家用太陽能熱水器防雷技術探討

陳學志+吳曉

摘 要：本文介紹了太陽能熱水器的結構，分析了雷電損壞太陽能熱水器的途徑，從防直擊雷和防雷電波侵入等方面探討了對太陽能熱水器進行防雷防護的技術方法。

關鍵詞：太陽能熱水器；直擊雷防護；雷電波侵入防護

寧夏地區光能源非常充足，太陽能是一種清潔經濟的能源。太陽能熱水器目前已經廣泛應用于千家萬戶，具有低碳環保的特點。成為每個家庭必備的用品。但太陽能熱水器因其需要充足光照等安裝條件，基本都安裝于建筑物的最高處，導致太陽能熱水器的高度超過了建筑物上原有接閃帶高度，使其完全暴露在直擊雷的范圍內，一旦發生雷擊事故，熱水器將首當其沖“挨打”，隱患十分嚴重。

當太陽能熱水器被雷電擊中以后，不僅僅損壞位于室外的集熱器和保溫水箱，更有可能的是通過水路、數據采集系統、電加熱線等渠道將雷電流引入室內，危及人身安全并損壞其它電器設備，嚴重威脅到居民的生命和財產安全，因此太陽能熱水器的雷電防護至關重要。

筆者對太陽能熱水器的安裝及內部結構進行了調查，對直擊雷的潛在威脅和防護措施進行了研究。探索到了相應的防雷技術方法，愿供大家參考。

1太陽能熱水器的內部結構特征

太陽能熱水器是一個光熱轉換器，真空管能夠最大限度的吸收太陽能，將其轉化為熱能。由真空管組成的集熱器是太陽能熱水器的核心，

太陽能熱水器除集熱器外，還有絕熱貯水箱、連接管道、支架和控制系統?？刂葡到y能夠采集貯水箱的水位水溫等信息，并根據用戶設置實現自動控制熱水器。是戶外裝置與室內環境連通的電路系統，貯水箱和管道是戶外裝置與室內環境連通的水路系統。

2 雷電破壞途徑分析

由太陽能熱水器的結構可以看出，除了戶外集熱器和貯水箱可能因直擊雷擊中而造成物理損壞之外，雷電還可能通過戶外與室內連通電路系統和水路系統進入室內造成室內設備損壞以及用戶傷亡，所以太陽能熱水器應采取防直擊雷和防雷電波侵入等措施。

3 直擊雷防護措施

大多數太陽能熱水器水箱的不銹鋼板厚度僅為0.3mm， 用其外部結構直接做接閃器， 存在被擊穿損毀的危險，因此將其作為接閃器。太陽能熱水器的支架及本身的金屬結構也不應與建筑物的接地系統連接。應當在太陽能熱水器上加裝接閃器做防直擊雷保護。

3.1太陽能熱水器所處建筑物已安裝防直擊雷裝置

當現有防直擊雷裝置的引下線、接地裝置符合要求，與太陽能熱水器的間距大于3m，且家用太陽能熱水器在現有防直擊雷裝置的保護范圍內時，可不另設防直擊雷裝置。

當現有防直擊雷裝置的接閃器、引下線、接地裝置不符合要求時，應當對不符合要求的項目進行完善、整改，并使太陽能熱水器與防直擊雷裝置的間距大于3m，才能有效防護直擊雷。

3.2太陽能熱水器所處建筑物沒有防直擊雷裝置

應裝設避雷針或架空避雷線作為接閃器，并使太陽能熱水器處在接閃器的保護范圍內。

3.2.1對于屋面安裝的單體太陽能熱水器，應在距離熱水器3m遠處安裝避雷針。假設太陽能熱水器自身高度為hx1 ，寬度為w ，建筑物高度為hx2 ，按第三類防雷建筑物計算，則避雷針長度l可通過以下公式推算：

式中：hx──太陽能熱水器自身高度hx1與建筑物高度hx2之和（m），即hx = hx1 + hx2；

rx──避雷針在 hx高度的xx′平面上的保護半徑（m），此處為（w + 3）m；

hr──滾球半徑，取60m；

h──避雷針長度l與建筑物高度hx2之和（m），即h = l + hx2；

避雷針宜采用圓鋼時直徑不應小于為20mm，采用鋼管時直徑不應小于25mm。

3.2.2對于成排安裝太陽能熱水器的情況，應當裝設架空接閃帶做防直擊雷保護。架空接閃帶及其兩端支架與太陽能熱水器的間距應大于3m。架空接閃帶宜采用鍍鋅鋼絞線，其截面積不應小于35mm2。

3.2.3引下線宜采用圓鋼或扁鋼，并經最短路徑接地。引下線采用圓鋼時，直徑不應小于8mm；采用扁鋼時，截面不應小于48mm2，其厚度不應小于4mm。在地面上1.7m至地面下0.3m的一段，應采取暗敷或鍍鋅角鋼、改性塑料管或橡膠管等保護設施。

接地裝置宜使用太陽能熱水器所處建筑物基礎內的鋼筋做自然接地體。如使用人工接地體，宜采用角鋼、鋼管或圓鋼做人工垂直接地體，采用扁鋼或圓鋼做水平接地體。圓鋼直徑不應小于10mm；扁鋼截面積不應小于100mm2，其厚度不應小于4mm；角鋼厚度不應小于4mm；鋼管壁厚不應小于3.5mm。埋設深度不小于0.8m。

人工接地體距家用太陽能熱水器所在建筑物出入口或人行道不應小于3m。當小于3m時，應采取下列措施之一：水平接地體局部深埋不應小于1m；水平接地體局部應包絕緣物，可采用50～80mm厚的瀝青層；采用瀝青碎石地面或在接地體上面敷設50～80mm厚的瀝青層，其寬度應超過接地體2m。

引下線、接地裝置與附近金屬物或線路的最小間距應大于3m。

引下線的沖擊接地電阻不宜大于30Ω。

4雷電波侵入防護措施

家用太陽能熱水器的上水管、下水管應使用非金屬絕緣管，防止雷電流沿上水管和下水管進入淋浴間。

由家用太陽能熱水器至淋浴間內的電路系統應采用屏蔽線，并穿鋼管屏蔽，但穿線鋼管不宜進入淋浴間。線路屏蔽層應兩端接地；鋼管上端、中間、下端應與防直擊雷裝置就近連接。淋浴間內的暖氣管道、自來水管、熱水器等應做好與建筑物的等電位連接。

在綜合考慮經濟和安全因素后，可在家用太陽能熱水器的漏電開關后安裝電源電涌保護器，在信號線兩端安裝信號電涌保護器。安裝的電源電涌保護器和信號電涌保護器應符合國家現行相關標準規范的有關規定。

防雷電波侵入措施的沖擊接地電阻不宜大于30Ω。

建議在雷雨天禁止使用家用太陽能熱水器；雷雨天應斷開家用太陽能熱水器的電源線路、信號線路。

綜上所述，太陽能熱水器的防雷問題不容忽視。應采用綜合有效的防護措施并還要根據建筑物本身的防雷裝置做出合理部署，才能有效的減少和避免雷擊事故的發生，避免人身傷亡和財產損失。

參考文獻

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