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)

?

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(diǎn),從防直擊雷、屏蔽及布線、共用接地、等電位聯(lián)結(jié)、合理安裝電涌保護(hù)器等方面探討了電梯防雷的主要措施,闡述了電梯運(yùn)行維護(hù)的注意事項(xiàng)。提出電梯機(jī)房操控柜內(nèi)的PLC電路板是高層建筑中電梯防雷設(shè)計(jì)的重點(diǎn),要依據(jù)實(shí)際工程項(xiàng)目情況,選擇適配的電涌保護(hù)器。

高層建筑; 電梯; 防雷措施; 等電位聯(lián)結(jié)

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?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚拇怪苯煌üぞ?。在電梯設(shè)備智能化水平迅速提高的同時(shí),電梯的雷擊事故呈上升趨勢(shì)。在雷暴季節(jié),電梯遭受雷擊而發(fā)生故障停機(jī)的情況經(jīng)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(nèi)的主微機(jī)板或信號(hào)處理板。出現(xiàn)此類故障會(huì)造成電梯的緊急制動(dòng)停止,并有可能對(duì)電梯乘客造成恐慌甚至受傷。因而,對(duì)高層建筑的電梯防雷工程應(yīng)給予高度重視和強(qiáng)化落實(shí)。

1 電梯防雷特點(diǎn)

1.1 電梯結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

電梯主要由曳引機(jī)、控制柜、轎廂、門、導(dǎo)軌、限速器、緩沖器、對(duì)重裝置、隨行電纜和曳引機(jī)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(dòng)力系統(tǒng)共同控制電梯的正常運(yùn)行。電梯按照其位置,可分為電梯機(jī)房、井道、轎廂、層站,機(jī)房一般位于電梯井道的頂部,電梯的控制和動(dòng)力系統(tǒng)均安裝在此。機(jī)房防雷是電梯防雷的重點(diǎn)。

1.2 電梯電路特點(diǎn)

目前,電梯設(shè)備的功能化和智能化程度有了很大提升,交流變頻調(diào)速、PLC控制單元、智能網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)的應(yīng)用越來越普遍。這些高精密的電子、電力設(shè)備具有大量的半導(dǎo)體集成電路和敏感器件,其耐受瞬間過電壓能力極低。同時(shí)由于高層建筑的雷擊概率比較高,電梯設(shè)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(jīng)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(shè)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(yīng)3種途徑。現(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(shè)備最常見的途徑是地電位反擊和雷電感應(yīng)。地電位反擊是因?yàn)閺?qiáng)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(yīng)電壓降,使無雷擊時(shí)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(shè)備發(fā)生擊穿。雷電感應(yīng)是指雷電直接擊在建筑物上或附近,雷電流通道的電磁場(chǎng)對(duì)建筑物外部和內(nèi)部都會(huì)產(chǎn)生空間感應(yīng)。如果建筑物、電梯機(jī)房和管線無屏蔽在建筑物和設(shè)備的某些部位上感應(yīng)很高的電動(dòng)勢(shì),則危害電梯設(shè)備。雷電感應(yīng)往往通過弱電設(shè)備的電源線、信號(hào)線進(jìn)入,出現(xiàn)過電壓,繼而擊穿設(shè)備敏感的微電子器件,從而設(shè)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(jī)房直擊雷防護(hù)

電梯機(jī)房位于建筑物頂層,其直擊雷防護(hù)應(yīng)與整個(gè)建筑物的直擊雷防護(hù)結(jié)合起來,機(jī)房頂應(yīng)設(shè)接閃桿、接閃帶(網(wǎng))維護(hù)。接閃帶應(yīng)沿機(jī)房頂周邊設(shè)置,接閃網(wǎng)可運(yùn)用頂板內(nèi)的鋼筋,網(wǎng)格尺度應(yīng)符合對(duì)本類防雷修建的需求。接閃桿與接閃帶(網(wǎng))應(yīng)相互連接,并經(jīng)過修建布局柱內(nèi)或剪力墻內(nèi)的鋼筋,與修建接地裝置連接。

2.2 屏蔽措施

電梯機(jī)房、電梯井的方位應(yīng)選在建筑物中心部位,不宜選在靠外墻部位,這樣能運(yùn)用建筑物鋼筋之間的等電位聯(lián)結(jié),構(gòu)成初級(jí)屏蔽。應(yīng)對(duì)電梯機(jī)房?jī)?nèi)部電磁場(chǎng)環(huán)境進(jìn)行驗(yàn)證核算,以斷定是不是需要對(duì)機(jī)房采取附加的外部屏蔽措施。

當(dāng)機(jī)房頂遭直接雷擊時(shí),按照GB 50174—2008《電子計(jì)算機(jī)機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范》要求,機(jī)房?jī)?nèi)的磁場(chǎng)強(qiáng)度應(yīng)不大于800 A/m,雷電流取值應(yīng)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(jù)地閃觀測(cè)材料,取特定區(qū)域內(nèi)的最大觀測(cè)值。依據(jù)GB 50057—2010《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]第6.3.2條第4款、第5款,核算屏蔽網(wǎng)格的寬度和安全間隔值。

通?？蚣懿季值慕ㄖ?機(jī)房地板、頂板內(nèi)都有縱橫交錯(cuò)的鋼筋網(wǎng),網(wǎng)格尺度較小,能夠運(yùn)用板內(nèi)鋼筋構(gòu)成屏蔽網(wǎng)格。附近墻面除四角柱子處有鋼筋外,墻面內(nèi)無鋼筋,需依據(jù)核算的網(wǎng)格寬度值,選用扁鋼或圓鋼設(shè)置屏蔽網(wǎng)格,并與機(jī)房地板、頂板、柱子內(nèi)的鋼筋做好等電位聯(lián)結(jié),構(gòu)成法拉第籠式屏蔽[2]。

除了機(jī)房屏蔽,設(shè)備也應(yīng)屏蔽。對(duì)于操控箱,應(yīng)與機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)置的等電位接地端子板連接。機(jī)房?jī)?nèi)部等電位接地端子板經(jīng)過布局柱內(nèi)鋼筋接地。操控箱的外部金屬蓋板應(yīng)蓋好,不得打開。機(jī)房?jī)?nèi)部電源線、操控線等應(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(jìn)行跨接。

2.3 防雷接地

電梯軌跡上下兩頭應(yīng)接地,在電梯井道內(nèi)設(shè)置接地主干線,接地主干線上下兩頭應(yīng)接地,中間每三層與樓板內(nèi)鋼筋做等電位聯(lián)結(jié)。電梯軌跡上下兩頭與接地主干線連接。機(jī)房法拉第籠式屏蔽網(wǎng)應(yīng)多點(diǎn)接地。機(jī)房?jī)?nèi)的配電箱PE線、電梯操控箱、起重機(jī)、金屬管(線槽)、金屬門窗、電源電涌保護(hù)器(Surge Protective Device,SPD)、信號(hào)SPD等均應(yīng)與機(jī)房?jī)?nèi)的等電位接地端子板聯(lián)結(jié)。

2.4 等電位聯(lián)結(jié)

電梯機(jī)房?jī)?nèi)的金屬組件,如電梯操控箱、起重機(jī)、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聯(lián)結(jié),并組成S型等電位聯(lián)結(jié)網(wǎng)絡(luò)。金屬管、金屬線槽與設(shè)備的銜接處應(yīng)進(jìn)行跨接,金屬管、金屬線槽斷開處也應(yīng)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(yīng)分級(jí)設(shè)置SPD,避免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,是避免雷電損壞電子設(shè)備的首選方式。

在電梯的電源線路上分級(jí)設(shè)置電源SPD。電源進(jìn)線的總配電箱(柜)處或變壓器的低壓出線處應(yīng)裝置第一級(jí)SPD。第一級(jí)SPD應(yīng)選用I級(jí)分類試驗(yàn)的SPD,電壓保護(hù)水平不大于2.5 kV。因第一級(jí)SPD沿線路間隔電梯機(jī)房都比較長(zhǎng),且第一級(jí)SPD電壓保護(hù)水平加上線路上的感應(yīng)電壓,超越電梯操控箱的耐壓水平,因而應(yīng)設(shè)多級(jí)SPD。通常電梯機(jī)房?jī)?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,中心無分配電箱,因而通常第二級(jí)SPD應(yīng)裝置在電梯機(jī)房?jī)?nèi)的配電箱內(nèi)。第二級(jí)SPD應(yīng)選用Ⅱ級(jí)或Ⅲ級(jí)試驗(yàn)的SPD,其電壓保護(hù)水平加上兩頭引線的感應(yīng)電壓值應(yīng)小于電梯操控箱的耐壓水平。電梯操控箱應(yīng)盡量接近機(jī)房配電箱,以縮短連接線路的長(zhǎng)度,減小感應(yīng)電壓[3-4]。

電梯微機(jī)電源或信號(hào)收集板大都為低壓回路,接受瞬時(shí)高電壓沖擊的能力不強(qiáng)。如果電梯微機(jī)電源或信號(hào)收集板損壞,致使電梯呈現(xiàn)瞬間失控,故有必要結(jié)合PLC電路板上有集成的電涌保護(hù)元件作為第三級(jí)SPD,對(duì)操控體系中的重要電路板進(jìn)行保護(hù),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(diào)速部分和邏輯控制部分構(gòu)成。通過對(duì)變頻器參數(shù)的合理設(shè)置,不僅使電梯在運(yùn)行超速和缺相等方面具備了保護(hù)功能,而且使電梯的起動(dòng)、低速運(yùn)行和停止更加平穩(wěn)舒適。變頻器自身的起動(dòng)、停止和電機(jī)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(yùn)行的關(guān)鍵,是電梯防雷的重點(diǎn)[5]。

電梯專用的電子板品種繁復(fù),各PLC電子板之間線路和關(guān)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(jí)的電源回路及信號(hào)回路。需依照維護(hù)的目標(biāo)進(jìn)行剖析,選擇合適的SPD保護(hù)電子板。對(duì)電子板的作業(yè)電壓和操控電路電壓中的各等級(jí)供電線路進(jìn)行SPD保護(hù),而且SPD的額定電壓要與被保護(hù)的回路電壓等級(jí)相匹配。大部分受雷擊的電子板都是頂層電梯機(jī)房操控柜內(nèi)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(hào)。SPD裝置在以下方位:① 操控柜內(nèi)計(jì)算機(jī)主微機(jī)板處;② PLC電源輸入/輸出及信號(hào)處置通信板I/O操控線路處;③ 操控柜內(nèi)繼電器板各低壓回路的匯總板線路處;④ 對(duì)講機(jī)電源線路及4芯信號(hào)處。

3 電梯運(yùn)行維護(hù)

防雷工程施工單位須按設(shè)計(jì)要求施工,工程建設(shè)管理部門應(yīng)有專人負(fù)責(zé)監(jiān)督。避雷器安裝之后,應(yīng)檢查所有接線是否正確安裝,然后運(yùn)行測(cè)試,查看系統(tǒng)和設(shè)備是否正常工作及有無異常情況。如發(fā)現(xiàn)問題,應(yīng)及時(shí)處理,直至整個(gè)系統(tǒng)正常運(yùn)作。

按照《氣象法》的要求和SPD產(chǎn)品運(yùn)行維護(hù)需要,電梯應(yīng)進(jìn)行定期的檢查。

(1) 每年雷雨季節(jié)前應(yīng)對(duì)接地系統(tǒng)進(jìn)行檢查和維護(hù)。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(shí)應(yīng)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(yīng)及時(shí)處理。

(2) 接地系統(tǒng)的接地電阻應(yīng)每年進(jìn)行一次測(cè)量,保證達(dá)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(yīng)對(duì)運(yùn)行中的SPD進(jìn)行檢查。如果SPD產(chǎn)品指示異常,應(yīng)及時(shí)進(jìn)行更換。雷雨季節(jié)要加強(qiáng)外觀巡視,發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)盡快處理。

4 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述,電梯的雷電防護(hù)是較復(fù)雜的系統(tǒng)工程。從雷擊電梯事件來看,大多是雷電感應(yīng)造成電梯故障,因而應(yīng)著重加強(qiáng)對(duì)感應(yīng)雷擊的防護(hù),采取屏蔽、接地、等電位聯(lián)結(jié)、裝設(shè)SPD等措施。電梯機(jī)房操控柜內(nèi)的PLC電路板是防雷設(shè)計(jì)的重點(diǎn),要依據(jù)具體狀況選擇適配的SPD。

[1] 建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范:GB 50057—2010[S].

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

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

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

[5] 張鵑,林卓宏,嚴(yán)金芳.超高層電梯機(jī)房防雷區(qū)磁場(chǎng)強(qiáng)度分析及防御技術(shù)[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(jí)工程師,從事防雷檢測(cè)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(cè)工作。