株洲淦田鲶鱼山小学综合防雷方案.docx
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株洲淦田鲶鱼山小学综合防雷方案
PTZP14—08
株洲淦田鲶鱼山小学
防
雷
设
计
方
案
株洲普天中普防雷工程有限公司
2014年3月28日
株洲淦田鲶鱼山小学综合防雷设计方案
一、概述：
雷击已成为大自然的严重自然灾害之一，学校是教书育人，学生聚集的地方，人身安全必须重视。
1999年5月25日上午9点10分左右，永城市龚庄村小学遭受雷击，当时电闪雷鸣，正在上课的师生亲眼目睹一火球进入教室，有1名女生当场遭雷击死亡，9名学生受重伤，还有百余名师生有触电感；2007年5月23日16时10分左右，重庆市开县兴业小学遭受雷击，造成7名学生死亡、44人受伤的重大雷击事故；2010年8月15日16点左右，滁州市天长第二中学球场遭雷击，10人受伤。
近几年来，随着教育事业的快速发展，电化教育等信息技术应用日益普及，各类电子雷电隐患也随之增加。
为了保证电子设备的正常运行和人员的安全，必须设计完善有效的防雷方案。
雷电危害方式
直击雷危害：
直击雷是指带电云层与大地上某一点之间发生迅猛的放电现象。
遭受直击雷袭击时，闪电中的电压高达几万伏至十亿伏，极易导致建筑物受损引起危害，并产生机械效应或热效应和电火花，使产生燃烧和爆炸的危险，体现在楼房顶角被雷击落一块水泥，大树被雷劈开，屋外的人畜被雷打死等。
雷电感应危害：
带电云层由于静电感应作用，使某一范围带上异种电荷，直击雷发生以后，云层带电迅速消失，而地面某些范围由于散流电阻的存在，以至出现局部高电压；或者由于直击雷放电过程中，强大的脉冲电流对周围的导线或金属物产生电磁感应发生高电压以致发生闪击的现象，叫做“二次雷”或称“感应雷”，其破坏机理主要是电子设备的过压击穿，造成设备故障或损坏，严重者造成设备整机报废。
闪电电涌侵入危害：
闪电电涌（雷电波）侵入是指直击雷、雷电感应沿架空线路或者管道等金属的引入线引入室内，发生闪击放电产生电击、爆炸、燃烧等事故。
直击雷的防护一般采用楼顶安装接闪带、接闪针等，配合引下线、地网以保护建（构）筑物及建（构）筑物内人员的安全；雷电感应和闪电电涌入侵的防护主要采用线路上安装雷击过电压保护器（即防雷器或SPD），配以线路屏蔽接地、等电位接地处理等综合运用，以保护设备的安全。
因此，只是防直击雷或只防雷电感应或闪电电涌入侵都是不全面的，而应进行综合防雷。
二、现场勘察及分析
株洲淦田鲶镇鱼山小学位于湖南株洲市淦田镇一山丘脚下，属典型丘陵地貌，地区年平均雷暴日47d/a,属多雷区。
经我公司技术人员实地测量校区土壤电阻率为400Ω·m。
该学校的建筑物主要有一号楼（含教学楼和厕所）、二号楼（含科教楼、教学楼、礼堂和厨房）两栋建筑，其中一号楼为三层砖混结构，长54米，宽9.2米，屋脊高13.5米，屋面为斜坡，坡度0.48，屋檐高11米。
本栋供电由架空线入户，计算长度为200米，设有漏电保护开关，总配电板见图1，该处有多次被雷击的记录。
教室走廊的加强金属护栏没有接地措施，见图2。
办公室和计算机室位于本栋二楼中部（楼梯两侧），其余为教室和宿舍，办公室主要设备有一台网络交换机、一台程控交换机；计算机室内有分配电板一个（见图3），由户外架空线（沿二楼外墙）经总配电板引入，室内图1
有网络交换机一台，电脑20台，布线凌乱，见图4。
本栋二楼一端有音乐教室一间，设有安装配电箱一个，主要设备是音响两图2
个和电视机2台。
二号楼为二层砖混结构，分别由长32米，宽9.2米，高9米，屋面为斜坡，坡度0.48的第一段（科教楼和教室）、长20米，宽12米，高5米，屋面为斜坡，坡度0.2的第二段（礼堂）以及长18米，宽12米，高4米，图3
屋面为斜坡，坡度0.3的第三段（厨房）组成。
第一段屋面有不锈钢水塔一台，第三卫星天线一架（已废弃）。
本栋供电由架空线分2路直接经总配电板（1号楼）引入，1路在图4
厨房上方搭接（未见配电板），1路在科教楼实验室仪器间引入（墙内安装配电箱）。
本栋科教楼实验室内设置一班班通主机，外引1条普通5类网线（RJ45）图5
教室走廊的加强金属
护栏没有接地措施。
一、二号楼之间架设一条
钢索（班班通线架），两端均引入室内，为严重安全隐患构件，见图5。
1号楼前的旗杆未做良好接地，存在安全安全隐患。
一号楼前面为沙池和篮球场等，场地长70米宽25米，一号楼与2号楼之间为自由活动坪地及绿化带，宽22米。
根据现行的防雷国家标准《建筑物防雷设计规范》
（GB50057-2010）附录A可知：
本校区雷击大地的年平均密度Ng=0.1×Td=4.7
与建筑物截收相同雷击次数的等效面积（以1号楼计算）Ae=[54×9.2+2×（54+9.2）√（13.5×188）+3.14×13.5×188]×10-6≈0.0148KM2
故建筑物年预计雷击次数N1=1.5×Ng×Ae=0.104（次/a）
根据《建筑物防雷设计规范》（GB50057-2010）第3.0.3条第9款，鲶鱼山小学应确定为第二类防雷建筑物（学校为人员密集的公共建筑物）。
又根据GB50343－1012《建筑物电子信息系统防雷设计规范》附录表A.1.4知：
入户设施年预计雷击次数N2=2000×200×10-6=0.4（次/a）
又由A.2.1，电子设备可接受年平均最大雷击次数
Nc=5.8×0.1÷（1.5+0.5+1+1+0.5+1.2）≈0.1（次/a）
因前面已经算得的建筑物年预计雷击次数
N1=1.5×Ng×Ae=0.099（次/a）
可知防雷装置拦截效率E=1-Nc÷（N1+N2）=0.8
根据GB50343－1012《建筑物电子信息系统防雷设计规范》4.2.5，故可将本案电子信息系统雷电防护等级定为D级。
三、防雷设计依据及相关标准：
、国家《气象法》
、《湖南省防雷减灾管理办法》
、GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》（2010版）
、GB50343－1012《建筑物电子信息系统防雷设计规范》
、GB50169-2006《电气装置安装工程接地装置施工及验收规范》
、D501-1～4《防雷与接地安装》
四、防雷解决方案
本方案以人身安全为重点从整体防雷的角度进行防雷方案的设计。
本设计方案包括5个方面的防雷措施：
直击雷的防护、雷电感应的防护、闪电电涌入侵防护、等电位连结、防雷接地，各措施互为补充，形成综合体系，缺少任何一方面都是不完整、有缺陷和带来潜在危险的。
1直击雷防护
本案考虑跨步电压和接触电压带来的安全影响，以及结合经济合理考虑，1号楼采用6支接闪杆（2组不同高度）,2号楼用接闪带和接闪网，组成混合接闪器对整个校区进行直接雷的防护。
根据《建筑物防雷设计规范》（GB50057-2010）第5.1.1条的规定，对于第二类防雷建筑，用滚球法设计接闪器时，滚球半径hr=45m。
接闪器地网设计成环形，6支接闪杆的地网尽量相互连接，同时利用接闪杆金属钢管本身作为引下线，并确保其冲击接地电阻Ri≤10Ω。
根据《建筑物防雷设计规范》（GB50057-2010）D.0.1，接闪杆高度确定如下：
、1号楼前侧3支（1～3号）接闪杆分别设于走廊立柱外侧距两端头7.4米的位置（3号柱），其间距为18.5米（5个柱间距），利用立柱作下部支撑（制作专用支撑架伸出屋檐外向上安装，具体安装方法参照D501-1之2-04）。
接闪杆材料，下端采用Ф50×4热镀锌钢管，长6米（具体可按安装位置调整），中段为Ф32×3的热镀锌钢管，长4米，顶端采用Ф16热镀锌圆钢，长1.5米，总体确保杆尖高出屋脊平面8米。
另外3支接闪杆分别设于建筑物对侧对称位置（4～6号），接闪杆材料，下端采用Ф50×4热镀锌钢管，长4米（具体可按安装位置调整），中段为Ф32×3的热镀锌钢管，长4米，顶端采用Ф16热镀锌圆钢，长1.5米，总体确保杆尖高出屋脊平面6米。
接闪杆引下线沿立柱或墙体外侧敷设，材料为Ф12热镀锌圆钢，全程用PVC管作绝缘护套，在入地处再外加金属管（人员活动频繁点）作机械护套，金属护套管短于绝缘护套，且高出地面2.7米，入地处3米内做绝缘层（15厘米厚砾石垫层）保护，以降低接触电压和跨步电压危险。
、下面验算本处接闪杆的保护范围：
本案采用双针模型简化计算，根据rx=√h（2R-h）-√hx（2R-hx），b0=√[h（2R-h）-（D/2）2]
对1～3号接闪杆，其中已确定R=45，D=18.5，h≈21.5。
取hx=13.5（屋脊高度），故可得rx=6.2，b0=5.1，即在屋脊平面的接闪杆两端的保护范围为6.2米，接闪杆之间的保护宽度为5.1米；取hx=11米（三楼人员安全高度），故可得rx=8.8，b0=7.7，即在三楼人员安全高度平面的接闪杆两端的保护范围为8.8米，接闪杆之间的保护宽度为7.7米；取hx=2，故可得rx=25.1，b0=23.9，即在地面人员安全高度平面的接闪杆两端的保护范围为25.1米，接闪杆之间的保护宽度为23.9米。
对4～6号接闪杆，其中已确定R=45，D=18.5，h≈19.5米。
取hx=13.5（屋脊高度），故可得rx=4.9，b0=3.7即在屋脊平面的接闪杆两端的保护范围为4.9米，接闪杆之间的保护宽度为3.7米；取hx=11，故可得rx=7.6，b0=6.4，即在屋檐平面（三楼人员安全高度平面）的接闪杆两端的保护范围为7.6米，接闪杆之间的保护宽度为6.4米。
取hx=2，故可得rx=23.8，b0=22.6，即在地面人员安全高度平面的接闪杆两端的保护范围为23.8米，接闪杆之间的保护宽度为22.6米。
与前面勘察的场地数据对比可知，1号楼及前面的运动场和后面的自由活动场地绝大部分已均在这6支接闪杆的保护范围内，只有沙池和乒乓球两个角7米范围未在保护内，故本案在这两个角分别增设一支独立接闪杆，杆离地高度7.5米，用滚球法可算得其在2米高度的保护范围为11.6米，完全可以满足要求。
而2号楼由于其高度为9米，不在其保护范围。
另，为防止雷电侧旁闪络和跨步电压，对1号楼操场边较高大的树木，需在其周围2米的范围敷设15厘米厚砾石层，表层敷水泥。
、对于2号楼的直击雷防护，采用在屋面敷设接闪带和接闪网（网格间距10米×10米）的方式，接闪带沿屋脊和女儿墙敷设，引线沿楼盘四周均匀分布，间距为18米，接闪器采用Ф8mm的热镀锌圆钢，引下线材料采用Ф12mm的热镀锌圆钢，引下线在入地处再外加金属管（人员活动频繁点）作机械护套，金属护套管短与绝缘护套，且高出地面2.7米，入地处3米内做绝缘层（15厘米厚砾石层），以降低接触电压和跨步电压危险。
混合接闪器保护范围的端面示意图如图7所示（其他角度示意图略）。
雷电感应的防护：
、两栋楼走廊边的金属护栏必须作接地处理，可就近引下与地网可靠连接，金属护栏之间互相跨接接地。
、拆除所有晾衣金属铁丝。
、金属旗杆接地。
闪电电涌入侵：
、根据GB50343－1012《建筑物电子信息系统防雷设计规范》第5.4.3条，本案设计在两栋楼的架空线入户处各并联安装I类实验的电涌保护器（SPD）为电源第一级保护，型号为：
DXH06-FLB/2R25（单相2P），该产品最大持续工作电压为400V，标称放电电流为25KA（10/350μS波形）,电压保护水平（UP）≤2500V，响应时间（T）≤100ns,35mm宽标准导轨安装。
SPD外加安装盒，共3台,具体位置分别在1号楼二楼走廊端总配电板处、2号楼科教楼二楼实验室仪器间配电箱处和食堂入户处（此处需另加配电板）。
在电化教室和多媒体教室及办公室的分配电板前端并联安装
类实验的电涌保护器（SPD）为电源第二级保护，型号为：
DXH06-FCS/2R40（单相2P），该产品最大持续工作电压为385V，标称放电电流为20KA（8/20μS波形）,电压保护水平（UP）≤1800V，响应时间（T）≤25ns,35mm宽标准导轨安装。
SPD外加安装盒，共3台，具体位置分别在1号楼二楼计算机教室音乐教室的分配电箱以及2号楼礼堂的开关板（前端并联）。
在1号楼二楼计算机教室安排第三级防雷电源插座，型号为：
DXH06-Z10/5K，该产品最大持续工作电压为320V，标称放电电流为5KA（8/20μS波形）,电压保护水平（UP）≤1000V，响应时间（T）≤25ns，数量为3套。
在2号楼二楼多媒体教室班班通主机前安排第三级防雷电源插座，型号同上，数量为1套。
共4套。
又根据GB50343－1012《建筑物电子信息系统防雷设计规范》第6.5.1表，第一级保护SPD连接相线用10mm2多股铜线，地线用16mm2多股铜线。
第二级保护SPD连接相线用6mm2多股铜线，地线用10mm2多股铜线。
长度均不超过0.5米。
、在1号楼二楼计算机室、办公室和2号楼二楼实验室班班通主机的交换机前各加装1台信号SPD,型号为：
QFL06-C100，共3台；在办公室程控总线前加装1台信号SPD,型号为：
QFL06-ARJ11/110，共1台。
由于卫星天线废弃不用，建议拆除。
等电位连接：
、1号楼与2号楼之间的金属钢索必须两端做接地处理。
、2号楼屋面的金属水塔就近与直击雷的接地引下线连接。
地网敷设：
、在地网设计时应遵循以下原则：
尽量采用建筑物地基的钢筋和自然金属接地物统一连接地来作为接地网；尽量以自然接地物为基础，辅以人工接地体补充，人工接地网沿建筑物形成环形，距砌体基础1米外敷设。
本案防雷器接地和等电位接地与防直击雷接地共用，形成联合接地网。
本案地网接地电阻设计要求不大于4Ω。
、各引下线接地尽量连接成一个接地系统。
人工地网与两建筑物的自然接地（基础接地）的连接不少于2处。
水平接地极埋地深度0.5m，此深度可防止因气温变化而影响地网电阻大幅度的变化，保持地网电阻的稳定。
地网水平地极采用40mm×4mm热镀锌扁钢，在长度方向每隔5米敷设垂直接地极，水平接地极总长为280米。
垂直地极采用现在50mmX50mmX5mm热镀锌角钢，每根长2米,垂直接地极埋地深度0.5米,间隔为5米。
垂直接地极总用量56根。
接地母线采用50mm2多股铜芯线，两端焊专用线鼻。
接闪器和地网分布平面图如图6所示。
、理论计算验证
水平地极：
由Rgh＝（ρ/2πL）×[Ln（K×L2/DH）+A]，
其中：
土壤电阻率ρ=400Ω·m，
水平接地极总长度L=280m，
水平接地极的形状系数K=1.0，
水平接地极的等效宽度D=0.04×0.5=0.02m，
埋设深度H=0.5m，
地网的形状系数A=0，
计算得水平接地体的接地电阻Rgh≈3.6Ω。
垂直地极：
由Rgv＝[ρLn（4L/d）]/2πL，
其中：
土壤电阻率ρ=400Ω·m，
垂直接地极长度L=2m，
垂直接地极的等效直径d=0.05×0.84=0.042m，
计算得单根垂直接地体的接地电阻Rgv≈167Ω，
由R总＝[Rgv*Rgh/N（Rgv/N+Rgh）]/η≈2.4，
其中:
利用系数η取0.7,垂直接地极根数N=40
总接地电阻R要求小于4Ω，该接地电阻值理论上已能符合要求。
五、工程施工技术要求：
接闪器材料截面不小于50mm2。
接闪杆应垂直安装牢固。
垂直度允许偏差为3/1000。
接闪带（网）的支架间距为1米。
所有金属部件焊接处无毛刺，焊接处进行防锈防腐处理。
焊接要求焊接应采用搭接焊，其搭接长度必须符合下列规定：
、扁钢为其宽度的2倍（且至少3个棱边焊接）。
、圆钢为其直径的6倍。
、圆钢与扁钢连接时，其长度为圆钢直径的6倍。
地网根据实际地形和地质情况埋设深度不少于0.5米。
隐蔽工程必须记录并存档。
施工图纸以及工期进度计划另附。
六、工程施工安全文明措施：
施工队配备个中先进一起如金属探测仪等，以便在土方开挖时能跟快捷方便探明底线管网，防止发生意外事故。
工程专业技术人员,均具备相应的技术职称，并按照有关规定要求进行相关知识的培训。
施工过程中严格按照设计要求进行施工，人员分批交叉持证上岗施工。
在地面施工时必须戴好安全帽，防止临近单体工程或内部工友误伤，设置现场警示标志，并严禁非现场工作人员进入施工现场。
参加施工的所有人员（包括临时聘用工），入场前都要进行四防安全教育。
使其每个施工人员做到制度明确，安全生产，文明施工。
现场的照明线路架设及各种电器设备安全，由正式电工操作，持证上岗。
从事电工、焊工等特殊作业时必须全面落实防护用品，如穿好绝缘鞋，戴好手套、护目镜和面罩等。
加强各种条件下的劳动劳保设施和装备。
合理调整作息时间，晴天早开工，尽量避开雨天和晚间作业。
阴雨天及烈日暴晒天应安排做室内工作，如SPD的安装等。
施工现场高空作业时必须设置好防坠网。
设置隔离带和警示牌，并有专人看护，防止误伤群众。
所有施工人员均无条件遵守建设方的各项管理制度，违者重罚或直接解聘，严重者交由司法处理。
工程队常规工具配置如下表：
序号
名称
规格/工种
单位
数量
备注
1
工具车
皮卡
辆
1
2
电焊机
200A
台
2
3
发电机
50KW
台
2
4
砂轮锯
￠300
台
2
5
切割机
台
2
6
空压机
台
2
7
风炮
台
2
8
打夯机
台
1
9
冲击钻
台
2
10
接地电阻测试仪
ZC-8
台
2
11
万用表
台
2
六、接闪器和地网的平面分布图如下，图6：
图6
保护范围如图7所
图7
七、
工程预算分项表：
定额
定额名称
单位
工程量
基价
合价
人工费（元）
材料费（元）
机械费（元）
主材费（元）
编号
基价
合价
基价
合价
基价
合价
基价
合价
3020056
电源电涌保护器器安装（10KV以下）
套
3
1559
4678
16
48
38
113
6
17
1500
4500
3020056
电源电涌保护器器安装（10KV以下）
套
3
509
1528
16
48
38
113
6
17
450
1350
3020056
电源电涌保护器器安装（10KV以下）
套
4
459
1838
16
63
38
151
6
23
400
1600
3020056
电源安装盒（10KV以下）
套
7
94
661
16
111
38
264
6
41
35
245
3020056
信号电涌保护器器安装
套
3
459
1378
16
48
38
113
6
17
400
1200
3020057
信号电涌保护器器安装
套
1
459
459
16
16
38
38
6
6
400
400
3020818
热镀锌角钢接地极（坚土）
根
60
51
3052
17
1030
3
193
10
629
20
1200
3020887
热镀锌扁钢接地极
10m
30
125
3760
37
1098
14
425
15
437
60
1800
3020825
户外接地母线敷设（200mm2以内）
10米
2
403
806
99
198
2
4
2
5
300
600
3020831
铜导线接地跨接线
10处
1
105
105
34
34
18
18
18
18
35
35
3020836
钢管接闪杆制作（7m以内）
根
3
1316
3948
63
190
24
71
29
87
1200
3600
3020836
钢管接闪杆制作（9m以内）
根
5
1616
8080
63
316
24
119
29
146
1500
7500
3020850
接闪杆安装在平屋面上（针高7m以内）
根
3
1874
5622
1800
5400
58
173
16
49
0
0
3020850
接闪杆安装在平屋面上（针高9m以内）
根
3
2574
7722
2500
7500
58
173
16
49
0
0
3020850
接闪杆安装在地面上（针高9m以内）
根
2
1274
2548
1200
2400
58
115
16
33
0
0
3020850
接闪杆支架制作
根
6
1111
6664
37
220
58
346
16
98
1000
6000
3020877
沿建筑、构筑物明敷引下线
10m
20
115
2306
37
732
14
283
15
291
50
1000
3020883
沿女儿墙敷设避雷网
10m
36
154
5540
50
1801
68
2434
16
584
20
720
3020880
断接卡子制作、安装
套
16
258
4123
117
1866
50
801
31
496
60
960
3020542
人工挖填沟槽（一般土沟）
10m3
10
216
2164
216
2164
0
0
0
0
0
0
3020547
风镐开挖混凝土路面（150mm以下）
10m2
2
338
676
104
207
68
137
166
332
0
0
定额直接费合计
元
67660
25488
6087
3375
32710
工程预算汇总表：
（实际以合同价为准）
安装工程费用
序号
项目名称
以人工费+材料费+机械费为计算基础
费用
1
分部分项直接工程费
∑（分部分项工程量清单工程量×相应综合单价）
67660.27
1.1
其中:
人工费
∑（分部分项工程量清单项目工程内容的工程量×相应消耗定额人、材、机消耗量×人、材、机单价）
25488.38
2
措施项目
序号〈2.1〉+序号〈2.2〉
1274.42
2.1
技术措施项目
∑（技术措施项目清单工程量×相应综合单价）
0.00
2.1.1
其中：
人工费
∑（技术措施项目清单项目工程内容的工程量×相应消耗定额人、材、机消耗量×人、材、机单价）
0.00
2.2
其他措施
∑（序号〈1.1〉+序号〈2.1.1〉×5%）
1274.42
3
管理费用
∑分部分项工程人工费×50%
0.00
4
利润
∑分部分项工程人工费×34%
0.00
5
其他项目费用
∑（设计
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