小学教学楼雷电防护技术

摘要：以某小学教学楼为例，根据GB50057《建筑物防雷设计规范》、GB50343《建筑物电子信息系统防雷技术规范》规定，通过直击雷防护、电源系统防护、接地等措施对小学教学楼进行雷电防护，从源头上确保教学楼的防雷安全。

关键词:小学；教学楼；雷电；防护

1 概述

据历年气象资料统计，济南市年平均雷暴日为47天，属于雷暴活动和雷电灾害较频繁的地区之一，每年因雷击造成的损失极大。尤其是近几年，由于城市建设规模不断扩大，城市建筑物高度和密度不断增加，城市污染加重，城市的热岛效应加大，增大了落雷概率，雷击事故呈逐年递增的趋势。特别是随着科学技术的不断发展，微电子设备和弱电设备的广泛应用，使雷电造成的灾害程度和影响范围日益扩大，经济损失急剧增加。

2 教学楼现状

该小学位于济南市市中区，属于济南市落雷概率较高地区，极易遭受直击雷和雷电感应、雷击电磁脉冲等的危害。

根据现场勘察情况，该小学教学楼为5层，顶部设有避雷带，屋面有两个空调外机高出避雷带，且未设置任何雷电防护措施，通过查看学校年度检测报告，教学楼避雷带及引下线接地良好。

学校总配电盒设置于教学楼东面外墙处，架空引入的电源总进线经电表及空气开关后引入2楼总开关，然后引至各楼层配电盒，在总配电盒处设有一处简单接地线，根据检测报告，教学楼电源接地阻值为100Ω，远远大于4.0Ω的允许值，另外学校微机室设在教学楼4楼，电源接地不合格，整个学校电源系统也未设置任何防雷电波侵入措施。

在教学楼南面有一金属旗杆，高度超过教学楼，根据检测报告，旗杆未接地。

依据有关规范标准，从用户利益出发，一切为用户着想，按照可靠性、先进性、经济实用性等原则，在现场勘察的基础上确定本方案设计范围为：教学楼屋面空调外机的直击雷防护；学校电源系统的防护；金属旗杆及教研楼东北引下线接地改造；接地地网的设置。

3 教学楼直击雷防护

依据现场勘察，教学楼顶部有两个空调外机高出屋面避雷带，且未设置任何直击雷防护措施。

根据国家规范GB50057-94中第3.4.5条及3.3.2条规定：

a、金属物体可不装接闪器，但应和屋面防雷装置相连；

b、在屋面接闪器保护范围之外的非金属物体应装接闪器，并和屋面防雷装置相连。

考虑到学校内部电源系统没有任何防雷电波侵入措施且基本无接地，而空调外机电源为教学楼室内电源，因此对其的直击雷防护采取上述两种办法相结合的方式，即在两个空调外机旁分别架设一支避雷短针，短针应高出空调外机0.5米，间距宜为1米。

避雷针可采用直径不小于16mm的圆钢，并应与屋面避雷带可靠连接。

4 教学楼电源系统的雷电防护

雷击发生时，大约50%的雷电流将沿接闪――引下通路直接泄放入地，频率成分非常复杂的雷电流快速通过引下线时会感应出极强的电磁场，建筑物中的管线相对切割磁力线产生感应电流（即雷击电磁脉冲），间接导致设备损坏和人员伤亡；另一方面，至少有50%的雷电流将沿着进出建筑物的管线泄放，对人员和设备构成直接威胁。因此，雷电波侵入与雷击电磁脉冲防护已成为现代防雷设计的重中之重。其主要防护措施是：浪涌保护器安装和等电位连接。

根据现场勘查情况及学校检测报告，教学楼电源系统接地阻值为100Ω。电源进线采用三相四线制，未设置PE线，在总配电盒处自行设有一根简单地线，阻值严重超过国家标准，需要整改。

由于学校内用电设备较少，多为照明电灯，仅4楼微机室有大量微机，因此本方案内对教学楼电源系统的防护仅考虑一级防护，微机室采取两级防护措施。

一级防护目的在于将雷击产生的大电流瞬间泄放入地，并限制瞬间过电压，对后端设备进行初级防护。具体防护措施为：在总配电盒开关后端加装一台浪涌保护器，产品选用ZGG120-385浪涌保护器。

第二级防护目的在于将第一级电源SPD电涌保护器泄放后线路上仍然存在的过电压进一步限制，确保一般用电设备的安全。

在微机室总电源开关后端加装一台ZGG80-385电源避雷器作为二级防护，确保电源线路上的安全，防止雷电过电压过电流沿电源线路侵入危及人身安全或造成设备损坏。

由于教学楼电源系统接地阻值超过国家标准要求，应当为电源系统制作接地地网，根据现场勘查情况，可以在教学楼东面，即在总配电盒东面空地处制作一个接地地网，教学楼电源接地均利用该接地地网。

电源接地地网接地阻值应不大于4.0Ω。

5 金属旗杆及教研楼东北引下线接地改造

根据防雷检测报告，教学楼南面金属旗杆未接地，教研楼东北引下线接地阻值超过国家防雷标准要求，均需要整改。

考虑到旗杆高度教高（超出教学楼），且升旗台紧邻教学楼，周围是学生活动场所，因此旗杆接地地网必须采取相应的防跨步电压措施，参照规范第4.3.5条规定，我们采取如下措施：

a、水平接地体深埋不小于1米；

b、水平接地体局部包绝缘物。

教研楼东北角引下线接地阻值教高，需要整改其接地地网，可在引下

线所在位置处增设一个人工接地地网，引下线与该人工接地地网可靠连接。

6 接地地网的设置

诸种雷害中,对直击雷的防护措施包含避雷针、带、网、引下线和接地地网的敷设，而对雷电感应的防护主要包含浪涌保护器的设置、屏蔽、等电位连接、合理布线以及共用接地装置，由此可见，接地地网的设置是防雷工作中一个最重要的环节，接地地网的好坏直接关系到防雷工程的实际防护效果，良好的接地是防雷成功的重要保证之一。

根据上述防护措施可以看出，对该小学的雷电防护，需要制作3个人工接地地网，即教学楼东面电源系统接地地网、教学楼南面金属旗杆接地地网以及教研楼东北角接地地网。旗杆接地地网必须采取防跨步电压措施。电源系统接地阻值应不大于4.0Ω，旗杆及引下线接地地网接地阻值应不大于10.0Ω。