浙江省特种设备科学研究院 浙江 310000
摘要：如今，人们生活多姿多彩，娱乐项目颇多，各地陆续兴建大型户外游乐园，园区内集中安装不同类型的游乐设备，其中有不少高大型的电动游乐设备。目前在游乐设备的防雷设计上，国内尚无专业的防雷规范做技术指导。游乐园为人员密集场所，设备主体多为金属结构，同时带有精密电气要求，为保障设备和人员的安全，防雷设计须完善、可靠。
关键词：户外游乐设施；防雷设计；策略
引言
在最新版本的《大型游乐设施安全规范》（GB8408—2018）和游乐设施安全技术监察规程中明确要求，游乐设施低压配电系统接地应采用TN-S或TN-C-S系统，接地电阻小于10Ω。高度高于15m的游乐设施和滑索等应设防雷装置，并应采取防闪电电涌侵入措施。若游乐设施的高度高于60m，还应配置防侧击雷装置，防雷装置按《建筑物防雷设计规范》（GB50057—2010）设计。
1我国关于大型游乐设施的相关要求
在大型游乐设施的安装方面，根据国家规定，必须设置在不含高压配电架空线路的通道区域内。《游艺机和游乐设施安全》是我国现行的针对游乐场和游乐设施安装规范的法规，但是因为我国游乐场和相关的娱乐设施发展较晚，这一法规还具有许多缺点有待解决。如其内容方面的局限性表现在，对于规模大小、高度不等、结构形式不一的游乐设施的基本防雷措施的差异。同时也没有明确规定出为防止雷击过电压及电磁脉冲干扰的解决办法，给游乐设施安装的实际操作过程中带来了问题。因此，为保证设备的运行安全，建议同时参考国标《建筑物防雷设计规范》（GB50057-94，2000年版）的有关规定，并结合一些国外厂商在防雷和接地方面的技术和要求来进行设计，已达到更好的效果。
2户外游乐设施的防雷设计策略
2.1直击雷防护措施
2.1.1接闪器与引下线
GB8408—2008《游乐设施安全规范》中第6.6.3条规定，高度大于15m的游乐设施和滑索上、下站及钢丝绳等应装设避雷装置，高度超过60m时还应增加防侧向雷击的避雷装置;QX/T264—2015《旅游景区雷电灾害防御技术规范》第5.5.2条规定，宜利用游乐设施金属结构作为外部防雷装置。结合GB50057—2010《建筑物防雷设计规范》的相关规定，设计时还应注意如下问题。
(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。
(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。
2.1.2接地系统
(1)电动游乐设备低压配电接地型式应采用TN-S系统，所有插座回路专放接地线(PE)，且均设置剩余电流保护开关。电气设备中正常情况下不带电的金属外壳、金属管槽、电缆金属保护层、互感器二次回路等必须与电源线的地线可靠连接，低压配电系统保护重复接地电阻应不大于10Ω。
(2)电气设备、电动游乐设备正常不带电的金属外壳及金属结构等必须可靠接地。在有条件的情况下，建议设置联合接地系统。变压器中性点工作接地、防雷接地、电气设备保护接地、设备等电位联结接地、游艺设备控制系统的功能及其他电子设备的功能接地合用同一接地体，要求接地电阻≤1Ω。
(3)在正常情况下不带电的金属管道(包括电气设备外壳、电缆的金属外皮、风管、水管等)均须与等电位联结线可靠相连;金属构件，如金属扶手、卷帘、防火门及吊顶龙骨等，均须作等电位联结。需要特别注意的是，游客可以触碰到的接地引下线等一定要有指示牌或保护措施。
(4)竖向敷设的金属管道及其他金属物体，在其底部、顶端与防雷装置作可靠连接。
(5)所有电气设备用房和控制室设置总等电位联结。接地装置的设计和施工应符合标准GB/T50065—2011《交流电气装置的接地设计规范》、GB50169—2016《电气装置安装工程接地装置施工及验收规范》的规定，电压有效值大于50V的带电回路与接地装置之间的绝缘电阻应不小于1MΩ。
2.2防闪电电涌侵入措施
(1)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。
(2)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。
(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。
结语
在实际工作中，要将电动游乐设备的防雷设计当作建筑物来对待。电动游乐设施的雷击设计必须要遵循《建筑物防雷设计规范》和《游艺机和游乐设施安全》等相关准则、规范。
参考文献
[1]谢文黎，祁维武，尤文捷，等.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（08）.
[2]刘海生，王会刚，董英楠.基于ANSYS游乐设备大摆锤三维设计[J].机械设计与制造，2010（06）.