電梯防雷保護(hù)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(hù)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(hù)措施,以供同行探討。
關(guān)鍵詞:電梯;雷電防護(hù);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(jī)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(jī)房的防直擊雷措施
電梯機(jī)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(jī)房頂應(yīng)設(shè)接閃桿、接閃帶(網(wǎng))保護(hù)。接閃帶應(yīng)沿機(jī)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(jī)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(jī)房內(nèi)部電磁場環(huán)境進(jìn)行驗證計算,以確定是否需要對機(jī)房采取附加的外部屏蔽措施。
應(yīng)考慮當(dāng)機(jī)房頂遭直接雷擊時,機(jī)房內(nèi)的磁場強(qiáng)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(jī)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(jī)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(jī)房屏蔽,設(shè)備也應(yīng)做好屏蔽。對于控制箱,應(yīng)與機(jī)房內(nèi)設(shè)置的局部等電位接地端子板連接。機(jī)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。控制箱的外部金屬蓋板應(yīng)蓋好,不得敞開。機(jī)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(jìn)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(jī)房法拉第籠式屏蔽網(wǎng)應(yīng)多點接地。機(jī)房內(nèi)的配電箱PE線、電梯控制箱、起重機(jī)、金屬管(線槽)、金屬門窗、電源SPD、信號SPD等均應(yīng)與機(jī)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(jī)房內(nèi)的所有金屬組件,如電梯控制箱、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(jìn)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(jìn)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(hù)水平不大于2.5kV。由于第一級SPD沿線路距離電梯機(jī)房都比較長,且第一級SPD電壓保護(hù)水平加上線路上的感應(yīng)電壓,有效電壓保護(hù)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(jī)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(jī)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(hù)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(jī)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(jī)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(qiáng),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(hù)器對控制系統(tǒng)中的重要電子板進(jìn)行保護(hù),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(jī)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(hù)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(jī)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(hù)的對象進(jìn)行分析,挑選適當(dāng)?shù)碾娪勘Wo(hù)器保護(hù)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(jìn)行SPD保護(hù),并且SPD的額定電壓必須與保護(hù)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(jī)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(jī)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(jī)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(hù),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(qiáng)感應(yīng)雷擊的防護(hù),綜合采取屏蔽、接地、等電位連接、安裝SPD等措施。其中,電梯機(jī)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(hù)器。