校園防雷系統(tǒng)方案設計及應用研究

摘 要 本文重點探討了校園雷害的幾種常見入侵方式，并根據(jù)校園樓宇等情況，將雷電防護等級進行劃分，結合校園建筑情況，進行針對性的防雷工程設計，方案經(jīng)驗為同類工程設計提供參考。

關鍵詞 校園防雷;雷電防護;防雷設計

引言

雷擊已經(jīng)成為大自然最嚴重的災害之一。近年來，雷擊校園引發(fā)人身傷亡事故的案例也屢見不鮮，例如2007年5月23號，重慶開縣興業(yè)小學遭受雷擊，造成7名學生死亡，39人受傷的重大雷擊事件，同年6月，廣州大學城的當年雷暴日記錄達到了130多天，在雷雨天氣集中的季節(jié)，大學校園建筑幾乎每三天就有一次雷雨，對大學城內的師生生命安全構成嚴重威脅，近年來，隨著教育事業(yè)的快速發(fā)展，高校高層建筑物不斷增多，電化教育、遠程教育等信息技術日益普及，雷電隱患也隨之增加，校園是學生老師集中的地方，提高校園防雷意識，做好防雷工程尤其重要。

通常，校園樓宇密集，樓宇內各系統(tǒng)包含大量的教學用電子設備和計算機系統(tǒng)，這些電子設備和計算機系統(tǒng)通常耐電壓等級低，抗干擾能力差，易受雷擊損壞。雷擊造成設備損壞、人員傷亡、傳輸數(shù)據(jù)受干擾或丟失，使電子設備產(chǎn)生誤動作而暫時癱瘓或整個系統(tǒng)停頓的事例屢見不鮮，雷電危害造成的損失也越來越大。雷擊建筑會給樓宇中的人們安全也帶來了極大的安全隱患。因此，必須采取有效的針對性措施加以保護。

1雷電入侵的三種方式

通常情況下，根據(jù)不同破壞機理，雷這種特殊的自然放電現(xiàn)象表現(xiàn)為兩種形式：直擊雷和感應雷。直擊雷其破壞原理主要是機械式破壞作用，主要表現(xiàn)在雷電直接作用在建筑物和人身上。感應雷其破壞機理主要是電子設備的過電壓擊穿，造成設備故障或者損壞。嚴重將造成設備整機報廢。

雷電入侵對樓宇的破壞形式有三種方式：一是直擊雷，即雷電直接擊在建筑物或設備上發(fā)生的強加熱效應和電動力作用;二是雷電的二次作用，雷電流產(chǎn)生的靜電感應作用和電磁感應作用;三是雷電對架空線路或金屬管道的作用，所產(chǎn)生的雷電波可能沿著這些金屬導體、管道，特別是沿天線或架空電線將高電位引入室內造成反擊。

2校園雷電防護等級劃分

對于校園樓宇，應根據(jù)其重要性、使用性質、智能化子系統(tǒng)的集成情況、發(fā)生雷擊的可能性及后果，按雷電防護要求將其雷電防護等級進行劃分，通常校園建筑的防雷應優(yōu)先防護的建筑如下：

（1）配置智能化系統(tǒng)標準高而齊全的建筑;

（2）建筑內集成了計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)、辦公自動化系統(tǒng)、程控交換機系統(tǒng)，保安監(jiān)控系統(tǒng)、火災消防報警系統(tǒng)、衛(wèi)星電視系統(tǒng)等甲級智能化系統(tǒng)，承載著不可終止的公眾服務系統(tǒng)的大型公共性智能建筑物，因雷擊損害會造成巨大破壞和社會影響，如高校服務器機房、信息控制實驗室、數(shù)據(jù)采集中心、高校通信樞紐、電力調度中心等;

（3）對周圍事物或環(huán)境構成危險的實驗室建筑（某些教學試驗或產(chǎn)品為易燃易爆材料、有毒物質等），因雷擊會造成爆炸、著火、人員傷亡和環(huán)境污染;

（4）保存有不可復原的文化遺產(chǎn)的博物館、大型展覽館等，因雷擊會造成火災，人員傷亡和難以估量的損失;

（5）往來人員較多的學生公寓、圖書館、學生活動中心、體育館等建筑，因雷擊會造成巨大破壞和人身傷亡。

3校園防雷工程設計

由于學校人員密集，供電，信號系統(tǒng)防護點多，面廣，因此，為了保護建筑物與建筑物內各向電子網(wǎng)絡設備不受雷電損害或使雷擊損害降到最低程度，應從整體防雷角度來進行防雷設計。綜合防雷設計方案包括5個方面：直擊雷防雷，感應雷防護，屏蔽，等電位連接，防雷接地[1-2]。

3.1 樓宇建筑直接雷防雷工程設計

針對學校直擊雷防護采用樓頂安裝避雷帶和EPE系列提前放電避雷針等接閃裝置，配合引下線、地網(wǎng)以保護學生安全。

3.2 校園機房感應雷防雷工程設計

針對學校感應雷防護，其重點在于機房所在地，因機房內有較多的電子設備，需要作為一個重點防感應雷保護的場所，場外監(jiān)控系統(tǒng)的前端設備也要安裝EPP系列電源雷擊過電壓保護器，即EPP電源防雷器，配以線路屏蔽接地，等電位連接地處理等綜合運用，以保護設備安全。

3.3 鋼化玻璃建筑墻面防雷設計

高校鋼化玻璃墻面建筑多，針對鋼化玻璃屋面建筑進行防雷工程尤為重要，通常鋼化玻璃墻面主要還是直擊雷防護。直擊雷防護需要安裝外部防雷裝置，而一套完整的外部防雷裝置由接閃器、引下線、接地裝置這三部分組成。其中引下線和接地裝置這兩部分按照常規(guī)的外部防雷裝置來操作，其重點在于接閃器的選擇與安裝部分。

方案一：利用自身作為接閃器

首先，要確認屋面的玻璃金屬框是否可以作為防雷的一部分。徹底檢查一下天窗上玻璃焊接的牢靠性、穩(wěn)固性。如果焊接達不到要求，應該要求重新焊接。玻璃金屬焊接達到要求之后就可以利用玻璃金屬框作防雷用。

其次，在玻璃下方裝密密的尼龍網(wǎng)格，這是為了預防突發(fā)事故發(fā)生。當雷擊了天窗上的玻璃，那么玻璃就容易碎。這時，可以在玻璃天窗下方設置一層尼龍網(wǎng)格，用來阻擋碎玻璃掉下來傷人。

最后，在玻璃上面的側邊設置避雷針。

方案二：另設接閃器

沿玻璃金屬邊框敷設扁鋼形成接閃網(wǎng)格，在扁鋼上每相隔1.5m焊接0.3m到0.4m高的大于等于φ12mm的鍍鋅圓鋼短針，接閃網(wǎng)格至少每隔18m與鋼化玻璃的鋼架結構做一次可靠連接，作為引下線。

綜合來看，方案一利用現(xiàn)有結構形成系統(tǒng)防雷既能滿足安全需求，還可以控制材料成本，方案二是在現(xiàn)場條件不允許的情況下選用的最佳防雷措施。還需要根據(jù)現(xiàn)場情況自行選擇合適經(jīng)濟的玻璃屋面防雷。

4結束語

防雷是一門邊緣科學，校園防雷系統(tǒng)必須講究科學性，經(jīng)濟性，可靠性、安全性四條原則。校園防雷工程是一個復雜的問題，需要綜合治理的辦法，根據(jù)特殊情況制定針對性的防雷方案，將可能產(chǎn)生雷擊的因素排除，才能將雷擊損害減小至最低程度。

參考文獻

[1] 建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術規(guī)范：GB50343-2012[S].2012.

[2] 建筑物防雷設計規(guī)范：GB50057-2010[S].2010.

作者簡介

周海兵（1985-），男，湖南岳陽人，畢業(yè)院校：湖北工業(yè)大學，電氣工程專業(yè)碩士，單位：湖南理工學院，研究方向：電力系統(tǒng)繼電保護、建筑防雷工程設計。