對高層建筑電梯防雷技術的探討

劉煉鋒 趙雅靜

(咸寧市氣象局,湖北咸寧 437100)

對高層建筑電梯防雷技術的探討

劉煉鋒 趙雅靜

(咸寧市氣象局,湖北咸寧 437100)

本文就高層建筑電梯防雷保護這一關鍵的安全問題,針對雷電入侵電梯的原因、主要途徑和預防措施來闡述,從建筑物內電梯系統的防直擊雷、屏蔽及布線、等電位連接、SPD安裝等措施進行探討。

高層建筑 電梯 防直擊雷 屏蔽 等電位連接 SPD

2006年6月,重慶市某區內的電梯在遭遇雷擊之后發生故障,使得10名住戶在電梯內被困20分鐘;2011年8月,武漢市青山區的一名女士在乘坐電梯過程中電梯遭受到了雷擊,電梯突然急墜;2012年7月18日下午,梧州市區內發生強雷暴天氣,雷雨云持續出現雷閃2個小時左右,位于新興三路的某銀行的電梯停止運轉。

類似的新聞在我們日常生活中越來越常見,電梯作為現代高層建筑中運送乘客的重要垂直運輸設備,在雷雨季節因雷擊事故受損的情況時有發生。因此,采取有效的雷電防護措施對電梯的安全運行以保證乘客的人身安全就顯得至關重要。本文通過分析電梯遭受雷擊的相關途徑,提出了相對完整、科學、有效的雷電防護方法。

1 電梯遭受雷擊的原因及途徑

電梯遭受雷擊損壞器件主要集中在電氣控制部分。主要原因;一是電器控制部分電子化程度很高,內受能力比較差,幾十伏上百伏過電壓就能摧毀;二是電梯機房均設置于電磁環境較差的樓頂,遭受雷擊電磁脈沖損壞幾率較大。

一般雷擊途徑可分為以下4類;直擊雷、侵入波、反擊和雷電感應。根據實際情況,現代智能建筑都有較好的外部防雷裝置和良好的接地系統,直擊雷經外部防雷設施將雷電流經接閃器、引下線和接地體直接引入大地,因此智能建筑中發生直擊雷和侵入波危害的情況不太多,危害建筑物弱電設備的主要途徑是反擊和雷電感應。反擊是因為強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電壓降,使無雷擊時處于低電位的接地裝置或與之相連的金屬物體出現很高的電位,使設備發生擊穿。雷電感應是指雷電直接擊在建筑物上或附近,雷電流通道的電磁場對建筑物外部和內部都會產生空間感應。如果建筑物、電梯機房和管線無屏蔽,在建筑物和設備的某些部位上將感應出很高的電動勢,達到危害電梯設備的程度。雷電感應往往通過弱電設備的電源線、信號線進入,造成過電壓繼而擊穿設備敏感的微電子器件,引起設備電源中斷、通信中斷、元件模塊燒毀等,直接造成電梯主板的損害。若電梯的控制系統出現故障,電梯自然無法正常運行。

2 電梯防止雷電入侵的防護措施

2.1 外部防雷

根據《建筑物防雷設計規范》GB50057-2010的要求,建筑物應安裝相應防雷等級的避雷針(帶、線、網)、引下線。引下線應沿建筑物四周均勻布置,其平均間距應符合要求。建筑物屋面金屬構件應就近與屋面防雷裝置相連,建筑物屋面新增非金屬物體應設接閃器,并就近與屋面防雷裝置相連做等電位處理,且有良好的接地。電梯的建筑多為高層建筑,應根據實際情況采取防側擊雷措施,建筑物的高度在45m(二類)或60m(三類)以上的外墻上的欄桿、門窗等較大金屬物應與防雷裝置連接,電梯機房的金屬門窗應就近與防雷裝置連接。如果電梯是室外觀光電梯,建筑物外墻上安裝的觀光電梯,都應將其軌道、轎廂、廳門等與建筑物防雷裝置連接,做好防側擊雷保護措施。

2.2 內部防雷

2.2.1 屏蔽及布線

高層電梯電源盒通信線路較長,受感應的受感應的線路較長,電梯機房一般位于井道頂部(樓房頂層),這恰好是雷擊建筑物電磁環境惡劣的地方。雷擊高層建筑時頂上兩層遭受雷擊的概率大于下面各層 ,電梯機房應采取有效屏蔽,減少電磁干擾。設計時宜將電梯井道設于建筑物中心部位,遠離外墻鋼筋混凝土柱內主筋所作的引下線的位置。電梯控制系統應布設于機房中間位置,以最大限度減少雷擊電磁脈沖的干擾。電梯的電源、控制、通訊等線纜最好采用金屬管敷設,連接處作好跨接處理,至少在屏蔽金屬管的兩端就近良好接地,保證電磁屏蔽,減少雷擊電磁脈沖對電梯控制系統造成干擾。對于樓與樓之間的架空線路如無法采取屏蔽處理時,應在架空線上加鋼纜固定,并將鋼纜兩端就近引至共用接地裝置。

2.2.2 等電位連接

等電位連接的目的在于減少雷電流所引起之電位差。將建筑物中各電氣裝置和其它裝置外露的金屬及可導電部分,與人工或自然接地體用導體連接起來。等電位體連接在正常工作時不通過電流,只傳遞電位,僅僅在雷擊或過電壓出現時才通過電流。對電梯系統來說,等電位連接是減少雷擊事故的一個基本措施。

2.2.3 限壓保護

限壓保護是指在電源線路和信號線路的關鍵部位、重要敏感端口安裝電涌保護器(SPD)。它是限制瞬時過電壓和泄放電涌電流的電子裝置,并聯或串聯于線路中,平時呈高阻態。當有瞬態電涌時候,SPD就會導通,電涌泄放到大地上,從而將線路兩端的殘余電壓鉗制在允許范圍內,因此可作為設備的最后保護。電源一般采TNS系統,按防雷區的劃分實行多級保護,對電梯系統配置三級以上保護,各級SPD合理配合,能對雷擊災害起到有效防止作用。

需要特別指出的是本文所提三級保護只是泛指,并非每臺電梯都需要按此等級配置進行防護。按照需防護的重要性和精細程度甚至可以進行四級、五級的保護,其原理是相同的,其最終目的都是將設備或元件的雷擊電涌殘壓控制在可承受的范圍內。

3 結語

電梯作為高層建筑的必需設備,其使用環境不容忽視。雷擊導致電梯停運將會給人們的出行帶來許多不便,甚至危及使用人員的生命安全,所以電梯防雷應受到足夠的重視。在設計施工時,就應從直擊雷、屏蔽及布線、等電位連接、限壓保護等方面綜合、系統的考慮防雷措施,通過層層防護才能有效減少雷電對電梯造成的損害。

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