上机房电梯控制系统雷击原因分析与防护

俞利信，王重清，鲍同兴

（浙江西迅电梯有限公司，浙江嘉兴 314000）

0 引言

电梯作为高速、安全的垂直运输工具，在各类建筑中发挥着重要作用。在雷雨季节，建筑电梯受到雷击受损的事例频繁发生。电梯机房大多位于建筑物的顶端，常年暴露在室外环境中，随着时间的推移会出现各种各样的问题，不管是外界环境的干扰还是设备自身出现老化，都会加大雷击的概率。为了保证上机房电梯控制系统能够正常稳定地运行，需要分析被雷击的原因，并做好防护措施。

1 防雷检测

雷雨天气多发生在夏季，是一种电荷释放的自然现象，瞬间电量较大。雷电的平均电流为3 万安培，最大电流能够达到30万安培，电压为1～10 亿伏特。即便是一个中等强度的雷暴，其功率也能够轻松达到1 万千瓦，当于一座小型核电站的输出功率。按照能量释放的对象可以把雷电分成对地直击雷和云间雷：对地直击雷是带电的云层向大地上的物体尖端放电，如果被击中的单位和大地之间的阻值较大，就会产生较高的温度；云间雷在释放期间有强大的电磁转换，这种磁场会在各种金属表面形成电荷，一旦感应电荷在瞬间积累过多，就会出现电气设备、通信网络损坏的情况。

随着我国城市化不断加快，建筑物中配有大量电梯和电梯控制系统，为了保证人们的生命和财产安全，需要做好上机房电梯控制系统的防雷工作。防雷检测是有效避免上机房电梯控制系统遭遇雷击的重要举措之一，各部门需要对其充分重视，根据已有的经验和教训，不断升级优化，制定更全面、更完善的电梯控制系统防雷措施。其重要性体现自以下两个方面：①上机房电梯控制系统的防雷工作能够为人们日常生活、生产提供必要保障；②能够及时发现现有防雷装置中存在的问题和漏洞，并及时解决。

2 电梯故障案例

以浙江省两座大厦的电梯雷击故障为例（以下简称X 大厦、Y 大厦），研究电梯遭遇雷击之后的状态，分析电梯被雷击破坏的情况。

2.1 概述

X 大厦和Y 大厦在雷雨高发期间，不同型号的多台电梯出现了不同程度的损坏。经过对过往数据的调查分析得知，最严重的的一次雷击事件过后，共有6 台电梯出现同时停运的现象，每台电梯的维修费用接近两万元，采购的维修材料也无法及时到达。X 大厦和Y 大厦大部分单元只配有一部电梯，电梯损坏给用户的日常出行和工作带来十分严重的影响。

2.2 故障现象

在受到雷击的损害后，大部分受到影响的电梯都可以响应各层站的外呼指令，外呼楼层显示正常，到达指定楼层之后也可以正常开门关门，电梯内部各个零部件运行正常。但是一旦乘客进入电梯，就会出现轿内显示异常的情况。根据分析可以得出结论，电梯的电气控制系统和电梯主板并没有受到严重损坏，其功能性完好，电梯驱动系统能够正常运行，电气安全系统运作正常，乘客也能够通过外呼通信系统与外界沟通，但是电梯轿厢通信模块与主控系统的通信功能丧失，无法正常运作。

2.3 电梯通信模块

以X 大厦和Y 大厦所使用的电梯情况为例，其轿内选层显示系统和轿外召唤显示系统均采用模块通信化控制手段，把电梯内部的轿厢和层站集中在控制模块上，通过CAN 总线和上机房电梯控制系统进行信号通信。传统的开关信号外呼系统使用了大量布线，增加上机房电梯控制系统出现故障的概率，电梯通信模块只使用两根电源线和两根数据线，简化了布线，降低了维修难度。电梯通信模块的数字信号容易受到外界的电磁干扰，特别是在夏季雷雨气候较多的情况下，因此对通信电路的屏蔽保护要求较高。

电梯控制主板通过两个端口同轿厢通信板端口和层站通信板端口进行通信，在分析X 大厦、Y 大厦电梯后发现，控制主板的CN7-B5/A5 和B4/A4 两组端口可以实现互换，意味着虽然两组端口型号不同，但都通过两个保护电路后再接回到通信解码芯片上，并且两个端口传输的数据和协议完全一致。

2.4 控制原理

上机房电梯控制系统的控制主板和轿厢通信板之间靠3 个部件完成通信：①控制主板（I/O-MLT）；②轿厢通信板（COP-100L）；③连接电缆线。这3 个部件相互连接、相互作用，一旦其中一个部件遭受了雷击损伤，其他部件也会出现故障，丧失通信功能。在对X 大厦和Y 大厦的电梯进行故障检查后排除了电缆损坏的可能，利用零件更换和排除法确定出故障部分为控制主板和轿厢通信板，这两部分的端口在连接过程中出现了问题，无法与控制主板通信。根据以往经验，这种类型的损坏多是由外部因素造成。

2.5 屏蔽电缆与接地

控制主板CN7-B5/A5 和CN7-B4/A4 这两个通信端口，通信电压和数据传输上不存在差异，但在电梯受到雷击过后，只有轿厢通信的CN7-B5/A5 受到损坏，而CN7-B4/A4 却能够正常运行。检查发现：①控制主板和轿厢通信板正常运作的过程中，主要依靠半导体屏蔽线，该线型的表面没有覆盖金属网层，不具备屏蔽电场的能力，在雷击天气不能降低发生事故的概率；②控制主板和层站之间的通信线采用的是RVVP（电气连接抗干扰软电缆）屏蔽线，该线型在绝缘层和保护套之间有铜网屏蔽层，具备很强的屏蔽电场能力。因此在遭到雷击的时候，与层站实现通信的CN7-B4/A4 端口能够正常运行。

上机房电梯控制系统的设计图纸中，通信线的屏蔽线只能在上机房端接地，控制模块的末端必须悬空。但是，X 大厦和Y大厦遭遇雷击的电梯CN7-B5/A5 端口的通信线在上机房和轿厢两端接地。两端接地引起电位差，线路越长电位差越大，在屏蔽线路上出现闭环效果。

2.6 故障分析

根据X 大厦和Y 大厦电梯遭受雷击的情况，没有发现直接雷击的痕迹，也没有造成人员伤亡；电梯在雷暴过后都是直接损坏，并且出现故障的设备一致，与层站的通信能够正常进行，控制主板和轿厢无法正常通信；在遭受雷击过后，除了电梯损坏之外，很多住户都反应家里的电气设备、通信网络也出现了不稳定的情况。在对现场各种情况进行分析和调查后，可以确定是受到了云间雷的雷击。

3 预防措施

3.1 做好防雷检测准备

在上机房电梯控制系统防雷检测工作中，要对前期工作做到充分的了解和准备，勘察现场环境，由检测人员制定方案并严格执行。在进行防雷检测工作前，要明确检查内容和标准，不断完善书面检查报告，严格监管每一环节的质量。只有前一个环节的检查符合规定才能进行下一个环节的检查，最大程度避免发生安全事故。

3.2 加强建筑现场检测

建筑的防雷检测工作需要不断强化检测单位的职能，让整个检测流程能够顺利进行。在上机房电梯控制系统的防雷检测工作中，详细分析大厦及其他建筑物的施工图纸，通过计算和推理，得出遭受雷击的概率。根据现场的实际情况，充分分析环境和气候条件，按照要求安装测试仪器。对防雷装置进行全面检测，防雷装置的安装要符合国家规定的要求和标准。如果防雷装置已经出现老化、破损等情况，要根据参数进行整改，具体的流程如下：选择接地电阻的测试样本，选择合适地点绘制平面图，对测试样本编号后进行测试，初测完毕后进行复测，确保检测结果的真实性。

3.3 基础接地体检测

基础接地体是以建筑的钢筋结构作为接地体，分流雷击产生的电流，最大程度上保证上机房电梯控制系统安全。在对基础接地体进行检测的时候，首先要检测建筑钢筋，确定所有的钢筋都达到了国家规定的建设标准，钢筋的焊接质量符合工艺流程标准。地梁的钢筋接地短环路对防雷系统起至关重要的作用，能够保持防雷系统的中性点平衡。确保梁内钢筋的质量符合国家规定，钢筋的规格和焊接搭接长度符合技术标准。选择接地短路环阻阻值＜0.05 Ω 的测试仪和＜2 Ω 的接地电阻测试仪来检测建筑的防雷设备，保证上机房电梯控制系统在运行过程中的安全性。

3.4 人工接地体检测

如果发现基础接地体检测不符合建筑整体工程的设计标准，可以选择人工接地体检测方法，从水平方向和垂直方向降低建筑的接地电阻，对上机房电梯控制系统起到保护作用。人工接地体性能良好，具有不可取代的地位，与基础接地体相结合，能够构建比较完整的接地系统。要反复测量人工接地体的长度，保证其符合国家规定，才能够保证测量结果的精确性。

4 结语

调查结果显示，电梯雷击损坏大部分是控制主板损坏引起的电梯故障，需要从各方面做好雷击预防工作，提升上机房电梯控制系统的运行稳定性。