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摘 要：本文根据针特例对电梯的结构和海南省雷电的特点进行了分析，根据雷击现场的具体情况，对外部防雷、内部防雷、等电位连接、安装SPD等综合防雷措施进行了探讨。
关键词：电梯防雷、外部防雷、内部防雷、SPD
2016年8月、2017年7-9月，海南省定安县某小区电梯先后四次遭雷击，导致电梯控制系统主板、变频器驱动板、扩张板、轿顶板等电子版烧毁，给电梯使用单位造成了巨大的经济损失，也给电梯维保单位找了不少麻烦，据此，本文简要地分析一下这些事故，提出一些防雷措施。
一、雷击过程分析
该小区强电、弱电线路入户处均未做过电压防护，会导致雷电波入侵；建筑物屋面层均出现强电、弱电线路捆绑在避雷带上穿PVC管进入电梯机房或住户家，未做任何屏蔽设施和过电压防护，会导致雷电电磁感应和雷电波入侵；建筑物天面违章搭盖金属屋面小屋，金属屋面未接地；天面搭盖私家花园、加装的太阳能热水器超出接闪器保护范围，易遭受直击雷损害。
电梯从空间位置使用看， 由四个部份组成：机房、井道、轿厢和层站。机房位于井道的顶部，即楼房顶层；轿厢是运载乘客的空间；层站是乘客或货物出入轿厢的地点。电梯机房一般都设在建筑最高处，直接雷击首当其冲。该小区屋面搭盖金属屋面小屋和私家花园，加装的太阳能热水器均留下安全隐患。电梯遭受雷击损坏器件主要集中在电气控制部分，该小区电梯控制系统主板、变频器驱动板、扩张板、轿顶板被雷电击穿烧毁，主要原因：一是在建筑最高处设独立高出屋面电梯机房，屋面强电、弱电线路捆绑在避雷带上进入电梯机房，电磁环境较差，雷击电磁脉冲损坏概率大；二是电器控制部份微电子化程度高，耐受能力较差，几十伏上百伏过电压就能损坏其设备。
二、电梯防雷击措施：
1、外部防雷：
根据《建筑物防雷设计规范》（GB50057—2010）的要求，建筑物安装应符合相应防雷等级的避雷针、避雷带、避雷网、引下线，引下线应沿建筑物四周均匀或对称布置，其平均间距应符合要求。建筑物屋面新增金属构件应就近与屋面防雷装置相连做等电位处理，建筑物屋面新增非金属物体应设接闪器，并就近与屋面防雷装置相连做等电位处理，且有良好的接地。宜利用基础内的钢筋作为共用接地装置，应将交流工作接地、安全保护接地、直流工作接地、防雷接地共用一组接地装置，但防雷接地在环形接地体上的接地点与其他几种接地的接地点之间的距离宜大于5m。建筑物的高度在45m（二类）或60m（三类）以上的外墙上的栏杆、门窗等较大金属物应与防雷装置连接，电梯机房的金属门窗应就近与防雷装置连接。如果电梯是室外观光电梯，建筑物外墙上安装的观光电梯，都应将其轨道、轿厢、厅门等与建筑物防雷装置连接，做好防侧击雷保护措施。
2、 内部防雷：
电源及信号线路的屏蔽及布线高层电梯电源和通信线路较长，受感应的线路较长，电梯机房一般位于大楼顶层，电磁环境恶劣。雷击高层建筑时顶上两层遭受雷击的概率大于下面各层，电梯机房应采取有效屏蔽，减少电磁干扰。设计时宜将电梯井道设于建筑物中心部位，远离外墙钢筋混凝土柱内主筋所作的引下线的位置。电梯控制系统应布设于机房中间位置，以最大限度减少雷击电磁脉冲的干扰。电梯的电源、控制、通讯等线缆最好采用金属管敷设，连接处作好跨接处理，至少在屏蔽金属管的两端就近良好接地，保证电磁屏蔽，减少雷击电磁脉冲对电梯控制系统造成干扰。对于楼与楼之间的架空线路如无法采取屏蔽处理时，应在架空线上加钢缆固定，并将钢缆两端就近引至共用接地装置。
3、等电位连接：
等电位连接的目的在于减小雷电流在分开的装置、诸导电物体之间的电位差。《建筑物防雷设计规范》（GB50057—2010）第6.3.4条第3款规定：所有电梯轨道、电缆桥架等大尺寸的内部导电物，其等电位连接应以最短路径连到最近的等电位连接带或其它已做了等电位连接的金属物，各导电物之间宜附加多次互相连接。电梯导轨的底端和顶端分别与防雷装置连接，作为雷电流泄放的通道之一。高层电梯机房金属门窗、金属构架应接地，作等电位处理。在电梯机房内使用40x4x300mm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。
4、安装SPD：
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，以有效防止因电梯主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，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。
各电梯主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。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）电梯主板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。
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电梯主板，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。
参考文献：
[1] GB50057—2010，建筑物防雷设计规范[S].
[2] GB50343—2004，建筑物電子信息系统防雷技术规范[S].
关键词：电梯防雷、外部防雷、内部防雷、SPD
2016年8月、2017年7-9月，海南省定安县某小区电梯先后四次遭雷击，导致电梯控制系统主板、变频器驱动板、扩张板、轿顶板等电子版烧毁，给电梯使用单位造成了巨大的经济损失，也给电梯维保单位找了不少麻烦，据此，本文简要地分析一下这些事故，提出一些防雷措施。
一、雷击过程分析
该小区强电、弱电线路入户处均未做过电压防护，会导致雷电波入侵；建筑物屋面层均出现强电、弱电线路捆绑在避雷带上穿PVC管进入电梯机房或住户家，未做任何屏蔽设施和过电压防护，会导致雷电电磁感应和雷电波入侵；建筑物天面违章搭盖金属屋面小屋，金属屋面未接地；天面搭盖私家花园、加装的太阳能热水器超出接闪器保护范围，易遭受直击雷损害。
电梯从空间位置使用看， 由四个部份组成：机房、井道、轿厢和层站。机房位于井道的顶部，即楼房顶层；轿厢是运载乘客的空间；层站是乘客或货物出入轿厢的地点。电梯机房一般都设在建筑最高处，直接雷击首当其冲。该小区屋面搭盖金属屋面小屋和私家花园，加装的太阳能热水器均留下安全隐患。电梯遭受雷击损坏器件主要集中在电气控制部分，该小区电梯控制系统主板、变频器驱动板、扩张板、轿顶板被雷电击穿烧毁，主要原因：一是在建筑最高处设独立高出屋面电梯机房，屋面强电、弱电线路捆绑在避雷带上进入电梯机房，电磁环境较差，雷击电磁脉冲损坏概率大；二是电器控制部份微电子化程度高，耐受能力较差，几十伏上百伏过电压就能损坏其设备。
二、电梯防雷击措施：
1、外部防雷：
根据《建筑物防雷设计规范》（GB50057—2010）的要求，建筑物安装应符合相应防雷等级的避雷针、避雷带、避雷网、引下线，引下线应沿建筑物四周均匀或对称布置，其平均间距应符合要求。建筑物屋面新增金属构件应就近与屋面防雷装置相连做等电位处理，建筑物屋面新增非金属物体应设接闪器，并就近与屋面防雷装置相连做等电位处理，且有良好的接地。宜利用基础内的钢筋作为共用接地装置，应将交流工作接地、安全保护接地、直流工作接地、防雷接地共用一组接地装置，但防雷接地在环形接地体上的接地点与其他几种接地的接地点之间的距离宜大于5m。建筑物的高度在45m（二类）或60m（三类）以上的外墙上的栏杆、门窗等较大金属物应与防雷装置连接，电梯机房的金属门窗应就近与防雷装置连接。如果电梯是室外观光电梯，建筑物外墙上安装的观光电梯，都应将其轨道、轿厢、厅门等与建筑物防雷装置连接，做好防侧击雷保护措施。
2、 内部防雷：
电源及信号线路的屏蔽及布线高层电梯电源和通信线路较长，受感应的线路较长，电梯机房一般位于大楼顶层，电磁环境恶劣。雷击高层建筑时顶上两层遭受雷击的概率大于下面各层，电梯机房应采取有效屏蔽，减少电磁干扰。设计时宜将电梯井道设于建筑物中心部位，远离外墙钢筋混凝土柱内主筋所作的引下线的位置。电梯控制系统应布设于机房中间位置，以最大限度减少雷击电磁脉冲的干扰。电梯的电源、控制、通讯等线缆最好采用金属管敷设，连接处作好跨接处理，至少在屏蔽金属管的两端就近良好接地，保证电磁屏蔽，减少雷击电磁脉冲对电梯控制系统造成干扰。对于楼与楼之间的架空线路如无法采取屏蔽处理时，应在架空线上加钢缆固定，并将钢缆两端就近引至共用接地装置。
3、等电位连接：
等电位连接的目的在于减小雷电流在分开的装置、诸导电物体之间的电位差。《建筑物防雷设计规范》（GB50057—2010）第6.3.4条第3款规定：所有电梯轨道、电缆桥架等大尺寸的内部导电物，其等电位连接应以最短路径连到最近的等电位连接带或其它已做了等电位连接的金属物，各导电物之间宜附加多次互相连接。电梯导轨的底端和顶端分别与防雷装置连接，作为雷电流泄放的通道之一。高层电梯机房金属门窗、金属构架应接地，作等电位处理。在电梯机房内使用40x4x300mm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。
4、安装SPD：
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，以有效防止因电梯主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，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。
各电梯主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。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）电梯主板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。
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电梯主板，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。
参考文献：
[1] GB50057—2010，建筑物防雷设计规范[S].
[2] GB50343—2004，建筑物電子信息系统防雷技术规范[S].