yàn)小學(xué)的實(shí)際情況，提出具體的防雷應(yīng)對(duì)措施。

2 資料采集與分析

2.1 地理位置

烏當(dāng)區(qū)地處貴陽(yáng)市東北部，106°30'～107°03'E、26°55'～26°33'N，雷電活動(dòng)頻繁，屬于高雷區(qū)雷，雷電活動(dòng)分析如下。

2.2 氣象觀測(cè)資料分析

貴陽(yáng)市烏當(dāng)區(qū)2006—2010年雷電監(jiān)測(cè)資料統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果:貴陽(yáng)市烏當(dāng)區(qū)年平均雷暴日為51 d，月平均雷暴日超過(guò)4 d，雷電活動(dòng)主要發(fā)生在4－9月，月平均最高雷暴日接近11 d，6－8月為雷電多發(fā)期，月平均雷暴日數(shù)超過(guò)8 d。

2.3 地閃密度

貴陽(yáng)市年平均地閃次數(shù)為32 939次，地閃密度為41次/(km2·a)，貴陽(yáng)市烏當(dāng)區(qū)年平均地閃次數(shù)為3 954次，地閃密度為45次/(km2·a)。

2.4 地閃強(qiáng)度與累積概率

烏當(dāng)區(qū)最大正閃強(qiáng)度、最大負(fù)閃強(qiáng)度、平均地閃強(qiáng)度分別為241.0 kA、244.7 kA、39.26 kA，地閃強(qiáng)度介于0～20 kA、20～50 kA、50～100 kA、100 kA以上的概率分別是28.24%、59.82%、10.52%、1.68%。

2.5 地閃月分布、日分布

貴陽(yáng)市烏當(dāng)區(qū)地閃主要活動(dòng)期是4－9月，92.5%以上的地閃都發(fā)生在這6個(gè)月。

地閃主要活躍在14—03時(shí)，91.9%的地閃都發(fā)生這個(gè)時(shí)段，04－13時(shí)地閃相對(duì)較少，約8.1%的地閃發(fā)生在這個(gè)時(shí)段。

3 烏當(dāng)區(qū)實(shí)驗(yàn)小學(xué)建筑布局及結(jié)構(gòu)

教學(xué)樓建筑物為5層磚混結(jié)構(gòu)，建造17余年，長(zhǎng)為60 m，寬為20 m，高為18 m。教學(xué)樓無(wú)直擊雷防護(hù)措施。

該教學(xué)樓無(wú)抗浪涌防護(hù)措施。配電室內(nèi)總配電柜已與大樓接地裝置連接，連接點(diǎn)牢固、可靠、無(wú)松動(dòng)現(xiàn)象。總配電柜內(nèi)各接地匯集排連接點(diǎn)牢固、可靠、無(wú)松動(dòng)現(xiàn)象;各樓層配電箱內(nèi)均敷設(shè)有不小于6 mm2接地線。

進(jìn)、出建筑物電源線、教學(xué)樓網(wǎng)絡(luò)線未采取屏蔽措施，室內(nèi)接地匯集排，布線凌亂。各個(gè)機(jī)柜、機(jī)架均未做接地處理。進(jìn)、出建筑物金屬管道、建筑物金屬門窗等等未接地。

4 烏當(dāng)區(qū)實(shí)驗(yàn)小學(xué)教學(xué)樓防雷設(shè)計(jì)

4.1 教學(xué)樓防雷建筑物分類和分級(jí)

由于該教學(xué)樓能夠容納1 200名學(xué)生，屬于人口密集場(chǎng)所，因此應(yīng)計(jì)算建筑物年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)(次/a)，通過(guò)計(jì)算可知教學(xué)樓的年雷擊次數(shù)N1=0.08(次/a)，根據(jù)相關(guān)規(guī)定:預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)＞0.06次/a的部、省級(jí)辦公建筑物及其它重要或人員密集的公共建筑物，應(yīng)劃為第二類防雷建筑物。因此，對(duì)教學(xué)樓的防雷設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)規(guī)范規(guī)定按二類設(shè)計(jì)。

4.2 電子信息系統(tǒng)入戶設(shè)施年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)

根據(jù)《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》GB 50343－2004計(jì)算入戶設(shè)施預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)N2(次/a)=4.58。

教學(xué)樓N=N1+N2=4.81(次/a)

4.3 可接受的最大年平均雷擊次數(shù)(NC)計(jì)算

直擊雷和雷電電磁脈沖引起電子信息系統(tǒng)設(shè)備損壞的可接受的最大年平均雷擊次數(shù)NC按下式確定:

由學(xué)校的實(shí)際情況得:

C1——建筑物結(jié)構(gòu)、材料因素，磚混結(jié)構(gòu)1.5;

C2——信息系統(tǒng)重要程度因子，使用架空線纜設(shè)備1.0;

C3——電子信息系統(tǒng)設(shè)備耐沖擊類型和抗沖擊過(guò)電壓能力因子，較弱1.0;

C4——電子信息系統(tǒng)設(shè)備所在雷電防護(hù)區(qū)域(LPZ)的因子，設(shè)備在LPZ1區(qū)內(nèi)1.0;

C5——電子信息系統(tǒng)設(shè)備發(fā)生雷擊事故的后果因子，信息系統(tǒng)業(yè)務(wù)中斷不會(huì)產(chǎn)生不良后果0.5;

C6——區(qū)域雷暴等級(jí)因子，強(qiáng)雷區(qū)1.4。

NC=5.8 ×10－1.5/C=0.03，因此，N ＞NC。

5 教學(xué)樓防雷設(shè)計(jì)

5.1 外部防雷設(shè)施

教學(xué)樓長(zhǎng)60 m，寬20 m，樓高18 m，于是宜采用裝設(shè)在建筑物上的避雷網(wǎng)(帶)或避雷針或由其混合組成的接閃器。避雷網(wǎng)(帶)應(yīng)沿屋角、屋脊、屋檐和檐角等易受雷擊的部位敷設(shè)，并應(yīng)在整個(gè)屋面組成不大于10 m×10 m或12 m×8 m的網(wǎng)格。

經(jīng)勘測(cè)得土壤電阻率為500Ω·m，可計(jì)算地網(wǎng)有效長(zhǎng)度為45 m。

5.1.1 接閃器 在屋面使用避雷網(wǎng)作為接閃器，使之在屋面組成10 m×10 m的網(wǎng)格。教學(xué)樓的避雷網(wǎng)采用直徑不小于8 mm的圓鋼鋪設(shè)，同時(shí)應(yīng)在建筑物易受雷擊處加短針保護(hù)，如建筑物陽(yáng)角處、屋脊等，高度約0.5 m。

5.1.2 引下線 引下線采用圓鋼，圓鋼直徑不小于8 mm。引下線沿教學(xué)樓外墻明敷，并經(jīng)最短路徑接地，在各引下線上于距地面0.3～1.8 m之間裝設(shè)斷接卡。在人員流量較大的地方，引下線應(yīng)采取暗敷、塑料管或橡膠管等保護(hù)設(shè)施，防止跨步電壓或產(chǎn)生電位差而造成的損失。同時(shí)引下線的接地部分埋深應(yīng)不＜80 cm深度。

5.1.3 接地裝置 本設(shè)計(jì)采用直擊雷接地網(wǎng)作為聯(lián)合接地裝置。按照共用接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則，直擊雷接地裝置、網(wǎng)絡(luò)機(jī)房接地裝置和浪涌保護(hù)器接地裝置聯(lián)合接地體，接地體的接地電阻≤1Ω。

沿教學(xué)樓建筑物周圍設(shè)置地網(wǎng)，垂直接地體應(yīng)采用50 mm×50 mm×5 mm熱鍍鋅角鋼，其長(zhǎng)度不＜2.5 m，間距不＜5 m;水平接地體應(yīng)采用40 mm×4 mm熱鍍鋅扁鋼，其埋設(shè)深度不應(yīng)＜0.5 m，且與垂直接地體應(yīng)作良好電氣連接，在連接處應(yīng)采用瀝青包裹防腐。

5.2 教學(xué)樓內(nèi)部防雷設(shè)計(jì)

5.2.1 機(jī)房電源防雷設(shè)計(jì) 機(jī)房的電源防雷系統(tǒng)(圖1)所示，在機(jī)房的樓層采用BOB三級(jí)防雷系統(tǒng)，在UPS主機(jī)的前級(jí)加裝 B級(jí)電涌吸收器，在UPS配電箱進(jìn)線開關(guān)處設(shè)置C級(jí)電涌吸收器，在機(jī)柜電源引入處設(shè)置D級(jí)電涌吸收器。一級(jí)防雷器V 25－B/3+NPE，是屬建筑物內(nèi)部的第一級(jí)(B類)電源防雷器，可提供220/380 V供電線路的防雷過(guò)電壓保護(hù)。防雷過(guò)電壓保護(hù)是減少被保護(hù)設(shè)備或建筑物損壞、火災(zāi)、爆炸和人員安全的重要措施。V 25－B/3+NPE設(shè)計(jì)安裝于電源總配電柜處，可以直接安裝在開關(guān)箱內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的35 mm導(dǎo)軌上，并以最短的距離并聯(lián)主空開的負(fù)載側(cè)。該防雷器可用于交流和直流電路中的雷電過(guò)電壓保護(hù)。二級(jí)(C級(jí))防雷器V 25－B/3+NPE，屬建筑物內(nèi)第二級(jí)(C類)電源防雷器。它保護(hù)電氣設(shè)備不受因雷電和開關(guān)轉(zhuǎn)換過(guò)程所引起的過(guò)電壓的損壞。作為限壓防雷器，V 25－B/3+NPE設(shè)計(jì)安裝于電源的分配電處，可以無(wú)任何問(wèn)題地與空氣開關(guān)等一起進(jìn)行安裝，自由安裝在配電箱內(nèi)的35 mm的標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌上，由于多模塊防雷器在工廠已經(jīng)由內(nèi)置接地跳線連接，所以接地連接(PE連接)只需在現(xiàn)場(chǎng)一次連接，簡(jiǎn)單方便。三級(jí)(D級(jí))電涌吸引器，機(jī)房服務(wù)器及核心交換機(jī)前端安裝三級(jí)(D級(jí))電涌吸引器，起動(dòng)時(shí)間＜25 ns，雷電通流量為5 kA，工作電壓為220 V，有劣化指示。

圖1 機(jī)房分配電源進(jìn)線防雷安裝示意圖

5.2.2 信號(hào)系統(tǒng)防雷設(shè)計(jì) 雷擊設(shè)備主要是通過(guò)空間電磁脈沖，它具有相當(dāng)穿透性，一般的建筑只能起到一定的衰減作用，要真正做到保證設(shè)備的安全，必須用金屬板將設(shè)備屏蔽起來(lái)，同時(shí)將金屬屏蔽層接地，這種辦法針對(duì)一些小部門、局部設(shè)備可以采用，而且效果還不錯(cuò)，但絕大多數(shù)設(shè)備不可能照此辦理，同時(shí)與金屬屏蔽層以外相連的線纜還是需要加SPD設(shè)備。

5.2.3 機(jī)房等電位聯(lián)結(jié) 網(wǎng)絡(luò)機(jī)房、計(jì)算機(jī)教室的機(jī)柜未做接地處理?？缃犹幚硪蟆耙宰疃叹嚯x”，是指連接導(dǎo)線應(yīng)最短，過(guò)長(zhǎng)的連接導(dǎo)線將構(gòu)成較大的環(huán)路面積會(huì)增大對(duì)防雷空間內(nèi)LEMP的耦合機(jī)率，從而增大LEMP的干擾度。接地干線宜采用采用40 mm×4 mm紫銅排組成M或S型。計(jì)算機(jī)機(jī)房的安全保護(hù)地、信號(hào)工作地、屏蔽接地、防靜電接地、浪涌保護(hù)器及機(jī)房?jī)?nèi)各電子設(shè)備等均應(yīng)連接到局部等電位端子板上。

5.2.4 電源浪涌防護(hù)器的安裝 在教學(xué)樓電源進(jìn)線總配電箱內(nèi)設(shè)置1組電源防雷器，要求通流量不＜60 kA，作為教學(xué)樓電源系統(tǒng)的第一級(jí)防護(hù)。接地線采用16 mm2多股銅芯線，連接線盡量平直，長(zhǎng)度不宜超過(guò)0.5m。

在教學(xué)樓計(jì)算機(jī)機(jī)房所在樓層的分配電箱內(nèi)設(shè)置1組電源防雷器，要求通流量不＜40 kA，作為教學(xué)樓電源系統(tǒng)的第二級(jí)防護(hù)。接地線采用10 mm2多股銅芯線，連接線盡量平直，長(zhǎng)度不宜超過(guò)0.5 m。

在計(jì)算機(jī)機(jī)房配電箱內(nèi)設(shè)置1組電源防雷器，要求通流量不＜20 kA，作為機(jī)房電源系統(tǒng)的第三級(jí)防護(hù)。接地線采用6 mm2多股銅芯線，連接線盡量平直，長(zhǎng)度不宜超過(guò)0.5 m。

5.2.5 信號(hào)線路浪涌防護(hù) 在雷擊發(fā)生時(shí)，產(chǎn)生巨大瞬變電磁場(chǎng)，在1 km范圍內(nèi)的金屬環(huán)路，如網(wǎng)絡(luò)、信號(hào)及通訊金屬連線等都會(huì)感應(yīng)到雷擊，將會(huì)影響網(wǎng)絡(luò)、信號(hào)及通訊系統(tǒng)的正常運(yùn)行甚至徹底破壞系統(tǒng)。

教學(xué)樓機(jī)房交換機(jī)輸出端安裝2臺(tái)THX05RJ45V/16網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)防雷器，接地線采用6 mm2多股銅芯線從匯集排引入。

教學(xué)樓有線電視收發(fā)設(shè)備輸入端及輸出端安裝2只CREX－F/20K饋線防雷器，接地線采用6 mm2多股銅芯線從匯集排引入。

電話系統(tǒng)程控交換機(jī)輸入端安裝5只EPL－120信號(hào)防雷器，接地線采用6 mm2多股銅芯線從匯集排引入。

5.2.6 建筑物管線等電位連接 采用符合防雷技術(shù)要求的屏蔽網(wǎng)對(duì)進(jìn)出建筑物的電源線路屏蔽。原網(wǎng)絡(luò)線為非屏蔽架空敷設(shè)，應(yīng)采用屏蔽網(wǎng)絡(luò)線替換，并在LPZ0A、LPZ0B、LPZ1防護(hù)區(qū)交界處將線纜屏蔽層與接地體作電氣連通，進(jìn)出建筑物部分采取埋地敷設(shè)，其埋地長(zhǎng)度符合L≥ k，但不小于15 m。

6 結(jié)論

貴陽(yáng)市烏當(dāng)區(qū)實(shí)驗(yàn)小學(xué)發(fā)生雷擊的主要原因有:沒(méi)有采取相應(yīng)的防護(hù)措施或防護(hù)措施失效;缺乏必要的防護(hù)技術(shù)知識(shí)和應(yīng)急預(yù)案。本文分別從直擊雷、雷電感應(yīng)和雷電波入侵方面提出學(xué)校的綜合防雷設(shè)計(jì)方案。因此，各級(jí)管理部門要以廣大師生生命財(cái)產(chǎn)安全極端負(fù)責(zé)的高度，充分認(rèn)識(shí)學(xué)校防雷減災(zāi)工作的重要性和當(dāng)前學(xué)校雷電災(zāi)害多發(fā)的嚴(yán)峻形勢(shì)，確實(shí)增強(qiáng)責(zé)任感和使命感，為學(xué)校提供良好的、安全的學(xué)習(xí)環(huán)境。

［1］關(guān)象石，李銀生，王鳳山，等.防雷技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范匯編［M］.北京:中國(guó)計(jì)劃出版社，2010:162－179.

［2］陳渭民.雷電學(xué)原理［M］.北京:氣象出版社，2009:31－42，370 －389.

［3］楊仲江.防雷裝置檢測(cè)審核與驗(yàn)收［M］.北京:氣象出版社，2009:62－67.

［4］洪乃剛.電力電子技術(shù)基礎(chǔ)［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2008:28－40.

［5］張小青.建筑物內(nèi)電子設(shè)備的防雷保護(hù)［M］.北京:北京電子工業(yè)出版社，2000:105－121.