多雷区大型智能化物流中心多级防雷保护的探讨

吴家尧

（深圳市能亿建设工程有限公司）

1 工程概况

深圳某皮革皮具原辅料物流区二期占地面积43776.7㎡，总建筑面积为38.26 万㎡，是深圳当时最大的单体建筑。该工程地上六层，地下两层，主要为皮革原辅料的展示区、仓储物流区、设备库房和停车库。每层设A、B、C、D、E、F、G、H八个区。深圳市年平均雷暴日为63.1d/a，以6～9月份最多，属多雷区。

2 大型智能化物流中心的多层防雷保护介绍

2.1 建筑物防雷（防直击雷）

本建筑物采用法拉第笼式防雷体系，按二类防雷建筑物设防。建筑物防直击雷的接闪器采用屋顶沿女儿墙及挑檐突出部位敷设的避雷带，以及在屋面隔热层和细石混凝土保护层之间敷设的不大于10m×10m 或8×12m 的网格的40×4 镀锌扁钢[2]。所有出屋面的金属管道、屋顶四周钢结构飘蓬、各分区中庭上方的网架结构及设施均与避雷网焊接。

2.2 防雷电感应和等电位联结

2.2.1 本工程防雷电感应主要采用等电位联结

等电位联结采用M型—网格形结构接至共用接地系统的等电位连接网络，电气竖井和机房等局部房间采用S型—星形结构，即规范规定的组合1型等电位连接网络。在每层A、B、C、D、E、F、G、H八个区的电气竖井，以及弱电机房、监控中心、变配电房、高压配电房、电梯机房等处设置等电位端子箱。

2.2.2 防雷击电磁脉冲的等电位联结

在LPZ0A 区或LPZ0B 区与LPZ1 区的界面处，所有进入建筑物的外来导电物，所有进出建筑物的金属管道、空调通风金属管道及建筑物的金属构件（含）进行等电位联结。具体为：对进入建筑物的金属管道及电缆，将管道和电缆的铠装金属外皮在入口处与防雷接地网相联接，对引入大楼内的交流电力线路采用地下暗敷的电力电缆，其铠装金属护套的两端均作良好接地，以防止雷电波入侵。

2.2.3 电气设备TN-S系统的接地与等电位联结

本工程低压配电系统为TN-S系统。根据TN-S系统要求，变压器低压侧中性点与接地装置可靠电气连接，同时变电所的电气设备、变压器的机壳等也须可靠接地。大楼内所有交直流用电及配电设备均采取接地保护。在各个竖井内敷设一条40×4 镀锌扁钢与基础接地体相连。沿电缆桥架敷设一根40×4的镀锌扁钢，电缆桥架或线槽每隔15m 做一次重复接地。建筑物内电气设备外露可导电部分、金属管路、支吊架、电缆桥架、金属线槽、电力电缆的金属外护层等做等电位联结[2]。

2.2.4 信息系统的等电位联结

信息系统机房内弱电设备较多，机房的防静电地板、以及弱电系统的金属箱体（壳体）和机架等应进行等电位联结，并形成等电位网络，与建筑物的接地系统可靠连接，形成共用接地系统。

2.3 电源系统防雷保护

对10kV 的高压电源系统，采用高压避雷器，设置在高压开关柜内或者变压器高压侧。对380V 低压电源系统，采用大容通量的电源防雷器，设置在变压器低压侧。对电气各子系统的用电设备，根据雷电电磁脉冲的防护和各级电源系统雷电及过电压保护要求，以及国际标准和国家规范规定，室内按照三个防雷区考虑，采取三级防雷保护措施，以避免单级防雷保护能力不足引起设备损坏，预防因雷电流过大而导致的泄流后残压过大。通过采用电源系统多级防雷保护，有效防范了各级雷电、过电压侵袭，保护了人和设备的安全（见图1）[1]。

图1 室内三个防雷分区电源系统多级保护示意图

图 2 模拟信号电缆屏蔽线单端接地示意图

2.3.1 电源第一级防雷保护

对配电回路的第一级电源防护，在配电室低压侧（380V）总配电箱设置1 套德国OBO V25-B/3+NPE 电源防雷器。在浪涌保护器前设置空气开关，防止浪涌保护器遭受雷击损坏，造成电源对地短路。

在LPZOA 或LPZ0B 区与LPZ1 区交界处，根据国际标准和国家规范对浪涌保护器（SPD）的要求，在入室线路上设置SPD。对有屏蔽层的线路，每个SPD 的雷电流依据雷电流的幅值的30%取值，参照本工程建筑物为二类防雷建筑物，其首次雷电流幅值应为150kA，因此每线分配电流为：In=[150kA×30%]÷4=11.25kA，结合规范要求，每线标称放电电流不宜小于15kA。同时，依据国际标准和国家规范对浪涌保护器的要求，浪涌保护器需将数十千伏的感应雷击过电压限制到4kV以下[1、5]。

2.3.2 电源第二级防雷保护

对配电回路的第二级电源防护，在监控中心机房配电箱设置1 套德国OBO V20-C/3+NPE 电源防雷器。同样在浪涌保护器前设置空气开关。

根据雷电分流理论，在LPZ1区使用电涌保护器（SPD）要求通流容量为20KA（8/20μs 波形）。本工程电源采用通流容量为40kA 的电涌保护器进行加强保护，以重点防护特殊区域。

2.3.3 电源第三级防雷保护

对电源的第三级防雷保护，在弱电设备及其他小型精密设备的电源开关处设置OBO CNS 3-DPRC 电源防雷插座。在LPZ2-LPZ3 区内，根据国际标准和国家规范对浪涌保护器的要求，浪涌保护器可将浪涌电压限制在一千多伏，防雷器通流容量（8/20μs）不小于10kA。

2.4 信号线路防雷保护

本工程在设备进线处采用信号电涌保护器进行防护，其通流容量（8/20μs 波形）为3kA，可将数千伏的线路感应雷击过电压限制至设备允许值[5]。

2.4.1 视频信号系统的保护

本工程中，各类视频同轴线路或以太网同轴线路的浪涌过电压精细保护采用德国OBO KoaxB-E2/MF-F防雷器，以防止开关操作或雷电导致的浪涌过电压的损坏。OBO KoaxB-E2/MF-F 防雷器内部采用两极组合保护电路：大容量放电管和快速箝位二极管。前级大容量放电管可承受大雷电流的冲击，保证了防雷器具有较大的通流容量；后级快速箝位二极管将剩余的浪涌过电压限制在很小的范围，以保证后端设备即使在大雷电的冲击下仍安全运行。

2.4.2 监控系统云台控制线及485总线的防雷保护

云台与监控中心的连接一般采用485 控制线。本工程485控制线的防护选用德国OBO FLD-5防雷器。该避雷器内部设计了两级保护电路：前级的气体放电管、压敏电阻和后级的箝位二极管。前级确保防雷器通流容量大，后级有极短的箝位时间和较低的保护水平，确保防雷器保护电压低，在大雷电流来袭时也能确保设备的安全运行。

2.4.3 末端电源防雷

摄像机的电源一般采用DC 12V 或AC220V 电压。采用德国OBO VF 12/VF 230防雷器进行保护。

2.5 合理综合布线

大楼中的电源和通信的主干线一般布置在大楼的中心部位（电缆井）。但是，防雷引下线钢筋和全楼的屏蔽网钢筋一般采用建筑外墙处的建筑结构主钢筋，在有雷电流引入接地装置时，外墙处的电流密度大，电磁场强。本工程中，建筑内的各种馈线一般穿金属管保护、双层屏蔽电缆和同轴电缆等防护措施。采用桥架敷设时，不同的信号电缆敷设在不同的桥架，并且无源缆线与有源电缆分开铺设；必须在同一桥架内敷设时，桥架中间设置金属隔板。消防报警系统和综合布线系统采用独立的线槽。其他弱电系统共用一根线槽，广播系统（PA）和弱电电源采用同槽分隔方式。弱电电缆与其他低电压电缆合用桥架时，选择具有外屏蔽层的弱电电缆，避免干扰。

①模拟量信号线屏蔽层单端接地。在空调自控系统和BA 系统中，将模拟量信号线屏蔽层单端接地，防止产生耦合干扰问题（见图2）[5]。

②数字量信号或差分量信号线屏蔽层双端接地（如RS232 和RS485 通讯信号）。在弱电系统中，存在大量数字量信号或差分量信号屏蔽电缆，将其屏蔽层双端接地，很好地抑制高频干扰问题（见图3）。

图3 数字信号电缆屏蔽线双端接地示意图

2.6 防雷器使用中的注意事项

①防雷保护器接地须直接接到接地母线，接地线要尽可能短、直，并与接地装置可靠连接。②信号防雷器连接方向须与数据进线方向相同。③数据传输线类型的选择要依据保护器的类型。

3 大型物流中心的接地系统

3.1 接地装置

本工程利用结构桩基及底板内钢筋做接地装置。利用工程的结构桩基——预应力管桩，在管桩桩头切割时将设计有引下线的承台的管桩中的两个主筋预留出来，和承台内钢筋连接，且在承台内，将两圈钢筋做闭环电气连接，作为垂直接地体。最后利用底板钢筋沿底板四周连成环形接地带，各作为垂直接地体的承台内钢筋与环形接地带连接[3]。

3.2 共用接地系统

本工程接地系统包括防直击雷的接地系统、防雷电感应的接地系统、电气设备TN-S系统的接地系统、信息系统的接地系统等，所有接地系统共用接地装置。

3.3 接地电阻

按设计和规范要求，本建筑物的共用接地系统的接地电阻不大于1Ω，经实际测量小于0.5Ω。在室外设置600mm×600mm×60mm 接地电阻测试井，各处检测点分别直接引至地下结构底板处[4]。

4 结语

作为一个大型智能化物流中心，本工程的防雷保护是完备的，也在实践中得到了很好的验证。工程通过对直击雷、感应雷、雷电电磁脉冲的防护，采取避雷带、避雷网、等电位联结、电源的三级防护，信号线路的保护和合理布线等措施，建立了多层防雷保护体系，有效地保护了建筑物、设备和人身安全。特别是电子信息系统的三级全方位防雷防护，弥补了弱电防雷保护的不足，防范了各级雷电、过电压的侵袭，保证了智能化建筑的可靠稳定运行。