2007年5月23日下午重庆开县兴业村小学突遭雷击, 造成7名小学生死亡、44名小学生受伤, 其中5人重伤。酿成此次悲剧的因素很多, 但最根本的还是教学楼无防雷装置, 而这种情况仅仅只是全国农村校舍防雷现状的一个缩影。
2011年对笔者所在县域内各中小学校舍进行的专项防雷普查和防雷装置定期检测, 可以得出, 在农村学校中无防雷设施校舍的比重远远大于城区学校。 (如表1)
人们长期薄弱的农村防雷意识的和匮乏的教育资金是造成这种差距的原因。塞翁失马、焉知非福, 令人欣慰的是如今各级政府和社会各界都对防雷安全逐步重视起来。从表1可知, 具有合格防雷设施校舍的比重, 农村和城区持平。这归功于近年来新增了不少农村校舍, 且所有新建校舍的防雷装置都经过了竣工检测, 弥补了部分城乡差距。目前各地陆续开展了包括防雷在内的校安工程, 农村校舍的防雷安全工作有了可观的前景。然冰冻三尺非一日之寒, 农村校舍防雷工作还任重道远, 安全隐患仍然很突出, 现笔者做以下归纳。
直击雷是直接击在建筑物或防雷装置上的闪电。它通过电效应、热效应或机械力等一系列的破坏作用威胁建筑物、设备和人员安全。
农村学校早期的校舍以平房建筑和二三层楼的楼房居多, 许多校舍年代久远、无任何防直击雷设施, 这类情况是最突出且最严重的防雷隐患。雷电可以直接击穿屋顶, 也可以从侧面击中窗户。开县小学雷灾就是属于后者, 教室未安装任何防雷装置, 而且教室窗户只由螺纹钢架构成, 未做接地处理, 且窗户上没有玻璃, 完全处于敞开状态, 球形雷很容易从窗户进入室内, 导致人员伤亡。有一部分校舍具有接闪带或接闪杆, 但是普遍出现锈蚀、老化甚至断裂现象, 这都严重影响防雷效果和安全。
金属旗杆未采取可靠防雷措施, 恐怕会成为雷患的源头之一。经过检测, 部分独立金属旗杆的接地电阻过大, 当雷电击中旗杆时, 由于雷电流对地泄流不畅, 在旗杆上产生的高电位很可能会对附近的人、物产生反击, 且破坏力很强。另一种情况是金属旗杆直接安装在屋顶。但要么是屋顶无防雷装置, 旗杆也没专设接地线;要么是屋顶有防雷装置, 但旗杆未与之连接。部分人有一定防雷意识, 但防雷知识匮乏, 以为旗杆就可以当避雷针了, 殊不知防雷措施不到位的旗杆不但不避雷, 反而起到了引雷效果。
闪电电涌侵入也称为雷电波侵入, 是指由于架空线路或金属管道对雷电的传导的作用, 雷电波可能沿着这些管线侵入屋内, 危及人身安全或损坏设备。
目前新建校舍大部分已做了防雷考虑, 主要是采取了防直击雷措施, 例如在屋面安装了接闪带、接闪针等防雷装置。但校舍仅采取防直击雷措施并非万事大吉, 因为校园防雷不能缺乏防闪电电涌侵入环节。防闪电电涌侵入措施主要分电力系统和信号系统两方面的内容。
据检查, 许多农村校园的电力线路都是架空敷设, 且比较凌乱, 按照规范要求, 首先, 电缆入户前需埋地引入或架空线转电缆埋地引入, 当架空转埋地引入时电缆埋地长度最少不得少于15m, 且架空线和电缆转换处安装避雷器。当电力线路实在需要全程架空引入时, 需在入户处安装避雷器, 且将避雷器接地端与金具、绝缘子铁脚连接并接地。随后应在建筑内电源入户处安装电涌保护器 (SPD) , 且视情况对室内配电系统进行多级雷电过电压保护。然而由于历史遗留及经费问题, 往往村校做不到这一点。雷暴天气时, 即便雷电没有直接击中校园, 在校园附近产生的雷电流也很容易沿着电力线路侵入建筑内, 对设备造成威胁, 而且雷电流在设备上产生高电位后可能形成二次雷击威胁师生安全。雷电波侵入的原理见图1。
现代科技在进步, 教育手段也在翻新, 许多学校建立起了计算机系统、多媒体系统和广播信息系统。这种变革当然是教育事业的进步, 但也使得雷击的概率在增加, 雷灾破坏性在增强, 而农村学校在信号线路的雷电防护措施却更是少有到位的。集中体现在:信息机柜、机架、U P S金属外壳等未采取等电位连接。信号线随意架空引入、在接闪带 (避雷带) 等防直击雷装置上缠绕、信号线在防雷区界面处未采取等电位处理、未安装信号S P D等, 这些都是不科学且不安全的。弱电设备耐雷击能力非常脆弱, 一旦雷电波沿着信号线侵入, 弱电设备很容易损坏。对于经费比较困难的农村学校来说, 年年因雷电波造成的设备损毁, 更是一笔沉重的经济负担。
笔者认为, 学校为人员密集的重要场所, 原则上应该对学校防雷设施进行高标准要求, 校舍的防雷类别应划为二类防雷建筑物。
校园内建筑物必须采取防直击雷措施。
我们提倡采用安装在建筑物上的接闪带或者接闪带、接闪杆混合组成的接闪器。接闪带、接闪网应沿屋角、屋脊、屋檐和檐角等重点部位敷设, 网格尺寸≤10m×10m或12m×8m。考虑到学校人员密集, 为尽可能减少因雷击屋面造成的碎石脱落砸伤行人, 接闪带应该明敷, 且固定支架高度不小于15cm。教学楼可能会利用其天面的金属旗杆、金属栏杆等永久金属构件作为接闪器, 这时天面各金属部件应电气贯通, 且符合相应规格要求。特别强调的是, 不得利用通信基站和广播天线上的接闪器作为整个建筑的接闪器。
建筑应利用柱内上下电气贯通的主筋作为引下线, 当每根垂直支柱均起到引下线作用时, 可对引下线间距不作要求。建筑物利用柱内多股钢筋作为引下线时不需要设置断接卡, 但是应在室外适合的地方设连接点以供测试接地电阻。专设引下线不应少于2根, 并沿建筑四周和内庭院四周均匀对称布置, 间距沿周长计算不应大于18m, 当跨度较大难以实现时要求平均间距不大于18m。专设引下线应沿外墙外表面明敷, 并经最短路径接地, 应在各引下线上距地面0.3m~1.8m处设断接卡。地面上1.7m至地面下0.3m的一段接地连接线应暗敷或者采用改性塑料管或橡胶管加以保护。
原则上校舍应采用自然接地装置作为地网, 这样既经济又可靠。接地方式宜采用共用接地, 即将防雷接地、建筑物金属构件、低压配电保护地、等电位连接带、设备保护地、屏蔽体接地、防静电接地等连接在一起的接地系统。在设计中一般要求冲击接地电阻≤1Ω。当仅有防雷接地与配电系统接地共用接地装置时, 要求冲击接地电阻≤4Ω。为防止雷电反击相邻建筑物的地网应连接在一起。
当需要采用人工接地时, 人工接地体在土壤中的埋深不少于0.5m, 距墙或基础不小于1m, 铁质接地材料须经过热镀锌防腐处理。为防止接触电压和跨步电压, 在专设引下线3m范围内地表层敷设5cm厚的沥青层或15cm厚烁石层, 最好再加以警示。
独立的金属旗杆应有良好的接地性能, 接地电阻不应大于10Ω。锅炉房的烟囱应可靠接地, 当突出屋面时, 其上端部份应就近与防雷装置连接。
教学楼的特点是窗户多而且宽大, 为了防止侧击雷以及球形雷, 笔者建议窗户采用金属框架, 且龙骨与建筑内的钢筋电气导通。当然, 这也需要视情况而定, 防雷的原则是既要满足安全也要讲究经济合理。
校园内往往有着漂亮的绿化, 校内存在着不少高大乔木, 当树木被雷击后可能对临近校舍进行反击。参考一类防雷建筑物的要求:树木临近建筑物且不在接闪器保护范围时, 树木和建筑间的净距应不小于5m。我们也应秉持这种精神, 将校舍与高大树木之间5m的间距纳入要求。
防止闪电电涌侵入和防感应雷最有效的方法就是等电位连接、安装SPD、屏蔽等。
建筑物应采取等电位连接措施, 所有与建筑物组合在一起的大尺寸金属件都应等电位连接在一起, 并与防雷装置相连。首先在全楼做总等电位连接, 所有进出建筑的金属管道, 金属构件、配电系统保护地均与总等电位端子箱M E B相连。然后在后续防雷区例如卫生间和电脑机房采取局部等电位连接。而且淋浴卫生间和弱电机房的等电位连接必不可少。机房内的重要设备、机柜和UPS的金属外壳均应与LEB可靠连接。见图2。
尽量避免将电力线和信号线架空引入。
配电系统的防雷措施应该满足本文1.2.1中提到的要求。当采用多级SPD进行保护时, 各SPD之间应考虑能量配合。信号线入户处的弱电箱以及终端箱同样应采取等电位连接, 信息设备前端的电气线路应安装直流防雷器件。信号线上应安装相匹配的信号SPD。
上述防闪电电涌侵入和防感应雷的措施概括起来就是使用等电位连接的原理, 综合各种技术相辅相成地构成一个防雷体系。
新建校舍在选址时, 应根据地质、土壤、气象、环境、被保护物的特点、雷电活动规律等因素综合考虑, 先进行雷击风险评估。严格按照现代防雷技术和防雷规范, 对校舍进行防雷设计。设计方案经过当地气象主管机构核准后, 工程方才准予施工。施工期间, 应由有资质的专业防雷检测机构对防雷装置进行跟踪监测, 及时查找问题和纠正错误。建筑物投入使用前, 其防雷装置须经专业防雷检测机构验收合格。政府部门、学校应统筹安排, 联系有资质的专业防雷检测机构对校舍进行防雷装置定期检测, 评估防雷设施是否符合国家规范要求。根据存在的问题和整改意见进行整改。整改内容可以统筹兼顾, 循序渐进进行。可以视条件先对存在严重隐患的校舍入手以及先从防直击雷装置改造入手。防雷工程中应采用技术和质量均符合国家标准的防雷设备、器件、器材, 避免使用非标准防雷产品和器件。
举办防雷宣传进校园活动。教育和防雷主管机构应多创造机会以简单易懂的形式对学生进行教育。比如以宣传画册、防雷问答等形式向师生讲解个人防雷要点。
防雷无小事, 农村学校的防雷工作更是重要环节。如今各地的新农村建设开展得如火如荼, 希望藉此机会, 能提高社会各界对农村校舍防雷安全的关注度。结合校安工程, 争取将防雷安全法规、规范落实到位, 尽可能避免校园雷灾的发生, 或将雷灾的威胁降到最小。
摘要：我国有着广袤的农村, 农业人口占全国人口一半以上, 但是农村学校与城市学校相比, 在防雷设施上却存在着较大差距。对于众多农村学子来说, 为他们提供安全的学习环境是良好教育的前提, 但是目前农村校舍的防雷安全隐患尤为突出, 时刻威胁着农村师生的安全。
关键词：农村,校舍,防雷
[1] GB50057-2010建筑物防雷设计规范[S].
[2] GB50343-2004建筑物电子信息系统防雷技术规范[S].
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