高層建筑電梯防雷工程

陳 剛, 黃冠軍

(1.湖南省氣象局, 湖南 武漢 410125;2.湖南省郴州市氣象局, 湖南 郴州 426100)

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高層建筑電梯防雷工程

陳 剛1, 黃冠軍2

(1.湖南省氣象局, 湖南 武漢 410125;2.湖南省郴州市氣象局, 湖南 郴州 426100)

介紹了高層建筑中電梯防雷的特點,從防直擊雷、屏蔽及布線、共用接地、等電位聯(lián)結、合理安裝電涌保護器等方面探討了電梯防雷的主要措施,闡述了電梯運行維護的注意事項。提出電梯機房操控柜內的PLC電路板是高層建筑中電梯防雷設計的重點,要依據實際工程項目情況,選擇適配的電涌保護器。

高層建筑; 電梯; 防雷措施; 等電位聯(lián)結

0 引 言

隨著現(xiàn)代高層建筑的迅速發(fā)展,電梯已成為人們日常生活中必不可少的垂直交通工具。在電梯設備智能化水平迅速提高的同時,電梯的雷擊事故呈上升趨勢。在雷暴季節(jié),電梯遭受雷擊而發(fā)生故障停機的情況經常發(fā)生,其中不乏伴隨出現(xiàn)燒毀電路板的情況,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(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。因而,對高層建筑的電梯防雷工程應給予高度重視和強化落實。

1 電梯防雷特點

1.1 電梯結構特點

電梯主要由曳引機、控制柜、轎廂、門、導軌、限速器、緩沖器、對重裝置、隨行電纜和曳引機鋼絲繩等部件組成,而電源系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、通信系統(tǒng)及動力系統(tǒng)共同控制電梯的正常運行。電梯按照其位置,可分為電梯機房、井道、轎廂、層站,機房一般位于電梯井道的頂部,電梯的控制和動力系統(tǒng)均安裝在此。機房防雷是電梯防雷的重點。

1.2 電梯電路特點

目前,電梯設備的功能化和智能化程度有了很大提升,交流變頻調速、PLC控制單元、智能網絡等技術的應用越來越普遍。這些高精密的電子、電力設備具有大量的半導體集成電路和敏感器件,其耐受瞬間過電壓能力極低。同時由于高層建筑的雷擊概率比較高,電梯設備的安裝位置一般在建筑物的頂層或者比較暴露的部位,電梯井也往往被利用為電力或通信線路的走線通道,因此在雷暴季節(jié),電梯遭受雷擊而發(fā)生故障停梯的情況經常發(fā)生。

1.3 雷電入侵電梯的主要途徑

雷電入侵建筑物和弱電設備的途徑較多,主要有雷電直擊電涌侵入、地電位反擊、雷電感應3種途徑?，F(xiàn)代智能建筑都有較好的外部防雷裝置和良好的接地系統(tǒng),危害建筑物弱電設備最常見的途徑是地電位反擊和雷電感應。地電位反擊是因為強大的雷電流在接地電阻和引下線上造成很高的電阻和感應電壓降,使無雷擊時處于低電位的接地裝置或與之相連的金屬物體出現(xiàn)很高的電位,使設備發(fā)生擊穿。雷電感應是指雷電直接擊在建筑物上或附近,雷電流通道的電磁場對建筑物外部和內部都會產生空間感應。如果建筑物、電梯機房和管線無屏蔽在建筑物和設備的某些部位上感應很高的電動勢,則危害電梯設備。雷電感應往往通過弱電設備的電源線、信號線進入,出現(xiàn)過電壓,繼而擊穿設備敏感的微電子器件,從而設備電源中斷、通信中斷、元件模塊燒毀等,直接造成電梯主板的損壞。

2 電梯防雷的主要措施

2.1 電梯機房直擊雷防護

電梯機房位于建筑物頂層,其直擊雷防護應與整個建筑物的直擊雷防護結合起來,機房頂應設接閃桿、接閃帶(網)維護。接閃帶應沿機房頂周邊設置,接閃網可運用頂板內的鋼筋,網格尺度應符合對本類防雷修建的需求。接閃桿與接閃帶(網)應相互連接,并經過修建布局柱內或剪力墻內的鋼筋,與修建接地裝置連接。

2.2 屏蔽措施

電梯機房、電梯井的方位應選在建筑物中心部位,不宜選在靠外墻部位,這樣能運用建筑物鋼筋之間的等電位聯(lián)結,構成初級屏蔽。應對電梯機房內部電磁場環(huán)境進行驗證核算,以斷定是不是需要對機房采取附加的外部屏蔽措施。

當機房頂遭直接雷擊時,按照GB 50174—2008《電子計算機機房設計規(guī)范》要求,機房內的磁場強度應不大于800 A/m,雷電流取值應符合本類防雷建筑物的需求,如二類防雷建筑物取150 kA,三類防雷建筑物取100 kA,也可依據地閃觀測材料,取特定區(qū)域內的最大觀測值。依據GB 50057—2010《建筑物防雷設計規(guī)范》[1]第6.3.2條第4款、第5款,核算屏蔽網格的寬度和安全間隔值。

通常框架布局的建筑物,機房地板、頂板內都有縱橫交錯的鋼筋網,網格尺度較小,能夠運用板內鋼筋構成屏蔽網格。附近墻面除四角柱子處有鋼筋外,墻面內無鋼筋,需依據核算的網格寬度值,選用扁鋼或圓鋼設置屏蔽網格,并與機房地板、頂板、柱子內的鋼筋做好等電位聯(lián)結,構成法拉第籠式屏蔽[2]。

除了機房屏蔽,設備也應屏蔽。對于操控箱,應與機房內設置的等電位接地端子板連接。機房內部等電位接地端子板經過布局柱內鋼筋接地。操控箱的外部金屬蓋板應蓋好,不得打開。機房內部電源線、操控線等應穿金屬管或金屬線槽敷設,金屬管、金屬線槽斷開處也應進行跨接。

2.3 防雷接地

電梯軌跡上下兩頭應接地,在電梯井道內設置接地主干線,接地主干線上下兩頭應接地,中間每三層與樓板內鋼筋做等電位聯(lián)結。電梯軌跡上下兩頭與接地主干線連接。機房法拉第籠式屏蔽網應多點接地。機房內的配電箱PE線、電梯操控箱、起重機、金屬管(線槽)、金屬門窗、電源電涌保護器(Surge Protective Device,SPD)、信號SPD等均應與機房內的等電位接地端子板聯(lián)結。

2.4 等電位聯(lián)結

電梯機房內的金屬組件,如電梯操控箱、起重機、金屬穿線管(線槽)、配電箱、金屬門窗等均應與等電位接地端子板聯(lián)結,并組成S型等電位聯(lián)結網絡。金屬管、金屬線槽與設備的銜接處應進行跨接,金屬管、金屬線槽斷開處也應跨接。

2.5 電源和操控線路防雷措施

電源和操控線路除了做好屏蔽外,還應分級設置SPD,避免閃電電涌和雷電感應過電壓沿線路傳遞到設備端而損壞設備,是避免雷電損壞電子設備的首選方式。

在電梯的電源線路上分級設置電源SPD。電源進線的總配電箱(柜)處或變壓器的低壓出線處應裝置第一級SPD。第一級SPD應選用I級分類試驗的SPD,電壓保護水平不大于2.5 kV。因第一級SPD沿線路間隔電梯機房都比較長,且第一級SPD電壓保護水平加上線路上的感應電壓,超越電梯操控箱的耐壓水平,因而應設多級SPD。通常電梯機房內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,中心無分配電箱,因而通常第二級SPD應裝置在電梯機房內的配電箱內。第二級SPD應選用Ⅱ級或Ⅲ級試驗的SPD,其電壓保護水平加上兩頭引線的感應電壓值應小于電梯操控箱的耐壓水平。電梯操控箱應盡量接近機房配電箱,以縮短連接線路的長度,減小感應電壓[3-4]。

電梯微機電源或信號收集板大都為低壓回路,接受瞬時高電壓沖擊的能力不強。如果電梯微機電源或信號收集板損壞,致使電梯呈現(xiàn)瞬間失控,故有必要結合PLC電路板上有集成的電涌保護元件作為第三級SPD,對操控體系中的重要電路板進行保護,以有效避免因PLC電子板損壞而形成的電梯瞬間失控。

電梯控制系統(tǒng)主要由調速部分和邏輯控制部分構成。通過對變頻器參數(shù)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、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都由邏輯控制部分完成,因此邏輯控制部分是電梯安全、可靠運行的關鍵,是電梯防雷的重點[5]。

電梯專用的電子板品種繁復,各PLC電子板之間線路和關聯(lián)電氣功能有較大區(qū)別,而且每種電子板上存在不一樣電壓等級的電源回路及信號回路。需依照維護的目標進行剖析,選擇合適的SPD保護電子板。對電子板的作業(yè)電壓和操控電路電壓中的各等級供電線路進行SPD保護,而且SPD的額定電壓要與被保護的回路電壓等級相匹配。大部分受雷擊的電子板都是頂層電梯機房操控柜內的PLC電子板。

在電梯操控體系中,通常選用4芯式的通信電纜:2根傳輸電源,2根傳輸CAN-bus信號。SPD裝置在以下方位:① 操控柜內計算機主微機板處;② PLC電源輸入/輸出及信號處置通信板I/O操控線路處;③ 操控柜內繼電器板各低壓回路的匯總板線路處;④ 對講機電源線路及4芯信號處。

3 電梯運行維護

防雷工程施工單位須按設計要求施工,工程建設管理部門應有專人負責監(jiān)督。避雷器安裝之后,應檢查所有接線是否正確安裝,然后運行測試,查看系統(tǒng)和設備是否正常工作及有無異常情況。如發(fā)現(xiàn)問題,應及時處理,直至整個系統(tǒng)正常運作。

按照《氣象法》的要求和SPD產品運行維護需要,電梯應進行定期的檢查。

(1) 每年雷雨季節(jié)前應對接地系統(tǒng)進行檢查和維護。主要檢查連接處是否緊固、接觸是否良好、接地引下線有無銹蝕、接地體附近地面有無異常,必要時應挖開地面抽查地下隱蔽部分銹蝕情況,如果發(fā)現(xiàn)問題應及時處理。

(2) 接地系統(tǒng)的接地電阻應每年進行一次測量,保證達到防雷、防電涌的接地要求。

(3) 每年雷雨季節(jié)前和雷雨季節(jié)后應對運行中的SPD進行檢查。如果SPD產品指示異常,應及時進行更換。雷雨季節(jié)要加強外觀巡視,發(fā)現(xiàn)異常應盡快處理。

4 結 語

綜上所述,電梯的雷電防護是較復雜的系統(tǒng)工程。從雷擊電梯事件來看,大多是雷電感應造成電梯故障,因而應著重加強對感應雷擊的防護,采取屏蔽、接地、等電位聯(lián)結、裝設SPD等措施。電梯機房操控柜內的PLC電路板是防雷設計的重點,要依據具體狀況選擇適配的SPD。

[1] 建筑物防雷設計規(guī)范:GB 50057—2010[S].

[2] 建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術規(guī)范:GB 50343—2004[S].

[3] 虞昊.現(xiàn)代防雷技術基礎[M].北京:清華大學出版社,1995.

[4] 劉越嶼,邢燕娜.超高層建筑雷電電磁感應[J].建筑電氣,2013,32(7):437-440.

[5] 張鵑,林卓宏,嚴金芳.超高層電梯機房防雷區(qū)磁場強度分析及防御技術[J].氣象科技,2014,42(5):918-921.

Lightning Protection Engineering of Elevator in High-rise Building

CHEN Gang, HUANG Guanjun

(1.Hunan Meteorological Bureau, Changsha 410125, China; 2.Chenzhou Meteorological Bureau, Chenzhou 426100, China)

This paper introduced the characteristics of elevator lightning protection in high-rise building.The main measures of elevator lightning protection were discussed in aspects of protection against direct lightning stroke,shielding and wiring,equipotential bonding,reasonable installation of surge protective device,etc.The matters need attentions of elevator maintenance were elaborated.It is pointed out that the PLC circuit board is the key of the elevator lightning protection design in high-rise building,which selects the suitable surge protective device according to the actual engineering project.

high-rise building; elevator; lightning protection measures; equipotential bonding

陳 剛(1975—),男,高級工程師,從事防雷檢測工作。

TU 856

B

1674-8417(2016)11-0039-03

10.16618/j.cnki.1674-8417.2016.11.011

2016-09-28

黃冠軍(1971—),男,工程師,從事防雷檢測工作。