太阳能热水器的综合防雷设计方案

太阳能热水器的综合防雷设计方案

作者：邹忠旺，刘玉英

来源：《科学与财富》2014年第09期

摘 要：在全球能源形势紧张、气候变暖严重威胁经济发展和人们生活健康的今天，世界各国都在寻求新的能源替代战略，以求得可持续发展和在日后的发展中获取优势地位。光伏产业以其清洁、源源不断、安全等显著优势，成为关注重点。在光伏产业中，太阳能热水器的热利用转换技术无疑是最为成熟的，并被大量使用。然而目前，绝大多数用户在防雷设计时，并未考虑对太阳能热水器的防护，造成了大量的太阳能热水器遭受雷击。本文通过分析太阳能热水器的防雷安全及入雷途径，应用现代防雷技术，对太阳能热水器外部和内部采取综合防雷措施，减免雷击事故。

关键词：太阳能；热水器；综合；防雷 一、太阳能热水器防雷现状

在我国，采用带电加热、温度显示及自动上水功能的太阳能热水器得到越来越广泛的运用，其上部为真空管集热器的太阳能热水器，即采用透明管（通常为玻璃管）并在管壁与吸热体之间有真空空间的太阳能集热器。太阳能热水器基本上安装在屋顶上，大部分太阳能热水器并未安装避雷设施，有的为了增加吸热效果还用铁支架把太阳能热水器支起来，存在严重的防雷安全隐患。

二、太阳能热水器入雷途径

雷电对地面的物体闪击时具有选择性，雷击选择性与当地土壤、地面上的设施、地形、地貌、建筑物结构及其所附属构件等条件有关。一般来说，太阳能热水器遭受雷击的情况可分为直击雷和感应雷（雷电波浸入）两类：直击雷，主要是屋顶太阳能热水器主体部分遭受的雷击，感应雷（雷电波浸入）：主要是太阳能热水器室内智能控制器遭受的雷击。 2.1直击雷击：

当雷电产生时，由于大部分太阳能热水器安装在建筑物的制高点，因此太阳能热水器就比屋顶其它地方更容易被闪电所选择，成为闪电放电的对象。强大的雷电波就沿着与太阳能热水器相连的水管、电源线及控制线侵入屋内，危及人身安全或损坏设备。 2.2感应雷击：

由于设计建筑物美观性，建筑物一般以斜屋面的居多，留有小部分平台放置太阳能热水器，太阳能热水器与屋面接闪器相距较近，当接闪器接收到闪电时，由于闪电的放电作用，太

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阳能热水器就很容易产生电磁感应，产生很高的电动势，通过水管、温度传感线、电加热电源线等对室内设备和人员造成损坏或受伤，引起雷击事故。 2.3雷电波侵入：

如果电源、电信、电视等线缆是埋地敷设，那么这些区域内室内电源等线路遭受到雷电波侵入的概率要小很多，但采用架空线入户的建筑物，遭受到雷电波侵入的可能性大增。太阳能热水器的智能控制器就很容易通过雷电波途径被雷击损坏，严重的可能会导致人员伤亡。 三、太阳能热水器综合防雷设计方案： 3.1 太阳能热水器外部防雷设计：

由于绝大多数太阳能热水器集热水箱材质的厚度不满足防雷设计规定的要求，所以，太阳能热应设立单独的接闪器进行保护，根据太阳能水器的高度及屋顶结构，一般选择采用避雷针作接闪器。对于接闪器的布置可根据屋顶空间的大小，分为两种方法：当空间位置较大时，将避雷针位置设置在离太阳能热水器2m之外（如图1、图2）；当空间位置较小时，避雷针与太阳能热水器的安全距离小于2m，在设置避雷针的同时将太阳能热水器与避雷针做等电位连接，但存在一定的雷击隐患，雷雨天避免使用。

图1 太阳能热水器集中区域避雷针（留有安全距离）布置示意图 图2 独立太阳能热水器避雷针布置示意图 3.2.1 接闪器的选择与布置：

太阳能热水器安装在屋顶公共部位，太阳能热水器比较集中，在设置避雷针时很难与太阳能热水器保持2m的安全的距离，可以对屋顶太阳能热水器采取群体防雷的措施。群体防雷措施采用双支等高避雷针对太阳能热水器进行防雷保护，保护范围按滚球法计算。 3.2.2 等电位连接：

等电位连接是指或过电压保护器装置的连接。太阳能热水器等电位连接分为外部和内部两种，外部等电位连接是指太阳能热水器室外水箱、金属支架与水位仪、温度计、电加热等线路的金属屏蔽层应采取等电位连接。当太阳能热水器与避雷针间距小于2m时，还应同避雷针进行等电位连接，连接处不少于2处。 3.2.3 引下线布置

引下线的布置一般根据避雷针的数量来设置，一支避雷针设置一根引下线，采取明敷方式安装，在距地面2m处至地面部分引下线应绝缘材料保护，防止人员触摸发生雷电反击事故。

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当建筑物安装有避雷带，避雷针可以与原有防雷装置可靠连接，利用原有引下线做为避雷针的引下线。

3.2.4 接地体敷设

太阳能热水器的接地体采用人工接地体，在二支避雷针之间的地面下埋设接地装置。垂直接地体采用长2.5m，50×50×5热镀锌角钢，水平接地体采用50×5热镀锌扁钢，角钢顶端与扁钢埋深0.8m。若接地体通过人员走动处应埋深1m并在上面做绝缘层，防止产生跨步电压。如有钢筋混凝土基础的建筑物可利用该自然接地体做避雷针的接地体。 3.3 太阳能热水器内部防雷设计 3.3.1 电源线的防雷

太阳能热水器电源的防雷，应在室内控制器进、出电源线路上安装电浪涌保护器。在室内总配电箱处安装1套标称电流60kA电浪涌保护器，在太阳能热水器控制器至太阳能热水器的电源线上安装1套标称电流40kA电浪涌保护器。 3.3.2 信号线的防雷

太阳能热水器的信号线有水位传感器、温度传感器和电磁阀，这些设备工作电压较低，耐雷能力弱，容易遭受雷击，应在每根外接线路进行防雷保护，即安装信号浪涌保护器，选择标称通流量为5kA的SPD。

3.3.3 太阳能热水器各种线路的屏蔽

太阳能热水器从楼顶到卫生间的线路有辅助电加热、水位、水温线，这部分线路全部都要采用屏蔽线，其屏蔽层两端要做好接地。由于太阳能热水器在楼顶遭受雷击时，电磁感应电流可能超过电缆屏蔽层所能承受的电流，所以，在太阳能热水器水箱至屋面这段线路再穿钢管，其钢管上端和太阳能热水器支架连接，钢管下端和楼顶避雷带就近连接，以确保线路的二次屏蔽作用。

3.3.4 等电位连接

建筑物内把连接水位传感器、温度传感器和电磁阀等传感器的信号线路的屏蔽层、SPD接地及其他金属管道作等电位连接。 3.3.5 接地体

建筑物内接地利用建筑物本身的保护接地，将建筑物内SPD、线路屏蔽层等接到保护接地上。若建筑物无保护接地，接到人工接地体上。

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结束语

随着太阳能热水器的大量使用，人们对太阳能热水器采取防雷措施观念还比较淡薄，雷击太阳能热水器造成人员伤亡及财产损失还时有发生。有关部门要加大防雷知识宣传力度，开发商、承建商、设计单位等应将太阳能热水器防雷设计安装到位，同时生产厂家应提醒用户该产品需要安装防雷措施，从而共同解决太阳能热水器防雷问题。■ 参考文献

[1]《民用建筑太阳能热水系统应用技术规范》.GB50364-2005

[2]苏邦礼，崔秉球，吴望平，苏宇燕.《雷电与避雷工程》.中山大学出版社.1996 [3]《建筑物防雷设计规范》.GB50057-2010

[4]《建筑物电子信息系统防雷设计规范》.GB50343-2004 作者简介：

邹忠旺（1971-），男，汉族，本科学历，工程师，江西省崇仁县气象局，邮编：344200，长期从事防雷管理工作。