电梯防雷保护探讨
摘要：电梯作为高层建筑的主要垂直交通工具，给人们的生活带了极大便利。而电梯一旦遭受雷击发生故障，显然会给人们的生活带来极大的不便，甚至引起用户的恐慌和人员伤亡等重大事故，对电梯的防雷保护必须引起足够的重视。本文从系统防雷的角度出发，在电梯防直击雷、防雷击电磁脉冲和防闪电电涌等方面，提出了一些防护措施，以供同行探讨。
关键词：电梯；雷电防护；直击雷；感应雷
在雷雨季节，我国很多地区特别在南方地区，电梯遭受雷击而发生故障停梯的情况经常发生，其中不乏伴随出现烧毁电子板的情况，且通常烧毁的大部分是电梯控制箱内的主微机板或信号处理板。出现此类故障会造成电梯的紧急制动停止，并有可能对电梯乘客造成恐慌甚至受伤。特别是高层电梯，电源线、通信线路较长，受感应的线路较长，这是出现雷击停梯故障甚至烧毁电子板的主要原因。那么如何对高层建筑中的电梯采取防雷措施呢？笔者认为，应该采取以下系统的防雷措施。
1 电梯机房的防直击雷措施
电梯机房位于建筑顶层，其防直击雷措施应与整个建筑的防直击雷措施结合起来。机房顶应设接闪杆、接闪带(网)保护。接闪带应沿机房顶周边设置，接闪网可利用顶板内的钢筋，网格尺寸应符合对本类防雷建筑的要求。接闪杆与接闪带(网)应互相连接，并通过建筑结构柱内或剪力墙内的钢筋，与建筑接地装置连接。
2 屏蔽措施
电梯机房、电梯井的位置，应选择在建筑中间核心部位，这样可以利用建筑本身的钢筋之间的等电位连接，形成初级屏蔽。不宜选择在靠外墙部位。应对电梯机房内部电磁场环境进行验证计算，以确定是否需要对机房采取附加的外部屏蔽措施。
应考虑当机房顶遭直接雷击时，机房内的磁场强度应不大于800A/m，雷电流取值应符合本类防雷建筑的要求，如二类防雷建筑取150kA，三类防雷建筑取100kA，也可根据地闪观测资料，取一定区域内的最大观测值，然后根据GB 50057-2010第6.3.2条第4款、第5款，计算屏蔽网格的宽度和安全距离值。
一般来说，对于框架结构的建筑，机房地板、顶板内都有纵横交错的钢筋网，网格尺寸也比较小，可以利用板内钢筋构成屏蔽网格。但四周墙壁除四角柱子处有钢筋外，墙壁内无钢筋，需要根据计算的网格宽度值，采用扁钢或圆钢设置屏蔽网格，并与机房地板、顶板、柱子内的钢筋做好等电位连接，构成法拉第笼式的屏蔽。
除了做好机房屏蔽，设备也应做好屏蔽。对于控制箱，应与机房内设置的局部等电位接地端子板连接。机房内部局部等电位接地端子板通过结构柱内钢筋接地。控制箱的外部金属盖板应盖好，不得敞开。机房内部电源线、控制线等，应穿金属管或金属线槽敷设，金属管、金属线槽断开处也应进行跨接。
3 接地
电梯轨道上下两端应接地，为此，应在电梯井道内设置接地干线，接地干线上下两端应接地，中间每三层与楼板内钢筋做等电位连接。电梯轨道上下两端与接地干线连接。机房法拉第笼式屏蔽网应多点接地。机房内的配电箱PE线、电梯控制箱、起重机、金属管（线槽）、金属门窗、电源SPD、信号SPD等均应与机房内的局部等电位接地端子板连接。
4 等电位连接
电梯机房内的所有金属组件，如电梯控制箱、起重机、金属穿线管（线槽）、配电箱、金属门窗等均应与等电位接地端子板连接，并组成S型等电位连接网络。金属管、金属线槽与设备的连接处应进行跨接，金属管、金属线槽断开处也应跨接。
5 电源和控制线路防雷设计
电源和控制线路除了做好屏蔽措施外，还应分级设置SPD。安装SPD的目的是防止闪电电涌和雷电感应过电压沿线路传递到设备端而损坏设备，是雷电损坏电子设备的主要形式。
首先应在电梯的电源线路上，分级设置电源SPD。电源进线的总配电箱（柜）处或变压器的低压出线处应安装第一级SPD。第一级SPD应采用I级分类实验的SPD，电压保护水平不大于2.5kV。由于第一级SPD沿线路距离电梯机房都比较长,且第一级SPD电压保护水平加上线路上的感应电压，有效电压保护水平大大超过电梯控制箱的耐压水平，因此，应设多级SPD。一般电梯机房内的配电箱是与总配电箱（柜）或变压器的低压出线端直接连接，中间无分配电箱，因此，一般第二级SPD应安装在电梯机房内的配电箱内。第二级SPD应选用Ⅱ级或Ш级实验的SPD，SPD的电压保护水平加上两端引线的感应电压值，应小于电梯控制箱的耐压水平。电梯控制箱应尽量靠近机房配电箱，以缩短连接线路的长度，减小感应电压。
考虑电梯微机电源或信号采集部分大都为低压工作回路，承受瞬间高电压冲击的能力不强，如果发生损坏会导致电梯出现瞬时故障，造成乘客受困甚至受伤的情况，故有必要引入第三级电涌保护器对控制系统中的重要电子板进行保护，以有效防止因PLC电子板损坏而造成的电梯瞬时故障。
电梯控制系统主要由调速部分和逻辑控制部分构成。调速部分的性能对电梯运行时乘客的舒适感有着重要作用，目前，大多选用高性能的变频器，利用旋转编码器测量曳引电机转速，构成闭环矢量控制系统。通过对变频器参数的合理设置，不仅使电梯在运行超速和缺相等方面具备了保护功能，而且使电梯的起动、低速运行和停止更加平稳舒适。变频器自身的起动、停止和电机给定速度选择则都有逻辑控制部分完成，因此，逻辑控制部分是电梯安全可靠运行的关键。
针对电梯使用的电子板种类繁多，各PLC电子板之间线路和相关电气性能有较大差异，而且每种电子板上存在不同电压级别的电源回路及信号回路。需要按照实际要保护的对象进行分析，挑选适当的电涌保护器保护电子板。对在电子板的工作电压和控制电路电压中的各等级供电线路进行SPD保护，并且SPD的额定电压必须与保护的回路电压等级相匹配。在实际工程经验来看，大部受雷击的电子板都是顶层电梯机房内的控制柜内的PLC电子板，所以是防雷设计中的重中之重。电梯控制系统中，一般采用4芯式的通讯电缆，其中2根传输电源，另2根传输CAN-bus信号。SPD主要安装在以下位置：（1）控制柜内电脑主微机板处；（2）PLC电源输入输出及信号处理通讯板IO控制线路；（3）控制柜内继电器板各低压回路的汇总板线路处；（4）由于电梯对讲系统一般设计为总线式设计，所以在对讲主机电源线路及4芯信号处也应安装SPD。
6 结束语
电梯的雷电防护，应采取系统的防雷措施。从大部分的雷击电梯事故来看，主要是感应雷击造成电梯故障，因此，应重点加强感应雷击的防护，综合采取屏蔽、接地、等电位连接、安装SPD等措施。其中，电梯机房内的控制柜内的PLC电子板，是防雷设计中的重中之重，必须根据具体情况，选择适配的电涌保护器。
