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，顯然會給人們的生活帶來極大的不便，甚至引起用戶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(tǒng)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(yīng)雷

在雷雨季節(jié)，我國很多地區(qū)特別在南方地區(qū)，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(xiàn)燒毀電子板的情況，且通常燒毀的大部分是電梯控制箱內(nèi)的主微機板或信號處理板。出現(xiàn)此類故障會造成電梯的緊急制動停止，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、通信線路較長，受感應(yīng)的線路較長，這是出現(xiàn)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(rèn)為，應(yīng)該采取以下系統(tǒng)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(yīng)與整個建筑的防直擊雷措施結(jié)合起來。機房頂應(yīng)設(shè)接閃桿、接閃帶(網(wǎng))保護。接閃帶應(yīng)沿機房頂周邊設(shè)置，接閃網(wǎng)可利用頂板內(nèi)的鋼筋，網(wǎng)格尺寸應(yīng)符合對本類防雷建筑的要求。接閃桿與接閃帶(網(wǎng))應(yīng)互相連接，并通過建筑結(jié)構(gòu)柱內(nèi)或剪力墻內(nèi)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(yīng)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(yīng)對電梯機房內(nèi)部電磁場環(huán)境進行驗證計算，以確定是否需要對機房采取附加的外部屏蔽措施。

應(yīng)考慮當(dāng)機房頂遭直接雷擊時，機房內(nèi)的磁場強度應(yīng)不大于800A/m，雷電流取值應(yīng)符合本類防雷建筑的要求，如二類防雷建筑取150kA，三類防雷建筑取100kA，也可根據(jù)地閃觀測資料，取一定區(qū)域內(nèi)的最大觀測值，然后根據(jù)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。

一般來說，對于框架結(jié)構(gòu)的建筑，機房地板、頂板內(nèi)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(nèi)鋼筋構(gòu)成屏蔽網(wǎng)格。但四周墻壁除四角柱子處有鋼筋外，墻壁內(nèi)無鋼筋，需要根據(jù)計算的網(wǎng)格寬度值，采用扁鋼或圓鋼設(shè)置屏蔽網(wǎng)格，并與機房地板、頂板、柱子內(nèi)的鋼筋做好等電位連接，構(gòu)成法拉第籠式的屏蔽。

除了做好機房屏蔽，設(shè)備也應(yīng)做好屏蔽。對于控制箱，應(yīng)與機房內(nèi)設(shè)置的局部等電位接地端子板連接。機房內(nèi)部局部等電位接地端子板通過結(jié)構(gòu)柱內(nèi)鋼筋接地?？刂葡涞耐獠拷饘偕w板應(yīng)蓋好，不得敞開。機房內(nèi)部電源線、控制線等，應(yīng)穿金屬管或金屬線槽敷設(shè)，金屬管、金屬線槽斷開處也應(yīng)進行跨接。

3  接地

電梯軌道上下兩端應(yīng)接地，為此，應(yīng)在電梯井道內(nèi)設(shè)置接地干線，接地干線上下兩端應(yīng)接地，中間每三層與樓板內(nèi)鋼筋做等電位連接。電梯軌道上下兩端與接地干線連接。機房法拉第籠式屏蔽網(wǎng)應(yīng)多點接地。機房內(nèi)的配電箱PE線、電梯控制箱、起重機、金屬管（線槽）、金屬門窗、電源SPD、信號SPD等均應(yīng)與機房內(nèi)的局部等電位接地端子板連接。

4  等電位連接

電梯機房內(nèi)的所有金屬組件，如電梯控制箱、起重機、金屬穿線管（線槽）、配電箱、金屬門窗等均應(yīng)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、金屬線槽與設(shè)備的連接處應(yīng)進行跨接，金屬管、金屬線槽斷開處也應(yīng)跨接。

5  電源和控制線路防雷設(shè)計

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

首先應(yīng)在電梯的電源線路上，分級設(shè)置電源SPD。電源進線的總配電箱（柜）處或變壓器的低壓出線處應(yīng)安裝第一級SPD。第一級SPD應(yīng)采用I級分類實驗的SPD，電壓保護水平不大于2.5kV。由于第一級SPD沿線路距離電梯機房都比較長,且第一級SPD電壓保護水平加上線路上的感應(yīng)電壓，有效電壓保護水平大大超過電梯控制箱的耐壓水平，因此，應(yīng)設(shè)多級SPD。一般電梯機房內(nèi)的配電箱是與總配電箱（柜）或變壓器的低壓出線端直接連接，中間無分配電箱，因此，一般第二級SPD應(yīng)安裝在電梯機房內(nèi)的配電箱內(nèi)。第二級SPD應(yīng)選用Ⅱ級或Ш級實驗的SPD，SPD的電壓保護水平加上兩端引線的感應(yīng)電壓值，應(yīng)小于電梯控制箱的耐壓水平。電梯控制箱應(yīng)盡量靠近機房配電箱，以縮短連接線路的長度，減小感應(yīng)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)生損壞會導(dǎo)致電梯出現(xiàn)瞬時故障，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(tǒng)中的重要電子板進行保護，以有效防止因PLC電子板損壞而造成的電梯瞬時故障。

電梯控制系統(tǒng)主要由調(diào)速部分和邏輯控制部分構(gòu)成。調(diào)速部分的性能對電梯運行時乘客的舒適感有著重要作用，目前，大多選用高性能的變頻器，利用旋轉(zhuǎn)編碼器測量曳引電機轉(zhuǎn)速，構(gòu)成閉環(huán)矢量控制系統(tǒng)。通過對變頻器參數(shù)的合理設(shè)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、低速運行和停止更加平穩(wěn)舒適。變頻器自身的起動、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繁多，各PLC電子板之間線路和相關(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。需要按照實際要保護的對象進行分析，挑選適當(dāng)?shù)碾娪勘Ｗo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路進行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。在實際工程經(jīng)驗來看，大部受雷擊的電子板都是頂層電梯機房內(nèi)的控制柜內(nèi)的PLC電子板，所以是防雷設(shè)計中的重中之重。電梯控制系統(tǒng)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(nèi)電腦主微機板處；（2）PLC電源輸入輸出及信號處理通訊板IO控制線路；（3）控制柜內(nèi)繼電器板各低壓回路的匯總板線路處；（4）由于電梯對講系統(tǒng)一般設(shè)計為總線式設(shè)計，所以在對講主機電源線路及4芯信號處也應(yīng)安裝SPD。

6 結(jié)束語 

電梯的雷電防護，應(yīng)采取系統(tǒng)的防雷措施。從大部分的雷擊電梯事故來看，主要是感應(yīng)雷擊造成電梯故障，因此，應(yīng)重點加強感應(yīng)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，電梯機房內(nèi)的控制柜內(nèi)的PLC電子板，是防雷設(shè)計中的重中之重，必須根據(jù)具體情況，選擇適配的電涌保護器。