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電梯防雷保護探討

發布時間:2015-09-16  

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。本文從系統防雷的角度出發,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,電梯遭受雷擊而發生故障停梯的情況經常發生,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,受感應的線路較長,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建筑的防直擊雷措施結合起來。機房頂應設接閃桿、接閃帶(網)保護。接閃帶應沿機房頂周邊設置,接閃網可利用頂板內的鋼筋,網格尺寸應符合對本類防雷建筑的要求。接閃桿與接閃帶(網)應互相連接,并通過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。應對電梯機房內部電磁場環境進行驗證計算,以確定是否需要對機房采取附加的外部屏蔽措施。

應考慮當機房頂遭直接雷擊時,機房內的磁場強度應不大于800A/m,雷電流取值應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,也可根據地閃觀測資料,取一定區域內的最大觀測值,然后根據GB 50057-2010第6.3.2條第4款、第5款,計算屏蔽網格的寬度和安全距離值。

一般來說,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,網格尺寸也比較小,可以利用板內鋼筋構成屏蔽網格。但四周墻壁除四角柱子處有鋼筋外,墻壁內無鋼筋,需要根據計算的網格寬度值,采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,應與機房內設置的局部等電位接地端子板連接。機房內部局部等電位接地端子板通過結構柱內鋼筋接地??刂葡涞耐獠拷饘偕w板應蓋好,不得敞開。機房內部電源線、控制線等,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。

 

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,接地干線上下兩端應接地,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、電梯控制箱、起重機、金屬管(線槽)、金屬門窗、電源SPD、信號SPD等均應與機房內的局部等電位接地端子板連接。

 

4  等電位連接

電梯機房內的所有金屬組件,如電梯控制箱、起重機、金屬穿線管(線槽)、配電箱、金屬門窗等均應與等電位接地端子板連接,并組成S型等電位連接網絡。金屬管、金屬線槽與設備的連接處應進行跨接,金屬管、金屬線槽斷開處也應跨接。

 

5  電源和控制線路防雷設計

電源和控制線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電壓沿線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安裝第一級SPD。第一級SPD應采用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,應設多級SPD。一般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,中間無分配電箱,因此,一般第二級SPD應安裝在電梯機房內的配電箱內。第二級SPD應選用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,以縮短連接線路的長度,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,如果發生損壞會導致電梯出現瞬時故障,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,利用旋轉編碼器測量曳引電機轉速,構成閉環矢量控制系統。通過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、低速運行和停止更加平穩舒適。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。在實際工程經驗來看,大部受雷擊的電子板都是頂層電梯機房內的控制柜內的PLC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控制線路;(3)控制柜內繼電器板各低壓回路的匯總板線路處;(4)由于電梯對講系統一般設計為總線式設計,所以在對講主機電源線路及4芯信號處也應安裝SPD。

 

6 結束語 

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看,主要是感應雷擊造成電梯故障,因此,應重點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,電梯機房內的控制柜內的PLC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。

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