校園防雷現(xiàn)狀及防護(hù)措施研究

姚繼東，張曉靜

1.吉林省氣象災(zāi)害防御技術(shù)中心，吉林長春 130062；2.吉林省長春市綠園區(qū)氣象局，吉林長春 130062

高校做好園區(qū)綜合雷電防護(hù)工作，在提高學(xué)校教育現(xiàn)代化水平的同時(shí)，還能促進(jìn)學(xué)?？焖侔l(fā)展，為實(shí)現(xiàn)一流學(xué)校奠定基礎(chǔ)[1]?；诖耍鶕?jù)雷電的形成和危害，探討了學(xué)校防雷的重要性，同時(shí)從現(xiàn)有雷電防護(hù)技術(shù)的角度出發(fā)，全面分析了大部分高校園區(qū)雷電防護(hù)措施，并在校園園區(qū)現(xiàn)有防雷設(shè)施的基礎(chǔ)上，分別從防直擊雷、防感應(yīng)雷及防雷電波入侵方面完善了校園園區(qū)雷電防護(hù)工作，借助現(xiàn)代化的防雷技術(shù)手段，將雷電對校園園區(qū)的危害降至最低，確保師生生命財(cái)產(chǎn)安全[2]。

1 雷電的形成及危害

1.1 雷電的形成

實(shí)際上，可以將雷電看作是天空中云層間的高速運(yùn)動和空氣流動時(shí)的劇烈摩擦現(xiàn)象，進(jìn)而在不同高度云層處存在相反電荷；同時(shí)，在較低云層下方的大地上會出現(xiàn)大量的異種電荷，進(jìn)而形成強(qiáng)度較大的電容，若場強(qiáng)達(dá)到一定數(shù)值，就開始對大地放電，這種現(xiàn)象稱之為雷電。這種放電過程較為迅猛，還伴隨著強(qiáng)烈的閃電和巨大的聲響。云層對大地進(jìn)行放電的過程中，將嚴(yán)重威脅建筑物、電子電氣設(shè)備及人們的生命財(cái)產(chǎn)安全[3]。

1.2 雷擊危害

1.2.1 直擊雷一旦建筑物被雷電直接擊中，雷電中的強(qiáng)大雷電流會造成建（構(gòu)）筑物水分受熱汽化而發(fā)生膨脹，進(jìn)而產(chǎn)生強(qiáng)大的機(jī)械力，使得建筑物燃燒起來，甚至爆炸。若接閃器被雷電直接擊中，其產(chǎn)生的電流會借助于引下線泄放進(jìn)入大地，此時(shí)的地電位會快速上升，極易向鄰近的物體跳級，這種現(xiàn)象稱之為雷電“反擊”。在引發(fā)火災(zāi)的同時(shí)，可能會造成人身傷亡，若架空線被雷電直接擊中，其對地電壓會大幅度增加，傳導(dǎo)過電壓會通過架空線路傳播到同大地直接進(jìn)行連接的低壓配電裝置[4]。由于電壓上升幅度不盡相同，還會造成始終保持零電位的大地間絕緣崩潰，這種情況出現(xiàn)的概率相對較低。另外，感應(yīng)雷擊效應(yīng)也會出現(xiàn)暫態(tài)過電壓，對于出現(xiàn)在線路附近的雷擊現(xiàn)象，因電磁感應(yīng)會出現(xiàn)脈沖浪涌。同時(shí)，相線、中線和大地間的絕緣受損，使得線路、大地與低壓配電裝置間出現(xiàn)感應(yīng)回路，網(wǎng)絡(luò)中的所有線路電壓數(shù)值保持一致，并朝著同一方向進(jìn)行傳播。線路與大地間的距離直接決定了電壓值，可優(yōu)先選用地下電纜。在地電壓上升的過程中，大地中的雷電流會不斷消散，在短距離內(nèi)會出現(xiàn)一定的電壓差，區(qū)域范圍內(nèi)不同接地極處的電位存在一定的差異，進(jìn)而在低壓配電裝置中產(chǎn)生過電壓[5]。

1.2.2 感應(yīng)雷通常情況下，人們習(xí)慣將感應(yīng)雷產(chǎn)生的破壞稱為二次破壞。感應(yīng)雷主要包括靜電感應(yīng)雷和電磁感應(yīng)雷2種。因雷電中的雷電流具有較大的破壞梯度，極易產(chǎn)生較為強(qiáng)大的交變磁場，同時(shí)有感應(yīng)電流出現(xiàn)在四周的金屬構(gòu)件上，這種感應(yīng)電流在向周圍物體放電時(shí)，一旦附近存在可燃物，極易引發(fā)火災(zāi)和爆炸事故，而感應(yīng)到正在聯(lián)機(jī)的導(dǎo)線會破壞設(shè)備安全。

1.2.3 靜電感應(yīng)雷若大量的負(fù)電荷出現(xiàn)在雷云中，而金屬導(dǎo)線會感應(yīng)到被電場束縛的正電荷。在雷云對大地放電或者在云間放電的過程中，云層中的負(fù)電荷會快速消失，即減弱幅度較大，這些被束縛的正電荷一旦被線路感應(yīng)到，其則會在極短的時(shí)間內(nèi)失去束縛，在電勢能的影響下，正電荷在沿著線路運(yùn)動的過程中會產(chǎn)生較大的電流。針對校園內(nèi)的計(jì)算機(jī)防靜電問題需引起管理人員的重視。

1.2.4 電磁感應(yīng)雷在供電線路附近極易產(chǎn)生雷擊，一旦雷電擊中避雷針，此時(shí)將會出現(xiàn)較強(qiáng)大的交變電磁場，且該磁場會被線路感應(yīng)到，最終會對電子電氣設(shè)備產(chǎn)生影響。

1.2.5 雷電波引入的破壞若雷電擊中架空管線，其產(chǎn)生的高壓沖擊波將會以架空管線為媒介入侵到室內(nèi)，進(jìn)而產(chǎn)生強(qiáng)大的電流，極易造成設(shè)備受損，嚴(yán)重的情況下會造成人身傷亡事故。若附近存在可燃物，則會引發(fā)嚴(yán)重的火災(zāi)。

2 校園防雷安全的重要性

學(xué)校人員較多，是防護(hù)雷電的重點(diǎn)單位，若雷電擊中學(xué)校，將會出現(xiàn)嚴(yán)重的傷亡事故，對社會影響較大。因此，做好學(xué)校雷電防護(hù)工作，加強(qiáng)學(xué)校防雷設(shè)施建設(shè)，特別是做好防雷科普宣傳工作，這樣可以有效減少雷雨天氣頻發(fā)季節(jié)對學(xué)校的危害，進(jìn)而確保學(xué)校全體師生安全，推動學(xué)校正常教學(xué)工作的順利推進(jìn)。學(xué)校是學(xué)生聚集的地方，同時(shí)是教書育人的場所，做好學(xué)校雷電防護(hù)工作顯得極其重要。近些年來，隨著教育事業(yè)的現(xiàn)代化水平不斷提升，政府部門也加大了對學(xué)校的資金投入，學(xué)校內(nèi)新建高層建筑物數(shù)量不斷增加，同時(shí)積極引進(jìn)了電化教育、遠(yuǎn)程教育等信息技術(shù)，再加上學(xué)校人員日趨密集和現(xiàn)代化信息設(shè)備的廣泛應(yīng)用，做好學(xué)校防雷工作刻不容緩。

重慶開縣某小學(xué)遭受雷擊的事故造成7名小學(xué)生死亡，39人受傷，5人重傷。雷擊時(shí)，教室旁樹木較多，雷擊電流擊中二年級和四年級教室，此次事件傷亡慘重，因此防雷措施勢在必行。作為一個(gè)人員密集的特殊場所，學(xué)校頻繁發(fā)生的校園雷擊事故，必須要審視在防雷方面存在的問題。

近些年來，全國各地防雷中心通過對部分學(xué)校的校舍、校址的防雷檢測發(fā)現(xiàn)，應(yīng)裝而未裝防雷裝置或安裝防雷裝置不完善的學(xué)校占據(jù)的比例較大。尤其是對偏遠(yuǎn)地區(qū)的學(xué)校來說，在對教室和宿舍樓進(jìn)行新建、改建或擴(kuò)建的過程中，沒有進(jìn)行防雷裝置驗(yàn)收工作，直接將建筑物投入到日常使用的現(xiàn)象較為常見，而已經(jīng)安裝有防雷裝置的設(shè)施，防雷設(shè)計(jì)不完善或者檢測不合格的仍然占據(jù)較大比例。結(jié)合氣象資料，入春以后，各地強(qiáng)對流天氣出現(xiàn)頻率提高，開始頻繁出現(xiàn)雷電天氣，一旦防范力度不大，極易引發(fā)嚴(yán)重的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。因此，校園有關(guān)人員應(yīng)高度重視防雷工作，并強(qiáng)化措施，落實(shí)責(zé)任，確保學(xué)校防雷安全管理工作落到實(shí)處。

3 校園防雷現(xiàn)狀

3.1 防雷裝置有待增強(qiáng)

通過調(diào)查校園防雷狀況，不難發(fā)現(xiàn)各個(gè)學(xué)校均存在一些問題。通過調(diào)查各個(gè)地區(qū)的高校校園防雷情況發(fā)現(xiàn)，對于高校內(nèi)破舊的教學(xué)樓或教學(xué)平房，因受到資金不足和人們防雷意識淡薄的共同影響，這些建筑物在建設(shè)過程中并未嚴(yán)格按照相關(guān)的防雷技術(shù)規(guī)范要求安裝防雷裝置，一些高校的建筑物即使安裝了防直擊雷裝置，由于多年來缺乏專人保養(yǎng)和維護(hù)，部分防雷裝置已經(jīng)出現(xiàn)斷裂或破損的情況，造成接地電阻值偏高，安裝的防雷裝置與相關(guān)技術(shù)規(guī)范嚴(yán)重不符。加上高校校園內(nèi)的雷擊事故出現(xiàn)頻率較低，大部分學(xué)校并未遭受過雷電的襲擊，這就使得學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)存在僥幸心理，認(rèn)為教學(xué)樓不高，沒必要在校園開展防雷工作，在浪費(fèi)人力物力的同時(shí)，還要投入一定的資金。部分高校領(lǐng)導(dǎo)和教師對雷電災(zāi)害造成的危害認(rèn)識不夠全面，使得自身防雷安全意識較為淡薄，這就埋下了安全隱患。

3.2 校園雷電感應(yīng)設(shè)施不達(dá)標(biāo)

一旦建筑物遭受雷電的侵襲，雷擊電磁脈沖將會嚴(yán)重破壞建筑物內(nèi)的電子設(shè)備、信息網(wǎng)絡(luò)等用電設(shè)施。通過檢查高校校園內(nèi)防雷情況，不難發(fā)現(xiàn)，學(xué)生和教師宿舍、教學(xué)樓、舊教學(xué)樓這些人員較為密集的場所并未布設(shè)電源避雷器，針對電子設(shè)備和信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，大部分高校校園并未安裝防雷電感應(yīng)裝置；同時(shí)，很多電源線并未被埋設(shè)到地下，忽略了安裝安全保護(hù)接地裝置。這些潛在的安全隱患均在很大程度上威脅著師生的生命。

3.3 校園設(shè)備布局不合理

電視和電腦屬于弱電設(shè)備，自身抵抗雷電的干擾能力相對較弱。若出現(xiàn)雷電天氣，校園建筑物頂部的壁壘裝置被雷電擊中，雷電中產(chǎn)生的雷電流會在避雷針的作用下，借助建筑物引下線而逐漸向大地進(jìn)行泄放，此時(shí)引下線四周會產(chǎn)生較強(qiáng)大的交變電磁場，強(qiáng)烈的雷電電磁脈沖和電磁輻射借助金屬導(dǎo)體或者其他途徑入侵電腦，輕則會損壞電腦，重則會造成電腦癱瘓，甚至威脅到師生的生命。

4 校園建筑的防雷措施

4.1 雷電防護(hù)等級確定

校園內(nèi)建筑物以教學(xué)樓和宿舍公寓樓為主，且不存在易燃易爆場所，根據(jù)GB 50057—2010《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》，校園內(nèi)建筑物的防雷類別為三類防雷建筑物。

4.2 直擊雷防護(hù)

接閃帶、接閃網(wǎng)和接閃桿及其的組合裝置共同組成了直擊雷防護(hù)裝置。

4.2.1 接閃器在建筑物屋角、屋脊、屋面周圍的檐口等容易遭受雷擊的部位安裝避雷帶，其材料主要選用鍍鋅圓鋼。同時(shí)，要利用鍍鋅圓鋼暗敷設(shè)置對應(yīng)大小的網(wǎng)格，并將其與避雷帶進(jìn)行有效連接。針對屋頂水塔、電梯機(jī)房頂端等高速屋面的建筑物構(gòu)建，需在頂部邊緣位置處設(shè)置鍍鋅圓鋼材料的避雷帶，并將其與避雷網(wǎng)進(jìn)行有效連接；針對屋面上的金屬物件，還要將其與屋面避雷帶進(jìn)行連接。

4.2.2 引下線選擇結(jié)構(gòu)柱對角的兩根主筋，通過焊通相互連接后將其作為防雷引下線使用，其中防雷引下線上、下部分別與避雷帶和接地裝置進(jìn)行有效連接。

4.2.3 接地裝置選用基礎(chǔ)接地梁底部的2根主筋，在焊接連通后將其作為水平接地體進(jìn)行使用；選擇基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)樁基中的縱向主筋，將其作為垂直接地體，主要操作方法是將樁基引出的兩處同引下線兩根對角主筋和地梁主筋進(jìn)行有效連接。

4.3 防雷電感應(yīng)措施

根據(jù)GB 50057—2010《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》的第三類防雷建筑物及GB 50343—2012《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》中雷電防護(hù)等級B級的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。針對系統(tǒng)內(nèi)的中央控制室、多媒體會議系統(tǒng)、有線電視系統(tǒng)、消防控制室、監(jiān)控中心、弱電接地系統(tǒng)以及機(jī)房，為了降低雷電的危害，需要選用雷電綜合防護(hù)，在防雷設(shè)計(jì)中可以將等電位連接、隔離、屏蔽、電涌保護(hù)、合理布線、共用接地等措施進(jìn)行有效結(jié)合，可以進(jìn)一步提高防雷效果。

對于弱電豎井來說，其內(nèi)部只有一根鍍鋅扁鋼，且分別于電纜橋架、垂直管線的穿線鋼管進(jìn)行連接。另外，針對不同樓層的豎井內(nèi)配線架、設(shè)備用機(jī)柜、支架設(shè)備，應(yīng)將其分別與鍍鋅扁鋼或銅板進(jìn)行有效連接。將總等電位箱安裝在建筑物底部，由于消防管道、各種金屬保護(hù)套管等直接進(jìn)入室內(nèi)，應(yīng)將其直接連接銅線與總等電位箱端子板，針對金屬管道中斷處需要做好跨接工作。

4.3.1 電源部分防雷電過電壓GB50 343—2012《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》的規(guī)定，針對電源系統(tǒng)需要做好多級防護(hù)工作，以達(dá)到逐級降低殘壓的目的。為了將流經(jīng)電力線中的雷電過電壓控制在電子電氣設(shè)備允許范圍，需要做好電源線路的防雷電波侵入工作。可采取以下措施：（1）對于低壓線路，應(yīng)將全線電纜直接埋設(shè)進(jìn)入大地敷設(shè)，進(jìn)入到入戶端的線纜則應(yīng)將電纜金屬外皮和鋼管接入到接地裝置；（2）若機(jī)房的配電線路是直接從建筑物總配電柜引出，需要選用TN-C-S系統(tǒng)，將浪涌保護(hù)器安裝在低壓總配電柜處，將其作為一級電源浪涌保護(hù)器，連接浪涌保護(hù)器的相線和接地端的連接線應(yīng)選用35 mm2銅導(dǎo)線；（3）將浪涌保護(hù)器分別安裝在通信機(jī)房、銷控機(jī)房、屋面電梯、計(jì)算機(jī)方設(shè)備、監(jiān)控機(jī)房、屋面預(yù)留廣告處等電源專線位置，并將其作為二級電源浪涌保護(hù)器。連接浪涌保護(hù)器的相線和接地端的連接線應(yīng)選用25 mm2銅導(dǎo)線。

4.3.2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中心機(jī)房、電教室及宿舍寬帶防護(hù)（1）為了將雷電電磁脈沖感應(yīng)的影響降至最低，需要做好計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中心機(jī)房屏蔽工作，中心機(jī)房所在區(qū)域內(nèi)的墻面可以選用夾心彩鋼板。（2）將防靜銅箔帶鋪設(shè)在抗靜電地板支架下，保證導(dǎo)體之間的電位一致，防止出現(xiàn)局部高電位。（3）針對機(jī)房、電腦教師和宿舍寬帶的等電位連接和接地，可以從各個(gè)樓層弱電間的接地端子排分別引出兩根50 mm2銅芯線至機(jī)房接地母排，由樓層弱電間接地端子排引1根35 mm2銅芯線連接到教室接地母排。對于機(jī)房內(nèi)的防靜電鋁板、網(wǎng)絡(luò)機(jī)柜、夾心彩鋼板、主機(jī)機(jī)殼、電力線等均需要利用銅導(dǎo)線進(jìn)行等電位連接。（4）將浪涌保護(hù)器安裝在機(jī)房設(shè)備配電柜和精密空調(diào)電源配電進(jìn)線處，并將其作為第三級浪涌保護(hù)器。連接浪涌保護(hù)器的相線和接地端的連接線應(yīng)選用16 mm2銅導(dǎo)線。（5）結(jié)合校園布線的總體情況，將六類線專用信號浪涌保護(hù)器安裝在樓層六類線中心機(jī)房網(wǎng)絡(luò)配線柜信號處。

4.3.3 其他重要設(shè)施防護(hù)（1）將浪涌保護(hù)器安裝在安防中心設(shè)備前端，并作為第三級電源浪涌保護(hù)器，連接浪涌保護(hù)器的相線和接地端的連接線應(yīng)選用16 mm2銅導(dǎo)線；（2）將接地銅母排分別設(shè)置在強(qiáng)電間和弱電間，并將其作為樓內(nèi)強(qiáng)弱電設(shè)備接地干線。

5 結(jié)束語

雷電是自然界最嚴(yán)重的災(zāi)害現(xiàn)象，其造成的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失巨大。為了提高雷電防護(hù)的安全性和可靠性，保證合理應(yīng)用防雷技術(shù)，應(yīng)全面調(diào)查當(dāng)?shù)赝寥?、氣象、地理環(huán)境及雷電發(fā)生發(fā)展規(guī)律等，通過科學(xué)有效的規(guī)劃和設(shè)計(jì)，將雷電造成的危害降至最低。防雷工作是社會生產(chǎn)安全的重要組成部分，是每個(gè)從事生產(chǎn)和安全工作人員的責(zé)任。