陳浩堅(jiān)+盧尉+盧孟杰

摘要：學(xué)校是公共場(chǎng)所，人員密集，它擔(dān)負(fù)著教書育人的重任。做好學(xué)校的防雷安全是一項(xiàng)重要的工作，不僅關(guān)系到在校師生的生命安全，還與千千萬(wàn)萬(wàn)個(gè)家庭的幸福息息相關(guān)。本文針對(duì)廣東省揭陽(yáng)地區(qū)中專學(xué)校的新宿舍樓所處的位置環(huán)境、建構(gòu)特征、雷電活動(dòng)規(guī)律、電子設(shè)施、線路分布等一系列情況進(jìn)行綜合分析研究，設(shè)計(jì)出一套綜合雷電防防護(hù)系統(tǒng)。確保學(xué)校師生的生命財(cái)產(chǎn)安全，以及促進(jìn)教育事業(yè)的快速、健康發(fā)展。

關(guān)鍵詞：新宿舍樓；防雷工程；防雷安全

1.引言

雷電是在大氣中的電、光、聲等的物理現(xiàn)象，雷電發(fā)生時(shí)帶有強(qiáng)大的雷電流，其電流峰值可達(dá)數(shù)十千安或數(shù)百千安的瞬間電流，同時(shí)發(fā)出耀眼的光芒并伴隨有爆炸的轟鳴聲。在氣象資料記載中表明，地球上每秒鐘平均約有100次雷閃發(fā)生，根據(jù)雷閃發(fā)生的空間位置分布，可分為云內(nèi)閃、云際閃和云地閃，其中云內(nèi)閃和云際閃統(tǒng)稱為云閃，而云地閃稱為地閃，又稱為落地閃，落地閃對(duì)人類構(gòu)成的危險(xiǎn)性幾率相對(duì)比較高，所以落地閃是雷電防護(hù)系統(tǒng)中的主要研究對(duì)象。發(fā)生雷閃時(shí)，閃電中的強(qiáng)大雷電流產(chǎn)生了巨大的破壞力和很強(qiáng)的電磁干擾，這是引發(fā)自然界十大災(zāi)害的之一。

2.新宿舍樓實(shí)地勘察

2.1結(jié)構(gòu)參數(shù)及周邊環(huán)境

揭陽(yáng)市中專業(yè)學(xué)校新宿舍樓項(xiàng)目位于揭陽(yáng)市空港區(qū)中心大道，地勢(shì)平坦、周邊無(wú)其它高層建筑物或高壓線塔等。該新建宿舍樓總建筑面積為：7215.8平方米，低層基低面積為：1185.0平方米，宿舍樓共有2棟：1棟建筑面積：3574.2平方米（長(zhǎng)：39.6m寬：12.5m高：25.3m）；2棟建筑面積：3641.6平方米（長(zhǎng)：39.6m寬：12.5m高：25.3m）；宿舍樓層數(shù)為：7層，高度均在25.3米。

新宿舍第一棟規(guī)模：普通宿舍68間，每間6人，合計(jì)住人：408人；北側(cè)：與擬建宿舍樓2棟（7F）相距24.2m；東側(cè)：與已建宿舍樓（7F）相連，共用疏散通道；南側(cè)、西側(cè)：為校園運(yùn)動(dòng)場(chǎng)；

新宿舍樓第二棟規(guī)模：普通宿舍70間，每間6人，合計(jì)住人：420人；北側(cè)：為18m空地和35m寬排水干渠；南側(cè)：與擬建宿舍樓1棟（7F）相距24.2m；東側(cè)：與已建宿舍樓（7F）相連，共用疏散通道；西側(cè)：空地；

兩棟宿舍樓累計(jì)入住學(xué)生為：828名。

2.2電源線路配套

根據(jù)該新建宿舍樓電氣設(shè)計(jì)要求配套有：照明系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、電熱水器等；在各棟新宿舍樓的第一層各設(shè)置有分配電箱，采用TN-S接地形式；各樓層的樓梯口處設(shè)置有樓層控制配電箱，兩棟7層的宿舍樓共有14處樓層控制配電箱；每間房間都配備有電熱水器、電話機(jī)和網(wǎng)絡(luò)信號(hào)線路等；如沒有做好相應(yīng)的雷電防護(hù)措施，一旦建筑物遭受雷擊，雷電流將直接引入室內(nèi)傷及人員或損壞設(shè)備，引發(fā)的后果將不堪設(shè)想，況且在學(xué)校這種人員密集的公共場(chǎng)所，所以做好新建宿舍樓的雷電綜合防護(hù)系統(tǒng)是迫在眉睫的。

2.3雷電活動(dòng)規(guī)律

揭陽(yáng)市中專業(yè)學(xué)校新宿舍樓所在位置信息的采集是利用現(xiàn)代衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS定位儀對(duì)本項(xiàng)目進(jìn)行定位（經(jīng)度：116°25.294′緯度：23°30.133′），以該宿舍樓為中心的9平方公里內(nèi)，根據(jù)新宿舍樓所處的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)從廣東省雷電監(jiān)測(cè)網(wǎng)提取1999-2012年的雷電數(shù)據(jù)可以統(tǒng)計(jì)分析得出雷電流區(qū)間分布對(duì)應(yīng)的概率，并分別計(jì)算出雷電流平均值和最大值，如右圖2為新宿舍樓所在區(qū)域范圍年平均雷電流概率情況；可得出，該區(qū)域年雷電流幅值主要集中在60kA以內(nèi)，占總的百分之95.3。

2.4實(shí)測(cè)土壤電阻率

選取了揭陽(yáng)市中專宿舍樓所在地（116°25.294′E，23°30.133′N）的土壤電阻率進(jìn)行測(cè)試，當(dāng)日天氣情況為晴天，據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀察，土壤含水量較低，所以季節(jié)系數(shù)取1.0，得出土壤電阻率為：12.09Ω·m。

土壤電阻率是對(duì)土壤的導(dǎo)電性能情況進(jìn)行的判斷，一般是在該新建筑物所在位置的區(qū)域采取1立方米的正方體的土壤兩端間施加一定額度的電流，對(duì)該土壤電流的導(dǎo)電性能進(jìn)行測(cè)試。土壤的電阻率情況測(cè)試用ρ表示，單位為歐姆每米（Ω·m）。

在國(guó)內(nèi)最常用的土壤電阻率測(cè)量方法一般是采取“四極測(cè)探法”操作方式相對(duì)較為簡(jiǎn)單，能準(zhǔn)確的測(cè)量出土壤電阻率，且誤差較小，基本能滿足工程測(cè)量要求。通過現(xiàn)場(chǎng)取樣檢測(cè)，揭陽(yáng)市中專宿舍樓所在地土壤類型為田土。

2.5新宿舍樓防雷類別

已知揭陽(yáng)市中專業(yè)學(xué)校新宿舍樓的建構(gòu)尺寸情況（長(zhǎng)：39.6m；寬：12.5m；高：25.3m兩棟結(jié)構(gòu)尺寸相同）和當(dāng)?shù)氐哪昶骄妆┤仗鞌?shù)為Td =74.3天/年等相關(guān)數(shù)據(jù)，可以通過計(jì)算公式計(jì)算得出該建筑物的等效面積和年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)，得出結(jié)果依據(jù)GB50057-2010《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》來(lái)確定該新宿舍樓的防雷類別，推導(dǎo)計(jì)算結(jié)果該工程屬于第二類防雷建筑設(shè)計(jì)，計(jì)算結(jié)果：根據(jù)GB50057-2010《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》“第3.0.3條第九款：預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)大于0.05次/a的部、省級(jí)辦公建筑物及其他重要或人員密集的公共建筑物”該新宿舍樓應(yīng)劃分為第二類防雷建筑物。

3.雷電侵入建構(gòu)筑物途徑

3.1直接雷擊

雷電直接擊打在大地或建構(gòu)筑物、人員、植物、牲畜等的放電現(xiàn)象，瞬間能引起雷擊物體內(nèi)產(chǎn)生的熱效應(yīng)、機(jī)械效應(yīng)和沖擊波等；假如直接擊打在建筑物上時(shí)，在電動(dòng)力作用的下，建筑物內(nèi)的導(dǎo)體之間會(huì)相互吸引或排斥，應(yīng)發(fā)強(qiáng)烈變形或折斷。由于雷電流幅值很高，而作用的時(shí)間極短，在強(qiáng)電流瞬間流入樹木或建筑構(gòu)件時(shí)，在其內(nèi)部瞬時(shí)產(chǎn)生大量熱量，在極短的時(shí)間內(nèi)熱量來(lái)不及消散，致使物體內(nèi)部的水分被大量蒸發(fā)成水蒸汽，并迅速膨脹，從而產(chǎn)生巨大的爆炸力，能夠使被擊樹木劈裂、建筑構(gòu)件崩塌。

3.2感應(yīng)雷擊

當(dāng)雷擊發(fā)生后，局部地區(qū)的感應(yīng)電荷不能在同樣短的時(shí)間內(nèi)消失，形成局部高電壓。這種由靜電感應(yīng)產(chǎn)生的過電壓對(duì)接地不良的電氣系統(tǒng)有很強(qiáng)破壞作用，使接地不良的金屬器件之間發(fā)生火花，這對(duì)爆炸危險(xiǎn)環(huán)境所而言，是非常危險(xiǎn)的。另外，靜電感應(yīng)或電磁感應(yīng)形成的瞬間高電位都可通過金屬導(dǎo)體（如電源線、信號(hào)線）入侵建筑物內(nèi)的電氣設(shè)備而造成損害。endprint

感應(yīng)雷擊能使電氣輸送線上瞬間感應(yīng)產(chǎn)生處2000～20000A的浪涌電流，對(duì)建筑物內(nèi)的高精密度電子或敏感電子器件直接造成擊壞，考慮該新宿舍樓的電氣信息配套設(shè)施，感應(yīng)雷擊一般采取在電源系統(tǒng)入戶處設(shè)置一級(jí)試驗(yàn)浪涌防護(hù)SPD，兩棟新宿舍樓的前端設(shè)置二級(jí)試驗(yàn)浪涌防護(hù)SPD，各參數(shù)搭配應(yīng)根據(jù)該電源系統(tǒng)特征而定，且符合規(guī)范要求。

3.3電磁脈沖

由于雷電時(shí)放電時(shí)，雷電流中存在極大的陡坡和峰值，使周邊環(huán)境產(chǎn)生強(qiáng)大的電磁場(chǎng)，處在磁場(chǎng)范圍內(nèi)的金屬導(dǎo)體上瞬間會(huì)感應(yīng)出很高的電動(dòng)勢(shì)，磁場(chǎng)空間范圍內(nèi)產(chǎn)生強(qiáng)電磁或形成電磁波輻射，導(dǎo)致電磁脈沖波（LEMP）在三維空間里對(duì)電子設(shè)備產(chǎn)生影響，這種電磁波脈沖速度一般超過2.4GS（20KA/m），會(huì)對(duì)電子設(shè)備直接造成嚴(yán)重的損壞或出現(xiàn)故障。

當(dāng)建筑物的外部防雷裝置接閃針、接閃網(wǎng)、接閃帶或金屬屋面等遭受雷擊時(shí)，瞬間強(qiáng)大的雷電流流經(jīng)引下線至接地裝置散流，此時(shí)在接地裝置兩端會(huì)產(chǎn)生危險(xiǎn)的過電壓，會(huì)對(duì)附近的金屬物體（如金屬管道、鎧裝電纜線路）或設(shè)備自然接地線等進(jìn)行引入建筑物內(nèi)，對(duì)設(shè)備進(jìn)行破壞或傷及人員。

4.具體防雷方案設(shè)計(jì)

4.1外部防雷系統(tǒng)

建筑物的外部防雷接地系統(tǒng)LPS是用于直接截收雷擊的防雷裝置，將雷電流從雷擊點(diǎn)引導(dǎo)分流散入大地，從而保護(hù)了新宿舍樓避免遭受雷擊破壞。

4.1.1接閃器

揭陽(yáng)市中專宿舍樓的天面層類為鋼筋混凝土屋面，接閃器設(shè)置安裝在宿舍樓天面層女兒墻上的陽(yáng)角、外角處以及樓梯間上陽(yáng)角處。

（1）鋼筋混凝土天面：宿舍樓天面層、女兒墻上四周明敷φ12mm鍍鋅圓鋼接閃帶，支持卡采用φ12mm鍍鋅圓鋼（高度0.15m，間距1.2m，拐彎處不超1.5m），避雷短針采用φ14mm鍍鋅圓鋼（針高0.5m），避雷網(wǎng)格不大于10m*10m并和接閃帶焊接連通，搭接處焊接面積要求雙面不小于6D，并做好腐蝕措施。

（2）突出天面的金屬物：金屬水池與接閃帶的等電位連接，采用鍍鋅扁鋼-40mm×4mm與接閃帶進(jìn)行焊接連通，焊接要求扁鋼與金屬水池端的搭焊其扁鋼面積不少于三面施焊，扁鋼與天面φ12mm鍍鋅圓鋼接閃帶搭接處焊接面積要求雙面不小于6D，并做好腐蝕措施。

4.1.2接地裝置

（1）揭陽(yáng)市中專宿舍樓的接地裝置采用基礎(chǔ)承臺(tái)地梁閉合形成網(wǎng)格狀地網(wǎng)，有利于平衡地電位和防止發(fā)生反擊。

（2）（2）利用結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)作為接地裝置時(shí)，要特別注意增加樁的利用系數(shù)大于或等于0.5，并要求有效的電氣連接。

（3）要求項(xiàng)目?jī)?nèi)各建（構(gòu)）筑物采用綜合接地系統(tǒng)，防雷接地、防靜電接地、電氣設(shè)備工作接地、保護(hù)接地的接地等，其電阻不應(yīng)大于4Ω。

（4）項(xiàng)目應(yīng)根據(jù)需求預(yù)留下列各類接地端子：電氣接地預(yù)留端子采用不小于φ12mm的圓鋼或-40mm×4mm的熱鍍鋅扁鋼，長(zhǎng)度不小于200mm，高度200mm-300mm。

（5）接地裝置主要陽(yáng)角處應(yīng)靠近或與引下線一起設(shè)置接地電阻測(cè)試端子，設(shè)置高度距室外地坪不低于300mm為宜，并設(shè)置明顯標(biāo)志。

4.2內(nèi)部防雷接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)該新宿舍樓的內(nèi)部的配套設(shè)施情況分析，防雷設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是防止各類因雷電間接效應(yīng)產(chǎn)生的各種損害。結(jié)合防雷區(qū)的劃分情況，綜合運(yùn)用各類防護(hù)措施，對(duì)各類電子信息系統(tǒng)進(jìn)行綜合防護(hù)。

4.2.1防雷等電位連接

等電位設(shè)置主要是在雷電防護(hù)區(qū)的交接處，首先，在該宿舍樓直擊雷非防護(hù)區(qū)（LPZ0A）或直擊雷防護(hù)區(qū)（LPZ0B）與第一防護(hù)區(qū)（LPZA）的界面處設(shè)置總等電位連接端。具體的新宿舍樓等電位連接部分與具體施工要求：

（1）總等電位連接都設(shè)在宿舍樓一層樓梯口處分配電箱的附近，外引進(jìn)入宿舍樓的電源接地保護(hù)線、通信線路、網(wǎng)絡(luò)信號(hào)線路等采用PE干線16mm2多股接地銅線VBR做等電位連接線連接到接地母排，接地母排上的接地PE母線采用25mm2多股接地銅線VBR與宿舍樓的自然基礎(chǔ)接地極連接；接地母排MEB端子板的具體規(guī)格材料要求：（尺寸mm：5×40×200；接線端子數(shù)：8個(gè)M6螺栓、帶螺帽、戒指；表面處理：鍍鋅；抗擊性：可抗>300kA的雷電流沖擊；材質(zhì)：紫銅；使用環(huán)境：室內(nèi)、戶外、配電柜內(nèi)；）

（2）進(jìn)入新宿舍樓的金屬套管需與防雷系統(tǒng)做等電位連接，等電位連接線材料采用16mm2多股接地銅線進(jìn)行可靠連接。

4.2.2綜合布線

在新宿舍樓區(qū)的線路敷設(shè)過程中避免產(chǎn)生較大的環(huán)路或相互干擾而導(dǎo)致因環(huán)路感應(yīng)產(chǎn)生較高的過電壓或干擾電壓而損壞工程物體，應(yīng)采取科學(xué)合理的布線方式，盡可能不出現(xiàn)較大的感應(yīng)環(huán)路，避免線路相互干擾。

為了減少電磁干擾的感應(yīng)效應(yīng)，一般采取的屏蔽的基本措施是：

（1）在新宿舍樓的外部設(shè)屏蔽措施，以合適的路徑敷設(shè)線路，線路屏蔽。

（2）新宿舍樓中的大型金屬物體全部等電位連接起來(lái)，形成電氣通路連接到新宿舍樓的接地裝置上，從而改善電磁環(huán)境。

（3）在需要保護(hù)的空間內(nèi)，當(dāng)采用屏蔽電纜時(shí)，其屏蔽層在兩端接地，宜在防雷區(qū)交界處做等電位連接，當(dāng)系統(tǒng)要求只在一端做等電位連接時(shí)，應(yīng)采用兩層屏蔽。

信號(hào)線路的防浪涌保護(hù)措施：

（1）宿舍樓共有10部電話信號(hào)交換機(jī)，一路電話信號(hào)從室外引入宿舍樓1，在進(jìn)線處安裝信號(hào)電話信號(hào)防雷器，安裝的具體參數(shù)（額定工作電壓Un：110V；最大持續(xù)運(yùn)行電壓Uc：130V；最大放電電流Imax：10kA；限制電壓Up：≤250V；絕緣電阻：≥0.4MΩ；插入損耗：≤0.5dB）；電話信號(hào)防雷器的接地線和交換機(jī)的接地保護(hù)線PE連接到建筑防雷接地系統(tǒng)中，PE接地線的截面不小于6mm2，并進(jìn)行可靠的連接。

（2）兩棟宿舍樓共用8臺(tái)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和1臺(tái)光端路由器，分別在網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的進(jìn)線處安裝網(wǎng)絡(luò)信號(hào)防雷器，具體參數(shù)（額定工作電壓Un：5V；最大持續(xù)運(yùn)行電壓Uc：5.8V；最大放電電流Imax：10kA；限制電壓Up：≤500V；絕緣電阻：≥0.4MΩ；插入損耗：≤0.5dB；接口形式：RJ45）；網(wǎng)絡(luò)信號(hào)防雷器的接地保護(hù)線PE與交換機(jī)的接地保護(hù)端一起連接到建筑防雷接地系統(tǒng)中，采用PE接地線的截面不小于6mm2，并進(jìn)行可靠的連接。

5.結(jié)論

為了打造平安校園環(huán)境，減少雷擊災(zāi)害事故的發(fā)生，本文通過引用防雷行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，借鑒有關(guān)新建宿舍樓防雷的文獻(xiàn)和通過當(dāng)?shù)貧庀蟛块T調(diào)查獲取該新宿舍樓所處地理位置的氣象相關(guān)資料，針對(duì)地區(qū)的地形地貌、雷暴情況、建筑物特征、人員密集場(chǎng)所等方面進(jìn)行綜合考慮，設(shè)計(jì)出一套符合該新宿舍樓的綜合雷電防護(hù)系統(tǒng)，有效的保障該新宿舍樓在雷雨天氣來(lái)臨時(shí)起到雷電的防御作用。

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