校园防雷现状及防护措施研究

姚继东，张晓静

1.吉林省气象灾害防御技术中心，吉林长春 130062；2.吉林省长春市绿园区气象局，吉林长春 130062

高校做好园区综合雷电防护工作，在提高学校教育现代化水平的同时，还能促进学校快速发展，为实现一流学校奠定基础[1]。基于此，根据雷电的形成和危害，探讨了学校防雷的重要性，同时从现有雷电防护技术的角度出发，全面分析了大部分高校园区雷电防护措施，并在校园园区现有防雷设施的基础上，分别从防直击雷、防感应雷及防雷电波入侵方面完善了校园园区雷电防护工作，借助现代化的防雷技术手段，将雷电对校园园区的危害降至最低，确保师生生命财产安全[2]。

1 雷电的形成及危害

1.1 雷电的形成

实际上，可以将雷电看作是天空中云层间的高速运动和空气流动时的剧烈摩擦现象，进而在不同高度云层处存在相反电荷；同时，在较低云层下方的大地上会出现大量的异种电荷，进而形成强度较大的电容，若场强达到一定数值，就开始对大地放电，这种现象称之为雷电。这种放电过程较为迅猛，还伴随着强烈的闪电和巨大的声响。云层对大地进行放电的过程中，将严重威胁建筑物、电子电气设备及人们的生命财产安全[3]。

1.2 雷击危害

1.2.1 直击雷一旦建筑物被雷电直接击中，雷电中的强大雷电流会造成建（构）筑物水分受热汽化而发生膨胀，进而产生强大的机械力，使得建筑物燃烧起来，甚至爆炸。若接闪器被雷电直接击中，其产生的电流会借助于引下线泄放进入大地，此时的地电位会快速上升，极易向邻近的物体跳级，这种现象称之为雷电“反击”。在引发火灾的同时，可能会造成人身伤亡，若架空线被雷电直接击中，其对地电压会大幅度增加，传导过电压会通过架空线路传播到同大地直接进行连接的低压配电装置[4]。由于电压上升幅度不尽相同，还会造成始终保持零电位的大地间绝缘崩溃，这种情况出现的概率相对较低。另外，感应雷击效应也会出现暂态过电压，对于出现在线路附近的雷击现象，因电磁感应会出现脉冲浪涌。同时，相线、中线和大地间的绝缘受损，使得线路、大地与低压配电装置间出现感应回路，网络中的所有线路电压数值保持一致，并朝着同一方向进行传播。线路与大地间的距离直接决定了电压值，可优先选用地下电缆。在地电压上升的过程中，大地中的雷电流会不断消散，在短距离内会出现一定的电压差，区域范围内不同接地极处的电位存在一定的差异，进而在低压配电装置中产生过电压[5]。

1.2.2 感应雷通常情况下，人们习惯将感应雷产生的破坏称为二次破坏。感应雷主要包括静电感应雷和电磁感应雷2种。因雷电中的雷电流具有较大的破坏梯度，极易产生较为强大的交变磁场，同时有感应电流出现在四周的金属构件上，这种感应电流在向周围物体放电时，一旦附近存在可燃物，极易引发火灾和爆炸事故，而感应到正在联机的导线会破坏设备安全。

1.2.3 静电感应雷若大量的负电荷出现在雷云中，而金属导线会感应到被电场束缚的正电荷。在雷云对大地放电或者在云间放电的过程中，云层中的负电荷会快速消失，即减弱幅度较大，这些被束缚的正电荷一旦被线路感应到，其则会在极短的时间内失去束缚，在电势能的影响下，正电荷在沿着线路运动的过程中会产生较大的电流。针对校园内的计算机防静电问题需引起管理人员的重视。

1.2.4 电磁感应雷在供电线路附近极易产生雷击，一旦雷电击中避雷针，此时将会出现较强大的交变电磁场，且该磁场会被线路感应到，最终会对电子电气设备产生影响。

1.2.5 雷电波引入的破坏若雷电击中架空管线，其产生的高压冲击波将会以架空管线为媒介入侵到室内，进而产生强大的电流，极易造成设备受损，严重的情况下会造成人身伤亡事故。若附近存在可燃物，则会引发严重的火灾。

2 校园防雷安全的重要性

学校人员较多，是防护雷电的重点单位，若雷电击中学校，将会出现严重的伤亡事故，对社会影响较大。因此，做好学校雷电防护工作，加强学校防雷设施建设，特别是做好防雷科普宣传工作，这样可以有效减少雷雨天气频发季节对学校的危害，进而确保学校全体师生安全，推动学校正常教学工作的顺利推进。学校是学生聚集的地方，同时是教书育人的场所，做好学校雷电防护工作显得极其重要。近些年来，随着教育事业的现代化水平不断提升，政府部门也加大了对学校的资金投入，学校内新建高层建筑物数量不断增加，同时积极引进了电化教育、远程教育等信息技术，再加上学校人员日趋密集和现代化信息设备的广泛应用，做好学校防雷工作刻不容缓。

重庆开县某小学遭受雷击的事故造成7名小学生死亡，39人受伤，5人重伤。雷击时，教室旁树木较多，雷击电流击中二年级和四年级教室，此次事件伤亡惨重，因此防雷措施势在必行。作为一个人员密集的特殊场所，学校频繁发生的校园雷击事故，必须要审视在防雷方面存在的问题。

近些年来，全国各地防雷中心通过对部分学校的校舍、校址的防雷检测发现，应装而未装防雷装置或安装防雷装置不完善的学校占据的比例较大。尤其是对偏远地区的学校来说，在对教室和宿舍楼进行新建、改建或扩建的过程中，没有进行防雷装置验收工作，直接将建筑物投入到日常使用的现象较为常见，而已经安装有防雷装置的设施，防雷设计不完善或者检测不合格的仍然占据较大比例。结合气象资料，入春以后，各地强对流天气出现频率提高，开始频繁出现雷电天气，一旦防范力度不大，极易引发严重的人员伤亡和财产损失。因此，校园有关人员应高度重视防雷工作，并强化措施，落实责任，确保学校防雷安全管理工作落到实处。

3 校园防雷现状

3.1 防雷装置有待增强

通过调查校园防雷状况，不难发现各个学校均存在一些问题。通过调查各个地区的高校校园防雷情况发现，对于高校内破旧的教学楼或教学平房，因受到资金不足和人们防雷意识淡薄的共同影响，这些建筑物在建设过程中并未严格按照相关的防雷技术规范要求安装防雷装置，一些高校的建筑物即使安装了防直击雷装置，由于多年来缺乏专人保养和维护，部分防雷装置已经出现断裂或破损的情况，造成接地电阻值偏高，安装的防雷装置与相关技术规范严重不符。加上高校校园内的雷击事故出现频率较低，大部分学校并未遭受过雷电的袭击，这就使得学校领导存在侥幸心理，认为教学楼不高，没必要在校园开展防雷工作，在浪费人力物力的同时，还要投入一定的资金。部分高校领导和教师对雷电灾害造成的危害认识不够全面，使得自身防雷安全意识较为淡薄，这就埋下了安全隐患。

3.2 校园雷电感应设施不达标

一旦建筑物遭受雷电的侵袭，雷击电磁脉冲将会严重破坏建筑物内的电子设备、信息网络等用电设施。通过检查高校校园内防雷情况，不难发现，学生和教师宿舍、教学楼、旧教学楼这些人员较为密集的场所并未布设电源避雷器，针对电子设备和信息网络系统，大部分高校校园并未安装防雷电感应装置；同时，很多电源线并未被埋设到地下，忽略了安装安全保护接地装置。这些潜在的安全隐患均在很大程度上威胁着师生的生命。

3.3 校园设备布局不合理

电视和电脑属于弱电设备，自身抵抗雷电的干扰能力相对较弱。若出现雷电天气，校园建筑物顶部的壁垒装置被雷电击中，雷电中产生的雷电流会在避雷针的作用下，借助建筑物引下线而逐渐向大地进行泄放，此时引下线四周会产生较强大的交变电磁场，强烈的雷电电磁脉冲和电磁辐射借助金属导体或者其他途径入侵电脑，轻则会损坏电脑，重则会造成电脑瘫痪，甚至威胁到师生的生命。

4 校园建筑的防雷措施

4.1 雷电防护等级确定

校园内建筑物以教学楼和宿舍公寓楼为主，且不存在易燃易爆场所，根据GB 50057—2010《建筑物防雷设计规范》，校园内建筑物的防雷类别为三类防雷建筑物。

4.2 直击雷防护

接闪带、接闪网和接闪杆及其的组合装置共同组成了直击雷防护装置。

4.2.1 接闪器在建筑物屋角、屋脊、屋面周围的檐口等容易遭受雷击的部位安装避雷带，其材料主要选用镀锌圆钢。同时，要利用镀锌圆钢暗敷设置对应大小的网格，并将其与避雷带进行有效连接。针对屋顶水塔、电梯机房顶端等高速屋面的建筑物构建，需在顶部边缘位置处设置镀锌圆钢材料的避雷带，并将其与避雷网进行有效连接；针对屋面上的金属物件，还要将其与屋面避雷带进行连接。

4.2.2 引下线选择结构柱对角的两根主筋，通过焊通相互连接后将其作为防雷引下线使用，其中防雷引下线上、下部分别与避雷带和接地装置进行有效连接。

4.2.3 接地装置选用基础接地梁底部的2根主筋，在焊接连通后将其作为水平接地体进行使用；选择基础结构桩基中的纵向主筋，将其作为垂直接地体，主要操作方法是将桩基引出的两处同引下线两根对角主筋和地梁主筋进行有效连接。

4.3 防雷电感应措施

根据GB 50057—2010《建筑物防雷设计规范》的第三类防雷建筑物及GB 50343—2012《建筑物电子信息系统防雷技术规范》中雷电防护等级B级的要求进行设计。针对系统内的中央控制室、多媒体会议系统、有线电视系统、消防控制室、监控中心、弱电接地系统以及机房，为了降低雷电的危害，需要选用雷电综合防护，在防雷设计中可以将等电位连接、隔离、屏蔽、电涌保护、合理布线、共用接地等措施进行有效结合，可以进一步提高防雷效果。

对于弱电竖井来说，其内部只有一根镀锌扁钢，且分别于电缆桥架、垂直管线的穿线钢管进行连接。另外，针对不同楼层的竖井内配线架、设备用机柜、支架设备，应将其分别与镀锌扁钢或铜板进行有效连接。将总等电位箱安装在建筑物底部，由于消防管道、各种金属保护套管等直接进入室内，应将其直接连接铜线与总等电位箱端子板，针对金属管道中断处需要做好跨接工作。

4.3.1 电源部分防雷电过电压GB50 343—2012《建筑物电子信息系统防雷技术规范》的规定，针对电源系统需要做好多级防护工作，以达到逐级降低残压的目的。为了将流经电力线中的雷电过电压控制在电子电气设备允许范围，需要做好电源线路的防雷电波侵入工作。可采取以下措施：（1）对于低压线路，应将全线电缆直接埋设进入大地敷设，进入到入户端的线缆则应将电缆金属外皮和钢管接入到接地装置；（2）若机房的配电线路是直接从建筑物总配电柜引出，需要选用TN-C-S系统，将浪涌保护器安装在低压总配电柜处，将其作为一级电源浪涌保护器，连接浪涌保护器的相线和接地端的连接线应选用35 mm2铜导线；（3）将浪涌保护器分别安装在通信机房、销控机房、屋面电梯、计算机方设备、监控机房、屋面预留广告处等电源专线位置，并将其作为二级电源浪涌保护器。连接浪涌保护器的相线和接地端的连接线应选用25 mm2铜导线。

4.3.2 计算机网络中心机房、电教室及宿舍宽带防护（1）为了将雷电电磁脉冲感应的影响降至最低，需要做好计算机网络中心机房屏蔽工作，中心机房所在区域内的墙面可以选用夹心彩钢板。（2）将防静铜箔带铺设在抗静电地板支架下，保证导体之间的电位一致，防止出现局部高电位。（3）针对机房、电脑教师和宿舍宽带的等电位连接和接地，可以从各个楼层弱电间的接地端子排分别引出两根50 mm2铜芯线至机房接地母排，由楼层弱电间接地端子排引1根35 mm2铜芯线连接到教室接地母排。对于机房内的防静电铝板、网络机柜、夹心彩钢板、主机机壳、电力线等均需要利用铜导线进行等电位连接。（4）将浪涌保护器安装在机房设备配电柜和精密空调电源配电进线处，并将其作为第三级浪涌保护器。连接浪涌保护器的相线和接地端的连接线应选用16 mm2铜导线。（5）结合校园布线的总体情况，将六类线专用信号浪涌保护器安装在楼层六类线中心机房网络配线柜信号处。

4.3.3 其他重要设施防护（1）将浪涌保护器安装在安防中心设备前端，并作为第三级电源浪涌保护器，连接浪涌保护器的相线和接地端的连接线应选用16 mm2铜导线；（2）将接地铜母排分别设置在强电间和弱电间，并将其作为楼内强弱电设备接地干线。

5 结束语

雷电是自然界最严重的灾害现象，其造成的人员伤亡和财产损失巨大。为了提高雷电防护的安全性和可靠性，保证合理应用防雷技术，应全面调查当地土壤、气象、地理环境及雷电发生发展规律等，通过科学有效的规划和设计，将雷电造成的危害降至最低。防雷工作是社会生产安全的重要组成部分，是每个从事生产和安全工作人员的责任。