淺談家用太陽(yáng)能熱水器的雷電防護(hù)

馮光輝，謝思茜，黃 彪

東興市氣象局，廣西 東興 538100

0 引言

東興市地處低緯，屬南亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，是我國(guó)暴雨中心之一，也是廣西的雷暴多發(fā)區(qū)，每年平均雷暴日數(shù)為108天，最多年份可達(dá)133天。僅在2009年6月東興市接連出現(xiàn)3起雷擊致人死亡事故。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人們生活觀念的改變，太陽(yáng)能熱水器因其新穎、環(huán)保、節(jié)能且方便而深受消費(fèi)者的喜愛(ài)，安裝數(shù)量逐年增加，這種節(jié)能環(huán)保的產(chǎn)品已廣泛地走進(jìn)了千家萬(wàn)戶。為了更好的收集熱能，人們習(xí)慣將太陽(yáng)能熱水器安裝到屋頂陽(yáng)光充足的地方，而這樣安裝往往會(huì)超過(guò)建筑物上原有的防雷裝置高度，使其完全暴露在雷電直擊的范圍內(nèi)，且內(nèi)置有電加熱電源線和傳感信號(hào)線直通室內(nèi)，它的金屬構(gòu)件較多，事實(shí)上熱水器的主要金屬部件多設(shè)在樓頂就變成了一個(gè)接閃器。建筑物一旦遭受雷擊，熱水器經(jīng)常是“挨打”對(duì)象，而且，部分雷電流將通過(guò)熱水器的管道、電源線和信號(hào)線直接進(jìn)入用戶室內(nèi)，從而帶來(lái)了防雷安全隱患，如不采取科學(xué)有效的防雷措施，輕則將導(dǎo)致熱水器和家用電器燒毀，重則將出現(xiàn)爆炸、火災(zāi)或人員傷亡等，隨之而來(lái)的是太陽(yáng)能熱水器成為目前住宅防雷新隱患，其防雷保護(hù)也成為不容忽視的新問(wèn)題。因此，研究太陽(yáng)能熱水器的雷電防護(hù)，具有非常重要的意義。

1 太陽(yáng)能遭雷擊的方式

1.1 直擊雷

當(dāng)雷云通過(guò)線路或電器設(shè)備放電時(shí)稱為直擊雷。直擊雷可以形象地說(shuō)就是雷云對(duì)大地上的目標(biāo)放電的一種過(guò)程。直擊雷可在其周圍一定范圍內(nèi)的導(dǎo)體上感應(yīng)起危險(xiǎn)電壓，加上建筑物之間連接的各種長(zhǎng)距離電纜可在更大的范圍內(nèi)感應(yīng)上雷電電磁脈沖，并幾乎無(wú)衰減地沿電纜傳入設(shè)備。太陽(yáng)能熱水器絕大多數(shù)都安裝在建筑物的制高點(diǎn)位置上，接閃器一般也都低于太陽(yáng)能熱水器，太陽(yáng)能熱水器暴露在接閃器保護(hù)范圍之外，也就是所處的位置在LPZ0A，一旦云地放電，太陽(yáng)能熱水器首當(dāng)其沖，成了接閃器，雷電可以直接擊在太陽(yáng)能熱水器上，直接擊壞太陽(yáng)能熱水器。

1.2 感應(yīng)雷

感應(yīng)雷是由于雷云的靜電感應(yīng)或放電時(shí)的電磁感應(yīng)作用，使建筑物上的金屬物件，如管道、鋼筋、電線等感應(yīng)出與雷云電荷相反的電荷，造成放電所引起的。隨著太陽(yáng)能熱水器智能化的不斷提高，輔助加熱、水位、水溫自動(dòng)顯示，補(bǔ)水、斷水等自動(dòng)控制功能都應(yīng)用于太陽(yáng)能熱水器中，而這些功能都是通過(guò)專用電腦控制芯片、傳感裝置等電子裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)的。電子裝置在室內(nèi)，輔助加熱、傳感裝置在室外太陽(yáng)能熱水器水箱中，為這些電子裝置供電的電源線，顯示及控制用的信號(hào)線、控制線都是感應(yīng)雷擊的侵害途徑。太陽(yáng)能熱水器易受感應(yīng)雷擊的途徑主要是電源線路和信號(hào)線路感應(yīng)。

2 防雷設(shè)計(jì)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，并且熱水器已處于防雷裝置的保護(hù)范圍之內(nèi)則不用加避雷針，只需將太陽(yáng)能熱水器的金屬底腳用扁鋼或圓鋼就近焊接到屋面避雷帶或引下線上。如果熱水器不在保護(hù)范圍之內(nèi)，一般情況下可在離熱水器3m遠(yuǎn)的地方加裝高出熱水器頂部1.5m的避雷針，并做好接地工作。太陽(yáng)能熱水器各金屬支架要等電位連接，不要直接連接到避雷針上。

2.2 內(nèi)部防雷

內(nèi)部防雷系統(tǒng)主要是在易受過(guò)電壓破壞的電子設(shè)備，應(yīng)在太陽(yáng)能感應(yīng)電源、水位和水溫的前端加裝過(guò)壓保護(hù)裝置，在設(shè)備受到過(guò)電壓侵襲時(shí)，防雷保護(hù)裝置能快速動(dòng)作泄放能量，從而保護(hù)設(shè)備免受損壞。內(nèi)部防雷要實(shí)現(xiàn)電源線路防雷和信號(hào)線路防雷。應(yīng)配備3個(gè)浪涌保護(hù)器：第一個(gè)是單相電源浪涌保護(hù)器，安裝在供電線路入戶的電源開(kāi)關(guān)箱處；第二個(gè)是屋頂太陽(yáng)能信號(hào)感應(yīng)末端加裝信號(hào)浪涌保護(hù)器；第三個(gè)是太陽(yáng)能信號(hào)線的入戶端加裝信號(hào)浪涌保護(hù)器，安裝在入室后的信號(hào)線上。

2.3 等電位連接

等電位連接是太陽(yáng)能熱水器雷電防護(hù)的一個(gè)重要環(huán)節(jié),因?yàn)楝F(xiàn)在安裝太陽(yáng)能熱水器使用的上下水管絕大多數(shù)為PVC管雖然PVC管壁有加強(qiáng)金屬層，但沒(méi)有和室內(nèi)電磁閥組合閥及室外水箱做到金屬連接，所以等電位連接分為室外部分和室內(nèi)部分金屬構(gòu)件的等電位連接。室外部分包括太陽(yáng)能熱水器金屬支架、金屬構(gòu)件、避雷針、避雷帶及線路屏蔽層等，室內(nèi)部分包括線路屏蔽層、電涌保護(hù)器接地及其它金屬管道的等電位連接。

2.4 太陽(yáng)能熱水器各種線路以及信號(hào)線和電源線及管道的合理鋪設(shè)

太陽(yáng)能熱水器從樓頂?shù)叫l(wèi)生間的線路有輔助電加熱、水位、水溫線，這部分線路全部都要采用屏蔽線，其屏蔽層兩端要做好接地。建筑物遭受雷擊時(shí)，電磁感應(yīng)電流可能超過(guò)電纜屏蔽層所能承受的電流，所以這段線路再穿鐵管，其鐵管上端和太陽(yáng)能熱水器支架連接，鐵管下端和樓頂避雷帶就近連接，以確保線路的二次屏蔽作用。對(duì)信號(hào)線和電源線的防雷要想達(dá)到可靠的防雷保護(hù)，除了采用屏蔽金屬和外套鐵管外，還要在每根外接線路進(jìn)行防雷保護(hù)，可以在控制器線路板上增加防雷器件，這些器件在正常的工作環(huán)境下不起作用，當(dāng)有雷電感應(yīng)電流沿信號(hào)線或者電源線進(jìn)入室內(nèi)控制器時(shí)，防雷器件開(kāi)始工作，把感應(yīng)電流引入地線，從而保證控制器和室內(nèi)電源的安全。供水管道和線路鋪設(shè)要避開(kāi)建筑物的防雷引下線附近，并保持1m以上的安全距離。

3 共用接地系統(tǒng)

就目前而言， 太陽(yáng)能熱水器防雷在很大程度上是依靠建筑物的防雷系統(tǒng)， 因此建筑物防雷系統(tǒng)的好壞直接影響到太陽(yáng)能熱水器防雷的效果。例如，接地系統(tǒng)，無(wú)論是防直擊雷還是防感應(yīng)雷，抑或是屏蔽、等電位等措施，太陽(yáng)能熱水器的防雷完全利用了建筑物的接地系統(tǒng)。如果建筑物無(wú)接地系統(tǒng)或接地系統(tǒng)不好， 雷擊電磁脈沖就有可能通過(guò)太陽(yáng)能熱水器的用電線路侵入整個(gè)建筑物的用電線路， 損壞用戶的其它電器設(shè)備，所以在太陽(yáng)能熱水器防雷時(shí)首先應(yīng)檢查建筑物的防雷系統(tǒng)， 根據(jù)建筑物的防雷情況， 再到有資質(zhì)的防雷設(shè)計(jì)單位制定太陽(yáng)能熱水器系統(tǒng)的防雷方案。

4 結(jié)論

綜上所述，太陽(yáng)能防雷問(wèn)題應(yīng)引起人們的高度重視，氣象部門(mén)及相關(guān)部門(mén)應(yīng)加大對(duì)防雷知識(shí)的宣傳和教育，生產(chǎn)廠家也要增強(qiáng)防雷意識(shí)，安裝人員也要掌握一定的防雷知識(shí)，在使用過(guò)程中消費(fèi)者也應(yīng)樹(shù)立良好的防雷意識(shí)，在打雷時(shí)應(yīng)避免使用太陽(yáng)能熱水器，更不要用太陽(yáng)能熱水器洗澡。

[1]楊琳,王紹俊.太陽(yáng)能熱水器防雷保護(hù)的原理及方法[J].科技資訊,2009,16.