当前户外游乐设施做好防雷设计的相关研究

当前户外游乐设施做好防雷设计的相关研究

俞凯

浙江省特种设备科学研究院浙江310000

摘要:近年来，为满足大众的娱乐需求，各地新建许多集娱乐、餐饮、住宿、购物或包含水上项目为一体的主题乐园。基于当前我国户外游乐设施防雷安全的特殊性，从设计依据、直击雷防护措施、防闪电电涌侵入措施、等电位联结等方面详细阐述了户外游乐设施的防雷设计要求，并分析了水上游乐设施雷电防护的特殊要求，可为户外游乐项目的防雷装置设计提供参考。

关键词：户外游乐；游乐设施；防雷设计

1我国户外游乐设施防雷设计的问题

游乐设施的防雷措施设计不完善，如仅设计游乐设施的外部防雷措施，缺少内部防雷措施或水上游乐项目等电位措施设计不完善等;防雷设计缺乏系统性，如设计单位只对外部防雷装置进行设计，而内部防雷措施方面仅有厂家配套安装的电涌保护器(SPD)，防雷措施的设计相对独立，缺乏整体考虑;部分孤立的小型建筑或场所(如廊道)未在防雷设计范围内;电子系统缺少相关防护措施的设计。

2游乐设施的防雷设计

2.1防闪电电涌侵入措施

2.1.1电子系统防护

园区室外的视频监控、消防、PLC控制系统、DCS数据采集系统的线缆可参考GB50343—2012《建筑物电子信息系统防雷技术规范》中关于安全防范系统的相关防护措施:应有金属屏蔽层并穿钢管埋地敷设，屏蔽层及钢管两端应接地;视频信号线屏蔽层应单端接地，钢管应两端接地;信号线与供电线路应分开敷设，弱电控制系统可设置信号SPD。

2.1.2电源线路防护

电源引入的总配电箱处应装设Ⅰ级试验的SPD，SPD的电压保护水平值应小于或等于2．5kV，保护模式的冲击电流值按GB50057—2010中公式4.2.4-6、公式4.2.4-7进行计算，当无法确定时取大于或等于12.5kA。被保护设备前端是否应装设SPD可按如下方法判定:①上一级SPD的有效电压保护水平小于被保护设备的耐冲击电压额定值Uw;②上一级SPD与被保护设备之间的线路小于10m。无法满足上述条件时，应设置SPD。若游乐设备自身未设计安装SPD，不满足上述条件时，应在设备前端配电箱内装设SPD，SPD的Up/f不低于被保护设备Uw;当全套引进的游乐设备自身已设计安装有SPD，应确认SPD的标称放电电流值In是否能承受线路上预期通过的雷电流值，若不能满足，则仍需在该设备前端电源配电箱处设置Ⅱ级试验SPD，进一步分泄雷电流。除电源箱外，游乐设施的控制箱内也应装设相适配的SPD。

2.1.3游乐设施的户外线路较多

当电气设备处于LPZ0区时，如游乐设施上安装航空障碍灯或室外控制箱等，应根据GB50057—2010第5.4.3条的规定，参考屋面用电设备，采取防闪电电涌侵入措施:①航空障碍灯宜利用金属外壳作为接闪器，当非金属外壳时应处于直击雷的保护范围内;②配电线路应采取屏蔽措施，屏蔽层或穿线钢管一端与配电箱、PE线相连，另一端与设备外壳或保护罩相连，并与防雷装置做等电位联结;③应在开关的电源侧设计装设SPD，选用Ⅱ级试验的SPD，其电压保护水平不应超过2.5kV。此外，安装在建筑物上的游乐设备也应参考屋顶用电设备，采取相应防闪电电涌进入措施。

2.2等电位联结

2.2.1游乐设施的金属装置、电气和电子系统、金属管道等应与防雷装置进行等电位联结。

2.2.2游乐设施的操作间应预留局部等电位联结端，可沿操作间或控制机房内圈敷设等电位联结端子板，其材料规格应满足GB50057—2010中表5.1.2的要求，当为多股铜芯线或铜带时其截面不应小于50mm2，等电位联结带与建筑物的钢筋连接点不应少于两处。室内配电箱、控制箱等以及进出设备间的金属管道、线缆外皮均应连接到等电位联结带上。

2.3直击雷防护措施

2.3.1接闪器与引下线

(1)利用游乐设施固定的金属体、金属装置等自然构件作为接闪器时，需确保其电气贯通，能够提供良好的泄流通道，其金属构件的材料、规格应满足GB50057—2010中表5．2．1的要求，且作为接闪器的金属装置，不宜在其上装设非金属装饰物，以免影响接闪效果。(2)当设备生产厂家不允许雷电流流经游乐设施主体时，应单独设置接闪装置，并设计独立的接闪和泄流通道[1]。(3)当游乐设施在美观上要求较高时，可优先利用游乐设施本身的自然构件作为接闪装置，若保护范围无法满足，可考虑将部分金属构件适当加高，并与游乐设施的外观形状、色彩相融合。(4)根据规范要求，高度超过60m的游乐设施还应增加防侧向雷击的避雷装置，但由于游乐设备高于60m时，考虑到抗风等因素，其一般均为钢结构，可利用金属结构作为接闪器和引下线，但主要钢结构架构须可靠接地。(5)引下线附近需采取防接触电压措施，并满足GB50057—2010中第4．5．6条第1款的规定。(6)园区内孤立的供游客休息的凉亭、长廊等宜设置为避雷场所，并安装防直击雷的外部防雷装置。

2.3.2接地装置

(1)游乐设施的主体一般与其控制间或设备间相隔一段距离，但由于二者的电气和电子线路相关联，故应将二者的接地装置相互连接，电气与电子系统的接地与防雷接地均利用同一接地装置[2]。(2)游客等候区的护栏当采用金属材料时，应每隔不大于25m接地一次，且就近与游乐设施或建筑物的接地装置连接为一体，从而使整个场地形成统一的等电位联结网络。(3)GB8408—2008第6．6．3条规定，游乐设施的接地电阻值不应大于30Ω，但当防直击雷的接地装置与电气和电子系统的接地共用时，接地电阻值的标准应按其中最小值确定[3]。(4)当游乐设施安装在建筑物屋面上时，应利用建筑物的引下线和接地装置散泄雷电流，游乐设施的基座应与建筑物的钢筋体可靠连接，并就近与屋面防雷装置相连，游乐设施及其相关系统应与建筑物内的钢筋、金属构件以及建筑物内系统共用同一接地装置。(5)引下线和接地装置附近需采取防跨步电压措施，并满足GB50057—2010第4.5.6条第2款的规定。

3水上游乐设施的防雷设计

水上游乐设施除具备以上游乐设施的共性外，由于游客在进行水上游乐项目时全身会浸湿，人体电阻值大大降低，此时10～20V电压足以使人发生心室纤维性颤动而致死，一旦水上游乐设施或其相连线路遭雷击，易对人身安全构成威胁。因此，水上游乐设施更需要完善的防雷设计。水上乐园一般有滑道、漂流河、造浪池、戏水池等游乐设施，包含过滤、净化、循环、造浪等设备及水上、水下照明和控制线路等，由电动机带动水泵，周边附带泵房和控制机房[4]。由于游乐设施地上构筑物以非金属滑道为主，防雷设计时一般仅考虑游乐设施附属用房，而忽略滑道附带的金属梯、水池、河道及设备的电源和控制线路等的防雷措施。鉴于以上问题，水上游乐设施的防雷措施应注意如下方面。(1)滑道的金属支撑架、上人铁梯等应做好接地措施，可与其邻近水池的基础接地相连。(2)漂流河、造浪池、戏水池等可参照15D502《等电位联结安装》中关于游泳池局部等电位联结的做法进行等电位联结。区域内设备外露可导电部分的保护接地导体、建筑物结构的金属构建、游乐设施的金属构件、非绝缘地面内的钢筋、混凝土水池的钢筋、金属管道等均需做等电位联接，并与基础钢筋可靠连接。等电位联接是水上游乐设施雷电防护中最为重要的措施，不可忽视，设备的电源和信号线路防护可参照陆上游乐设施的防护措施。

结束语：

游乐设施的防雷设计相较于一般建(构)筑物有其特殊性，且现有的规范中可参考的条文内容有限，此类项目的防雷设计容易留下死角和盲区，使园区内留下诸多防雷安全隐患。因此，只有通过总结相关实践经验，灵活运用和参考规范的条款，结合各方面的防雷安全要求，完善游乐设施的防雷措施，才能确保游乐园区的防雷安全。

参考文献：

[1]谢江山,翁清备.高大型游乐设施的防雷技术分析[J].机电信息,2019(02):41-42.

[2]姜洋,尼玛扎西,李加申.观光塔类游乐设施防座舱坠地措施研究[J].中国特种设备安全,2018,34(02):13-15.

[3]姜志军.大型游乐设备的防雷和接地[J].科技风,2016(07):152.

[4]谢文黎,祁维武,尤文捷,包顺强.大型室外主题乐园的防雷系统解决方案[J].现代建筑电气,2014,5(08):50-53.