行業標準《建筑物防雷設計規范》在太陽能熱水器的應用實例

曾麒麟++張秀青++李陽

摘 要：太陽能熱水器的使用越來越普及，但是現階段國家尚未出臺太陽能熱水器的防雷安裝和驗收規范。這種情況導致太陽能熱水器存在較大的防雷安全隱患。通過對照《建筑物防雷設計規范》，分析了太陽能熱水器防雷措施的做法，為防雷技術人員提供參考。

關鍵詞：太陽能熱水器；直擊雷；雷電波入侵

中圖分類號：TU895 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）27-0161-02

引言

國家標準《建筑物防雷設計規范》（GB50057-2010）發布于2010年11月3日，2011年10月1日正式實施。為使建筑物防雷設計因地制宜地采取防雷措施，防止或減少雷擊建筑物所發生的人身傷亡和文物、財產損失，以及雷擊電磁脈沖引發的電氣和電子系統損壞或錯誤運行而制定本規范。本規范適用于新建、改建、擴建建筑物的防雷設計。規范對建筑物防雷規范，建筑物的防雷措施、防雷裝置、防雷擊電磁脈沖的一些要求作出詳細說明。

太陽能熱水器在多層建筑應用較多，但多數設計院并不會對太陽能熱水器進行防雷安全設計。這將會給建筑物防雷留下安全隱患。本文通過對照規范GB50057-2010，分析了太陽能熱水器的防雷做法，提供防雷技術人員參考。

1 太陽能熱水器的構成

太陽能熱水器主要由集熱器，保溫水箱、直架、連接管道、控制部件構成。每年都有陰云雨雪以及冬季日照不足天氣，在此氣候下主要靠電加熱止水，多數太陽能熱水器都內置電加熱回路，并通過電源線與室內電源連接。另外為了監控太陽能熱水器的水位，水溫等信息，太陽能熱水器一般都有信息采集、輸出、顯示。這些信息都是通過信號線路傳入室內。

2 防直擊雷措施

2.1 防直擊雷方法探討

為了充分獲得太陽能，太陽能熱水器一般都是安裝在建筑頂部。這往往造成熱水器不在接閃器的保護范圍內。作為防雷安全考慮，太陽能熱水器應有專門的防直擊雷措施。GB50057-2010第4.5.4第一款規定：“無金屬外殼或者保護網罩的用電設備應處于接閃器的保護范圍內。”太陽能熱水器直擊雷防雷措施大致分為兩種：一種是將熱水器鋼結構支架與屋面防雷裝置可靠電氣連接，另外一種做法是專門為太陽能熱水器設置接閃器。要注意，第一種方法是將太陽能熱水器直接作為接閃器使用。GB50057-2010第5.2.8條第二款規定：“輸送和儲存物體的鋼管和鋼罐的壁厚不應小于2.5mm。”太陽能熱水器的結構大致分為涂彩板、保溫層、不銹鋼內膽。水箱外殼的涂彩板厚道如果達不到2.5mm，第一種防雷方案就不符合GB50057-2010第5.2.8的規定。多數情況我們在給太陽能熱水器做防雷設計時無法知道太陽能熱水器的相關規格，因此專門為太陽能熱水器設置接閃器將更為安全。

2.2 接閃器高度和規格確定

從經濟美觀的角度來看，專門為太陽能熱水器設置接閃桿較為合適。太陽能熱水器接閃桿的高度運用GB50057-2010附錄D“滾球法確定接閃器的保護范圍”來確定。滾球法是以Hr為半徑的一個球體，沿建筑滾動，當球體只觸及接閃器不觸及需要保護的太陽能熱水器時，則認為太陽能熱水器處于接閃器的保護范圍內。Hr的取值與建筑物的防雷分類有關，第一類防雷建筑為30米，第二類防雷建筑為45米，第三類防雷建筑為60米。

與此同時，我們要注意接閃桿直徑要滿足GB50057-2010第5.2.2規定：“桿長1m以下時，圓鋼不應小于12mm，鋼管不應小于20mm；桿長1m-2m時，圓鋼不應小于16mm，鋼管不應小于40mm。”

3 感應雷和雷電波入侵的防護

21世紀信息電子電氣時代，雷電災害表現形式也多以電子電氣設備的運行受到干擾、失控或損壞癱瘓體現出來，因此，電源系統防雷基本上就是對電子電氣設備正常工作保護和使用人員人身安全保護的系統。

3.1 SPD的選用

電涌保護器是一種為各種電子設備、儀器儀表、通訊線路提供安全防護的電子裝置。當電氣回路或者通信線路因為外界的干擾突然產生尖峰電流或者電壓時，電涌保護器能在極短的時間內導通分流，從而避免浪涌對回路中其他設備的損害。筆者在圖審和現場驗收工作中發現，多數太陽能熱水器并未設計和安裝電涌保護器。太陽能熱水器屬于暴露在LPZ0區的用電設備，容易遭受直接雷擊，雷擊電磁場強度并沒有衰弱。當雷雨天氣來臨時太陽能熱水器若無電涌保護器保護，會危及室內人身安全。GB50057-2010第4.5.4規定；“固定在建筑物上的用電設備在配電箱內應在開關的電源側設Ⅱ級實驗的電涌保護器，其電壓保護水平不應大于2.5kV。”由于太陽能熱水器已與接閃器連接分流，流經電涌保護器的電流所產生的能量不會很大，而且安裝在太陽能熱水器的電涌保護器需要與總配電箱的電涌保護器在能量上配合，因而選擇Ⅱ級實驗的電涌保護器而不是Ⅰ級實驗的電源保護器。電涌保護器越靠近需要保護的設備，其保護越有效，所以在開關的電源處設置電涌保護器。

3.2 線路防雷措施

當建筑物或設備并不處于雷暴活動區域內，或者雖然在雷暴活動區域內，建筑物或設備雖然受到防直擊雷的防雷裝置的保護，但由于所處位置磁場強度的沒有減弱的情況下，設備設施仍會遭到雷害，原因是僅有外部防雷裝置，并不能避免沿線路侵入雷電過電壓行波。通常閃電電涌侵入的方式有以下三種：（1）雷電直接擊在金屬導線，高電位的閃電電涌沿著導線兩邊傳播而引入室內。（2）由于雷云對大地放電或雷云之間迅速放電形成的靜

電感應和電磁感應，它們在各種線纜中感應出幾kV到幾十kV的高電位，沿著導線傳播而引入室內的。（3）雷電閃擊在房子或房子附近入地，因其通過地網入地時，在地網上會發生數十千伏到數百千伏的高電位，這高電位通過電力線的零線、通信系統的保護地線傳入室內，并沿著線纜傳播到別處，殃及更大范圍。endprint

管線在進出建筑物界面時，未采取防止閃電電涌侵入措施，則以上任何一種方式引入室內的電壓高于電子電氣設備的耐沖擊電壓水平時，電子電氣設備會被損壞或損毀。太陽能熱水器從屋頂到室內浴室的線路有電源線路和信號線路。一些工程管線采用PVC管，這種做法是錯誤的。這些線路在入戶處都應該套金屬管屏蔽，并保持金屬管的兩端接地。穿鋼管和兩端接地的目的是為了使其起到屏蔽和分流作用。按電氣要求，配電箱外殼應該與PE線相連，PE線的接地裝置與防雷的接地裝置是共用或直接連接在一起的，這個金屬管實際就與防雷引下線并聯，起到了分流的作用。當雷電流沿引下線泄流時，這些線路將不再因電磁感應而產生脈沖過電壓。

3.3 等電位連接

太陽能熱水器所引發的室內雷擊事故多數原因是由于人體雙腳或者雙手觸摸到不同物體時的電位不同。減少這種電位差將有效防止人身傷亡事故的發生。在房屋建設時應在衛生間設置一個局部等電位，這樣我們可以將衛生間內的金屬物全部連接到等電位排從而減少電位差。等電位宜采用金屬板，與建筑內的鋼筋或其他屏蔽構件做多點連接。

4 結論

（1）全面系統的學習國家標準《建筑物防雷設計規范》

GB50057-2010的基本內容，熟練掌握防雷系統規劃、設計、建設與驗收關鍵技術及有關強制性條文規定將全面提高我們防雷從業人員的業務能力和水平。我們防雷從業人員要將標準與實際情況相結合，才能更好的做好建筑物的防雷保護。（2）專門為太陽能熱水器設計接閃器較為安全；浴室內金屬物體應做等電位連接；進出室內外的電源線路應穿鋼管屏蔽；電源線路應安裝Ⅱ級實驗的SPD。（3）建議國家盡快出臺有關太陽能熱水器的防雷規范。（4）雷雨天氣來臨時，即使是已安裝防雷裝置的太陽能熱水器也最好不要使用。宜將其電源插頭拔掉，不與水管和水龍頭接觸，防止意外的發生。

參考文獻：

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