浅谈家用太阳能热水器的雷电防护

2010-08-15冯光辉谢思茜

科技传播 2010年5期

冯光辉，谢思茜，黄彪

东兴市气象局，广西东兴 538100

0 引言

东兴市地处低纬，属南亚热带季风气候区，是我国暴雨中心之一，也是广西的雷暴多发区，每年平均雷暴日数为108天，最多年份可达133天。仅在2009年6月东兴市接连出现3起雷击致人死亡事故。随着科学技术的发展和人们生活观念的改变，太阳能热水器因其新颖、环保、节能且方便而深受消费者的喜爱，安装数量逐年增加，这种节能环保的产品已广泛地走进了千家万户。为了更好的收集热能，人们习惯将太阳能热水器安装到屋顶阳光充足的地方，而这样安装往往会超过建筑物上原有的防雷装置高度，使其完全暴露在雷电直击的范围内，且内置有电加热电源线和传感信号线直通室内，它的金属构件较多，事实上热水器的主要金属部件多设在楼顶就变成了一个接闪器。建筑物一旦遭受雷击，热水器经常是“挨打”对象，而且，部分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，从而带来了防雷安全隐患，如不采取科学有效的防雷措施，轻则将导致热水器和家用电器烧毁，重则将出现爆炸、火灾或人员伤亡等，随之而来的是太阳能热水器成为目前住宅防雷新隐患，其防雷保护也成为不容忽视的新问题。因此，研究太阳能热水器的雷电防护，具有非常重要的意义。

1 太阳能遭雷击的方式

1.1 直击雷

当雷云通过线路或电器设备放电时称为直击雷。直击雷可以形象地说就是雷云对大地上的目标放电的一种过程。直击雷可在其周围一定范围内的导体上感应起危险电压，加上建筑物之间连接的各种长距离电缆可在更大的范围内感应上雷电电磁脉冲，并几乎无衰减地沿电缆传入设备。太阳能热水器绝大多数都安装在建筑物的制高点位置上，接闪器一般也都低于太阳能热水器，太阳能热水器暴露在接闪器保护范围之外，也就是所处的位置在LPZ0A，一旦云地放电，太阳能热水器首当其冲，成了接闪器，雷电可以直接击在太阳能热水器上，直接击坏太阳能热水器。

1.2 感应雷

感应雷是由于雷云的静电感应或放电时的电磁感应作用，使建筑物上的金属物件，如管道、钢筋、电线等感应出与雷云电荷相反的电荷，造成放电所引起的。随着太阳能热水器智能化的不断提高，辅助加热、水位、水温自动显示，补水、断水等自动控制功能都应用于太阳能热水器中，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。电子装置在室内，辅助加热、传感装置在室外太阳能热水器水箱中，为这些电子装置供电的电源线，显示及控制用的信号线、控制线都是感应雷击的侵害途径。太阳能热水器易受感应雷击的途径主要是电源线路和信号线路感应。

2 防雷设计采用的通用方式

2.1 外部防雷

如果原建筑物已有良好的防雷措施，并且热水器已处于防雷装置的保护范围之内则不用加避雷针，只需将太阳能热水器的金属底脚用扁钢或圆钢就近焊接到屋面避雷带或引下线上。如果热水器不在保护范围之内，一般情况下可在离热水器3m远的地方加装高出热水器顶部1.5m的避雷针，并做好接地工作。太阳能热水器各金属支架要等电位连接，不要直接连接到避雷针上。

2.2 内部防雷

内部防雷系统主要是在易受过电压破坏的电子设备，应在太阳能感应电源、水位和水温的前端加装过压保护装置，在设备受到过电压侵袭时，防雷保护装置能快速动作泄放能量，从而保护设备免受损坏。内部防雷要实现电源线路防雷和信号线路防雷。应配备3个浪涌保护器：第一个是单相电源浪涌保护器，安装在供电线路入户的电源开关箱处；第二个是屋顶太阳能信号感应末端加装信号浪涌保护器；第三个是太阳能信号线的入户端加装信号浪涌保护器，安装在入室后的信号线上。

2.3 等电位连接

等电位连接是太阳能热水器雷电防护的一个重要环节,因为现在安装太阳能热水器使用的上下水管绝大多数为PVC管虽然PVC管壁有加强金属层，但没有和室内电磁阀组合阀及室外水箱做到金属连接，所以等电位连接分为室外部分和室内部分金属构件的等电位连接。室外部分包括太阳能热水器金属支架、金属构件、避雷针、避雷带及线路屏蔽层等，室内部分包括线路屏蔽层、电涌保护器接地及其它金属管道的等电位连接。

2.4 太阳能热水器各种线路以及信号线和电源线及管道的合理铺设

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。建筑物遭受雷击时，电磁感应电流可能超过电缆屏蔽层所能承受的电流，所以这段线路再穿铁管，其铁管上端和太阳能热水器支架连接，铁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。对信号线和电源线的防雷要想达到可靠的防雷保护，除了采用屏蔽金属和外套铁管外，还要在每根外接线路进行防雷保护，可以在控制器线路板上增加防雷器件，这些器件在正常的工作环境下不起作用，当有雷电感应电流沿信号线或者电源线进入室内控制器时，防雷器件开始工作，把感应电流引入地线，从而保证控制器和室内电源的安全。供水管道和线路铺设要避开建筑物的防雷引下线附近，并保持1m以上的安全距离。

3 共用接地系统

就目前而言，太阳能热水器防雷在很大程度上是依靠建筑物的防雷系统，因此建筑物防雷系统的好坏直接影响到太阳能热水器防雷的效果。例如，接地系统，无论是防直击雷还是防感应雷，抑或是屏蔽、等电位等措施，太阳能热水器的防雷完全利用了建筑物的接地系统。如果建筑物无接地系统或接地系统不好，雷击电磁脉冲就有可能通过太阳能热水器的用电线路侵入整个建筑物的用电线路，损坏用户的其它电器设备，所以在太阳能热水器防雷时首先应检查建筑物的防雷系统，根据建筑物的防雷情况，再到有资质的防雷设计单位制定太阳能热水器系统的防雷方案。