多雷區(qū)大型智能化物流中心多級防雷保護的探討

吳家堯

（深圳市能億建設工程有限公司）

1 工程概況

深圳某皮革皮具原輔料物流區(qū)二期占地面積43776.7㎡，總建筑面積為38.26 萬㎡，是深圳當時最大的單體建筑。該工程地上六層，地下兩層，主要為皮革原輔料的展示區(qū)、倉儲物流區(qū)、設備庫房和停車庫。每層設A、B、C、D、E、F、G、H八個區(qū)。深圳市年平均雷暴日為63.1d/a，以6～9月份最多，屬多雷區(qū)。

2 大型智能化物流中心的多層防雷保護介紹

2.1 建筑物防雷（防直擊雷）

本建筑物采用法拉第籠式防雷體系，按二類防雷建筑物設防。建筑物防直擊雷的接閃器采用屋頂沿女兒墻及挑檐突出部位敷設的避雷帶，以及在屋面隔熱層和細石混凝土保護層之間敷設的不大于10m×10m 或8×12m 的網(wǎng)格的40×4 鍍鋅扁鋼[2]。所有出屋面的金屬管道、屋頂四周鋼結構飄蓬、各分區(qū)中庭上方的網(wǎng)架結構及設施均與避雷網(wǎng)焊接。

2.2 防雷電感應和等電位聯(lián)結

2.2.1 本工程防雷電感應主要采用等電位聯(lián)結

等電位聯(lián)結采用M型—網(wǎng)格形結構接至共用接地系統(tǒng)的等電位連接網(wǎng)絡，電氣豎井和機房等局部房間采用S型—星形結構，即規(guī)范規(guī)定的組合1型等電位連接網(wǎng)絡。在每層A、B、C、D、E、F、G、H八個區(qū)的電氣豎井，以及弱電機房、監(jiān)控中心、變配電房、高壓配電房、電梯機房等處設置等電位端子箱。

2.2.2 防雷擊電磁脈沖的等電位聯(lián)結

在LPZ0A 區(qū)或LPZ0B 區(qū)與LPZ1 區(qū)的界面處，所有進入建筑物的外來導電物，所有進出建筑物的金屬管道、空調通風金屬管道及建筑物的金屬構件（含）進行等電位聯(lián)結。具體為：對進入建筑物的金屬管道及電纜，將管道和電纜的鎧裝金屬外皮在入口處與防雷接地網(wǎng)相聯(lián)接，對引入大樓內(nèi)的交流電力線路采用地下暗敷的電力電纜，其鎧裝金屬護套的兩端均作良好接地，以防止雷電波入侵。

2.2.3 電氣設備TN-S系統(tǒng)的接地與等電位聯(lián)結

本工程低壓配電系統(tǒng)為TN-S系統(tǒng)。根據(jù)TN-S系統(tǒng)要求，變壓器低壓側中性點與接地裝置可靠電氣連接，同時變電所的電氣設備、變壓器的機殼等也須可靠接地。大樓內(nèi)所有交直流用電及配電設備均采取接地保護。在各個豎井內(nèi)敷設一條40×4 鍍鋅扁鋼與基礎接地體相連。沿電纜橋架敷設一根40×4的鍍鋅扁鋼，電纜橋架或線槽每隔15m 做一次重復接地。建筑物內(nèi)電氣設備外露可導電部分、金屬管路、支吊架、電纜橋架、金屬線槽、電力電纜的金屬外護層等做等電位聯(lián)結[2]。

2.2.4 信息系統(tǒng)的等電位聯(lián)結

信息系統(tǒng)機房內(nèi)弱電設備較多，機房的防靜電地板、以及弱電系統(tǒng)的金屬箱體（殼體）和機架等應進行等電位聯(lián)結，并形成等電位網(wǎng)絡，與建筑物的接地系統(tǒng)可靠連接，形成共用接地系統(tǒng)。

2.3 電源系統(tǒng)防雷保護

對10kV 的高壓電源系統(tǒng)，采用高壓避雷器，設置在高壓開關柜內(nèi)或者變壓器高壓側。對380V 低壓電源系統(tǒng)，采用大容通量的電源防雷器，設置在變壓器低壓側。對電氣各子系統(tǒng)的用電設備，根據(jù)雷電電磁脈沖的防護和各級電源系統(tǒng)雷電及過電壓保護要求，以及國際標準和國家規(guī)范規(guī)定，室內(nèi)按照三個防雷區(qū)考慮，采取三級防雷保護措施，以避免單級防雷保護能力不足引起設備損壞，預防因雷電流過大而導致的泄流后殘壓過大。通過采用電源系統(tǒng)多級防雷保護，有效防范了各級雷電、過電壓侵襲，保護了人和設備的安全（見圖1）[1]。

圖1 室內(nèi)三個防雷分區(qū)電源系統(tǒng)多級保護示意圖

圖 2 模擬信號電纜屏蔽線單端接地示意圖

2.3.1 電源第一級防雷保護

對配電回路的第一級電源防護，在配電室低壓側（380V）總配電箱設置1 套德國OBO V25-B/3+NPE 電源防雷器。在浪涌保護器前設置空氣開關，防止浪涌保護器遭受雷擊損壞，造成電源對地短路。

在LPZOA 或LPZ0B 區(qū)與LPZ1 區(qū)交界處，根據(jù)國際標準和國家規(guī)范對浪涌保護器（SPD）的要求，在入室線路上設置SPD。對有屏蔽層的線路，每個SPD 的雷電流依據(jù)雷電流的幅值的30%取值，參照本工程建筑物為二類防雷建筑物，其首次雷電流幅值應為150kA，因此每線分配電流為：In=[150kA×30%]÷4=11.25kA，結合規(guī)范要求，每線標稱放電電流不宜小于15kA。同時，依據(jù)國際標準和國家規(guī)范對浪涌保護器的要求，浪涌保護器需將數(shù)十千伏的感應雷擊過電壓限制到4kV以下[1、5]。

2.3.2 電源第二級防雷保護

對配電回路的第二級電源防護，在監(jiān)控中心機房配電箱設置1 套德國OBO V20-C/3+NPE 電源防雷器。同樣在浪涌保護器前設置空氣開關。

根據(jù)雷電分流理論，在LPZ1區(qū)使用電涌保護器（SPD）要求通流容量為20KA（8/20μs 波形）。本工程電源采用通流容量為40kA 的電涌保護器進行加強保護，以重點防護特殊區(qū)域。

2.3.3 電源第三級防雷保護

對電源的第三級防雷保護，在弱電設備及其他小型精密設備的電源開關處設置OBO CNS 3-DPRC 電源防雷插座。在LPZ2-LPZ3 區(qū)內(nèi)，根據(jù)國際標準和國家規(guī)范對浪涌保護器的要求，浪涌保護器可將浪涌電壓限制在一千多伏，防雷器通流容量（8/20μs）不小于10kA。

2.4 信號線路防雷保護

本工程在設備進線處采用信號電涌保護器進行防護，其通流容量（8/20μs 波形）為3kA，可將數(shù)千伏的線路感應雷擊過電壓限制至設備允許值[5]。

2.4.1 視頻信號系統(tǒng)的保護

本工程中，各類視頻同軸線路或以太網(wǎng)同軸線路的浪涌過電壓精細保護采用德國OBO KoaxB-E2/MF-F防雷器，以防止開關操作或雷電導致的浪涌過電壓的損壞。OBO KoaxB-E2/MF-F 防雷器內(nèi)部采用兩極組合保護電路：大容量放電管和快速箝位二極管。前級大容量放電管可承受大雷電流的沖擊，保證了防雷器具有較大的通流容量；后級快速箝位二極管將剩余的浪涌過電壓限制在很小的范圍，以保證后端設備即使在大雷電的沖擊下仍安全運行。

2.4.2 監(jiān)控系統(tǒng)云臺控制線及485總線的防雷保護

云臺與監(jiān)控中心的連接一般采用485 控制線。本工程485控制線的防護選用德國OBO FLD-5防雷器。該避雷器內(nèi)部設計了兩級保護電路：前級的氣體放電管、壓敏電阻和后級的箝位二極管。前級確保防雷器通流容量大，后級有極短的箝位時間和較低的保護水平，確保防雷器保護電壓低，在大雷電流來襲時也能確保設備的安全運行。

2.4.3 末端電源防雷

攝像機的電源一般采用DC 12V 或AC220V 電壓。采用德國OBO VF 12/VF 230防雷器進行保護。

2.5 合理綜合布線

大樓中的電源和通信的主干線一般布置在大樓的中心部位（電纜井）。但是，防雷引下線鋼筋和全樓的屏蔽網(wǎng)鋼筋一般采用建筑外墻處的建筑結構主鋼筋，在有雷電流引入接地裝置時，外墻處的電流密度大，電磁場強。本工程中，建筑內(nèi)的各種饋線一般穿金屬管保護、雙層屏蔽電纜和同軸電纜等防護措施。采用橋架敷設時，不同的信號電纜敷設在不同的橋架，并且無源纜線與有源電纜分開鋪設；必須在同一橋架內(nèi)敷設時，橋架中間設置金屬隔板。消防報警系統(tǒng)和綜合布線系統(tǒng)采用獨立的線槽。其他弱電系統(tǒng)共用一根線槽，廣播系統(tǒng)（PA）和弱電電源采用同槽分隔方式。弱電電纜與其他低電壓電纜合用橋架時，選擇具有外屏蔽層的弱電電纜，避免干擾。

①模擬量信號線屏蔽層單端接地。在空調自控系統(tǒng)和BA 系統(tǒng)中，將模擬量信號線屏蔽層單端接地，防止產(chǎn)生耦合干擾問題（見圖2）[5]。

②數(shù)字量信號或差分量信號線屏蔽層雙端接地（如RS232 和RS485 通訊信號）。在弱電系統(tǒng)中，存在大量數(shù)字量信號或差分量信號屏蔽電纜，將其屏蔽層雙端接地，很好地抑制高頻干擾問題（見圖3）。

圖3 數(shù)字信號電纜屏蔽線雙端接地示意圖

2.6 防雷器使用中的注意事項

①防雷保護器接地須直接接到接地母線，接地線要盡可能短、直，并與接地裝置可靠連接。②信號防雷器連接方向須與數(shù)據(jù)進線方向相同。③數(shù)據(jù)傳輸線類型的選擇要依據(jù)保護器的類型。

3 大型物流中心的接地系統(tǒng)

3.1 接地裝置

本工程利用結構樁基及底板內(nèi)鋼筋做接地裝置。利用工程的結構樁基——預應力管樁，在管樁樁頭切割時將設計有引下線的承臺的管樁中的兩個主筋預留出來，和承臺內(nèi)鋼筋連接，且在承臺內(nèi)，將兩圈鋼筋做閉環(huán)電氣連接，作為垂直接地體。最后利用底板鋼筋沿底板四周連成環(huán)形接地帶，各作為垂直接地體的承臺內(nèi)鋼筋與環(huán)形接地帶連接[3]。

3.2 共用接地系統(tǒng)

本工程接地系統(tǒng)包括防直擊雷的接地系統(tǒng)、防雷電感應的接地系統(tǒng)、電氣設備TN-S系統(tǒng)的接地系統(tǒng)、信息系統(tǒng)的接地系統(tǒng)等，所有接地系統(tǒng)共用接地裝置。

3.3 接地電阻

按設計和規(guī)范要求，本建筑物的共用接地系統(tǒng)的接地電阻不大于1Ω，經(jīng)實際測量小于0.5Ω。在室外設置600mm×600mm×60mm 接地電阻測試井，各處檢測點分別直接引至地下結構底板處[4]。

4 結語

作為一個大型智能化物流中心，本工程的防雷保護是完備的，也在實踐中得到了很好的驗證。工程通過對直擊雷、感應雷、雷電電磁脈沖的防護，采取避雷帶、避雷網(wǎng)、等電位聯(lián)結、電源的三級防護，信號線路的保護和合理布線等措施，建立了多層防雷保護體系，有效地保護了建筑物、設備和人身安全。特別是電子信息系統(tǒng)的三級全方位防雷防護，彌補了弱電防雷保護的不足，防范了各級雷電、過電壓的侵襲，保證了智能化建筑的可靠穩(wěn)定運行。