家用太陽能熱水器防雷技術(shù)探討

陳學(xué)志+吳曉

摘 要：本文介紹了太陽能熱水器的結(jié)構(gòu)，分析了雷電損壞太陽能熱水器的途徑，從防直擊雷和防雷電波侵入等方面探討了對太陽能熱水器進(jìn)行防雷防護(hù)的技術(shù)方法。

關(guān)鍵詞：太陽能熱水器；直擊雷防護(hù)；雷電波侵入防護(hù)

寧夏地區(qū)光能源非常充足，太陽能是一種清潔經(jīng)濟(jì)的能源。太陽能熱水器目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于千家萬戶，具有低碳環(huán)保的特點(diǎn)。成為每個(gè)家庭必備的用品。但太陽能熱水器因其需要充足光照等安裝條件，基本都安裝于建筑物的最高處，導(dǎo)致太陽能熱水器的高度超過了建筑物上原有接閃帶高度，使其完全暴露在直擊雷的范圍內(nèi)，一旦發(fā)生雷擊事故，熱水器將首當(dāng)其沖“挨打”，隱患十分嚴(yán)重。

當(dāng)太陽能熱水器被雷電擊中以后，不僅僅損壞位于室外的集熱器和保溫水箱，更有可能的是通過水路、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、電加熱線等渠道將雷電流引入室內(nèi)，危及人身安全并損壞其它電器設(shè)備，嚴(yán)重威脅到居民的生命和財(cái)產(chǎn)安全，因此太陽能熱水器的雷電防護(hù)至關(guān)重要。

筆者對太陽能熱水器的安裝及內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了調(diào)查，對直擊雷的潛在威脅和防護(hù)措施進(jìn)行了研究。探索到了相應(yīng)的防雷技術(shù)方法，愿供大家參考。

1太陽能熱水器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征

太陽能熱水器是一個(gè)光熱轉(zhuǎn)換器，真空管能夠最大限度的吸收太陽能，將其轉(zhuǎn)化為熱能。由真空管組成的集熱器是太陽能熱水器的核心，

太陽能熱水器除集熱器外，還有絕熱貯水箱、連接管道、支架和控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)能夠采集貯水箱的水位水溫等信息，并根據(jù)用戶設(shè)置實(shí)現(xiàn)自動控制熱水器。是戶外裝置與室內(nèi)環(huán)境連通的電路系統(tǒng)，貯水箱和管道是戶外裝置與室內(nèi)環(huán)境連通的水路系統(tǒng)。

2 雷電破壞途徑分析

由太陽能熱水器的結(jié)構(gòu)可以看出，除了戶外集熱器和貯水箱可能因直擊雷擊中而造成物理損壞之外，雷電還可能通過戶外與室內(nèi)連通電路系統(tǒng)和水路系統(tǒng)進(jìn)入室內(nèi)造成室內(nèi)設(shè)備損壞以及用戶傷亡，所以太陽能熱水器應(yīng)采取防直擊雷和防雷電波侵入等措施。

3 直擊雷防護(hù)措施

大多數(shù)太陽能熱水器水箱的不銹鋼板厚度僅為0.3mm， 用其外部結(jié)構(gòu)直接做接閃器， 存在被擊穿損毀的危險(xiǎn)，因此將其作為接閃器。太陽能熱水器的支架及本身的金屬結(jié)構(gòu)也不應(yīng)與建筑物的接地系統(tǒng)連接。應(yīng)當(dāng)在太陽能熱水器上加裝接閃器做防直擊雷保護(hù)。

3.1太陽能熱水器所處建筑物已安裝防直擊雷裝置

當(dāng)現(xiàn)有防直擊雷裝置的引下線、接地裝置符合要求，與太陽能熱水器的間距大于3m，且家用太陽能熱水器在現(xiàn)有防直擊雷裝置的保護(hù)范圍內(nèi)時(shí)，可不另設(shè)防直擊雷裝置。

當(dāng)現(xiàn)有防直擊雷裝置的接閃器、引下線、接地裝置不符合要求時(shí)，應(yīng)當(dāng)對不符合要求的項(xiàng)目進(jìn)行完善、整改，并使太陽能熱水器與防直擊雷裝置的間距大于3m，才能有效防護(hù)直擊雷。

3.2太陽能熱水器所處建筑物沒有防直擊雷裝置

應(yīng)裝設(shè)避雷針或架空避雷線作為接閃器，并使太陽能熱水器處在接閃器的保護(hù)范圍內(nèi)。

3.2.1對于屋面安裝的單體太陽能熱水器，應(yīng)在距離熱水器3m遠(yuǎn)處安裝避雷針。假設(shè)太陽能熱水器自身高度為hx1 ，寬度為w ，建筑物高度為hx2 ，按第三類防雷建筑物計(jì)算，則避雷針長度l可通過以下公式推算：

式中：hx──太陽能熱水器自身高度hx1與建筑物高度hx2之和（m），即hx = hx1 + hx2；

rx──避雷針在 hx高度的xx′平面上的保護(hù)半徑（m），此處為（w + 3）m；

hr──滾球半徑，取60m；

h──避雷針長度l與建筑物高度hx2之和（m），即h = l + hx2；

避雷針宜采用圓鋼時(shí)直徑不應(yīng)小于為20mm，采用鋼管時(shí)直徑不應(yīng)小于25mm。

3.2.2對于成排安裝太陽能熱水器的情況，應(yīng)當(dāng)裝設(shè)架空接閃帶做防直擊雷保護(hù)。架空接閃帶及其兩端支架與太陽能熱水器的間距應(yīng)大于3m。架空接閃帶宜采用鍍鋅鋼絞線，其截面積不應(yīng)小于35mm2。

3.2.3引下線宜采用圓鋼或扁鋼，并經(jīng)最短路徑接地。引下線采用圓鋼時(shí)，直徑不應(yīng)小于8mm；采用扁鋼時(shí)，截面不應(yīng)小于48mm2，其厚度不應(yīng)小于4mm。在地面上1.7m至地面下0.3m的一段，應(yīng)采取暗敷或鍍鋅角鋼、改性塑料管或橡膠管等保護(hù)設(shè)施。

接地裝置宜使用太陽能熱水器所處建筑物基礎(chǔ)內(nèi)的鋼筋做自然接地體。如使用人工接地體，宜采用角鋼、鋼管或圓鋼做人工垂直接地體，采用扁鋼或圓鋼做水平接地體。圓鋼直徑不應(yīng)小于10mm；扁鋼截面積不應(yīng)小于100mm2，其厚度不應(yīng)小于4mm；角鋼厚度不應(yīng)小于4mm；鋼管壁厚不應(yīng)小于3.5mm。埋設(shè)深度不小于0.8m。

人工接地體距家用太陽能熱水器所在建筑物出入口或人行道不應(yīng)小于3m。當(dāng)小于3m時(shí)，應(yīng)采取下列措施之一：水平接地體局部深埋不應(yīng)小于1m；水平接地體局部應(yīng)包絕緣物，可采用50～80mm厚的瀝青層；采用瀝青碎石地面或在接地體上面敷設(shè)50～80mm厚的瀝青層，其寬度應(yīng)超過接地體2m。

引下線、接地裝置與附近金屬物或線路的最小間距應(yīng)大于3m。

引下線的沖擊接地電阻不宜大于30Ω。

4雷電波侵入防護(hù)措施

家用太陽能熱水器的上水管、下水管應(yīng)使用非金屬絕緣管，防止雷電流沿上水管和下水管進(jìn)入淋浴間。

由家用太陽能熱水器至淋浴間內(nèi)的電路系統(tǒng)應(yīng)采用屏蔽線，并穿鋼管屏蔽，但穿線鋼管不宜進(jìn)入淋浴間。線路屏蔽層應(yīng)兩端接地；鋼管上端、中間、下端應(yīng)與防直擊雷裝置就近連接。淋浴間內(nèi)的暖氣管道、自來水管、熱水器等應(yīng)做好與建筑物的等電位連接。

在綜合考慮經(jīng)濟(jì)和安全因素后，可在家用太陽能熱水器的漏電開關(guān)后安裝電源電涌保護(hù)器，在信號線兩端安裝信號電涌保護(hù)器。安裝的電源電涌保護(hù)器和信號電涌保護(hù)器應(yīng)符合國家現(xiàn)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的有關(guān)規(guī)定。

防雷電波侵入措施的沖擊接地電阻不宜大于30Ω。

建議在雷雨天禁止使用家用太陽能熱水器；雷雨天應(yīng)斷開家用太陽能熱水器的電源線路、信號線路。

綜上所述，太陽能熱水器的防雷問題不容忽視。應(yīng)采用綜合有效的防護(hù)措施并還要根據(jù)建筑物本身的防雷裝置做出合理部署，才能有效的減少和避免雷擊事故的發(fā)生，避免人身傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。

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