基于三亞農(nóng)村學(xué)校防雷現(xiàn)狀淺談梅聯(lián)小學(xué)的防雷設(shè)計(jì)

海南省三亞市氣象局 海南三亞 572000

摘要：隨著雷暴天氣的到來，雷擊學(xué)校造成人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失的事件時(shí)有發(fā)生，學(xué)校雷電安全問題也越來越受到社會(huì)的關(guān)注。本文通過分析梅聯(lián)小學(xué)在雷電防護(hù)上存在的主要問題，探討了學(xué)校直擊雷防護(hù)、感應(yīng)雷防護(hù)和防雷電波侵入的基本對(duì)策，為學(xué)校雷電防護(hù)設(shè)計(jì)和施工提供參考。

關(guān)鍵詞：學(xué)校；雷電防護(hù)；SPD

引言

2005年9月14日湖南第一師范發(fā)生雷擊事故，2007年5月23日，重慶開縣義和鎮(zhèn)山坡上的興業(yè)小學(xué)遭受雷擊，均造成人員傷亡。全國(guó)學(xué)校雷擊事故頻繁發(fā)生，對(duì)三亞市學(xué)校防雷安全敲響了警鐘。但三亞部分學(xué)校，特別是農(nóng)村和偏遠(yuǎn)山區(qū)的學(xué)校許多建筑物和弱電設(shè)備等未按照規(guī)范要求采取防雷措施，存在較大的雷擊隱患。本文將探討三亞農(nóng)村學(xué)校防雷的現(xiàn)狀并針對(duì)客觀存在的問題，對(duì)崖城鎮(zhèn)梅聯(lián)小學(xué)教學(xué)樓、教師工作間進(jìn)行防雷設(shè)計(jì)。

1 三亞市農(nóng)村學(xué)校防雷現(xiàn)狀

三亞全市共有181所中小學(xué)，其中有140多所學(xué)校分布在農(nóng)村地區(qū)。廣大農(nóng)村地域廣闊，農(nóng)戶居住較為集中，部分村落處于海邊或山附近，房屋遭受雷擊的可能性較大。學(xué)校房屋在農(nóng)村中比較高，這又增加了落雷概率，從而增加了事故發(fā)生的概率。

三亞市防雷中心對(duì)全市中小學(xué)防雷安全檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)市區(qū)學(xué)校防雷措施相對(duì)良好，農(nóng)村學(xué)校防雷狀況就不盡如人意。農(nóng)村中小學(xué)存在的主要問題有：

（1）、學(xué)校新建樓房大部分采用斜屋面設(shè)計(jì)，但有些建筑在易受雷擊的部位（斜屋面、檐角及外沿）沒有安裝接閃裝置。其他建筑物由于時(shí)間較長(zhǎng)，天面基本上沒有安裝防直接雷裝置或者安裝不符合國(guó)家規(guī)范要求。

（2）、農(nóng)村中小學(xué)屋面基本都安裝水箱，部分建筑物安裝了護(hù)欄、標(biāo)語牌等其他金屬物，這些金屬物在裝設(shè)時(shí)沒有考慮到防雷因素，基本上沒有做等電位處理。

（3）、三亞農(nóng)村學(xué)校均配備了計(jì)算機(jī)房，但是大部分的學(xué)校計(jì)算機(jī)房沒有采取防雷措施。

（4）、在用電設(shè)備方面，農(nóng)村中小學(xué)大部分沒有安裝適配電源浪涌保護(hù)器，部分裝設(shè)了電源浪涌保護(hù)器的學(xué)校，其浪涌保護(hù)器也出現(xiàn)了標(biāo)稱電流過小，接線錯(cuò)誤等問題。

根據(jù)以上這些問題并結(jié)合實(shí)際，現(xiàn)對(duì)崖城鎮(zhèn)梅聯(lián)小學(xué)教學(xué)樓、教師工作間進(jìn)行防雷設(shè)計(jì)。

2 實(shí)地調(diào)查情況

2.1 梅聯(lián)小學(xué)教學(xué)樓

教學(xué)樓為五層框混結(jié)構(gòu)，樓頂女兒墻、斜屋面檐角及外沿均敷設(shè)一圈接閃帶，材料為Φ10熱鍍鋅圓鋼，引下線采用柱內(nèi)鋼筋，接閃帶與引下線連接可靠。經(jīng)測(cè)試，接閃帶接地電阻值為1.5歐，符合規(guī)范要求。

學(xué)校電源為架空線路，采用TN-C-S系統(tǒng)，總開關(guān)箱裝設(shè)在距教學(xué)樓墻角邊，教學(xué)樓總配電箱位于1層樓梯口。電源總開關(guān)箱及教學(xué)樓總配電箱接地電阻值符合要求，但無防雷電波侵入措施。學(xué)生計(jì)算機(jī)房（采用局域網(wǎng)）位于教學(xué)樓4層，內(nèi)有機(jī)房配電箱（無SPD）、交換機(jī)、幾十臺(tái)計(jì)算機(jī)等設(shè)備，各設(shè)備均未接地。教師用網(wǎng)絡(luò)位于一樓辦公室，從戶外入戶的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)為電話線路，沒有弱電防雷保護(hù)措施。

2.2 梅聯(lián)小學(xué)教師工作間

教師工作間為兩層磚混結(jié)構(gòu)，平屋面，建筑較為老舊。工作間高10.8米，長(zhǎng)57.0米，寬9.0米；天面頂部角落有一儲(chǔ)水箱（高度低于女兒墻），未做接地。整幢大樓沒有任何直擊雷防護(hù)裝置，直擊雷防護(hù)措施未滿足防雷規(guī)范要求。

工作間總配電箱位于1層樓梯口，供電線纜從學(xué)校總開關(guān)箱出引入，配電箱接地電阻值符合要求，但無防雷電波侵入措施。教師工作間無網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，平時(shí)上網(wǎng)均在教學(xué)樓辦公室。

3 簡(jiǎn)單雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

經(jīng)查閱近50年三亞雷暴資料，全市雷暴日最多年100d（1975年），最少年28d（2006年），平均雷暴日年57.1d。

建筑物年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)參照GB50057-2010《建筑防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》中采用的公式確定：

式中：—建筑物年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)（次/a）；—校正系數(shù)；—建筑物所處地區(qū)雷擊大地的年平均密度（次/km2/a）；—與建筑物截收相同雷擊次數(shù)的等效面積（km2）；梅聯(lián)小學(xué)兩建筑取1。

雷擊大地的年平均密度應(yīng)按下式確定：

建筑物等效面積應(yīng)按下式確定：

式中：、、—分別為建筑物的長(zhǎng)、寬、高（m）

根據(jù)學(xué)校實(shí)際情況，將建筑物長(zhǎng)、寬、高代入得出教學(xué)樓≈0.0994次/年，教師工作間≈0.0737 次/年。

根據(jù)GB50057-2010的規(guī)定，教學(xué)樓為人員較密集的公共建筑物，大于0.05次/a，故按第二類防雷建筑物設(shè)防；教師工作間為一般性民用建筑物，大于或等于0.05次/a，且小于或等于0.25次/a，故按第三類防雷建筑物設(shè)防。

4 學(xué)校防雷綜合設(shè)計(jì)

4.1 教學(xué)樓防雷綜合設(shè)計(jì)

梅聯(lián)小學(xué)教學(xué)樓防直擊雷措施符合國(guó)家規(guī)范要求，故不需要進(jìn)行設(shè)計(jì)。

4.1.1 電源系統(tǒng)防護(hù)

學(xué)校電源為架空線路，采用TN-C-S系統(tǒng)，三級(jí)SPD（浪涌保護(hù)器）的安裝應(yīng)分別設(shè)在總電源開關(guān)箱、總配電箱及計(jì)算機(jī)房配電箱。見圖1。

圖1 SPD的安裝示意圖

（1）第一級(jí)電源SPD，在電源開關(guān)箱處安裝一組沖擊電流電流為12.5KA（10/350us）的浪涌保護(hù)器，與供給學(xué)校電源開關(guān)輸出端的L1、L2、L3、N線并接，SPD與相線連接的導(dǎo)線截面積為6mm2，接地端連接銅線為10mm2。

（2）第二級(jí)電源SPD，在教學(xué)樓總配電箱處安裝一組標(biāo)稱放電電流為20KA（8/20us），的浪涌保護(hù)器，與配電箱交流接觸器的輸出端并聯(lián)，SPD與相線相連的導(dǎo)線截面積為4mm2，接地端導(dǎo)線截面積為6mm2。

（3）第三級(jí)電源SPD，在4樓計(jì)算機(jī)房配電箱處安裝一組標(biāo)稱放電電流為5KA（8/20us），的浪涌保護(hù)器，與配電箱交流接觸器的輸出端并聯(lián)，SPD與相線相連的導(dǎo)線截面積為2.5mm2，接地端導(dǎo)線截面積為4mm2。

浪涌保護(hù)器的安裝應(yīng)注意連接導(dǎo)線應(yīng)短直，其總長(zhǎng)度不宜大于0.5m；限壓型SPD 之間的線路長(zhǎng)度不宜小于5m，否則應(yīng)采取相應(yīng)退耦措施。

4.1.2 信號(hào)系統(tǒng)防護(hù)

教師辦公室網(wǎng)絡(luò)采用電話線路戶外架空引入，因此在電話線路連接電子設(shè)備的端口處安裝一組沖擊電流為1KA（10/3500us）的信號(hào)浪涌保護(hù)器，接地端導(dǎo)線截面積為10mm2。

4.1.3 防靜電處理

為使4層計(jì)算機(jī)房?jī)?nèi)各部位形成一個(gè)相等的電位，應(yīng)在機(jī)房?jī)?nèi)安裝M型等電位連接網(wǎng)絡(luò)，其目的是減小機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)備與設(shè)備之間、地線與地線之間因電阻過大而形成電位差。

機(jī)房?jī)?nèi)采用600mm×600mm×35mm的防靜電地板鋪設(shè)，在其下方M型等電位網(wǎng)絡(luò)采用30mm×3mm的扁銅，沿機(jī)房四周明敷并與建筑物內(nèi)柱筋連接。由于機(jī)房有數(shù)十臺(tái)計(jì)算機(jī)及其他設(shè)備因此將等電位網(wǎng)絡(luò)敷設(shè)為3000mm×3000mm的網(wǎng)格。然后將交換機(jī)柜、計(jì)算機(jī)主機(jī)、靜電地板、線槽、電源PE線、SPD地線等以最短距離與M型等電位網(wǎng)絡(luò)接地端子連接，接地線采用6mm2多股銅線，使所有設(shè)備形成一個(gè)環(huán)形等電位系統(tǒng)。見圖2。

圖2 M型等電位連接網(wǎng)絡(luò)示意圖

4.2 教師工作間防雷綜合設(shè)計(jì)

梅聯(lián)小學(xué)教師工作間經(jīng)計(jì)算，為三類防雷建筑物。具體防雷設(shè)計(jì)如下。

4.2.1 接閃器

在工作間屋面沿女兒墻外表面設(shè)置一圈接閃帶并在屋面組成19m×9m的網(wǎng)格，接閃帶之間的焊接采用雙面焊接，焊接長(zhǎng)度大于圓鋼直徑的6倍，焊接處刷漆以防腐蝕。接閃帶材料采用Φ10熱鍍鋅圓鋼，支撐高度為0.15m，支撐間距為1m，拐角處懸空段為0.3m。見圖3。

天面角落處儲(chǔ)水箱由于低于女兒墻，故不需要設(shè)立接閃裝置保護(hù)，只需用Φ10 熱鍍鋅圓鋼將儲(chǔ)水箱首末兩端支架就近與旁邊的接閃帶焊接，焊接方法與接閃帶相同。

4.2.2 引下線

教師工作間引下的敷設(shè)方法為沿建筑外墻明敷，材料采用Φ10熱鍍鋅扁鋼，