付國振

(河北省防雷中心,河北石家莊 050021)

安裝屋面太陽能熱水器應(yīng)注意的防雷技術(shù)

付國振

(河北省防雷中心,河北石家莊 050021)

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和太陽能集熱技術(shù)的改進(jìn)提高,居民安裝使用太陽能熱水器正以較快的速度增長,市場(chǎng)上多見的是平板型和集熱管型太陽能熱水器,可利用太陽的熱能來產(chǎn)生熱水。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,制作容易,使用方便,是人們?nèi)菀渍J(rèn)識(shí)并樂于采用的一種太陽能利用設(shè)備。但是,屋面太陽能的安裝不注意防雷施工,極易造成雷擊事故,危險(xiǎn)性很大。

太陽熱水器 避雷針 防雷

1 太陽熱水器的雷擊途徑分析

(1)直擊雷：熱水器大部分是由金屬材料制成，如不銹鋼、鋁合金、加厚鋼板噴塑等。熱水器的金屬儲(chǔ)水箱常位于建筑物至高點(diǎn)，厚度在0.6～2.0mm。之間，較規(guī)定的可作接閃器的標(biāo)準(zhǔn)厚度2.5mm要小，若雷電直接擊中儲(chǔ)水箱，千安級(jí)的雷電流產(chǎn)生的強(qiáng)大機(jī)械力和電動(dòng)力，極易將貯水箱擊穿，導(dǎo)致熱水器燃燒或爆炸。同時(shí)雷電流(波)會(huì)沿?zé)崴鞯木€路和水管傳導(dǎo)入用戶室內(nèi)，造成人身傷亡和家電損壞。(2)雷電電磁脈沖：若太陽能熱水器附近發(fā)生雷擊，水箱中的加熱管電源線路、水位水溫傳感線路和測(cè)控儀的電源線路均可能產(chǎn)生靜電感應(yīng)、電磁感應(yīng)，或者雷電波侵入使金屬部件間產(chǎn)生火花或擊穿，造成熱水器控制系統(tǒng)或部件損壞。

2 太陽能防雷關(guān)鍵技術(shù)

(1)直擊雷的防護(hù)：通常采用加裝1～3m避雷短針來保護(hù)已安裝的熱水器，或者改造原有防雷裝置。當(dāng)布置獨(dú)立避雷短針防護(hù)時(shí)，應(yīng)根據(jù)熱水器的安裝位置，以及引下線和接地裝置與熱水器間產(chǎn)生反擊的安全距離要求設(shè)計(jì)避雷針高度。應(yīng)注意以下技術(shù)細(xì)節(jié)：

1)科學(xué)計(jì)算接閃桿的安裝高度h：避雷針高度的選擇，應(yīng)以使熱水器在被保護(hù)范圍之內(nèi)為前提。避雷針高度過低，就會(huì)使熱水器的一部分處于保護(hù)范圍之外；避雷針高度過高，則會(huì)發(fā)生側(cè)擊，即雷電不擊在接閃器上，而是擊中接閃器的下方。這兩種情況都不能給熱水器提供很好的保護(hù)。

實(shí)例一：如在某太陽能熱水器中心正北面2.5m處安裝單支避雷針，以屋面作基準(zhǔn)面，在水箱上部高度的xx′平面上：hx=1.6m，我們按三類防雷計(jì)算：hr=60m，則可以解得：h=1.32m，即安裝不低于1.32m高的避雷針能對(duì)熱水器進(jìn)行有效的保護(hù)。

2)正確計(jì)算安裝接閃桿的安全距離：接閃桿的高度可以取以近似值來保護(hù)太陽能熱水器，但確定接閃桿和太陽能熱水器的安全距離我認(rèn)為是更為重要的。因?yàn)槔纂娫趽糁薪娱W桿時(shí)，當(dāng)雷電流沿避雷引下線泄放時(shí)，多會(huì)發(fā)生對(duì)太陽能熱水器的反擊，為了避免接閃桿接閃時(shí)對(duì)熱水器的反擊，那么這個(gè)安全距離應(yīng)依據(jù)《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50057-2010中的規(guī)定來確定，以三類防雷為例：

實(shí)例二：某用戶熱水器儲(chǔ)水箱長2.1m，寬為0.5m.。水箱基座為直角等邊三角形，水箱上部到屋面的高度為1.8m，建筑物高22.0 m。現(xiàn)安裝在住宅樓屋頂上，采熱管(即基座的斜面)正向朝南，已知居民樓為第三類建筑物。

若熱水器與避雷針的接地裝置之間不相連時(shí)，其與引下線之間的安全距離按下列表達(dá)式確定：

計(jì)算得S≥1.19m。

即避雷針與熱水器的距離只需大于1.19m即可避免雷擊產(chǎn)生的高電位反擊。

3)利用建筑物原防雷裝置保護(hù)熱水器：平面屋頂上的熱水器應(yīng)盡量靠近并低于原避雷裝置安裝，保證熱水器在防雷裝置的保護(hù)范圍內(nèi)；坡面屋面上的熱水器應(yīng)順著屋面坡度安裝或降低支架來降低熱水器高度，使熱水器在原避雷裝置的保護(hù)范圍內(nèi)。若熱水器仍不在避雷帶保護(hù)范圍內(nèi)，可以通過改造避雷帶來保護(hù)熱水器。

由以上對(duì)比計(jì)算可知，當(dāng)熱水器與避雷裝置相連時(shí)，避雷短針的高度以及與熱水器的安全距離要求均比熱水器與避雷裝置不相連時(shí)小。因此，當(dāng)避雷針和熱水器的空間受到限制時(shí)，宜將熱水器與避雷裝置相連，即降低了避雷針高度需求又節(jié)省了安裝材料。

(2)雷電感應(yīng)的防護(hù)：太陽能熱水器多數(shù)配備有智能化儀表，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)防凍、自動(dòng)上水、電輔助加熱、水溫水位顯示、安全自檢等全套功能。當(dāng)雷擊發(fā)生時(shí)，雷電電磁脈沖或雷電波就有機(jī)會(huì)通過電源或信號(hào)導(dǎo)線侵入室內(nèi)而引發(fā)雷擊事故。則其防護(hù)關(guān)鍵技術(shù)有以下幾點(diǎn)：①電源線和信號(hào)線的屏蔽。太陽能熱水器室內(nèi)水位水溫控制器和室外水位水溫傳感器、水箱輔助加熱器電源線路以及所有室內(nèi)外相連的信號(hào)線、電源線，在入戶處都應(yīng)套金屬管(槽)屏蔽，并使金屬管(槽)兩端接地。②等電位聯(lián)結(jié)。等電位措施是太陽能熱水器防雷的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。具體做法是將浴室內(nèi)所有的金屬物體、建筑物鋼筋網(wǎng)等連接到LEB(局部等電位聯(lián)結(jié))端子板上。

3 太陽能熱水器安裝注意事項(xiàng)

(1)根據(jù)實(shí)際勘察情況計(jì)算接閃桿高度和安裝位置。為了防止因雷電感應(yīng)導(dǎo)致太陽能熱水器帶電，太陽能熱水器應(yīng)與接閃網(wǎng)或屋面預(yù)留端子連接接地。同時(shí)和接閃桿或者接閃帶要保持一定的距離。

(2)避雷針、引下線材料的選擇。避雷針宜采用鍍鋅圓鋼或焊接鋼管制成。引下線宜采用圓鋼或扁鋼，宜優(yōu)先采用圓鋼，圓鋼直徑不應(yīng)小于8mm。扁鋼截面不應(yīng)小于502mm，其厚度不應(yīng)小于2.5mm。避雷針、引下線宜采用焊接連接，焊接部位應(yīng)做刷漆或鍍鋅等防腐處理。其搭接長度應(yīng)滿足下列規(guī)定：雙面焊接，圓鋼與圓鋼搭接為圓鋼直徑的6倍；單面焊接，圓鋼與圓鋼搭接為圓鋼直徑的12倍。(3)排裝太陽能優(yōu)先選用避雷線保護(hù)。對(duì)于成排安裝太陽能熱水器在四角支架上焊出高于熱水器頂部1米的避雷短針，且在熱水器水箱頂部敷設(shè)撓度最低點(diǎn)距熱水器貯水箱頂端不小于150mm的避雷線(帶)，兩端支架應(yīng)與屋面防雷裝置可靠連接。(4)太陽能熱水器的金屬結(jié)構(gòu)與建筑物的防雷裝置作可靠等電位聯(lián)結(jié)。從樓頂引入室內(nèi)的太陽能熱水器電源線、信號(hào)線、水管均應(yīng)采用金屬屏蔽保護(hù)，并且應(yīng)在漏電保護(hù)開關(guān)后端加裝適當(dāng)?shù)碾娪勘Ｗo(hù)器，并做好接地，以防感應(yīng)雷擊和雷電波侵入。建議在雷暴天氣劇烈時(shí)不要使用太陽能熱水器，并提前拔掉其電源插頭。

4 結(jié)語

當(dāng)今世界能源緊張矛盾日益突出的情況下，太陽能熱水器的推廣和普及無疑是一件利國利民的事情，但是我們?cè)谙硎芷鋷淼谋憷瑫r(shí)，務(wù)必做好提醒大家注意防雷安全防范，趨利避害，使其真正造福于民。

河北省氣象局科研開發(fā)項(xiàng)目“光伏太陽能系統(tǒng)防雷關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用”(12KY17)資助。