付国振

(河北省防雷中心,河北石家庄 050021)

安装屋面太阳能热水器应注意的防雷技术

付国振

(河北省防雷中心,河北石家庄 050021)

随着我国国民经济的高速发展和太阳能集热技术的改进提高,居民安装使用太阳能热水器正以较快的速度增长,市场上多见的是平板型和集热管型太阳能热水器,可利用太阳的热能来产生热水。它结构简单,制作容易,使用方便,是人们容易认识并乐于采用的一种太阳能利用设备。但是,屋面太阳能的安装不注意防雷施工,极易造成雷击事故,危险性很大。

太阳热水器 避雷针 防雷

1 太阳热水器的雷击途径分析

(1)直击雷：热水器大部分是由金属材料制成，如不锈钢、铝合金、加厚钢板喷塑等。热水器的金属储水箱常位于建筑物至高点，厚度在0.6～2.0mm。之间，较规定的可作接闪器的标准厚度2.5mm要小，若雷电直接击中储水箱，千安级的雷电流产生的强大机械力和电动力，极易将贮水箱击穿，导致热水器燃烧或爆炸。同时雷电流(波)会沿热水器的线路和水管传导入用户室内，造成人身伤亡和家电损坏。(2)雷电电磁脉冲：若太阳能热水器附近发生雷击，水箱中的加热管电源线路、水位水温传感线路和测控仪的电源线路均可能产生静电感应、电磁感应，或者雷电波侵入使金属部件间产生火花或击穿，造成热水器控制系统或部件损坏。

2 太阳能防雷关键技术

(1)直击雷的防护：通常采用加装1～3m避雷短针来保护已安装的热水器，或者改造原有防雷装置。当布置独立避雷短针防护时，应根据热水器的安装位置，以及引下线和接地装置与热水器间产生反击的安全距离要求设计避雷针高度。应注意以下技术细节：

1)科学计算接闪杆的安装高度h：避雷针高度的选择，应以使热水器在被保护范围之内为前提。避雷针高度过低，就会使热水器的一部分处于保护范围之外；避雷针高度过高，则会发生侧击，即雷电不击在接闪器上，而是击中接闪器的下方。这两种情况都不能给热水器提供很好的保护。

实例一：如在某太阳能热水器中心正北面2.5m处安装单支避雷针，以屋面作基准面，在水箱上部高度的xx′平面上：hx=1.6m，我们按三类防雷计算：hr=60m，则可以解得：h=1.32m，即安装不低于1.32m高的避雷针能对热水器进行有效的保护。

2)正确计算安装接闪杆的安全距离：接闪杆的高度可以取以近似值来保护太阳能热水器，但确定接闪杆和太阳能热水器的安全距离我认为是更为重要的。因为雷电在击中接闪杆时，当雷电流沿避雷引下线泄放时，多会发生对太阳能热水器的反击，为了避免接闪杆接闪时对热水器的反击，那么这个安全距离应依据《建筑物防雷设计规范》GB 50057-2010中的规定来确定，以三类防雷为例：

实例二：某用户热水器储水箱长2.1m，宽为0.5m.。水箱基座为直角等边三角形，水箱上部到屋面的高度为1.8m，建筑物高22.0 m。现安装在住宅楼屋顶上，采热管(即基座的斜面)正向朝南，已知居民楼为第三类建筑物。

若热水器与避雷针的接地装置之间不相连时，其与引下线之间的安全距离按下列表达式确定：

计算得S≥1.19m。

即避雷针与热水器的距离只需大于1.19m即可避免雷击产生的高电位反击。

3)利用建筑物原防雷装置保护热水器：平面屋顶上的热水器应尽量靠近并低于原避雷装置安装，保证热水器在防雷装置的保护范围内；坡面屋面上的热水器应顺着屋面坡度安装或降低支架来降低热水器高度，使热水器在原避雷装置的保护范围内。若热水器仍不在避雷带保护范围内，可以通过改造避雷带来保护热水器。

由以上对比计算可知，当热水器与避雷装置相连时，避雷短针的高度以及与热水器的安全距离要求均比热水器与避雷装置不相连时小。因此，当避雷针和热水器的空间受到限制时，宜将热水器与避雷装置相连，即降低了避雷针高度需求又节省了安装材料。

(2)雷电感应的防护：太阳能热水器多数配备有智能化仪表，以实现自动防冻、自动上水、电辅助加热、水温水位显示、安全自检等全套功能。当雷击发生时，雷电电磁脉冲或雷电波就有机会通过电源或信号导线侵入室内而引发雷击事故。则其防护关键技术有以下几点：①电源线和信号线的屏蔽。太阳能热水器室内水位水温控制器和室外水位水温传感器、水箱辅助加热器电源线路以及所有室内外相连的信号线、电源线，在入户处都应套金属管(槽)屏蔽，并使金属管(槽)两端接地。②等电位联结。等电位措施是太阳能热水器防雷的一个重要环节。具体做法是将浴室内所有的金属物体、建筑物钢筋网等连接到LEB(局部等电位联结)端子板上。

3 太阳能热水器安装注意事项

(1)根据实际勘察情况计算接闪杆高度和安装位置。为了防止因雷电感应导致太阳能热水器带电，太阳能热水器应与接闪网或屋面预留端子连接接地。同时和接闪杆或者接闪带要保持一定的距离。

(2)避雷针、引下线材料的选择。避雷针宜采用镀锌圆钢或焊接钢管制成。引下线宜采用圆钢或扁钢，宜优先采用圆钢，圆钢直径不应小于8mm。扁钢截面不应小于502mm，其厚度不应小于2.5mm。避雷针、引下线宜采用焊接连接，焊接部位应做刷漆或镀锌等防腐处理。其搭接长度应满足下列规定：双面焊接，圆钢与圆钢搭接为圆钢直径的6倍；单面焊接，圆钢与圆钢搭接为圆钢直径的12倍。(3)排装太阳能优先选用避雷线保护。对于成排安装太阳能热水器在四角支架上焊出高于热水器顶部1米的避雷短针，且在热水器水箱顶部敷设挠度最低点距热水器贮水箱顶端不小于150mm的避雷线(带)，两端支架应与屋面防雷装置可靠连接。(4)太阳能热水器的金属结构与建筑物的防雷装置作可靠等电位联结。从楼顶引入室内的太阳能热水器电源线、信号线、水管均应采用金属屏蔽保护，并且应在漏电保护开关后端加装适当的电涌保护器，并做好接地，以防感应雷击和雷电波侵入。建议在雷暴天气剧烈时不要使用太阳能热水器，并提前拔掉其电源插头。

4 结语

当今世界能源紧张矛盾日益突出的情况下，太阳能热水器的推广和普及无疑是一件利国利民的事情，但是我们在享受其带来的便利同时，务必做好提醒大家注意防雷安全防范，趋利避害，使其真正造福于民。

河北省气象局科研开发项目“光伏太阳能系统防雷关键技术研究与应用”(12KY17)资助。