摘要：随着社会的发展，为了满足人们高质量生活，户外游乐场随之增多。游乐园地处空旷区域，高大型游乐设施在户外露天情况下使用，其电气设备容易成为雷电巢穴，做好这类设备的防雷工作至关重要。现根据游乐设施特点，基于现有规范标准，分析了游乐设施的防雷技术。
关键词：户外游乐设施；防雷设计
引言
随着人们生活水平的提高，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。
1特征
近几年，我国也新建了许多主题公园，园区内有许多大型的游乐设备，也有各种主题建筑。尽管这些主题公园各有不同，但都有以下3个特征：①设备大多为金属结构；②高大型电动游乐设备多是由计算机控制的；③人员密集，在游戏过程中，人体要与各种金属物接触。鉴于这些特点，为了保证人员和设备的安全，防雷设计必须要可靠、完善。
2问题的提出
游乐园是人员密集场所，装备了大量的高大型游乐设施，如过山车、摩天轮、太空梭、高空旋转塔等，这些游乐设施的高度一般都在15m以上，高的可达60m，甚至更高。高大型游乐设施有非常显著的特点，如金属结构多，基本都是电力驱动，绝大部分设备采用PLC控制技术，自动化控制装置多。由于人员密集，乘用人必定会接触到各式金属构件。同时游乐园中配备有监控等弱电系统，这些均对防雷技术提出了较高的要求。
雷电喜欢捏“软柿子”，当雷电击中某个地方后，往后雷电就会喜欢朝着这个地方跑，学术上称这种地方为“雷电巢穴”。
大量电子设备的普及使得雷电灾害的危害方式逐渐发生变化，对供电和通信系统产生巨大威胁，从相关的雷击事件统计中不难发现，绝大多数雷击事故发生在供电系统、通信系统、计算机网络系统以及监控系统等弱电设备上。高大型游乐设施，不仅是因为高容易吸引雷电，其附属的电气控制系统中大量的电子电气设备也成为吸引雷电的另一个“雷电巢穴”。就雷击来说，大量智能化、高集成化装置的运用使得雷电事故的表现形式出现较大变化，不光有直击雷，还有感应雷和电磁脉冲。因此，高大型游乐设施的防雷工作应是一个综合防雷工程，必须做到综合治理、整体防御、层层设防、多重防护。
3我国关于大型游乐设施的相关要求
在我国，对于大型游乐设施的安全问题，是根据《游艺机和游乐设施安全》（GB8408-2000）来进行安装和检验的，对于防雷击保护和接地的要求有以下几点：
（一）防直击雷
对于高于15m的观览车和滑行类等高大游艺设施，为避免直击雷，需要在设施上安装避雷针，且避雷装置的接地电阻最大为10Ω。
（二）防雷电波入侵
其一，游乐场若采取低压供电缆对场内大型游乐设施进行供电，为了防止雷电波入侵，其低压电缆进户端的电缆金属外皮和金属线槽必须接地，同时需要连接防雷接地装置。其二，当供电使用的是低压架空线时，避雷针作为必备装置需安装在架空线的进户端，同时接地，且10Ω是其最大接地电阻。
（三）接地
在接地方面，对于大型游乐设施，国家规定使用合格的低压配电接地型式是TN-S系统，且对于其保护接地和重复接地来说，低压配电系统的接地电阻必须在4Ω以内。
在接地设备方面，国家规定TN-S系统的电气设备、大型游乐设备所必须接地的部分有：正常不带电的金属外壳、金属结构装置。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
（四）游艺机和游乐设施，不应设置在高压配电架空线路的通道内
该规范不足之处是内容比较局限，没有提出不同规模、不同高度、不同结构形式的游乐设施的基本防雷措施。对于防止雷击过电压及电磁脉冲干扰的措施也不够明确，更没有纳入等电位接地的措施等。因此在具体进行大型游乐设备工程设计时，除执行本规范的有关规定外，还要认真执行国标《建筑物防雷设计规范》（GB50057-94，2000年版）的有关规定，参照国外制造厂商相关的防雷技术规定和要求也是很重要的。
4游乐设施防雷技术
4.1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。
4.2防雷电涌
高空旋转塔与电气控制间是相互独立的，它们所安装的各种电子设备、电气设备经由线缆连接，当高空旋转塔的接闪器遭遇直击雷时，会在接地电阻上产生瞬间高达数百千伏的电压差，这种电压差足够让线缆外部出现闪络，发生阻性耦合，这时雷电电涌就会经过等电位连接进入高空旋转塔上安装的各种电子或电气设备中，并顺着线缆影响电气控制间的控制设备，而且接闪器的接地电阻越大，这种现象越严重。这就是所谓的雷电电涌。
SPD，即防浪涌保护器，它是一种保护用电设备避免出现雷电电磁脉冲或者过电压破坏的一种防雷装备，它可以限制瞬时过电压并且快速泄放电涌电流。一般SPD防护需要安装多级SPD直到将雷电电涌的能量泄放至安全范围内。通过安装Ⅰ级分类的SPD作为第一级保护，对直击雷电流进行泄放，或者当线路遭受直接雷击时，将传导的巨大能量进行泄放。因为SPD的保护距离有限，在SPD与被保护设备之间的线路中会产生一个距离效应，当这个线路的长度越长，设备与SPD之间的电压差就会越大，对于SPD的限制电压（即电压保护水平）来说必须要比设备的耐受电压低，而且要有足够的裕度才能保证保护有效。
4.3雷电监测系统
雷电监测系统负责检测避雷装置动作后进入接地网的脉冲电流强度、雷击电压极性、雷击次数以及各避雷装置动作后的损耗情况，以方便后续防雷装置的检修和维护。
结语
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）.
论文作者:刘畅
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年18期
论文发表时间:2019/12/12
标签：防雷论文; 雷电论文; 游乐设施论文; 设备论文; 装置论文; 电压论文; 过电压论文; 《建筑学研究前沿》2019年18期论文;