電梯防雷件的使用
一. 雷電概述:
由于強(qiáng)對(duì)流天氣而形成的雷暴會(huì)伴有火花放電，強(qiáng)大電流通過時(shí)，又使空氣迅速膨脹產(chǎn)生巨大的響聲，即雷電，作為一種極具破壞力的自然現(xiàn)象的雷電，其電壓可數(shù)百萬伏，瞬間電流更可高達(dá)數(shù)十萬安培，落雷后在雷擊中心1.5-2km范圍內(nèi)都可能產(chǎn)生危險(xiǎn)過電壓損害線路上的設(shè)備。
雷電危害可大致分為直擊雷、感應(yīng)雷和雷電波侵入三種。避雷針只能對(duì)直擊雷起到防范作用，而對(duì)由雷電產(chǎn)生的強(qiáng)大電磁場變化與導(dǎo)體感應(yīng)出的過電壓、過電流而形成的感應(yīng)雷卻無能為力(這些感應(yīng)電壓的高低隨著金屬形狀、距地線的距離和雷擊大小而變，根據(jù)iec1312標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)雷電擊中建筑物時(shí)，即使裝有避雷針，約50%的雷擊能量仍會(huì)分配到電源系統(tǒng))。感應(yīng)雷沿著天饋線、信號(hào)線、電源線等導(dǎo)電體，進(jìn)入建筑內(nèi)部擊中低壓配電系統(tǒng)中的各種弱電設(shè)備，造成重大經(jīng)濟(jì)損失。
根據(jù)氣溫高水汽大的地方較易產(chǎn)生雷電，因此夏季雷電多于春秋季。我國南方比北方氣溫高、濕度大，這也是我國南方雷擊現(xiàn)象多于北方的原因。按年平均雷暴日數(shù)(td)計(jì)算，我國雷活動(dòng)區(qū)可分為少雷區(qū)(<15天)、中雷區(qū)(15～40天)、多雷區(qū)(41～90天)、強(qiáng)雷區(qū)(>90天)四個(gè)范圍。從下表1數(shù)據(jù)可以看到，不同地區(qū)的雷擊風(fēng)險(xiǎn)差異很大：
二. 電梯防雷現(xiàn)狀：
根據(jù)《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》(gb50057-94)第3.1.1條，各類防雷建筑物應(yīng)采取防直擊雷和防雷電波侵入的措施。
現(xiàn)階段，建筑物一般都需要進(jìn)行建筑物外部和內(nèi)部兩個(gè)方面的防雷措施。建筑物外部防雷，包括加裝避雷針(接閃器)，鋪設(shè)防雷接地網(wǎng)的方式，建筑物內(nèi)部防雷，包括接地，等電位連接，屏蔽，加裝電涌保護(hù)器件(spd)等。
接地是防雷系統(tǒng)中最基礎(chǔ)的環(huán)節(jié)，電梯系統(tǒng)屬于建筑物內(nèi)部電氣設(shè)備，在不同品牌的電梯設(shè)計(jì)中，大部分已經(jīng)就接地保護(hù)進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)，也具備過電壓保護(hù)的能力。但考慮雷擊次數(shù)、區(qū)域和產(chǎn)生的能量的不可預(yù)見性，要有效地預(yù)防雷擊災(zāi)害，單靠保護(hù)性接地一項(xiàng)措施還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足夠。特別是要結(jié)合雷擊風(fēng)險(xiǎn)考慮，現(xiàn)在大部分電梯品牌，都并沒有針對(duì)不同雷擊風(fēng)險(xiǎn)環(huán)境下進(jìn)行不同等級(jí)的防雷保護(hù)設(shè)施，這是出現(xiàn)雷擊停梯故障甚至燒毀電子板的主要原因。
據(jù)調(diào)查，在以往幾年中，電梯遭受雷擊而發(fā)生多次故障停梯的情況經(jīng)常發(fā)生(特別在南方地區(qū))，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主微機(jī)板或信號(hào)處理板。出現(xiàn)此類故障會(huì)造成電梯的緊急制動(dòng)停止，并有可能對(duì)電梯乘客造成恐慌甚至受傷。
電梯是分散使用在全國各大城市。充分了解各大城市的地區(qū)差異，針對(duì)差異對(duì)電梯進(jìn)行適當(dāng)配置，將有利于電梯在該地區(qū)的推廣和維護(hù)。電梯安裝在建筑物內(nèi)，受建筑物避雷針或避雷網(wǎng)保護(hù)，被直擊雷擊中的可能性很小，因此可將注意力集中到防范感應(yīng)雷方面。
三. 電涌保護(hù)器(spd)保護(hù)：
在電梯控制系統(tǒng)使用電涌保護(hù)器(spd)能對(duì)防止雷擊災(zāi)害起到更有效的作用，電梯控制系統(tǒng)內(nèi)部存在大量低壓控制線路，電涌保護(hù)器(spd)用于限制瞬時(shí)過電壓和泄放電涌電流的電器器件，并聯(lián)或串聯(lián)于線路處，平時(shí)呈高阻態(tài)，當(dāng)有瞬態(tài)電涌時(shí)候，spd就會(huì)導(dǎo)通，將電涌泄放到大地上，將線路兩端的殘余電壓(以下簡稱“殘壓”)控制在一定范圍內(nèi)。spd按照保護(hù)的電壓等級(jí)不同而各異，一般情況下，會(huì)有三個(gè)保護(hù)等級(jí)。
a)第1級(jí)spd并聯(lián)設(shè)置在建筑總配電箱及電表處，進(jìn)行雷電電流放電，將雷擊電涌在該段線路的殘壓控制在4000伏內(nèi)，避免瞬間擊毀設(shè)備?，F(xiàn)時(shí)國內(nèi)大部分建筑物已設(shè)置第1級(jí)防雷spd(一般設(shè)置在建筑總配電房內(nèi))，這也是《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》中的最基本要求，故在電梯配置中不考慮該等級(jí)防雷spd器件的配置。
b)在系統(tǒng)機(jī)房客戶提供的配電箱內(nèi)或設(shè)備附近安裝第2級(jí)spd作為保護(hù)，將雷擊電涌殘壓控制在2500伏內(nèi)。
c)第3級(jí)spd用于低壓電氣設(shè)備回路保護(hù)，采用并聯(lián)或串聯(lián)的方式，將雷擊電涌的殘壓控制在各電子板或重要電氣器件可以承受的范圍之內(nèi)。
需要特別指出的是3個(gè)保護(hù)等級(jí)只是泛指，并不是代表每臺(tái)電梯都需要按此等級(jí)配置方式進(jìn)行防護(hù)，同樣的，按照保護(hù)的重要性和精細(xì)程度甚至可以進(jìn)行4級(jí)、5級(jí)的保護(hù)，它們的原理是相同的，其最終目的都是將設(shè)備或元件的雷擊電涌殘壓控制在可以承受的范圍內(nèi)。
針對(duì)電梯的操作性，建議選用模塊化設(shè)計(jì)，更換方便的電涌保護(hù)器件。模塊失效會(huì)自動(dòng)脫離電梯控制系統(tǒng)，并在模塊表面能清晰顯示其模塊工作狀況。就2級(jí)和3級(jí)電涌保護(hù)器(spd)的選型作分析，可在電梯機(jī)房配電箱空氣開關(guān)內(nèi)或控制柜三相入線側(cè)加裝2級(jí)電涌保護(hù)器。在防雷標(biāo)準(zhǔn)中，第2級(jí)spd殘壓必須≤2.5kv。產(chǎn)品通流量大小是可選的，只要符合樓宇或機(jī)房防雷容量即可，也不宜選擇通流量參數(shù)過大的，通常雷電的放電電流通常處于15~25ka的范圍內(nèi)。以下為某公司其中某類型號(hào)電梯選取的2級(jí)spd電涌保護(hù)器的配置。
考慮電梯微機(jī)電源或信號(hào)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)，但如果發(fā)生損壞會(huì)導(dǎo)致電梯出現(xiàn)瞬時(shí)故障，造成乘客受困甚至受傷的情況。故有必要引入3級(jí)電涌保護(hù)器對(duì)控制系統(tǒng)中的重要電子板進(jìn)行保護(hù)，以有效防止因電子板損壞而造成的電梯瞬時(shí)故障。針對(duì)電梯使用的電子板種類繁多，各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(jí)別的電源回路及信號(hào)回路。需要按照實(shí)際要保護(hù)的對(duì)象進(jìn)行分析，挑選適當(dāng)?shù)?級(jí)spd保護(hù)元件。下表3是針對(duì)電梯控制系統(tǒng)電子板的簡要分析：
因?yàn)閟pd具有一定的保護(hù)距離(一般為3～5米內(nèi)，在保護(hù)距離之內(nèi)發(fā)揮作用能有效降低雷擊帶來電涌，將殘壓限制在電路板可承受范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)保護(hù)電子板的效果)，所以各電子板的保護(hù)位置就應(yīng)選取為spd安裝位置附近。對(duì)重要電子板電源供電線路進(jìn)行spd保護(hù)。可應(yīng)對(duì)在電子板的工作電壓和控制電路電壓中的各等級(jí)供電電源線路進(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(jí)相匹配。
為了核查雷擊發(fā)生的頻率和電涌保護(hù)器的保護(hù)效果，建議在2級(jí)和3級(jí)spd端加裝雷擊計(jì)數(shù)器(設(shè)定電流觸發(fā)級(jí)別)，用于統(tǒng)計(jì)該設(shè)備曾經(jīng)受雷擊的情況，并且可以作為日后效果評(píng)估的重要數(shù)據(jù)參考。
四. 總 結(jié)
防雷電涌保護(hù)器件(spd)本身已經(jīng)在建筑物中得到廣泛地應(yīng)用。電梯也已經(jīng)間接地在其保護(hù)下(第1級(jí)防雷保護(hù))。因此，把參數(shù)適合的spd應(yīng)用到電梯上的風(fēng)險(xiǎn)不大，而且有下面以下優(yōu)點(diǎn):
1. spd在電梯上的應(yīng)用問題，最大的優(yōu)點(diǎn)是它本身的安裝和維護(hù)方面具有很好的獨(dú)立性和便捷性，并不會(huì)影響電梯的正常運(yùn)作；
2. 彌補(bǔ)電梯對(duì)雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的不足，可以根據(jù)不同的雷擊風(fēng)險(xiǎn)和客戶要求設(shè)計(jì)相應(yīng)等級(jí)的防雷保護(hù)措施。
3. 增強(qiáng)電梯抵御雷擊事故的能力。
4. 但要將spd的加裝納入電梯選配功能或電梯改造附加工程，還需解決以下問題：
a).加裝spd的效果評(píng)估，雷電是小概率事故，常常被定位為“不可抗拒力”。電梯加裝spd后的數(shù)據(jù)收集整理和統(tǒng)計(jì)會(huì)是一項(xiàng)長期的任務(wù)。
b).產(chǎn)品投入策略問題。第2、3級(jí)spd的加裝成本，消化開發(fā)前期會(huì)進(jìn)行小批量的投入試驗(yàn)，每套(含2、3級(jí))成本估計(jì)會(huì)在3～6千元內(nèi)甚至更高，客戶是否可以接受這種有償配置可根據(jù)公司需求作評(píng)估和選擇。
c).對(duì)于防雷電涌保護(hù)器件(spd)的選擇，是考慮自行開發(fā)或選取有資質(zhì)的防雷公司產(chǎn)品可根據(jù)自身公司需求作評(píng)估和選擇。從專業(yè)性角度考慮，建議選取有資質(zhì)的防雷公司產(chǎn)品消化設(shè)計(jì)可有效降低開發(fā)成本和開發(fā)周期。
綜上所述：防雷電涌保護(hù)器件(spd)可根據(jù)不同市場，環(huán)境等相關(guān)因素作選配配置，有效加強(qiáng)電梯產(chǎn)品的穩(wěn)定性和控制故障率，在電梯上的應(yīng)用具有其優(yōu)點(diǎn)和應(yīng)用前景。

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