淺談揭陽中專新宿舍樓防雷

陳浩堅+盧尉+盧孟杰

摘要：學校是公共場所，人員密集，它擔負著教書育人的重任。做好學校的防雷安全是一項重要的工作，不僅關系到在校師生的生命安全，還與千千萬萬個家庭的幸福息息相關。本文針對廣東省揭陽地區中專學校的新宿舍樓所處的位置環境、建構特征、雷電活動規律、電子設施、線路分布等一系列情況進行綜合分析研究，設計出一套綜合雷電防防護系統。確保學校師生的生命財產安全，以及促進教育事業的快速、健康發展。

關鍵詞：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、聲等的物理現象，雷電發生時帶有強大的雷電流，其電流峰值可達數十千安或數百千安的瞬間電流，同時發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次雷閃發生，根據雷閃發生的空間位置分布，可分為云內閃、云際閃和云地閃，其中云內閃和云際閃統稱為云閃，而云地閃稱為地閃，又稱為落地閃，落地閃對人類構成的危險性幾率相對比較高，所以落地閃是雷電防護系統中的主要研究對象。發生雷閃時，閃電中的強大雷電流產生了巨大的破壞力和很強的電磁干擾，這是引發自然界十大災害的之一。

2.新宿舍樓實地勘察

2.1結構參數及周邊環境

揭陽市中專業學校新宿舍樓項目位于揭陽市空港區中心大道，地勢平坦、周邊無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：39.6m寬：12.5m高：25.3m）；2棟建筑面積：3641.6平方米（長：39.6m寬：12.5m高：25.3m）；宿舍樓層數為：7層，高度均在25.3米。

新宿舍第一棟規模：普通宿舍68間，每間6人，合計住人：408人；北側：與擬建宿舍樓2棟（7F）相距24.2m；東側：與已建宿舍樓（7F）相連，共用疏散通道；南側、西側：為校園運動場；

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

兩棟宿舍樓累計入住學生為：828名。

2.2電源線路配套

根據該新建宿舍樓電氣設計要求配套有：照明系統、網絡系統、電熱水器等；在各棟新宿舍樓的第一層各設置有分配電箱，采用TN-S接地形式；各樓層的樓梯口處設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、電話機和網絡信號線路等；如沒有做好相應的雷電防護措施，一旦建筑物遭受雷擊，雷電流將直接引入室內傷及人員或損壞設備，引發的后果將不堪設想，況且在學校這種人員密集的公共場所，所以做好新建宿舍樓的雷電綜合防護系統是迫在眉睫的。

2.3雷電活動規律

揭陽市中專業學校新宿舍樓所在位置信息的采集是利用現代衛星定位系統GPS定位儀對本項目進行定位（經度：116°25.294′緯度：23°30.133′），以該宿舍樓為中心的9平方公里內，根據新宿舍樓所處的經緯度數據從廣東省雷電監測網提取1999-2012年的雷電數據可以統計分析得出雷電流區間分布對應的概率，并分別計算出雷電流平均值和最大值，如右圖2為新宿舍樓所在區域范圍年平均雷電流概率情況；可得出，該區域年雷電流幅值主要集中在60kA以內，占總的百分之95.3。

2.4實測土壤電阻率

選取了揭陽市中專宿舍樓所在地（116°25.294′E，23°30.133′N）的土壤電阻率進行測試，當日天氣情況為晴天，據現場觀察，土壤含水量較低，所以季節系數取1.0，得出土壤電阻率為：12.09Ω·m。

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

在國內最常用的土壤電阻率測量方法一般是采取“四極測探法”操作方式相對較為簡單，能準確的測量出土壤電阻率，且誤差較小，基本能滿足工程測量要求。通過現場取樣檢測，揭陽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

已知揭陽市中專業學校新宿舍樓的建構尺寸情況（長：39.6m；寬：12.5m；高：25.3m兩棟結構尺寸相同）和當地的年平均雷暴日天數為Td =74.3天/年等相關數據，可以通過計算公式計算得出該建筑物的等效面積和年預計雷擊次數，得出結果依據GB50057-2010《建筑物防雷設計規范》來確定該新宿舍樓的防雷類別，推導計算結果該工程屬于第二類防雷建筑設計，計算結果：根據GB50057-2010《建筑物防雷設計規范》“第3.0.3條第九款：預計雷擊次數大于0.05次/a的部、省級辦公建筑物及其他重要或人員密集的公共建筑物”該新宿舍樓應劃分為第二類防雷建筑物。

3.雷電侵入建構筑物途徑

3.1直接雷擊

雷電直接擊打在大地或建構筑物、人員、植物、牲畜等的放電現象，瞬間能引起雷擊物體內產生的熱效應、機械效應和沖擊波等；假如直接擊打在建筑物上時，在電動力作用的下，建筑物內的導體之間會相互吸引或排斥，應發強烈變形或折斷。由于雷電流幅值很高，而作用的時間極短，在強電流瞬間流入樹木或建筑構件時，在其內部瞬時產生大量熱量，在極短的時間內熱量來不及消散，致使物體內部的水分被大量蒸發成水蒸汽，并迅速膨脹，從而產生巨大的爆炸力，能夠使被擊樹木劈裂、建筑構件崩塌。

3.2感應雷擊

當雷擊發生后，局部地區的感應電荷不能在同樣短的時間內消失，形成局部高電壓。這種由靜電感應產生的過電壓對接地不良的電氣系統有很強破壞作用，使接地不良的金屬器件之間發生火花，這對爆炸危險環境所而言，是非常危險的。另外，靜電感應或電磁感應形成的瞬間高電位都可通過金屬導體（如電源線、信號線）入侵建筑物內的電氣設備而造成損害。endprint

感應雷擊能使電氣輸送線上瞬間感應產生處2000～20000A的浪涌電流，對建筑物內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施，感應雷擊一般采取在電源系統入戶處設置一級試驗浪涌防護SPD，兩棟新宿舍樓的前端設置二級試驗浪涌防護SPD，各參數搭配應根據該電源系統特征而定，且符合規范要求。

3.3電磁脈沖

由于雷電時放電時，雷電流中存在極大的陡坡和峰值，使周邊環境產生強大的電磁場，處在磁場范圍內的金屬導體上瞬間會感應出很高的電動勢，磁場空間范圍內產生強電磁或形成電磁波輻射，導致電磁脈沖波（LEMP）在三維空間里對電子設備產生影響，這種電磁波脈沖速度一般超過2.4GS（20KA/m），會對電子設備直接造成嚴重的損壞或出現故障。

當建筑物的外部防雷裝置接閃針、接閃網、接閃帶或金屬屋面等遭受雷擊時，瞬間強大的雷電流流經引下線至接地裝置散流，此時在接地裝置兩端會產生危險的過電壓，會對附近的金屬物體（如金屬管道、鎧裝電纜線路）或設備自然接地線等進行引入建筑物內，對設備進行破壞或傷及人員。

4.具體防雷方案設計

4.1外部防雷系統

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

4.1.1接閃器

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

（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）揭陽市中專宿舍樓的接地裝置采用基礎承臺地梁閉合形成網格狀地網，有利于平衡地電位和防止發生反擊。

（2）（2）利用結構基礎作為接地裝置時，要特別注意增加樁的利用系數大于或等于0.5，并要求有效的電氣連接。

（3）要求項目內各建（構）筑物采用綜合接地系統，防雷接地、防靜電接地、電氣設備工作接地、保護接地的接地等，其電阻不應大于4Ω。

（4）項目應根據需求預留下列各類接地端子：電氣接地預留端子采用不小于φ12mm的圓鋼或-40mm×4mm的熱鍍鋅扁鋼，長度不小于200mm，高度200mm-300mm。

（5）接地裝置主要陽角處應靠近或與引下線一起設置接地電阻測試端子，設置高度距室外地坪不低于300mm為宜，并設置明顯標志。

4.2內部防雷接地系統設計

根據該新宿舍樓的內部的配套設施情況分析，防雷設計的主要任務是防止各類因雷電間接效應產生的各種損害。結合防雷區的劃分情況，綜合運用各類防護措施，對各類電子信息系統進行綜合防護。

4.2.1防雷等電位連接

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

（1）總等電位連接都設在宿舍樓一層樓梯口處分配電箱的附近，外引進入宿舍樓的電源接地保護線、通信線路、網絡信號線路等采用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接地極連接；接地母排MEB端子板的具體規格材料要求：（尺寸mm：5×40×200；接線端子數：8個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：紫銅；使用環境：室內、戶外、配電柜內；）

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

4.2.2綜合布線

在新宿舍樓區的線路敷設過程中避免產生較大的環路或相互干擾而導致因環路感應產生較高的過電壓或干擾電壓而損壞工程物體，應采取科學合理的布線方式，盡可能不出現較大的感應環路，避免線路相互干擾。

為了減少電磁干擾的感應效應，一般采取的屏蔽的基本措施是：

（1）在新宿舍樓的外部設屏蔽措施，以合適的路徑敷設線路，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，形成電氣通路連接到新宿舍樓的接地裝置上，從而改善電磁環境。

（3）在需要保護的空間內，當采用屏蔽電纜時，其屏蔽層在兩端接地，宜在防雷區交界處做等電位連接，當系統要求只在一端做等電位連接時，應采用兩層屏蔽。

信號線路的防浪涌保護措施：

（1）宿舍樓共有10部電話信號交換機，一路電話信號從室外引入宿舍樓1，在進線處安裝信號電話信號防雷器，安裝的具體參數（額定工作電壓Un：110V；最大持續運行電壓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）；電話信號防雷器的接地線和交換機的接地保護線PE連接到建筑防雷接地系統中，PE接地線的截面不小于6mm2，并進行可靠的連接。

（2）兩棟宿舍樓共用8臺以太網網絡交換機和1臺光端路由器，分別在網絡信號的進線處安裝網絡信號防雷器，具體參數（額定工作電壓Un：5V；最大持續運行電壓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）；網絡信號防雷器的接地保護線PE與交換機的接地保護端一起連接到建筑防雷接地系統中，采用PE接地線的截面不小于6mm2，并進行可靠的連接。

5.結論

為了打造平安校園環境，減少雷擊災害事故的發生，本文通過引用防雷行業相關標準，借鑒有關新建宿舍樓防雷的文獻和通過當地氣象部門調查獲取該新宿舍樓所處地理位置的氣象相關資料，針對地區的地形地貌、雷暴情況、建筑物特征、人員密集場所等方面進行綜合考慮，設計出一套符合該新宿舍樓的綜合雷電防護系統，有效的保障該新宿舍樓在雷雨天氣來臨時起到雷電的防御作用。

參考文獻：

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