摘要：針對我縣雷電活動頻繁的情況，對東明縣第一高中做出了雷電設計方案。本文分析了雷電侵入該綜合樓的可能途徑并依據國家相關標準對其進行雷擊風險評估，提出系統而全面的雷電保護方案。該方案包括直擊雷保護，接地措施、安裝SPD、等電位連接和綜合布線等幾個方面進行。通過這幾個方面的措施，減少了雷擊災害，保護了建筑物、設備及人身安全。
　　關鍵詞：綜合樓；雷電保護；內部防雷；外部防雷；
　　1、引言
　　現代綜合防雷原則強調“全方位防治，綜合治理，層層設防，把防雷當作一個系統工程”。按照相關的防雷規范，在建筑物外部和內部及各電子設備安裝相應的防雷措施。有人認為，只要建筑物或設備安裝了防雷裝置就可以萬無一失了，從經濟觀點出發，要達到這點是太浪費了。而且《建筑物防雷設計規范GB50057-942000版》第一章總則的說明，按照防雷規范設計的防雷裝置是防止或減少雷擊建筑物所發生的人身傷亡和財產損失，并不是百分百的。
　　完整的設備系統防雷方案包括外部防雷和內部防雷兩個方面。外部防雷系統包括避雷針、避雷帶、引下線、接地極等等，其主要的功能是為了確保建筑物本體免受直擊雷的侵襲，將可能擊中建筑物的雷電通過避雷針、避雷帶、引下線等，泄放入大地。內部防雷系統是為保護建筑物內部的設備以及人員的安全而設置的。在需要保護設備的前端安裝合適的避雷器，使設備、線路與大地形成一個有條件的等電位體，將可能進入的雷電流阻攔在外，將因雷擊而使內部設施所感應到的雷電流得以安全泄放入地，確保后接設備的安全。
　　
　　2、設計依據
　　本方案依照如下規范進行設計：
　　（1）、GB50057-94（2000年版）建筑物防雷設計規范
　　（2）、GB50174-93《電子計算機機房設計規范》
　　（3）、GB50200-94《有線電視系統工程技術規范》
　　（4）、IEC61312《雷電電磁脈沖的防護》
　　（5）、JGJ/T16-92《民用建筑電氣設計規范》
　　（6）、GB50054-95《低壓配電設計規范》
　　
　　3、防雷的技術措施概述
　　3.1綜合防雷的兩個部分
　　3.1.1外部防護（直擊雷防護）
　　(1)、作用：攔截、泄放雷電流。
　　(2)、系統組成：由接閃器（避雷針、避雷帶）、引下線、接地體組成，可將絕大部分雷電能量直接導入地下泄放。
　　3.1.2內部防護（雷電電磁脈沖防護）
　　(1)、作用：均衡系統電位，限制過電壓幅值。
　　(2)、組成：由均壓等電位連接、各種過電壓保護器（避雷器）等組成。
　　3、技術措施：截流、屏蔽、均壓，分流、接地。
　　
　　3.2綜合防雷的6項技術
　　3.2.1攔截
　　雷電防護的第一道防線是攔截直擊雷。對直擊雷進行攔截最經濟、最有效的方法仍然是避雷針（避雷帶、避雷網）法。
　　3.2.2屏蔽
　　屏蔽是防止任何形式電磁干擾的基本手段之一。屏蔽的目的，一是限制某一區域內部的電磁能量向外傳播，二是防止或降低外界電磁輻射能量向被保護的空間傳播。針對發射塔的特殊性，會發射，接收電磁波，雖然為定向傳播，但是也必須作好防止電磁能量的向外泄露；與此同時，通訊機房樓內的設備儀器對于雷電電磁脈沖很敏感，因此通訊機房必須要有完備的屏蔽措施。
　　由于電場、磁場及電磁場的性質不同，因而屏蔽的機理也不同。按屏蔽的要求不同可分別采用屏蔽室（盒、管）的完整屏蔽體，或金屬網、波導管及蜂窩結構的非完整屏蔽體。屏蔽一般分為電場屏蔽、磁場屏蔽及電磁場屏蔽幾種。
　　3.2.3均壓（均衡）
　　(1)、均壓也稱電位均衡連接（簡稱等電位連接）。就是把所有導體相互作良好的導電性連接，并與接地系統連通。其中非帶電導體直接用導線連接，帶電導體通過浪涌保護器連接。其本質是由可靠的接地系統、等電位連接用的金屬導線、等電位連接器（即浪涌保護器、地線隔離器）和所有導體組成一個電位補償系統。
　　(2)、等電位連接
　　(1)不帶電金屬物體。如各種金屬管道，線纜屏蔽層，設備的金屬底座、金屬外殼等。對他們進行均壓處理時，可直接用導線連接，正常情況下互不干擾，一旦某一部分出現過電壓，用導線連接的各個部分可迅速實現等電位，避免產生危險。
　　(2)帶電金屬物體。如電源線、各種信號傳輸線等，可用浪涌保護器將它們互相連通。利用浪涌保護器非線性的特性，當有浪涌脈沖時，浪涌保護器的電阻瞬間變小，近似導通，使得各部分電位相等。
　　3.2.4分流
　　是指將雷電流能量向大地泄放過程中應符合層次性原則。層次性就是按照所劃分的防雷保護區對雷電能量分級瀉放。盡可能多、盡可能快的將多余能量在引入系統之前泄放入地。
　　由于雷電過電壓的能量很大，單一的措施或一道防線都無法消除雷電過電壓的侵害，必須采取多級防護措施才能將侵入的雷電過電壓限制在安全的、設備能夠承受的范圍之內。
　　3.2.5接地
　　接地是分流和瀉放直擊雷及雷電電磁干擾能量的最有效的手段之一，也是電位均衡補償系統基礎。目的是使雷電流通過低阻抗接地系統向大地泄放，從而保護建筑物、人員和設備的安全。沒有良好的接地系統或者接地不良的避雷設施會成為引雷入室的禍患；避雷裝置接地不好，還提供了雷電電磁脈沖對電氣和電子設備產生電感性、電容性耦合干擾的機會。
　　3.2.6合理布線
　　雷電磁場變化必對金屬導體形成感應，產生感應電壓和感應電流。另外金屬導體間的電磁耦合也將形成電磁干擾，都將對信息系統構成威脅。因此，除綜合布線自身的安全防護外，還必須合理控制各線纜間安全距離和線路的走向，消除不必要的電磁耦合。
　　
　　4、綜合樓預計雷擊次數及機房的防護等級判定
　　4.1教學綜合樓建筑物年預計雷擊次數
　　依照《建筑物防雷設計規范》附錄一：建筑物年預計雷擊次數公式：N=KNgAe式中K取1（屬一般情況）；Ng取決于地區雷暴日（由氣象資料查得東明雷暴日為30天）；Ae取決于建筑物長、寬、高，即與建筑物截收相同雷擊次數的等效面積（k㎡）。
　　經計算=0.3（次/年）
　　根據《建筑物防雷設計規范》第2.03條遇下列情況之一時，應劃為第二類防雷建筑物：第八項、預計雷擊次數大于0.06次/a的部、省級辦公建筑物及其它重要或人員密集的公共建筑物，因此可確認該學校綜合樓屬于第二類防雷建筑物
　　4.2教學綜合樓網絡控制中心、計算機教室雷電風險評估
　　電源線纜入戶方式：低壓電源線，線長L：15，等效面積ds：120.0
　　采用公式：K×ds×L×10-6，參數K=1.5
　　結論：電源線纜入戶截面積Ae1=0.0027
　　結論：信息線纜入戶截面積Ae2=0.0027
　　經計算，其機房風險等級為（0.80＜E≤0.90），定為C級，宜在低壓系統安裝2級SPD進行防護。
　　5、設計原則
　　因地制宜地采取防雷措施，防止或減少雷擊建筑物所發生的人身傷亡和財產損失，做到安全可靠、技術先進、經濟合理。按照國家防雷規范要求安裝防雷裝置和采取防護措施后，將雷電災害降低到最低限度，減小校內人員傷亡和被保護的電子設備遭受雷擊損害的風險。
　　6、具體設計方案
　　6.1外部防雷
　　6.1.1接閃裝置安裝
　　在教學綜合樓屋面四周增設直擊雷防護措施——沿大樓屋面四周女兒墻敷設避雷帶，并在屋面組成10m×10m或12m×8m的避雷網格。對于屋面突出的水塔，在水塔面四周敷設避雷帶，并將水塔的金屬扶梯與網格做可靠的電氣連接。并在屋面的轉角折線處安裝60cm高的避雷短針。
　　6.1.2引下線
　　引下線的結構設計最根本的目的是為了保證接閃器與大地之間有良好、可靠的電氣連接；保證有足夠大的截面積，避免雷電流通過時引起熔斷，或溫度過高引起火災。
　　教學綜合樓屋面避雷帶、網格的引下線采取熱鍍鋅圓鋼引下線引入地網，其引下線盡量暗敷方式保持建筑物原貌，利用建筑物的主鋼筋引下，在無建筑物主筋的地方則采取沿建筑物外墻明敷，并已最短路徑接地。
　　6.1.3屏蔽
　　戶外屏蔽的目的是為了減少電磁干擾，所以建議在校園內的將架空線改換為外套屏蔽鋼管埋地進入配電間，其埋地長度可以選擇15m。屏蔽鋼管進行多點的就近接地處理，改善電源線路周邊的電磁環境，可以使雷電電磁脈沖侵入的幅值得到相當程度的衰減，從而降低綜合樓內設備遭受雷電電磁脈沖損害的概率。
　　6.1.4接地網的計算
　　接地網是建筑物防雷設計中很重要的一部分，接地網敷設的好壞嚴重影響到建筑物和人員的安全，所以敷設接地網絡時候一定要經過精密的計算才行。下面就對教學綜合樓的接地網有關數據進行計算。
　　單一垂直接地體：
　　
　　式中：土壤電阻率ρ=350Ω•m，接地體有效長度l＝2.5m，接地體直徑d＝0.042m，則RC=122.002Ω
　　綜合垂直接地體：
　　式中：RC=122.002Ω，垂直接地體數n＝30，利用系數η2＝0.8，則RB=3.253Ω
　　水平接地體：
　　式中：土壤電阻率ρ=350Ω•m，接地體有效長度l=25m，接地體直徑d＝0.02m，接地體形狀系數A＝1.69，接地體埋深h=0.7m，則RS=25.981Ω
　　整體接地系統由垂直接地體與水平接地體聯合組成時：
　　式中：RB=3.253Ω，RS=25.981Ω，利用系數η＝0.75，則Rg=3.855Ω
　　6.1.5接地裝置施工技術規范：
　　⑴、所用鋼材均為Q235B，質量應符合《碳素結構鋼》（GB700-88）的規定。
　　⑵、所有構件為熱浸鍍鋅防腐，鍍鋅層厚度不小于86微米。
　　（3）、構件施工符合鋼結構工程施工質量驗收規范（GB50205-2001）
　　（4）、接地角鋼四周不能用巖石回填，用好土回填，回填土分層夯實，容重不低于16kN/m，使其接地電阻良好。
　　⑸、接地體埋深（接地體上端距地面的距離）不小于0.7m。
　　（6）、垂直接地體采用長度不小于2.5m（特殊情況下可根據埋設地網的土質及地理情況決定垂直接地體的長度）的熱鍍鋅鋼材，垂直接地體間距為垂直接地體長度的1~2倍，具體數量可以根據地網大小、地理環境情況來確定，地網四角的連接處埋設垂直接地體。
　　（7）、水平接地體采用熱鍍鋅扁鋼，其規格不小于40mm×4mm。
　　（8）、垂直接地體應采用長度為2.5m的不小于50mm×50mm×5mm熱鍍鋅角鋼。
　　（9）、地網增設輻射型接地體時，根據周圍的地形環境確定接地體的走向、埋深、長度和根數。
　　（10）、水平接地體扁鋼側面垂直鋪設在預先挖好的地溝內，遇到地下管線使扁鋼達不到要求的埋設深度時，扁鋼鋪設在其下部。在鋪設地網連接線無法避開如陰井等情況時，穿PVC管。
　　（11）、接地體與埋地交流電纜、光纜、傳輸電纜交越或并行時，接地體與電纜之間的距離不小于20cm；與高壓埋地電纜交越時，接地體與高壓電纜之間滿足50cm的最小距離，并行時滿足100cm的最小距離。地網溝內不允許并排布放其它進出建筑物的電纜或信號線路，如不得已要布放的，線纜做穿管等屏蔽處理。
　　（12）、為保證良好的電氣連通，扁鋼與扁鋼（包括角鋼）搭接長度為扁鋼寬度的2倍，焊接時做到三面焊接。圓鋼與扁鋼搭接長度為圓鋼直徑的10倍，焊接時做到雙面焊接。圓鋼與建筑物螺紋主鋼筋搭接長度為圓鋼直徑的10倍，焊接時做到雙面焊接。
　　
　　6.2內部防雷
　　雷電電磁脈沖（也稱感應雷）可以通過電力電纜、通信電纜、光纖和天饋線侵入建筑物，由于電力、通訊線纜的距離長且對雷電波的傳輸損耗小，所以由電源侵入的電磁脈沖造成的危害十分突出。電磁脈沖還可以通過空間感應侵入校園內部線路，雖然經過建筑物和機殼的屏蔽衰減后其能量大為減小，但建筑物內許多電信設備的抗過壓能力也很弱，如果處理不當也可能造成設備故障。
　　6.2.1屏蔽
　　由于防雷設計過程中會產生很多的線纜，對于這些線纜一定要處理好，并在線纜進出建筑物的交界處做好等電位連接并接地。如有可能將線纜穿金屬管道后埋地進出建筑物，其埋地長度應達到15m，并將金屬管道兩端就近作接地處理。
　　6.2.2等電位連接
　　由于實行等電位措施可以減小地網之間、電子設備之間和電子設備與金屬構件之間的電位差，防止反擊。
　　6.2.3合理布線
　　教學綜合樓計算機教室綜合布線縱橫交錯，極易引起雷電電磁脈沖的侵入，為了阻斷和隔離雷電電磁脈沖的侵入，布放線纜時應平直，減少由線纜自身形成的感應環路面積。
　　6.2.4電源SPD安裝
　　電源SPD安裝技術規范：
　　⑴、防雷器懸掛安裝于35mm導軌上。
　　⑵、防雷器接入電網時其前端火線上需串聯32A的空氣開關。
　　⑶、防雷器的連接線應盡可能的短且直，長度不超過0.5m。
　　⑷、電源SPD連接線和接地線選擇表。
　　7、綜述
　　在整個設計方案中,遵循“整體防御、綜合治理、多重保護”的方針，采用先進、可靠的防雷技術，為校園建立起初步的綜合防雷體系，可以有效防止和減少雷擊而造成的危害。
　　7.1在外部防雷方面
　　⑴、采用避雷帶、避雷網格作為接閃器，從源頭上控制教學綜合樓雷害發生的強度。
　　⑵、教學綜合樓屋面金屬物的可靠接地，減少了由于電位反擊造成的人身傷害及設備損壞。
　　⑶、教學綜合樓旗桿的合格、可靠、穩定的接地網的改造，為雷電泄放提供了暢通的泄流通道。
　　7.2在內部防雷方面
　　⑴、教學綜合樓計算機教室采取等電位措施，減少了雷電反擊。
　　⑵、教學綜合樓內的供電系統建立起了多級防雷保護體系，保障樓內網絡控制中心、計算機教室設備的安全及正常工作。
　　8、結束語
　　以上就是我對于東明縣第一高中綜合樓防雷的一些個人見解。雷害的表現是多方面的，破壞性巨大的。要采取泄流、均壓、接地、屏蔽、等電位連接、浪涌保護器等系統的防護措施，可大大減少雷擊時對建筑及內部信息系統的危害，從而保障人員及財產的安全。如果從建筑設計施工階段開始體現這些綜合系統的防護設計原則，必將會起到事半功倍的理想防護效果。智能建筑內各種電子設備越來越多，防雷措施也越來越復雜，只有按綜合防雷概念，將外部防雷措施和內部防雷措施整體統一考慮，才能真正做到安全可靠。隨著科學化技術的逐漸發展及建筑物防雷安全的重視，防雷技術將會得到不斷得到完善。