太阳能热水器雷电防护技术探析

第３ｌ卷增刊Ⅱ　气象研究与应用　ＶｏＩ．３１　Ｓ２　２０１０年ｌ２月　Ｊ０ＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＭＥＴＥＯＲＯＬＯＧＩＣＡＬ　ＲＥＳＥＡＲＣＨ　ＡＮＤ　ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮ　Ｄｅｃ．２０１０　文章编号：１６７３—８４１１（２ＯＬＯ）Ｓ２—０１９７－０２　太阳能热水器雷电防护技术探析　翟玉泰　，于东海　，臧永杰　（１．江门市气象局，广东江门５２９０００；２．新会区气象局，广东新会５２９１００）　摘要：通过对太阳能热水器结构及其安装要求的了解，结合雷电防护技术的有关理论，从直击雷防护和感应雷防护　等方面进行分析，提出太阳能热水器雷电防护的措施。　关键词：太阳能热水器；雷电防护技术；措施　近．使太阳能热水器上的电源线、信号线等导体上感　ｌ　刖吾　应出强大的电动势，并沿着导线传到室内，造成太阳　随着人们生活水平的提高，太阳能热水器因具　能热水器控制系统及室内其它家用电器的损坏或浴　有新颖、环保、节能等优点而深受大众喜欢，其安装　室人员的伤亡。　数量逐年增加。但也因其安装位置的突兀而承受着　３．１直击雷防护　雷击带来的威胁。雷击发生时，轻则烧毁热水器控制　太阳能热水器的集热板和贮水箱一般设置在建　设备或家中其它用电设备，重则造成人员伤亡。因　筑物的制高点，是最容易遭受雷击的部位．也是直击　此，太阳能热水器的雷电防护问题至关重要。　雷防护的重点。　２太阳能热水器的结构组成及安装要　３．１．１　当太阳能热水器不在建筑物防雷装置保护范　求　围时，需要单独安装避雷针进行保护，安装的避雷针　须考虑与太阳能热水器间的安全距离。　２．１结构组成　下面以安装在高２４ｍ商住楼上的太阳能热水　太阳能热水器由集热器、贮水箱、底座、支架、管　器为例进行详细说明（如图１所示）。其中，热水器贮　路、辅助电加热设备及自动控制系统组成。其工作原　水箱距离底座１．５ｍ，贮水箱长２．４ｍ、宽０．５ｍ，该商　理就是通过水箱中的水位水温的测控线路，将测试　住楼为第三类防雷建筑物，冲击接地电阻Ｒｉ＝１０￣。　的数据传到水位水温测控仪，用户根据自己的需要　设置测控仪实现自动加热、自动上水等功能。　２．２安装位置及要求　太阳能热水器因其采光集热的需要，大都安装　在楼顶的梯间顶部、墩台等无遮挡的高处，且大部分　是在建筑物完工后安装的，基本脱离建筑物原防雷　装置的保护范围，在使用的过程中存在很大的安全　隐患。　图１避雷针保护示意图　３雷电对太阳能热水器的破坏形式及　防护措施　３．１．１．１避雷针与太阳能热水器间的安全距离　根据《建筑物防雷设计规范》（ＧＢ５００５７—　雷电对太阳能热水器的破坏主要有两种形式：　９４，２０００版）第３．４．８条计算：　（１）雷电直接击中太阳能热水器，由于电效应、　当Ｌ，＜５Ｒｊ时，Ｓ１＞０．２Ｋ　（Ｒｉ＋Ｏ．１　Ｌｘ）　（１）　热效应和机械效应等混合力作用下。直接将太阳能　当Ｌ【≥５Ｒｉ时，Ｓ≥０．０５Ｋ　（Ｒｊ＋Ｌｘ）　（２）　集热板击坏或将贮水箱击穿。　式中：Ｓ为空气中距离，单位：ｍ；Ｒｉ为引下线冲　（２）雷击放电发生在太阳能热水器安装位置附　击接地电阻，单位：Ｑ；Ｌｘ为引下线计算点到地面的　１９８　气象研究与应用　３１卷增刊Ⅱ　长度，单位：ｍ；Ｋ　为分流系数，单根引下线时取１。　其中Ｌ￣＝２４＋１．５＝２５．５ｍ，则ｋ＜５Ｒｉ，满足式（１）：　Ｓ≥Ｏ．２ｘｌｘ（１０＋０．１ｘ１５．５），计算得Ｓｉ＞２．３１ｍ。即避雷　针与太阳能热水器须保持大于２．３ｌｍ的安全距离，　以避免雷击产生的高电位反击。　当受空间限制无法满足热水器与避雷针的安全　距离时。可将热水器的金属支架与避雷针做等电位　连接，并满足：Ｓ≥Ｏ．０５Ｋ　的要求，即避雷针与太阳　能热水器须保持大于１．２８ｍ的安全距离。　３．１．１．２避雷针的安装高度　避雷针高度的选择。应以使热水器在其保护范　围之内为前提。单支避雷针的高度ｈ可有滚球法计　算：　ｒ，＝Ｎ／ｈ（２ｈ￣－ｈ）一Ｎ／ｈ￣（２ｈ，－ｈ，）　（３）　式中，ｒｘ为避雷针在ｈ　高度上的保护半径，单　位：１ＴＩ；ｈ　为滚球半径，单位：ｍ；　为被保护物的高　度。单位：ｍ。　避雷针位于商住楼楼顶与建筑物原防雷装置相　连接，可将楼顶天面等效为地面进行计算，得到　＝　１．５ｍ。　（１）当避雷针与太阳能热水器金属支架未连接　时：　厂———————————————　ｒｘ＝、／（２．３１＋０．５）２＋（　）＝３．０６，代入式（３）得　ｈ＝２．２８ｍ　（２）当避雷针与太阳能热水器金属支架等电位　连接时：　厂————————————————　ｒｘ＝＼／（１．２８＋０．５）　＋（等）＝２．１５，代人式（３）　得ｈ＝２．０３ｍ　３．１．２当太阳能热水器已安装在建筑物原防雷装置　的保护范围以内时，则在保证热水器与原防雷装置　安全距离的前提下，就不宜再将热水器的金属外壳、　支架等与建筑物原防雷装置进行连接。　３．２感应雷防护　太阳能热水器是由室内智能化仪器通过电源　线、信号线连接到室外设备而实现控制的。电源线、　信号线在敷设过程中不可避免的会暴露在室外。如　果线路布置不合理。在雷击发生时雷电电磁波就有　可能沿这些线路侵入室内，造成太阳能热水器控制　仪器及其它家用电器的损坏，重则造成人员伤亡。因　此太阳能热水器对感应雷的防护也十分重要。　３．２．１　电源、信号线路的屏蔽　进入室内的电源、信号线路应选用屏蔽电缆敷　设，并在屏蔽层两端做好良好接地。如果原建筑物　的线缆无屏蔽层时。应将用于连接太阳能热水器的　线路进行穿金属管处理。并且金属管两端做好接地　处理。　３．２．２等电位连接　将浴室内所有金属物与原建筑物预留的局部等　电位联结端子相连接，使浴室内所有金属物形成一　个等电位体。保护人身及电器安全。若原建筑物未预　留局部等电位连接端子，则可以凿开建筑物内柱，与　内柱钢筋连通即可。　３．２．３安装电源、信号ＳＰＤ　雷击时，电源线、信号线、金属屏蔽线管、配电箱　外壳等金属物之间会产生危险电位差，为了更有效　地进行防护。还应在太阳能热水器控制开关的电源　侧安装电源ＳＰＤ，在信号线路安装信号ＳＰＤ，确保热　水器电源及信号线路的安全。电源、信号ＳＰＤ型号　的选择以及安装要求须符合国家相关规范要求。　４　结束语　雷电防护是一个系统工程，太阳能热水器的雷　电防护工作只是整个防雷系统中的一部分，因此在　整个防护过程中需综合考虑各环节、各部分的防护　问题，坚持“点影响面、面影响片”的防护思维，只有　这样才能做到以防为主，才能有效减少和避免雷击　事故的发生，保障设备及人员安全。