中小学雷电防御探究

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摘 要：本文通过对中小学的现场勘查，分析了这些雷电防护方面的安全隐患后，根据相关标准，提出了切实可行的防雷设计和整改方案。该方案包括了直击雷和感应雷两个部分，保障了学校师生的人身安全，减少了学校的财产安全隐患。

关键词：学校，安全，雷电防护

1、雷电概述

雷电是伴有闪电和雷鸣的一种雄伟壮观而又有点令人生畏的放电现象。雷电一般产生于对流发展旺盛的积雨云中，因此常伴有强烈的阵风和暴雨，有时还伴有冰雹和龙卷风。积雨云顶部一般较高，可达20公里，云的上部常有冰晶。冰晶的凇附，水滴的破碎以及空气对流等过程，使云中产生电荷。云中电荷的分布较复杂，但总体而言，云的上部以正电荷为主，下部以负电荷为主。因此，云的上、下部之间形成一个电位差。当电位差达到一定程度后，就会产生放电，这就是我们常见的闪电现象。闪电的的平均电流是3万安培，最大电流可达30万安培。闪电的电压很高，约为1亿至10亿伏特。一个中等强度雷暴的功率可达一千万瓦，相当于一座小型核电站的输出功率。放电过程中，由于闪电通道中温度骤增，使空气体积急剧膨胀，从而产生冲击波，导致强烈的雷鸣。 带有电荷的雷云与地面的突起物接近时，它们之间就发生激烈的放电。在雷电放电地点会出现强烈的闪光和爆炸的轰鸣声。这就是人们见到和听到的闪电雷鸣。会破坏建筑物、电气设备，伤害人畜。感应雷击的过电压、雷电电磁脉冲以及操作过电压等，是造成大量弱点系统设备损坏的主要原因。雷电损害造成的事故有逐年上升的趋势。学校作为教育教学的地方，对雷电防护的工作更为重要，为确保在校师生生命和财产安 ，避免或减轻雷电灾害事故的发生，学校的防雷措施更不得马虎。

2、雷击侵入建筑物及设备的途径

2.1 直接雷击

直接雷击是指雷电直接击在建筑物构架、动植物上，因电效应、热效应和机械效应等造成建筑物等损坏以及人员的伤亡。一般防直击雷是通过避雷装置即接闪器（针、带、网、线、）引下线和接地装置构成完整的电气通路后将雷电流泄入大地。

2.2 感应雷击

感应雷击是由于雷雨云的静电感应或放电时的电磁感应作用，使建筑物的金属物线（如钢筋、管道、电线等）感应出与雷雨云相反的电荷，而悄悄发生，因而不易被察觉。感应雷一般是由于空中电磁场发生剧烈变化使得在金属导体上感应出一定的感应电压，当这个电压超过电子器件的耐压值很多时，电子元器件就会被击穿或烧毁，也就是说发生了感应雷击。感应雷的特点是电子设备被击穿或烧毁的地点距离雷击的发生地还很远，近则数百米，远则数千米或几十千米。由于目前大多数建筑物的防直击雷的设施比较齐全完善，所以大多数的弱电设备的雷击损坏都好似感应雷击造成的。另一方面，由于感应雷雷击时的电压幅值远高于电子器件的工作电压值再加上雷雨时空气的相对湿度比较高，电子器件间的爬电距离也会变小很多，线路板上密集的电子器件也会因此而导通发生短路现象，导致电器设备的损坏。2.3 电磁脉冲

由于雷电电流有极大的峰值和陡度，在它周围会出现瞬变电磁场，处在这瞬变电磁场中的导体会感应出较大的电动势，而此瞬变电磁场会在一定的空间范围内产生电磁作用，也可以是脉冲电磁波辐射，这种空间雷电电磁脉冲波（LEMP）是在三维空间范围里对一切电子设备都会发生作用。

3、雷电的综合防护

系统防雷是一项综合性工程，主要包括外部防雷和内部防雷两个方面：接闪带、接闪线和接地等构成的外部防雷系统，主要是为了保护建筑物本体免受雷击引起的安全责任事故，而内部防雷系统则是防感应雷和其他形式的过电压侵入设备造成损坏，这是外部防雷系统无法保证的。1、外部防雷包括接闪带、接闪针、接闪线、接地极等等，其主要的功能是为了确保建筑物本体免受直击雷的侵袭，将可能击中建筑物的雷电通过接闪针、接闪带、接闪线等，泄放入大地。2、内部防雷系统是为保护建筑物内部的设备及人员的安全而设置的。通过在需要保护设备的前端安装合适的防雷器，使设备、线路与大地形成等电位体。将可能进入的雷电流阻拦在外。

4、具体防护设计

4.1、外部防护

1、按常规土壤电阻率500-3000 欧姆/米的条件下，设置一组10欧姆的地网。

2、在地面以下0.5--1米设置一根水平接地体，水平接地体采用4*40mm 镀锌扁钢。

3、设置3 根垂直接地体，垂直接地体采用5x50x50mm 镀锌角钢与水平接地体焊接连接，垂直接地体采用 2.5 米长度，垂直接地体的间距为5 米，如果实际情况操作有困难，最小不得小于垂直接地体的长度，焊接点须做防锈处理 （刷防锈漆）。用热镀锌扁钢从地网上引入机房做接地点。

4、土壤腐蚀严重时，水平和垂直接地体须作防腐处理。

5、接地体与人行道之间的安距离为3米。

4.2等电位及接地

弱电系统的核心设备都放置在机房机柜内，属于LPZ2 区，做好等电位连接是保证弱电系统安全运行的重要措施。按GB50343-2004 《建筑物电子信息系统防雷技术规范》5.2 等电位连接与共用接地系统设计的规定，电子信息系统的机房应设等电位连接网络。电气和电子设备的金属外壳、机柜、机架、金属管道、槽、屏蔽线缆外层、信息设备防静电接地、安保护接地、电涌保护器接地端等均以最短的距离与等电位连接网络的接地端子连接。为了防雷击电压对电子计算机系统设备产出反击，采用共用一组接地体，可以降低雷击时的电位差，

接地电阻应小于1，宜利用大楼的钢筋混凝土中的钢筋作为接地线和接地体可达到这个效果。

4.3合理布线

合理的布线对于弱电系统防御雷电电磁脉冲有着十分重要的作用。因建筑物的引下线和屏蔽网都在外墙处，雷电流经其引入接地装置，在外墙处会形成强磁场，所以弱电系统的电源和信号主线路应尽量远离外墙，最好设置在建筑的中心。另外，电源线路不要与信号线路同槽架设，数据接线端子与电源接线端子应保持一定距离。在机柜内内电源线路与信号线路应分两边走线，SPD 连接线严禁与进线平行绑扎在一起。

5、结束语

在现在雷电灾害越发频繁的今天，学校的雷电防护工作尤为重要。学校是一个人口密集，人流量大的地方，且各种电子仪器密集，受到雷电影响的概率较大。而中小学的学生由于年幼，遇到雷电灾害缺乏自理能力和基本的自我保护能力，防雷保护工作也就显得尤为重要。它不仅关系到学校的教学设备和仪器保护，更重要的是也关系到学校广大师生的切身安全，所以中小学的雷电防护工作需要做到万无一失。

参考文献

[1 ]GB 50057-94.建筑物防雷设计规范（2000版）[S]

[2 ]GB 50343-2004.建筑物电子信息系统防雷技术规范（2004版）[S]

[3 ]GB 50054-9.低压配电设计规范 [S]

[4 ]21世纪建筑电气设计手册[M]. 北京：中国建筑工业出版社，2001.3

[5 ]张小青.建筑物内电子设备的防雷保护[M]. 北京：电子工业出版社，2000

[6]Takahasi T，1974.Numerical simulation of warm cloud electricity .J Atmos Sci，31 2160～2181

作者简介：

秦栋（1989―）男，汉，江苏靖江人，职务：助理工程师，大学本科，单位：江苏泰州靖江市气象局