太阳能热水器防雷方法

摘要：西藏雷暴活动频繁、太阳能资源充沛，本地居民习惯安装太阳能热水器，多数的商家和居民在安装太阳能热水器过程当中并没考虑雷击防护，使安装好的太阳能热水器留下雷击隐患。本文即针对南昌市目前家用太阳能热水器防雷安全隐患较大的现状，从直击雷防护、感应雷防护、合理布线等方面探讨对太阳能热水器进行有效防护的方式。
关键词：太阳能热水器；直击雷防护；感应雷防护；合理布线
引言
西藏日照充分、日照时间长，常住居民大多安装太阳能热水器，但西藏雷暴活动频繁，太阳能热水器一般都未做防雷击雷设计，一旦发生雷击事件后果不堪设想。太阳能热水器是太阳能热利用中最常见的一种装置。其基本原理是将太阳辐射能收集起来，通过与物质的相互作用转换成热能供生产和生活利用。太阳能热水器的发展，经历了闷晒式、平板式、玻璃真空管式和热管真空管式四个阶段。随着太阳能利用技术的飞速发展，低碳、环保理念的提倡，太阳能热水器环保、清洁、经济的特点得到了许多南昌市民的喜欢，越来越多的住宅都安装了各式各样的太阳能热水器。
在日常防雷工作中发现，为了采热的需要，太阳能热水器往往被安装在屋顶无遮挡的高处。而由于一些安装公司和用户缺乏防雷安全意识，绝大多数屋顶的太阳能热水器安装的高度均大于该建筑物的最高避雷带（针），并且没有接地，使太阳能热水器起到了接闪的效果。由于屋顶太阳能热水器内置有电加热电源线和传感信号线直通室内，一旦遭受雷击，雷电流将通过热水器的管道、电源线和信号线直接进入用户室内，轻则导致热水器和家用电器烧毁，重则出现爆炸、火灾或人员伤亡等。
据有关资料数据显示，近几年来，全国已发生多起因太阳能热水器遭雷击造成人员伤亡事故。而夏季是太阳能热水器使用的高峰期，也是雷雨多发季节，没有防雷安全措施的家用太阳能热水器，遭受雷击的可能性进一步加大。因此，如何做好太阳能热水器的雷电防护，怎么减少遭受雷击的可能，本文将对此进行探讨。

1 太阳能热水器遭受雷击的途径分析

太阳能热水器是一个光热转换器，通常由集热器、绝热贮水箱、连接管道、支架和控制系统组成。按集热器原理和结构可分为平板型热水器和真空管热水器。按工质流动方式不同，一般分为自然循环型、强迫循环和直流型三种。太阳能热水器遭受雷击的途

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径分为两种，一是直击雷，二是感应雷。

1.1直击雷

直击雷是指雷电直接击在建筑物构架、动植物上，因电效应、热效应和机械效应等造成建筑物等损坏以及人员的伤亡。一般防直击雷是通过避雷装置即接闪器（针、带、网、线、）引下线构成完整的电气通路后将雷电流泄入大地。大多数屋顶的太阳能热水器安装的高度均是建筑物的最高点，处于避雷带（针）的保护范围之外。发生雷击时，太阳能热水器的集热器、储水箱因设置在建筑物外，首当其中充当接闪器，为直击雷的高发点。

1.2感应雷

感应雷是雷电在雷云之间或雷云对地的放电时，并在附近的户外传输信号线路、埋地电力线、设备间连接线和电磁感应并侵入设备，使串联在线路中间或终端的电子设备遭到损害。
太阳能热水器的电源和控制线路易感应雷电过电压。

2 太阳能热水器防雷技术探讨

太阳能热水器的不断发展也对防雷技术提出了更高的要求，要做好太阳能的防雷，建筑、结构、电气、弱电各个环节都缺一不可。

2.1直击雷防护

（1）、合理位置设计。集热器合理的安装型式可避免大部分雷击。使热水器及其他构件全部或者部分”躲藏”于建筑LPZ0区或更高防护区内。建筑设计阶段，设计单位应充分考虑到太阳能热水器的防雷要求，对其安装位置、高度、间距等提出明确的设计思路，可以将太阳能集热器设置在建筑物的屋面、阳台、外墙面、墙体内(嵌入式)以及建筑物的其它部位。
（2） 加高避雷针、带。平屋顶建筑可采用通过采取加高女儿墙避雷针带，修建屋顶水箱间等办法，使其不要成为屋面制高点。
（3）加装避雷针保护。在生活中，多碰到屋面增设热水器或者热水器位置改动导致其不可能“隐藏”在已有接闪器庇护下。这个时候需要单独设置接闪器保护，可在距离热水器机架一定距离安装简易避雷针【此距离可根据GB50057-2010 第4.3.8条公式估算】。 避雷针与屋面避雷带两点焊接。热水器应处于避雷针保护范围内。如能满足足够的安全距离，热水器机架可不与屋面接闪器做电气连接，如果满足不了安全距离，则机架必须和屋面避雷带两点电气连接。理由是防止避雷针对机架产生反击放电，避免机架流过绝大部分雷电流。连接以后，机架和引下线一起作为泄放雷电流和传导高电压的媒介将雷电泄放入地。

2.2 合理布线

太阳能热水工程由外至内穿越屋面或墙面的主要管线有：一是冷水管，二是热水管，三是强弱电线。一般来说，管线布置应隐蔽且相对集中, 冷热水管目前多用PPR管，PPR管由于其非金属特性，不会感生雷电流。强弱电线能感生和传导雷电流，应尽量采用金属套管敷设，屏蔽管上端和太阳能热水器支架连接，下端穿越楼板或墙体后与室内LEB就近连接。
此金属套管应在楼板或墙体工程阶段预埋。强电线尽量使用铠装双芯线，信号线可以采用屏蔽双绞线（八芯线）传导控制信号，强弱线路分槽敷设，有效防止电磁干扰。

2.3 等电位连接

就是在建筑内管线入户处，一般是在用户卫生间内，设置局部等电位连接排（LEB）。国家规范《住宅设计规范》强制性条文：设洗浴设备的卫生间应做等电位联结。
卫生间电器设备PE线、建筑物的钢筋混凝土内钢筋、煤气管道、上水管、下水管、暖气管、电气线路金属屏蔽管、卫生间金属地漏、浴盆等金属卫浴设备。 雷电流通过热水器PE线 和金属屏蔽管分流在进入室内时，恰在卫生间内的人体能处于一个相对的等电位状态，避免遭受强雷击。

2.4 线路防雷电波侵入

水温传感信号线、水位传感信号线（对单个水箱一般为四芯线）进入室内后，显示装置前端应安装信号SPD.由于液位、温度传感线路工作在很低的电压水平，一般在直流3V左右，宜选用最大工作电压为6VDC，标称放电电流In（8/20）不小于500A的防雷元件，插入损耗小于0.5dB。
辅助电加热系统单相AC220V电源线（三根4mm2的导线）在跨越进入室内应安装单相电源SPD。在热水器室内电源插座前端，可采用插座式单相电源SPD。住户室外计量箱内（或电表前）应安装首级浪涌保护器。过电压保护器的设置，避免了由热水器外部线路传导来的雷电流对室内配电系统的倒灌和蔓延。
3结论
随着低碳生活深入人心，更多的消费者倾向于太阳能的使用，而且随着太阳能性价比的提高，人们对使用太阳能的也不断加大。未来可能会有更多的太阳能热水器出现在办公及居民楼顶，也可能会有更多的安全隐患出现在人们身边。这就需要我们一方面在日常的防雷检测中注重发现此类隐患并及时整改，另一方面从源头抓起，使太阳能热水器的生产和安装通过防雷部门的审核，符合防雷规范的要求，从而更好的减少太阳能热水器遭受雷击的可能性。
参考文献：
林维勇.GB50057—94《建筑物防雷设计规范》.中国建筑工业出版社，2001.
GB/T18713-2002《太阳热水系统设计、安装及工程验收技术规范》.
作者简介：许永彬（1983.09--），男，汉族，成都市双流县人，本科学历，助工，从事雷电监测、防雷风险评估工作。