電梯防雷保護探討
摘要：電梯作為高層建筑的主要垂直交通工具，給人們的生活帶了極大便利。而電梯一旦遭受雷擊發(fā)生故障，顯然會(huì )給人們的生活帶來(lái)極大的不便，甚至引起用戶(hù)的恐慌和人員傷亡等重大事故，對電梯的防雷保護必須引起足夠的重視。本文從系統防雷的角度出發(fā)，在電梯防直擊雷、防雷擊電磁脈沖和防閃電電涌等方面，提出了一些防護措施，以供同行探討。

關(guān)鍵詞：電梯；雷電防護；直擊雷；感應雷

在雷雨季節，我國很多地區特別在南方地區，電梯遭受雷擊而發(fā)生故障停梯的情況經(jīng)常發(fā)生，其中不乏伴隨出現燒毀電子板的情況，且通常燒毀的大部分是電梯控制箱內的主微機板或信號處理板。出現此類(lèi)故障會(huì )造成電梯的緊急制動(dòng)停止，并有可能對電梯乘客造成恐慌甚至受傷。特別是高層電梯，電源線(xiàn)、通信線(xiàn)路較長(cháng)，受感應的線(xiàn)路較長(cháng)，這是出現雷擊停梯故障甚至燒毀電子板的主要原因。那么如何對高層建筑中的電梯采取防雷措施呢？筆者認為，應該采取以下系統的防雷措施。

1 電梯機房的防直擊雷措施

電梯機房位于建筑頂層，其防直擊雷措施應與整個(gè)建筑的防直擊雷措施結合起來(lái)。機房頂應設接閃桿、接閃帶(網(wǎng))保護。接閃帶應沿機房頂周邊設置，接閃網(wǎng)可利用頂板內的鋼筋，網(wǎng)格尺寸應符合對本類(lèi)防雷建筑的要求。接閃桿與接閃帶(網(wǎng))應互相連接，并通過(guò)建筑結構柱內或剪力墻內的鋼筋，與建筑接地裝置連接。

2 屏蔽措施

電梯機房、電梯井的位置，應選擇在建筑中間核心部位，這樣可以利用建筑本身的鋼筋之間的等電位連接，形成初級屏蔽。不宜選擇在靠外墻部位。應對電梯機房?jì)炔侩姶艌?chǎng)環(huán)境進(jìn)行驗證計算，以確定是否需要對機房采取附加的外部屏蔽措施。

應考慮當機房頂遭直接雷擊時(shí)，機房?jì)鹊拇艌?chǎng)強度應不大于800A/m，雷電流取值應符合本類(lèi)防雷建筑的要求，如二類(lèi)防雷建筑取150kA，三類(lèi)防雷建筑取100kA，也可根據地閃觀(guān)測資料，取一定區域內的最大觀(guān)測值，然后根據GB 50057-2010第6.3.2條第4款、第5款，計算屏蔽網(wǎng)格的寬度和安全距離值。

一般來(lái)說(shuō)，對于框架結構的建筑，機房地板、頂板內都有縱橫交錯的鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格尺寸也比較小，可以利用板內鋼筋構成屏蔽網(wǎng)格。但四周墻壁除四角柱子處有鋼筋外，墻壁內無(wú)鋼筋，需要根據計算的網(wǎng)格寬度值，采用扁鋼或圓鋼設置屏蔽網(wǎng)格，并與機房地板、頂板、柱子內的鋼筋做好等電位連接，構成法拉第籠式的屏蔽。

除了做好機房屏蔽，設備也應做好屏蔽。對于控制箱，應與機房?jì)仍O置的局部等電位接地端子板連接。機房?jì)炔烤植康入娢唤拥囟俗影逋ㄟ^(guò)結構柱內鋼筋接地?？刂葡涞耐獠拷饘偕w板應蓋好，不得敞開(kāi)。機房?jì)炔侩娫淳€(xiàn)、控制線(xiàn)等，應穿金屬管或金屬線(xiàn)槽敷設，金屬管、金屬線(xiàn)槽斷開(kāi)處也應進(jìn)行跨接。

3  接地

電梯軌道上下兩端應接地，為此，應在電梯井道內設置接地干線(xiàn)，接地干線(xiàn)上下兩端應接地，中間每三層與樓板內鋼筋做等電位連接。電梯軌道上下兩端與接地干線(xiàn)連接。機房法拉第籠式屏蔽網(wǎng)應多點(diǎn)接地。機房?jì)鹊呐潆娤銹E線(xiàn)、電梯控制箱、起重機、金屬管（線(xiàn)槽）、金屬門(mén)窗、電源SPD、信號SPD等均應與機房?jì)鹊木植康入娢唤拥囟俗影暹B接。

4  等電位連接

電梯機房?jì)鹊乃薪饘俳M件，如電梯控制箱、起重機、金屬穿線(xiàn)管（線(xiàn)槽）、配電箱、金屬門(mén)窗等均應與等電位接地端子板連接，并組成S型等電位連接網(wǎng)絡(luò )。金屬管、金屬線(xiàn)槽與設備的連接處應進(jìn)行跨接，金屬管、金屬線(xiàn)槽斷開(kāi)處也應跨接。

5  電源和控制線(xiàn)路防雷設計

電源和控制線(xiàn)路除了做好屏蔽措施外，還應分級設置SPD。安裝SPD的目的是防止閃電電涌和雷電感應過(guò)電壓沿線(xiàn)路傳遞到設備端而損壞設備，是雷電損壞電子設備的主要形式。

首先應在電梯的電源線(xiàn)路上，分級設置電源SPD。電源進(jìn)線(xiàn)的總配電箱（柜）處或變壓器的低壓出線(xiàn)處應安裝第一級SPD。第一級SPD應采用I級分類(lèi)實(shí)驗的SPD，電壓保護水平不大于2.5kV。由于第一級SPD沿線(xiàn)路距離電梯機房都比較長(cháng),且第一級SPD電壓保護水平加上線(xiàn)路上的感應電壓，有效電壓保護水平大大超過(guò)電梯控制箱的耐壓水平，因此，應設多級SPD。一般電梯機房?jì)鹊呐潆娤涫桥c總配電箱（柜）或變壓器的低壓出線(xiàn)端直接連接，中間無(wú)分配電箱，因此，一般第二級SPD應安裝在電梯機房?jì)鹊呐潆娤鋬?。第二級SPD應選用Ⅱ級或Ш級實(shí)驗的SPD，SPD的電壓保護水平加上兩端引線(xiàn)的感應電壓值，應小于電梯控制箱的耐壓水平。電梯控制箱應盡量靠近機房配電箱，以縮短連接線(xiàn)路的長(cháng)度，減小感應電壓。

考慮電梯微機電源或信號采集部分大都為低壓工作回路，承受瞬間高電壓沖擊的能力不強，如果發(fā)生損壞會(huì )導致電梯出現瞬時(shí)故障，造成乘客受困甚至受傷的情況，故有必要引入第三級電涌保護器對控制系統中的重要電子板進(jìn)行保護，以有效防止因PLC電子板損壞而造成的電梯瞬時(shí)故障。

電梯控制系統主要由調速部分和邏輯控制部分構成。調速部分的性能對電梯運行時(shí)乘客的舒適感有著(zhù)重要作用，目前，大多選用高性能的變頻器，利用旋轉編碼器測量曳引電機轉速，構成閉環(huán)矢量控制系統。通過(guò)對變頻器參數的合理設置，不僅使電梯在運行超速和缺相等方面具備了保護功能，而且使電梯的起動(dòng)、低速運行和停止更加平穩舒適。變頻器自身的起動(dòng)、停止和電機給定速度選擇則都有邏輯控制部分完成，因此，邏輯控制部分是電梯安全可靠運行的關(guān)鍵。

針對電梯使用的電子板種類(lèi)繁多，各PLC電子板之間線(xiàn)路和相關(guān)電氣性能有較大差異，而且每種電子板上存在不同電壓級別的電源回路及信號回路。需要按照實(shí)際要保護的對象進(jìn)行分析，挑選適當的電涌保護器保護電子板。對在電子板的工作電壓和控制電路電壓中的各等級供電線(xiàn)路進(jìn)行SPD保護，并且SPD的額定電壓必須與保護的回路電壓等級相匹配。在實(shí)際工程經(jīng)驗來(lái)看，大部受雷擊的電子板都是頂層電梯機房?jì)鹊目刂乒駜鹊腜LC電子板，所以是防雷設計中的重中之重。電梯控制系統中，一般采用4芯式的通訊電纜，其中2根傳輸電源，另2根傳輸CAN-bus信號。SPD主要安裝在以下位置：（1）控制柜內電腦主微機板處；（2）PLC電源輸入輸出及信號處理通訊板IO控制線(xiàn)路；（3）控制柜內繼電器板各低壓回路的匯總板線(xiàn)路處；（4）由于電梯對講系統一般設計為總線(xiàn)式設計，所以在對講主機電源線(xiàn)路及4芯信號處也應安裝SPD。

6 結束語(yǔ) 

電梯的雷電防護，應采取系統的防雷措施。從大部分的雷擊電梯事故來(lái)看，主要是感應雷擊造成電梯故障，因此，應重點(diǎn)加強感應雷擊的防護，綜合采取屏蔽、接地、等電位連接、安裝SPD等措施。其中，電梯機房?jì)鹊目刂乒駜鹊腜LC電子板，是防雷設計中的重中之重，必須根據具體情況，選擇適配的電涌保護器。