行业标准《建筑物防雷设计规范》在太阳能热水器的应用实例

曾麒麟++张秀青++李阳

摘 要：太阳能热水器的使用越来越普及，但是现阶段国家尚未出台太阳能热水器的防雷安装和验收规范。这种情况导致太阳能热水器存在较大的防雷安全隐患。通过对照《建筑物防雷设计规范》，分析了太阳能热水器防雷措施的做法，为防雷技术人员提供参考。

关键词：太阳能热水器；直擊雷；雷电波入侵

中图分类号：TU895 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）27-0161-02

引言

国家标准《建筑物防雷设计规范》（GB50057-2010）发布于2010年11月3日，2011年10月1日正式实施。为使建筑物防雷设计因地制宜地采取防雷措施，防止或减少雷击建筑物所发生的人身伤亡和文物、财产损失，以及雷击电磁脉冲引发的电气和电子系统损坏或错误运行而制定本规范。本规范适用于新建、改建、扩建建筑物的防雷设计。规范对建筑物防雷规范，建筑物的防雷措施、防雷装置、防雷击电磁脉冲的一些要求作出详细说明。

太阳能热水器在多层建筑应用较多，但多数设计院并不会对太阳能热水器进行防雷安全设计。这将会给建筑物防雷留下安全隐患。本文通过对照规范GB50057-2010，分析了太阳能热水器的防雷做法，提供防雷技术人员参考。

1 太阳能热水器的构成

太阳能热水器主要由集热器，保温水箱、直架、连接管道、控制部件构成。每年都有阴云雨雪以及冬季日照不足天气，在此气候下主要靠电加热止水，多数太阳能热水器都内置电加热回路，并通过电源线与室内电源连接。另外为了监控太阳能热水器的水位，水温等信息，太阳能热水器一般都有信息采集、输出、显示。这些信息都是通过信号线路传入室内。

2 防直击雷措施

2.1 防直击雷方法探讨

为了充分获得太阳能，太阳能热水器一般都是安装在建筑顶部。这往往造成热水器不在接闪器的保护范围内。作为防雷安全考虑，太阳能热水器应有专门的防直击雷措施。GB50057-2010第4.5.4第一款规定：“无金属外壳或者保护网罩的用电设备应处于接闪器的保护范围内。”太阳能热水器直击雷防雷措施大致分为两种：一种是将热水器钢结构支架与屋面防雷装置可靠电气连接，另外一种做法是专门为太阳能热水器设置接闪器。要注意，第一种方法是将太阳能热水器直接作为接闪器使用。GB50057-2010第5.2.8条第二款规定：“输送和储存物体的钢管和钢罐的壁厚不应小于2.5mm。”太阳能热水器的结构大致分为涂彩板、保温层、不锈钢内胆。水箱外壳的涂彩板厚道如果达不到2.5mm，第一种防雷方案就不符合GB50057-2010第5.2.8的规定。多数情况我们在给太阳能热水器做防雷设计时无法知道太阳能热水器的相关规格，因此专门为太阳能热水器设置接闪器将更为安全。

2.2 接闪器高度和规格确定

从经济美观的角度来看，专门为太阳能热水器设置接闪杆较为合适。太阳能热水器接闪杆的高度运用GB50057-2010附录D“滚球法确定接闪器的保护范围”来确定。滚球法是以Hr为半径的一个球体，沿建筑滚动，当球体只触及接闪器不触及需要保护的太阳能热水器时，则认为太阳能热水器处于接闪器的保护范围内。Hr的取值与建筑物的防雷分类有关，第一类防雷建筑为30米，第二类防雷建筑为45米，第三类防雷建筑为60米。

与此同时，我们要注意接闪杆直径要满足GB50057-2010第5.2.2规定：“杆长1m以下时，圆钢不应小于12mm，钢管不应小于20mm；杆长1m-2m时，圆钢不应小于16mm，钢管不应小于40mm。”

3 感应雷和雷电波入侵的防护

21世纪信息电子电气时代，雷电灾害表现形式也多以电子电气设备的运行受到干扰、失控或损坏瘫痪体现出来，因此，电源系统防雷基本上就是对电子电气设备正常工作保护和使用人员人身安全保护的系统。

3.1 SPD的选用

电涌保护器是一种为各种电子设备、仪器仪表、通讯线路提供安全防护的电子装置。当电气回路或者通信线路因为外界的干扰突然产生尖峰电流或者电压时，电涌保护器能在极短的时间内导通分流，从而避免浪涌对回路中其他设备的损害。笔者在图审和现场验收工作中发现，多数太阳能热水器并未设计和安装电涌保护器。太阳能热水器属于暴露在LPZ0区的用电设备，容易遭受直接雷击，雷击电磁场强度并没有衰弱。当雷雨天气来临时太阳能热水器若无电涌保护器保护，会危及室内人身安全。GB50057-2010第4.5.4规定；“固定在建筑物上的用电设备在配电箱内应在开关的电源侧设Ⅱ级实验的电涌保护器，其电压保护水平不应大于2.5kV。”由于太阳能热水器已与接闪器连接分流，流经电涌保护器的电流所产生的能量不会很大，而且安装在太阳能热水器的电涌保护器需要与总配电箱的电涌保护器在能量上配合，因而选择Ⅱ级实验的电涌保护器而不是Ⅰ级实验的电源保护器。电涌保护器越靠近需要保护的设备，其保护越有效，所以在开关的电源处设置电涌保护器。

3.2 线路防雷措施

当建筑物或设备并不处于雷暴活动区域内，或者虽然在雷暴活动区域内，建筑物或设备虽然受到防直击雷的防雷装置的保护，但由于所处位置磁场强度的没有减弱的情况下，设备设施仍会遭到雷害，原因是仅有外部防雷装置，并不能避免沿线路侵入雷电过电压行波。通常闪电电涌侵入的方式有以下三种：（1）雷电直接击在金属导线，高电位的闪电电涌沿着导线两边传播而引入室内。（2）由于雷云对大地放电或雷云之间迅速放电形成的静

电感应和电磁感应，它们在各种线缆中感应出几kV到几十kV的高电位，沿着导线传播而引入室内的。（3）雷电闪击在房子或房子附近入地，因其通过地网入地时，在地网上会发生数十千伏到数百千伏的高电位，这高电位通过电力线的零线、通信系统的保护地线传入室内，并沿着线缆传播到别处，殃及更大范围。endprint

管线在进出建筑物界面时，未采取防止闪电电涌侵入措施，则以上任何一种方式引入室内的电压高于电子电气设备的耐冲击电压水平时，电子电气设备会被损坏或损毁。太阳能热水器从屋顶到室内浴室的线路有电源线路和信号线路。一些工程管线采用PVC管，这种做法是错误的。这些线路在入户处都应该套金属管屏蔽，并保持金属管的两端接地。穿钢管和两端接地的目的是为了使其起到屏蔽和分流作用。按电气要求，配电箱外壳应该与PE线相连，PE线的接地装置与防雷的接地装置是共用或直接连接在一起的，这个金属管实际就与防雷引下线并联，起到了分流的作用。当雷电流沿引下线泄流时，这些线路将不再因电磁感应而产生脉冲过电压。

3.3 等电位连接

太阳能热水器所引发的室内雷击事故多数原因是由于人体双脚或者双手触摸到不同物体时的电位不同。减少这种电位差将有效防止人身伤亡事故的发生。在房屋建设时应在卫生间设置一个局部等电位，这样我们可以将卫生间内的金属物全部连接到等电位排从而减少电位差。等电位宜采用金属板，与建筑内的钢筋或其他屏蔽构件做多点连接。

4 结论

（1）全面系统的学习国家标准《建筑物防雷设计规范》

GB50057-2010的基本内容，熟练掌握防雷系统规划、设计、建设与验收关键技术及有关强制性条文规定将全面提高我们防雷从业人员的业务能力和水平。我们防雷从业人员要将标准与实际情况相结合，才能更好的做好建筑物的防雷保护。（2）专门为太阳能热水器设计接闪器较为安全；浴室内金属物体应做等电位连接；进出室内外的电源线路应穿钢管屏蔽；电源线路应安装Ⅱ级实验的SPD。（3）建议国家尽快出台有关太阳能热水器的防雷规范。（4）雷雨天气来临时，即使是已安装防雷装置的太阳能热水器也最好不要使用。宜将其电源插头拔掉，不与水管和水龙头接触，防止意外的发生。

参考文献：

[1]GB50057-2010.建筑物防雷设计规范（2010版）[S].

[2]苏邦礼，等.雷电与避雷工程[M].广州：中山大学出版社，1996.

[3]李桦.太陽能热水器防雷的探讨[J].福建建设科技，2009（1）：69-70.

[4]李祥超，赵学余，姜长稷，等.电涌保护器（SPD）原理与应用[M].北京：气象出版社，2010，12：273-296.endprint