电梯防雷解决方案

一、概述 
　　根据《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010，各类防雷建筑物应采取防直击雷和防雷电波侵入的措施。 
　　现阶段，建筑物一般都需要进行建筑物外部和内部两个方面的防雷措施。建筑物外部防雷，包括加装避雷针（接闪器），铺设防雷接地网的方式，建筑物内部防雷，包括接地，等电位连接，屏蔽，加装电涌保护器件（SPD）等。 
　　接地是防雷系统中最重要的环节，电梯系统属于建筑物内部电气设备，在不同品牌的电梯设计中，大部分已经就接地保护进行相关设计，也具备过电压保护的能力。但考虑雷击次数、区域和产生的能量的不可预见性，要有效地预防雷击灾害，单靠保护性接地一项措施还远远不足够。特别是要结合雷击风险考虑，现在大部分电梯品牌，都并没有针对不同雷击风险环境下进行不同等级的防雷保护设施，特别是高层电梯，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。 
　　根据工程经验，在以往几年中，电梯遭受雷击而发生多次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。 
　　电梯是分散使用在全国各大城市。充分了解各大城市的地区差异，针对差异对电梯进行适当配置，将有利于电梯在该地区的推广和维护。电梯安装在建筑物内，受建筑物避雷针或避雷网保护，被直击雷击中的可能性很小，因此可将注意力集中到防范感应雷方面。 
二、设计依据 
　　GB50343-2012《建筑物电子信息系统防雷技术规范》

      GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》

      YD/T5098-2001《通信局（站）雷电过电压保护工程设计规范》

      IEC61643-3     《低压系统的电涌保排器》

      IEC61644-11997《通信系统用SPD》

三、实施措施 
　　1、电源及信号线路的布线系统屏蔽及其良好接地 
　　屏蔽是利用各种金属屏蔽体来阻挡和衰减加在电子设备上之电磁干扰或过电压能量。具体可分为建筑物屏蔽、设备屏蔽和各种线缆（包括管道）之屏蔽。建筑物之屏蔽可利用建筑物钢筋、金属构架、金属门属、地板等均相互连接在一起，形成一个法拉第笼，并与地网有可靠之电气连接，形成初级屏蔽网。设备之屏蔽应在对电子设备耐过电压水平调查之基础上，按国际电工委员会IEC划分之雷电防护区（LPZ）施行多级屏蔽。屏蔽之效果首先取决于初级屏蔽网之衰减程度，其次取决于屏蔽层对于射电磁波之反射损耗和吸收损耗程度。对入户之金属管道、通信线路和电力线缆要在入户前进行屏蔽（使用屏蔽线缆或穿金属管）接地处理。 
　　2、等电位连接 
　　等电位连接是内部防雷装置中一部份，其目的在于减少雷电流所引起之电位差。等电位是用连接导线或过电压（电涌）保护器将处在需要防护之空间内之防雷装置，建筑物之金属构架、金属装置、外来之导线、电气装置、电信装置等连接，形成等电位连接网络，以实现均压等电位，防止需要防护空间之火灾、爆炸、生命危险和设备损坏。 
　　高层电梯机房金属门窗、金属构架接地，等电位处理。在电梯机房内使用ES-CUB3mm×30mm铜排设置等电位接地端子板，室内所有的机架（壳）、配线线槽、设备保护接地、安全保护接地、浪涌保护器接地端均应就近接至等电位接地端子板。区域报警控制器的金属机架（壳）、金属线槽（或钢管）、电气竖井内的接地干线、接线箱的保护接地端等，应就近接至等电位接地端子板。 
　　3、防雷器接地 
　　这是散泄雷电流和有效降低电位之措施。接地有多种类型，有通信之信号地、电源之交流地、人身之保护地、计算机系统之逻辑地，再加上防雷接地。由于用途不同，对地线之要求也不相同，防雷地之物理要求是：一旦有雷电流发生，尽快把雷电散发到大地。因而其接地装置接地电阻越低、等电位装置与接地装置间连接距离越短，相对而言，设备受雷电损坏之机率越低。 
　　4、电源和控制线路防雷设计 
　　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。 
　　（1）、电源线路防雷设计 
　　在电梯控制系统使用电涌保护器（SPD）能对防止雷击灾害起到更有效的作用，电梯控制系统内部存在大量低压控制线路，电涌保护器（SPD）用于限制瞬时过电压和泄放电涌电流的电器器件，并联或串联于线路处，平时呈高阻态，当有瞬态电涌时候，SPD就会导通，将电涌泄放到大地上，将线路两端的残余电压（以下简称“残压”）控制在一定范围内。 
　　第一级保护： 
　　第一级避雷器并联设置在建筑总配电箱及电表处，进行雷电电流放电，将雷击电涌在该段线路的残压控制在4000伏内，避免瞬间击毁设备。2006年开始，国内大部分建筑物已设置第一级防雷SPD（一般设置在建筑总配电房内），这也是《建筑物防雷设计规范》中的最基本要求，故在电梯配置中不考虑该等级防雷SPD器件的配置。

　　第二级保护： 
　　针对电梯的操作性，建议选用模块化设计，更换方便的电涌保护器件。模块失效会自动脱离电梯控制系统，模块表面能清晰显示故障失障功能。在顶层电梯机房三相电源配电箱或配电柜处并联安装三相电源避雷器，将雷击电涌残压控制在2500伏内。

　　（2）、电梯控制系统PLC电子板线路防雷设计 
　　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，但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。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，挑选适当的避雷器保护电子板。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。 
　　A、在控制柜内电脑主微机板处安装485控制信号避雷器。
　　B、PLC电源输入输出及信号处理通讯板IO控制线路安装控制信号避雷器。
　　C、在控制柜内继电器板各低压回路的汇总板线路处安装控制信号避雷器。
        D、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芯信号处分别安装信号避雷器。