太阳能热水器防雷技术探讨

【摘 要】随着太阳能热水器普遍被居民所使用，雷击太阳能热水器导致人员伤亡和设备损坏的事故也时有发生。本文通过调查分析太阳能热水器存在的防雷安全及遭受雷击的途径，根据现代防雷技术，讨论了太阳能热水器外部和内部防雷措施，以减少雷击造成的人员伤亡和经济损失。

【关键词】太阳能热水器；雷击途径；防雷

0 引言

太阳能热水器，以清洁、经济的优点，广泛受到人们的青睐。太阳能热水器一般安装在楼房顶部，超过了建筑物的最高避雷带（针），使得太阳能热水器完全暴露在雷电直击的范围内，建筑物一旦遭受雷击，热水器先被击坏，存在严重的防雷安全隐患。太阳能热水器遭雷击的危害，不仅仅表现在损坏位于室外的热水器，更严重的是通过水管、水位、及温度数据线、电加热线等渠道将雷电流引入室内，危及人身安全及损坏室内其他电器设备。

1 雷击分析

1.1 直击雷与雷电感应

直击雷可以形象地说就是雷云对大地上的目标（高大建筑物或高大树木等）放电的一种过程。当高空出现雷云的时候，大地上的物体由于静电感应作用，必然带上与雷云相反的电荷，太阳能热水器处于建筑物的最高处，与雷云距离最近，最容易遭受雷击。

雷电感应是指由直击雷产生的雷电流和电磁场，通过导体或空间传向远方，使远方的某一对象遭受到高电压或强电流的现象。

1.2 接触雷击与旁侧闪络

我们应该注意，在直击雷和雷电感应过程中可能出现的接触电压和旁侧闪络。

接触电压是指雷击其他物体，如建筑物、大树、电线杆时，由于雷电流与人体之间的电位差，雷电流由该物体上流过，如果人体某部分接触到被雷击的物体时，雷电流就从接触点进入人体，从另一接触点或脚底流出的现象。比较多见的接触雷击伤人是指手或身体接触到建筑物的避雷引下线、自来水管、大树和电线杆等物体时，受到的雷击伤害。

旁侧闪络是由于被雷击物体带有了高电位，而向它附近的人闪击放电的现象。旁侧闪络伤人也也多是人体站在建筑物的避雷引下线、自来水管、大树和电线等附近时受到伤害的。有时由于较远地方的物体遭受雷击时，通过电线直接把高电位输送，或感应产生高电位也能发生旁侧闪络造成人员伤亡，它和接触雷击的共同点都是雷电没有直接击中受害人，而是击中受害人附近的物体。

2 太阳能热水器的防雷

太阳能热水器的防雷，可以分为室外防雷、室内防雷和室内外的连接部分的防雷三部分。

2.1 太阳能热水器的外部防雷

2.1.1 接闪器

太阳能热水器在室外的部件主要有水箱和金属支架。由于住户购买的楼房，都是在楼房竣工后才交付使用。在安装太阳能热水器时也都是在楼房完工后才安装在楼顶上的。所以一般都高出楼顶防雷装置，不在防雷装置的保护范围之内，处在直接雷击区（LPZ0A区），所以必须补加保护它的防雷装置，使其处在非直击雷区（LPZ0B区）。在安装独立避雷针时，该独立避雷针与太阳能热水器之间应有2-3米的间距，运用滚球法计算避雷针的高度，达到保护太阳能热水器的作用。另外应将热水器的金属做好接地处理，其过渡电阻应少于0.03Ω。且与屋面防雷装置至少应有两处以上焊接连接，以保证可能的雷击时泄放雷电流的可能性。

太阳能热水器都是安装在屋顶公共部位，所以屋顶一般太阳能热水器多而集中，在设置避雷针时很难与太阳能热水器保持一定的安全的距离，针对这些情况我们可以对屋顶太阳能热水器采取集体防雷的措施。集体防雷措施也就是采用双支等高避雷针对太阳能热水器进行防雷保护。避雷针的高度根据滚球法计算确定，避雷针位置安装在太阳能热水器的两侧。以太阳能热水器高2m，宽2m，屋顶宽度20m来计算，当楼顶太阳能热水器以一字形式布置且水箱安装在同一侧时，避雷针位置应与太阳能热水器水箱保持直线。保护太阳能热水器所需双支等高避雷针的高度则应根据建筑物楼顶是否安装完善避雷带来确定，同时应将避雷针与楼顶避雷带作可靠连接。

2.1.2 引下线

当建筑物已安装防雷装置时，独立避雷针的引下线可以与建筑物的避雷针、带或网做可靠焊接，与该建筑物的防直击雷装置共用引下线。当该建筑物没有安装防直击雷装置时，在安装独立避雷针保护热水器时，需设置独立的防雷引下线，与接地装置可靠连接。当设置独立引下线时，应与独立的避雷针引下线之间有一定的距离，防止雷击独立避雷针或避雷带时，强大的雷电流或者感应雷电流导入太阳能热水器，或沿水管、电加热线路等进入室内，损坏室内电气设备甚至造成人身伤亡。

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2米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。

2.1.3 接地装置

独立避雷针可以与建筑物的防直击雷装置共用接地装置。若无共用接地装置时，需设置人工接地体，要求其接地电阻≤10.0Ω。

2.2 太阳能热水器内部防雷

2.2.1 电源线的防雷

太阳能热水器的水位水温控制器与户外电源线间需要防雷。水位水温控制器的电源线路与户外电源线相连，如果雷电流沿着电源线路进入室内，不仅会击坏水位水温控制器，通过室内电线，旁侧闪络还可能伤到室内的人。所以，应该在电源的入户端加装电源浪涌保护器，把从电源线感应来的雷电流拒之门外。

智能化太阳能热水器有辅助加热、水位、水温自动显示及补水、断水的自动控制功能，而这些功能都是通过专用电脑控制芯片、传感装置等电子装置来实现的。而电子器件的集成度越高，电子设备的工作电压也越低，耐过压能力也就降低，当智能太阳能一旦受到雷击浪涌过电压的袭击时，就会通过雷电感应的作用，使强大的雷电流沿连接管道、电源系统进入到浴室，轻则造成室内电器损坏，重则可能导致人身伤亡事故的发生，国际电工委员会（IEC）还将浴室列为电击危险大的特殊场所，因此太阳能热水器的室内防雷问题不容忽视，应采取综合有效的雷电防护措施，将室外进入室内各级线路上配电柜处加装过电压保护装置（SPD），并与建筑物防雷装置做可靠连接。以达到防雷的目的

2.2.2 信号线的防雷

太阳能热水器的信号线一般有水位传感器、温度传感器和电磁阀，这些设备相对工作电压都很低，很容易被雷击坏。所以需要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。由于信号浪涌保护对信号有一定衰减作用，所以在安装了SPD后可能对水位或温度的准确性有稍微的影响。（下转第84页）（上接第79页）所以在这里还是建议太阳能热水器生产厂家在生产时将防雷器件做到控制器线路板上。

2.2.3 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。但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 结束语

随着人们防雷意识的增长，太阳能热水器的防雷问题也被用户所重视，但还是有大部分用户对太阳能热水器的防雷问题视而不见或根本不知道太阳能热水器需要采取防雷措施。因此，雷击太阳能热水器造成的人员伤亡还是时有发生。这个问题不仅需要有关部门加大防雷知识宣传力度，同时也需要生产厂家将防雷措施设计到产品中、建筑设计人员设计合理的安放位置、防雷技术人员不断改进防雷技术，共同将太阳能热水器防雷问题解决好，使之更加安全可靠。

【参考文献】

[1]GB50057-94 建筑物防雷设计规范（2000年修订版）[S].

[2]江燕如.建筑防雷工程与设计[M].气象出版社，2004.