上機房電梯控制系統雷擊原因分析與防護

俞利信，王重清，鮑同興

（浙江西迅電梯有限公司，浙江嘉興 314000）

0 引言

電梯作為高速、安全的垂直運輸工具，在各類建筑中發揮著重要作用。在雷雨季節，建筑電梯受到雷擊受損的事例頻繁發生。電梯機房大多位于建筑物的頂端，常年暴露在室外環境中，隨著時間的推移會出現各種各樣的問題，不管是外界環境的干擾還是設備自身出現老化，都會加大雷擊的概率。為了保證上機房電梯控制系統能夠正常穩定地運行，需要分析被雷擊的原因，并做好防護措施。

1 防雷檢測

雷雨天氣多發生在夏季，是一種電荷釋放的自然現象，瞬間電量較大。雷電的平均電流為3 萬安培，最大電流能夠達到30萬安培，電壓為1～10 億伏特。即便是一個中等強度的雷暴，其功率也能夠輕松達到1 萬千瓦，當于一座小型核電站的輸出功率。按照能量釋放的對象可以把雷電分成對地直擊雷和云間雷：對地直擊雷是帶電的云層向大地上的物體尖端放電，如果被擊中的單位和大地之間的阻值較大，就會產生較高的溫度；云間雷在釋放期間有強大的電磁轉換，這種磁場會在各種金屬表面形成電荷，一旦感應電荷在瞬間積累過多，就會出現電氣設備、通信網絡損壞的情況。

隨著我國城市化不斷加快，建筑物中配有大量電梯和電梯控制系統，為了保證人們的生命和財產安全，需要做好上機房電梯控制系統的防雷工作。防雷檢測是有效避免上機房電梯控制系統遭遇雷擊的重要舉措之一，各部門需要對其充分重視，根據已有的經驗和教訓，不斷升級優化，制定更全面、更完善的電梯控制系統防雷措施。其重要性體現自以下兩個方面：①上機房電梯控制系統的防雷工作能夠為人們日常生活、生產提供必要保障；②能夠及時發現現有防雷裝置中存在的問題和漏洞，并及時解決。

2 電梯故障案例

以浙江省兩座大廈的電梯雷擊故障為例（以下簡稱X 大廈、Y 大廈），研究電梯遭遇雷擊之后的狀態，分析電梯被雷擊破壞的情況。

2.1 概述

X 大廈和Y 大廈在雷雨高發期間，不同型號的多臺電梯出現了不同程度的損壞。經過對過往數據的調查分析得知，最嚴重的的一次雷擊事件過后，共有6 臺電梯出現同時停運的現象，每臺電梯的維修費用接近兩萬元，采購的維修材料也無法及時到達。X 大廈和Y 大廈大部分單元只配有一部電梯，電梯損壞給用戶的日常出行和工作帶來十分嚴重的影響。

2.2 故障現象

在受到雷擊的損害后，大部分受到影響的電梯都可以響應各層站的外呼指令，外呼樓層顯示正常，到達指定樓層之后也可以正常開門關門，電梯內部各個零部件運行正常。但是一旦乘客進入電梯，就會出現轎內顯示異常的情況。根據分析可以得出結論，電梯的電氣控制系統和電梯主板并沒有受到嚴重損壞，其功能性完好，電梯驅動系統能夠正常運行，電氣安全系統運作正常，乘客也能夠通過外呼通信系統與外界溝通，但是電梯轎廂通信模塊與主控系統的通信功能喪失，無法正常運作。

2.3 電梯通信模塊

以X 大廈和Y 大廈所使用的電梯情況為例，其轎內選層顯示系統和轎外召喚顯示系統均采用模塊通信化控制手段，把電梯內部的轎廂和層站集中在控制模塊上，通過CAN 總線和上機房電梯控制系統進行信號通信。傳統的開關信號外呼系統使用了大量布線，增加上機房電梯控制系統出現故障的概率，電梯通信模塊只使用兩根電源線和兩根數據線，簡化了布線，降低了維修難度。電梯通信模塊的數字信號容易受到外界的電磁干擾，特別是在夏季雷雨氣候較多的情況下，因此對通信電路的屏蔽保護要求較高。

電梯控制主板通過兩個端口同轎廂通信板端口和層站通信板端口進行通信，在分析X 大廈、Y 大廈電梯后發現，控制主板的CN7-B5/A5 和B4/A4 兩組端口可以實現互換，意味著雖然兩組端口型號不同，但都通過兩個保護電路后再接回到通信解碼芯片上，并且兩個端口傳輸的數據和協議完全一致。

2.4 控制原理

上機房電梯控制系統的控制主板和轎廂通信板之間靠3 個部件完成通信：①控制主板（I/O-MLT）；②轎廂通信板（COP-100L）；③連接電纜線。這3 個部件相互連接、相互作用，一旦其中一個部件遭受了雷擊損傷，其他部件也會出現故障，喪失通信功能。在對X 大廈和Y 大廈的電梯進行故障檢查后排除了電纜損壞的可能，利用零件更換和排除法確定出故障部分為控制主板和轎廂通信板，這兩部分的端口在連接過程中出現了問題，無法與控制主板通信。根據以往經驗，這種類型的損壞多是由外部因素造成。

2.5 屏蔽電纜與接地

控制主板CN7-B5/A5 和CN7-B4/A4 這兩個通信端口，通信電壓和數據傳輸上不存在差異，但在電梯受到雷擊過后，只有轎廂通信的CN7-B5/A5 受到損壞，而CN7-B4/A4 卻能夠正常運行。檢查發現：①控制主板和轎廂通信板正常運作的過程中，主要依靠半導體屏蔽線，該線型的表面沒有覆蓋金屬網層，不具備屏蔽電場的能力，在雷擊天氣不能降低發生事故的概率；②控制主板和層站之間的通信線采用的是RVVP（電氣連接抗干擾軟電纜）屏蔽線，該線型在絕緣層和保護套之間有銅網屏蔽層，具備很強的屏蔽電場能力。因此在遭到雷擊的時候，與層站實現通信的CN7-B4/A4 端口能夠正常運行。

上機房電梯控制系統的設計圖紙中，通信線的屏蔽線只能在上機房端接地，控制模塊的末端必須懸空。但是，X 大廈和Y大廈遭遇雷擊的電梯CN7-B5/A5 端口的通信線在上機房和轎廂兩端接地。兩端接地引起電位差，線路越長電位差越大，在屏蔽線路上出現閉環效果。

2.6 故障分析

根據X 大廈和Y 大廈電梯遭受雷擊的情況，沒有發現直接雷擊的痕跡，也沒有造成人員傷亡；電梯在雷暴過后都是直接損壞，并且出現故障的設備一致，與層站的通信能夠正常進行，控制主板和轎廂無法正常通信；在遭受雷擊過后，除了電梯損壞之外，很多住戶都反應家里的電氣設備、通信網絡也出現了不穩定的情況。在對現場各種情況進行分析和調查后，可以確定是受到了云間雷的雷擊。

3 預防措施

3.1 做好防雷檢測準備

在上機房電梯控制系統防雷檢測工作中，要對前期工作做到充分的了解和準備，勘察現場環境，由檢測人員制定方案并嚴格執行。在進行防雷檢測工作前，要明確檢查內容和標準，不斷完善書面檢查報告，嚴格監管每一環節的質量。只有前一個環節的檢查符合規定才能進行下一個環節的檢查，最大程度避免發生安全事故。

3.2 加強建筑現場檢測

建筑的防雷檢測工作需要不斷強化檢測單位的職能，讓整個檢測流程能夠順利進行。在上機房電梯控制系統的防雷檢測工作中，詳細分析大廈及其他建筑物的施工圖紙，通過計算和推理，得出遭受雷擊的概率。根據現場的實際情況，充分分析環境和氣候條件，按照要求安裝測試儀器。對防雷裝置進行全面檢測，防雷裝置的安裝要符合國家規定的要求和標準。如果防雷裝置已經出現老化、破損等情況，要根據參數進行整改，具體的流程如下：選擇接地電阻的測試樣本，選擇合適地點繪制平面圖，對測試樣本編號后進行測試，初測完畢后進行復測，確保檢測結果的真實性。

3.3 基礎接地體檢測

基礎接地體是以建筑的鋼筋結構作為接地體，分流雷擊產生的電流，最大程度上保證上機房電梯控制系統安全。在對基礎接地體進行檢測的時候，首先要檢測建筑鋼筋，確定所有的鋼筋都達到了國家規定的建設標準，鋼筋的焊接質量符合工藝流程標準。地梁的鋼筋接地短環路對防雷系統起至關重要的作用，能夠保持防雷系統的中性點平衡。確保梁內鋼筋的質量符合國家規定，鋼筋的規格和焊接搭接長度符合技術標準。選擇接地短路環阻阻值＜0.05 Ω 的測試儀和＜2 Ω 的接地電阻測試儀來檢測建筑的防雷設備，保證上機房電梯控制系統在運行過程中的安全性。

3.4 人工接地體檢測

如果發現基礎接地體檢測不符合建筑整體工程的設計標準，可以選擇人工接地體檢測方法，從水平方向和垂直方向降低建筑的接地電阻，對上機房電梯控制系統起到保護作用。人工接地體性能良好，具有不可取代的地位，與基礎接地體相結合，能夠構建比較完整的接地系統。要反復測量人工接地體的長度，保證其符合國家規定，才能夠保證測量結果的精確性。

4 結語

調查結果顯示，電梯雷擊損壞大部分是控制主板損壞引起的電梯故障，需要從各方面做好雷擊預防工作，提升上機房電梯控制系統的運行穩定性。