陸明明,薛風(fēng)國(guó),楊 軍,周長(zhǎng)明,齊海超,嚴(yán) 肅,陳 亮

(1.黑龍江省氣象災(zāi)害防御技術(shù)中心,黑龍江 哈爾濱 150030;2.黑龍江省氣象數(shù)據(jù)中心,黑龍江 哈爾濱 150030;3.伊春市氣象局,黑龍江 伊春 153000)

1 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，電梯作為高效率的垂直起降運(yùn)輸工具，越來(lái)越普及。電梯一般由樓頂電梯機(jī)房、運(yùn)輸井道、轎廂、地坑以及樓層站組成，屬于比較復(fù)雜的綜合機(jī)電產(chǎn)品[1-2]。雷電災(zāi)害作為常見(jiàn)的自然災(zāi)害，在夏秋季節(jié)極其頻發(fā)[3]。因此雷雨季節(jié)極易發(fā)生因雷擊造成的電梯故障，包括控制系統(tǒng)故障、零件損壞等，存在較大安全隱患。

研究電梯的防雷技術(shù)需要結(jié)合電梯技術(shù)和防雷技術(shù)兩個(gè)完全不同的領(lǐng)域，因此國(guó)內(nèi)防雷專(zhuān)家在電梯方面的研究較少。許乾波等研究了一起高層電梯雷擊災(zāi)害事故的根源，通過(guò)安裝電涌保護(hù)器等措施提高了電梯雷電防護(hù)能力[4]。俞利信等分析了建筑上機(jī)房電梯的雷擊原因，提出一系列防雷措施[5]。黃永堅(jiān)等將防雷標(biāo)準(zhǔn)和電梯結(jié)合，總結(jié)了雷擊損害電梯的方式[6]。高紹忠針對(duì)近年來(lái)老舊小區(qū)加裝電梯的現(xiàn)象，歸納出加裝電梯的各項(xiàng)防雷措施[7]。

本文旨在分析雷電對(duì)電梯造成損害的原因以及損害的形式，針對(duì)性的提出相應(yīng)的雷電防護(hù)措施，并借此引起人們對(duì)電梯防雷領(lǐng)域的重視，提高電梯的雷電防護(hù)水平，進(jìn)而盡量降低雷電災(zāi)害對(duì)電梯造成的損壞和安全隱患。

2 電梯易受雷擊損害的原因

通過(guò)分析電梯遭受雷擊損壞的各種案例，從電梯的構(gòu)成元件、布局位置等方面總結(jié)出以下幾個(gè)原因：

(1)電梯的組成系統(tǒng)較為復(fù)雜，尤其控制系統(tǒng)是電子信息系統(tǒng)集成化程度較高的設(shè)備，耐受雷擊能力較低。雷擊后產(chǎn)生的過(guò)電流和過(guò)電壓侵入后，脆弱的電子元件設(shè)施極易損壞。

(2)電梯機(jī)房絕大多數(shù)設(shè)置在高層建筑的頂層，受直接雷擊概率較高，且極易遭受雷電電磁脈沖的影響，因此電磁環(huán)境較差。

(3)公眾對(duì)電梯防雷的重視不夠，電梯防雷措施不完善，尤其近些年老舊小區(qū)加裝外設(shè)電梯的防雷設(shè)施不到位。

3 電梯遭雷擊的損害形式

3.1 直接雷擊

電梯位于樓頂?shù)臋C(jī)房設(shè)施直接被雷電擊中稱(chēng)為直接雷擊。此時(shí)，被雷電擊中的機(jī)房設(shè)施被瞬間注入巨大電流，并產(chǎn)生過(guò)電壓。直擊雷造成的熱效應(yīng)和機(jī)械效應(yīng)會(huì)使得機(jī)房設(shè)備產(chǎn)生極高溫度，損壞或燒毀機(jī)房?jī)?nèi)的機(jī)柜、配電箱、電機(jī)等設(shè)備，甚至引發(fā)火災(zāi)。

3.2 閃電電涌侵入

雷電擊中電梯附近的架空線(xiàn)路、金屬管道等設(shè)備，閃電電涌通過(guò)線(xiàn)路或管道進(jìn)入電梯設(shè)備稱(chēng)為閃電電涌侵入。閃電電涌電壓可達(dá)千伏級(jí)別，遠(yuǎn)高于電梯設(shè)施的耐壓值，導(dǎo)致其因過(guò)電壓損壞。同時(shí)千安級(jí)別的雷電過(guò)電流通過(guò)電梯內(nèi)部線(xiàn)路，傳輸?shù)诫娞輽C(jī)房的控制系統(tǒng)設(shè)備以及各種電子元器件，造成設(shè)備的嚴(yán)重?fù)p壞。

3.3 雷擊電磁脈沖

雷擊電磁脈沖是指雷電擊中電梯建筑物附近，形成強(qiáng)烈變化的電磁場(chǎng)，電梯的金屬線(xiàn)路和管道上受到雷電電場(chǎng)的輻射電磁脈沖現(xiàn)象。電梯的機(jī)房控制設(shè)備和井道金屬纜繩等被雷電電磁場(chǎng)嚴(yán)重干擾，導(dǎo)致控制系統(tǒng)損壞，信號(hào)傳輸中斷，容易出現(xiàn)顯示器亂碼，甚至轎廂停止運(yùn)行的后果。

3.4 反擊

雷電直接擊中建筑物樓頂接閃帶時(shí)，建筑物引下線(xiàn)會(huì)瞬間通過(guò)強(qiáng)大的雷電流脈沖，通過(guò)建筑接地裝置泄放入地，此時(shí)接地裝置中產(chǎn)生上百千伏的瞬時(shí)過(guò)電壓。如果電梯線(xiàn)路和管道金屬導(dǎo)體的接地電阻不符合規(guī)范要求，可能在接地裝置和電梯的各種供電線(xiàn)路和通信線(xiàn)路上發(fā)生閃絡(luò)現(xiàn)象，形成雷電反擊，進(jìn)而造成電梯設(shè)施的損壞。

4 電梯的雷電防護(hù)技術(shù)

通過(guò)分析電梯遭雷擊的多種損害形式，應(yīng)采取針對(duì)性的措施進(jìn)行有效防護(hù)，才能切實(shí)降低雷擊電梯造成的損失。

4.1 直擊雷防護(hù)措施

電梯機(jī)房一般設(shè)置在高層建筑的頂層，作為建筑物的組成部分，其直擊雷的防護(hù)應(yīng)與建筑物本身的直擊雷防護(hù)措施統(tǒng)籌考慮。建筑物天面安裝的接閃帶應(yīng)與電梯機(jī)房頂端的接閃帶有效連接，形成接閃網(wǎng)絡(luò)。接閃帶的選型應(yīng)為直徑＞15 mm的熱鍍鋅圓鋼，在機(jī)房頂部明敷設(shè)置，并每隔1 m設(shè)置支架。機(jī)房的引下線(xiàn)可利用建筑物內(nèi)鋼筋，與建筑物引下線(xiàn)做好連接。機(jī)房的接地裝置與建筑物共用自然接地體，將電梯機(jī)房設(shè)備融入建筑物，形成完整統(tǒng)一的防直擊雷綜合體。

4.2 等電位連接措施

將電梯的金屬轎廂、導(dǎo)軌、設(shè)備金屬外殼、電纜屏蔽層、金屬門(mén)等所有金屬設(shè)備和金屬導(dǎo)體，與接地系統(tǒng)做良好電氣連接，形成等電位連接網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)產(chǎn)生雷電感應(yīng)或者發(fā)生閃電電涌侵入時(shí)，等電位連接系統(tǒng)會(huì)使得各金屬部件之間的電位差較低，從而減小雷電流對(duì)電梯設(shè)備的損害。

4.3 屏蔽措施

如圖1所示，電梯機(jī)房一般位于建筑頂層，在接閃器的保護(hù)范圍之內(nèi)，按照防雷區(qū)劃分規(guī)范應(yīng)劃分為L(zhǎng)PZ0B區(qū)，該區(qū)域一般易遭受直接雷擊，但容易受到雷擊電磁脈沖輻射的影響。對(duì)電梯采取屏蔽措施可有效衰減雷電產(chǎn)生的雷擊電磁脈沖，減輕強(qiáng)電磁場(chǎng)造成的影響?？梢岳媒ㄖ锉旧淼匿摻罱Y(jié)構(gòu)作為電梯機(jī)房和電梯井的初級(jí)屏蔽，有條件的情況下在電梯機(jī)房外墻敷設(shè)防電磁材料。采用可反射、甚至能吸收電磁波的屏蔽材料制作敏感設(shè)備的金屬柜，并將電梯的控制柜等金屬柜體設(shè)置在機(jī)房中心部位，遠(yuǎn)離墻壁和引下線(xiàn)的位置。供電線(xiàn)路和信號(hào)線(xiàn)路分開(kāi)布設(shè)，保障安全距離，合理布局，并盡量敷設(shè)在金屬管線(xiàn)槽內(nèi)。同時(shí)將金屬線(xiàn)槽和電纜的金屬屏蔽層等在入戶(hù)處做好等電位連接，首尾處兩端接地。通過(guò)多種屏蔽措施相結(jié)合，減小電磁強(qiáng)度，有效降低感應(yīng)雷和雷擊電磁脈沖對(duì)電梯設(shè)備造成的干擾。

圖1 電梯機(jī)房的防雷區(qū)示意圖

4.4 限制過(guò)電壓措施

電梯的交流供電線(xiàn)路是其產(chǎn)生動(dòng)力的來(lái)源，信號(hào)線(xiàn)路是電梯控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。限制過(guò)電壓的保護(hù)措施主要是在電源線(xiàn)路和信號(hào)線(xiàn)路安裝浪涌保護(hù)器（SPD），使得線(xiàn)路上的浪涌過(guò)電流通過(guò)SPD迅速泄放入地，從而將線(xiàn)路上的電壓控制在設(shè)備耐受安全范圍內(nèi)。SPD的設(shè)置應(yīng)按照?qǐng)D2所示進(jìn)行三級(jí)安裝。

圖2 電梯的三級(jí)SPD安裝示意圖

根據(jù)《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》（GB 50343—2012），可在建筑物總配電箱處安裝10/350 μs波形的Ⅰ類(lèi)試驗(yàn)SPD或者8/20μs波形的Ⅱ類(lèi)試驗(yàn)大電流SPD作為第一級(jí)防護(hù)。在電梯配電箱前端設(shè)置一組8/20μs波形的Ⅱ類(lèi)試驗(yàn)SPD作為第二級(jí)防護(hù)。做好兩級(jí)防護(hù)的電源線(xiàn)路可對(duì)電梯的電機(jī)、轎廂開(kāi)閉門(mén)設(shè)備等進(jìn)行供電。在電梯的控制系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等重要電子元件設(shè)備的前端仍需設(shè)置第三級(jí)SPD作精細(xì)化保護(hù)。同時(shí)在通信線(xiàn)路上加裝信號(hào)電涌保護(hù)器，保護(hù)通信系統(tǒng)。做好SPD的合理選型，綜合考量其接地線(xiàn)線(xiàn)徑、導(dǎo)線(xiàn)長(zhǎng)度以及被保護(hù)物的設(shè)備耐受電壓額定值等因素，最大化地實(shí)現(xiàn)各級(jí)SPD之間的能量配合。有條件的情況下，可安裝帶有在線(xiàn)監(jiān)測(cè)功能的SPD，可隨時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控SPD的劣化狀態(tài)，便于日后的維護(hù)保養(yǎng)，及時(shí)更換。

4.5 定時(shí)開(kāi)展防雷檢測(cè)

通過(guò)新媒體等途徑加強(qiáng)雷電災(zāi)害科普宣傳，提高公眾對(duì)雷擊造成電梯損害的重視程度。使用單位應(yīng)提高對(duì)雷電電梯設(shè)備危害的認(rèn)識(shí)，建立健全管理和應(yīng)急制度，加強(qiáng)電梯防雷設(shè)施的管理和日常維護(hù)。在每年的雷雨季節(jié)來(lái)臨之前，聯(lián)系專(zhuān)業(yè)的防雷檢測(cè)機(jī)構(gòu)，定期開(kāi)展建筑物及電梯設(shè)備的防雷檢測(cè)，及時(shí)查找存在的雷災(zāi)安全隱患，并進(jìn)行相應(yīng)的整改，完善防雷措施。

5 總結(jié)

綜上所述，雷電災(zāi)害對(duì)電梯造成的損害是多方面的，公眾應(yīng)該提高重視程度。做好電梯的雷電防護(hù)，需要針對(duì)雷電災(zāi)害的表現(xiàn)形式，通過(guò)將直擊雷防護(hù)、等電位連接、屏蔽、限制過(guò)電壓、定時(shí)開(kāi)展防雷檢測(cè)等措施有機(jī)結(jié)合，層層設(shè)防、互相補(bǔ)充，與建筑物構(gòu)成完整的防雷綜合體，才能有效提高電梯防雷技術(shù)，降低雷電災(zāi)害對(duì)電梯造成的損失和影響。