天面太阳能集热供水系统防雷设计方案

佘菁力　谌熠东

摘 要： 通过对天面太阳能集热供水系统存在的防雷隐患进行全面分析，提出天面太阳能集热供水系统防雷设计方案。

关键词： 太阳能系统；雷电防护；设计措施

1引 言

为了采光集热的特殊需要，太阳能热水器都集中安装在建筑物的天面层，这对于防雷技术而言要求很高，所以必须安装防雷装置予以保护。一般而言，消费者在购买该商品时，基本无防雷意识，商家在安装过程中通常只负责安装，极少考虑防雷保护问题，以致于太阳能热水器成为防雷安全事故中的隐患。在雷暴多发季节太阳能热水器容易遭到雷击造成人员伤亡和财产损失。

2天面层太阳能集热供水系统具体防雷设计

2.1直击雷防护措施

根据我国防雷技术规范的要求，通常至少应将天面太阳能安装位置其顶部低于最高接闪器0.6-1.5米处进行安装，并与接闪器保持一定的安全距离（1-3米）。针对不同的地域和天面层采用不同的避雷模式。如果太阳能热水器高出避雷带（网），其接闪几率就比避雷带（网）要高，根据分流系数分析，当热水器接闪时泄放的雷电流越大，电位就越高，它们存在的距离越远电位差就越大。国际电工委员会（IEC）将浴室列为电击危险系数大的特殊场所，当人们在洗浴时身体阻抗就会大幅度下降。如果此电位沿电源金属线路，金属导管等途径进入浴室就会导致人员伤亡。如果安装太阳能热水器时没有采取必要的防雷措施，当太阳能热水器遭到雷击时，轻则击毁太阳能集热装置，重则当太阳能热水器接到强大的雷击电磁脉冲（LEMP）会沿着金属水箱，电辅加热装置的供电线路、金属导管等途径入侵室内，导致爆炸引发雷电火灾，殃及室内生命及财产安全。所以建议广大消费者在雷暴期间或雷雨天气环境中尽量避免使用太阳能热水器，并切断其供电电源，避免雷击电磁脉冲侵入太阳能热水器造成危害。根据直击雷防护措施，通常防护直击雷的有效方案为：将太阳能热水器最高點的金属物构件或金属水箱用16平方毫米以上的多股铜线、–40×4镀锌扁钢、Φ10镀锌圆钢、与天面女儿墙上的避雷带或建筑物的基础内筋进行等电位连接，卫生间进出水管采用镀锌钢管并作好局部等电位连接。如果采用避雷针进行防护，最好在距离热水器3米合理位置安装高出热水器顶部1.5米的避雷针，并进行可靠等电位连接。

2.2感应雷防护及防雷电波侵入对策

2.2.1太阳能热水器的连接线路屏蔽技术措施。

太阳能热水器的连接线路均应采取屏蔽技术。水箱中的电辅加热装置供电线路、水位水温传感线路和自动控制系统线路，在通过（LPZ）防雷区LPZ0в区到LPZ1区，LPZ0в区域中的电磁场强度没有衰减，是太阳能热水器遭受感应雷击和雷击电磁脉冲（LEMP）的主要途径，所以要防感应雷击和雷击电磁脉冲（LEMP）现象的发生就必须安装SPD（浪涌保护器）做好各线路的防护。因此，从建筑物天面层太阳能热水器连接室内卫生间的电源线、传感信号线、上下水管均应采用金属管敷设并作好屏蔽处理。屏蔽层两端应与太阳能热水器的金属物构件进行等电位连接并进行良好接地。在电源漏电保护开关或空气开关处安装电源SPD（浪涌保护器）其标称放电电流不宜小于8/20？μs 20kA，传感线路有四条水位线路和一条水温线路组成。因此在传感线路出水箱处加安装SPD，该处选择标称放电电流不宜小于8/20μs 5KA，在控制器连接处安装SPD，其标称放电电流不宜小于8/20？μs 1.25KA，并良好接地。

2.2.2等电位及接地措施

太阳能热水器防雷设计的重要一环是使用等电位措施和基础共用接地网络系统。等电位措施是减小需要雷电防护空间内各金属物与设施之间的电位差，等电位连接带宜采用金属板，进行等电位连接的目的就是为了防止设施与设施之间、系统与系统之间产生的电位差，在设计时要制定接地装置抗腐蚀措施。等电位连接就是把建筑物的基础钢筋，进出管道、金属屏蔽层、电力系统的零线、建筑物的基础共用接地网络系统系等进行有效的等电位联结，使之形成良好的等电位体。如果建筑物金属物体与大地具有可靠连接，金属物体与大地之间没有电位差，该金属物体就具有零电位。接地系统只指把金属物体、构建等通过各类金属导体、导线与大地相连，使该金属体与大地保持同等电位。室内部分包括室内线路屏蔽层接地、暖气片、线盒、金属排水管、PE线、室内浪涌保护装置接地等室内各种接地的等电位。

安全可靠的基础共用接地网络系统是（LPS）防雷装置的重要环节，无论是直击雷防护还是雷电感应的防护，都是通过接地系统将雷电流释放到大地，最理想的接地阻值越低越好。为尽量避免高电位反击造成人员伤亡事故，就必须对设施进行安全可靠接地，其接地阻值宜≤4Ω范围。基础共用接地网络系统是将自然接地体与人工接地体进行等电位有效联结。接地装置的材料可选用铜质或铁质的金属棒、管以外，还可以使用碳和石墨类型为主体的棒管或使用∠50×50×5mm镀锌角钢，其长度一般为1.5M—2.5M，也可以采用﹣40×4mm的镀锌扁钢或Φ12-Φ14镀锌圆钢。在施工和使用材料上应根据设计要求和技术标准根据现场条件、环境来决定最佳的施工方案。

2.2.3 太阳能热水器防雷系统与建筑物防雷装置的有效融合

太阳能安装所在建筑物的内、外部防雷装置对太阳能热水器的综合防雷效果影响很大。若建筑物共用接地网络系统不完善，或建筑物配电系统未安装合理的浪涌保护器，则太阳能供电线路所使用的配电系统线路极易被则雷击电磁脉冲侵入，造成其它电器设备损坏。所以技术人员应该先检查建筑物防雷装置是否合格，然后再进行太阳能热水器防雷装置的安装。

3 结 语

本文是根据笔者多年从事防雷技术工作的经验，依据国家防雷技术规范，总结了太阳能热水器的防雷隐患，才撰写出的匠心之作。希望对防雷技术工作者起到一定的参考和启迪作用。

参考文献

[1]《建筑物防雷设计规范》（GB50057-2010）.

[2]《民用建筑电气设计规范》（JGJ/T 16-92）.

[3]《住宅设计规范》（GD50096-1999）.

[4]《等电位联结安装》（02D501-2）.

[5]《建筑物电子信息系统防雷技术规范》 （GB 50343-2012）.