电梯防雷方案

直接雷产生感应雷

打雷是云层与大地之间的电压过高,然后击穿空气,形成了大电流放电所致。 避雷针、避雷带、避雷索等接闪装置,是防止直接雷击中建筑物、设备等保护对象。 雷击发生时,直接雷将产生脉冲大电流,同时辐射出强大的电磁场,称之为感应雷感应雷的分级建筑物上的避雷针、避雷带,是直接雷防护。可以避免建筑物直接遭遇雷击。由于避雷针、避雷带在泄放雷击电流时,会产生强大电磁波,电磁波的频宽在几kHz~几MHz之间。感应雷经过建筑物的钢筋结构逐层屏蔽削弱,因此分出了不同的防雷等级区。电梯遭受雷击的途径—机房,机房不建议置于屋顶。该地区虽然不会遭遇直接雷,但是感应雷最强,防雷保护要求最高,成本最高。如果机房在最高一层楼这个区域虽然比楼顶的防护等级下降,但是,仍需要进行B级防护。大多数做电梯防雷的,在这个位置只做了C级防护,因此,效果不会好。最好的办法,是将机房置于底楼,这样的话,C级防护就可以可靠地保护。

雷电流的电磁感应由于雷电流有极大的陡度和强度,di/dt值极大,因此电磁的效应特别明显;无衰减磁场强度H0 。

应按下式计算: H0=i0/(2πSa)(A/m)依据电磁定感应律,瞬间变化的磁场会在附近的回路中感应电压。假如一个5米乘5米的开口金属框,在雷电流峰值为100kA时,距离雷击点200米处也可以感应到1kV左右的电压。感应雷的电压,跟耦合导线的长度成正比,电流跟线径成正比。

感应雷的主要途径

进线耦合:主要是供电线路、有线电视信号、电话线等,经过较长的耦合距离,进入建筑物户内,因此,感应雷的电压高、能量大,破坏性强。建筑物内部耦合雷击电磁场穿过建筑直接在室内导线、电路板上耦合。由于经过建筑物内部钢筋网屏蔽衰减,能量减小,对高压设备的危害减小,但对低压的电子设备、数字电路,危害极大。

地电位反击在避雷针接闪时,将雷击大电流引入地下,靠近避雷针接地处的电位将大幅度上升。如果我们的设备地没有做等电位连接而靠近避雷针的地,那么,将出现地电位反击,烧毁设备。感应雷对IC的危害随着数字化、信息化的水平提高,数字电路的速度也越来越高。速度提高,迫使芯片工作电压向着更低电压的方向发展,CPU、高速AD等芯片的电压从5V、向3.3V、2.2V、1.8V或更低的电压发展,这就使得数字电路变得越来越脆弱,抵抗浪涌的能力变得更差,遭受雷击损害的几率变大。美国通用研究公司提供磁场脉冲超过0.07高斯,就可引起计算失效;磁场脉冲超过2.4高斯就可以引起集成电路永久性损坏。电源系统防雷:电梯防雷很多电梯厂或者安装公司,认为电源入口处安装了防雷器,就万事大吉。没有充分考虑环境因素和感应雷入侵途径。防雷器安装,缺乏前置保护,在出现操作过电压或者雷击过电流时,回出现短路致使FUS1跳闸或者起火燃烧。错误的防雷器安装,将使防雷保护效果大幅度下降。电梯电控系统防雷:变频器(VVVF):变频器虽然加装前置电抗器(CHOKE),将电网污染降低到了最低。但是,变频器输出端,仍然会将变频器功率器件的开关EMC通过电机线辐射出来,成为电梯电控的最大干扰源。

交直流继电器、接触器动作电梯电控箱内交流接触器和直流继电器动作,由于驱动触头的颤动拉狐,造成射频干扰,对弱电控制干扰极大。内呼外唤、各种传感器、通讯 电梯控制,是一个较大的局域网络,轿厢内,楼层间,各种信号存在,有串行通讯,也有视频(摄像头监控)、电话,相互干扰耦合,电磁干扰无处不在,处理不好,不要说雷击,就是较大的扰动(电网上较大的电机、中频炉启动),都可能造成系统伤害。机房位置与感应雷强度较强区域,该区域处于楼顶,处于感应雷强度最大的区域,因此,防护等级要求要高于其它区域。建议电源采用B+C防雷器或者大于100kA的C级防雷器,信号采用40kA复合防雷器。感应雷相对较弱区域,经过一层楼板或墙体,感应雷被削弱。建议电源采用大于60kA的C级防雷器,信号采用20kA复合防雷器。楼底区域,防雷强度经过了多层楼板或墙壁,感应雷已经大幅度衰减。建议电源采用40kA的C级防雷器,信号采用10A复合防雷器。防雷地域雷击强度跟地域关系极大,需参照选型。

我国雷电特点

我国地处亚洲东南部,幅员辽阔,地势复杂雷害较为严重,70%以上为多雷区。

并且具有以下特点:

南方及沿海地区,空气湿润,多雨多雷。

北方及内陆地区气候干燥,雷击频次少,但能级高,即破坏能力强。

电梯防雷,作为灾害预防,建议防大容量、统一标准、方便配套。

少雷区:年平均雷暴日在20天及以下的地区;多雷区:年平均雷暴日大于20天,不超过40天的地区;高雷区:年平均雷暴日大于40天,不超过60天的地区;强雷区:年平均雷暴日超过60天以上的地区。电梯防雷分析原则此处所说防雷,指感应雷;既然是感应雷,那么,就跟雷击电池强度和导线长度相关;分析的重点,是以确保电梯安全运行为主,辅助功能次之,比如摄像、电话、照明等。电源进线保护,电源线往往是经过较长距离进入电控柜,耦合路径长,感应雷的能量大,是首先要做防雷保护的地方。需要特别指出,普通防雷器要前置保护,前面已经描述。注意3P+N与4P的选择。24V电源与通讯接口24V电源除了给计算机板供电意外,还要给轿箱内外的呼叫系统供电,用于楼层指示、呼叫通讯。因此24V电源的回路很长,需要进行防雷保护。

串行通讯总线,贯穿整个电梯楼层,线路长,感应雷损坏的几率远远超过其它。虽然随行线缆中的通讯总线和轿厢外的通讯总线,都是采用屏蔽导线,这对于信号清晰度提升有好处,但是大量的现场使用证明,屏蔽层不能完全防止感应雷,尤其是当屏蔽层上有大的雷击电流流过时,通讯芯片损坏率极大。另外,不论是RS485还是CAN,如果输出芯片被击穿短路时,整个总线瘫痪,甚至造成计算机主板损坏。信号防雷,是目前增长最快的防雷应用,因此,建议对串行通讯进行保护,且是每个口进行保护。

根据电梯的实际情况,建议开发专用保护器,将24V电源保护和通讯保护合而为,以方便安装,同时降低成本。特别注意,作为通讯电源,防雷器应对地隔离,避免信号多点几点造成环流杂讯。

安全回路DC110V安全回路,是电梯安全运行的保证。该回路采用变压器供电,直流模块输出。该回路长,牵涉到电控柜外面的许多装置,比如ZDT1、ZDT2,一个为坑底急停开关,一个为轿顶急停开关,连线从头到尾,耦合回路极长,非常容易遭受感应雷将整流模块击坏,致使安全回路失电,迫使电梯停运。建议DC110V直流输出加装40kA直流防雷器。

BZK抱闸电源防雷

抱闸回路,是电梯正常运行的一个重要环节。当内部电路有半导体器件时,防雷就变得重要了。建议在变压器输出端R220/S220处加40kA的防雷装置。拽引驱动防雷电拽引电机往往置于楼层顶部,处于感应雷最大区域。如果变频器与电机之间的连线距离超过10米,需要做好防雷保护。从水闸和龙门吊的变频牵引系统雷击情况来看,最容易受损的是传感器、变频器,电机被雷击损坏的很少。短距离两侧设备防雷,需要采用两端对等防护,不能采用单端防护,否则损坏比不做防雷保护的几率更大。

辅助系统防雷

照明:如果采用LED照明,建议增加20kA防雷器在轿厢电源入口。摄像头:这个也是常备感应雷击坏的设备,建议安装防雷器。电话:雷击故障时,经常伴随电话被打坏,建议安装防雷器。    


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