天面太陽能集熱供水系統防雷設計方案

佘菁力　諶熠東

摘 要： 通過對天面太陽能集熱供水系統存在的防雷隱患進行全面分析，提出天面太陽能集熱供水系統防雷設計方案。

關鍵詞： 太陽能系統；雷電防護；設計措施

1引 言

為了采光集熱的特殊需要，太陽能熱水器都集中安裝在建筑物的天面層，這對于防雷技術而言要求很高，所以必須安裝防雷裝置予以保護。一般而言，消費者在購買該商品時，基本無防雷意識，商家在安裝過程中通常只負責安裝，極少考慮防雷保護問題，以致于太陽能熱水器成為防雷安全事故中的隱患。在雷暴多發季節太陽能熱水器容易遭到雷擊造成人員傷亡和財產損失。

2天面層太陽能集熱供水系統具體防雷設計

2.1直擊雷防護措施

根據我國防雷技術規范的要求，通常至少應將天面太陽能安裝位置其頂部低于最高接閃器0.6-1.5米處進行安裝，并與接閃器保持一定的安全距離（1-3米）。針對不同的地域和天面層采用不同的避雷模式。如果太陽能熱水器高出避雷帶（網），其接閃幾率就比避雷帶（網）要高，根據分流系數分析，當熱水器接閃時泄放的雷電流越大，電位就越高，它們存在的距離越遠電位差就越大。國際電工委員會（IEC）將浴室列為電擊危險系數大的特殊場所，當人們在洗浴時身體阻抗就會大幅度下降。如果此電位沿電源金屬線路，金屬導管等途徑進入浴室就會導致人員傷亡。如果安裝太陽能熱水器時沒有采取必要的防雷措施，當太陽能熱水器遭到雷擊時，輕則擊毀太陽能集熱裝置，重則當太陽能熱水器接到強大的雷擊電磁脈沖（LEMP）會沿著金屬水箱，電輔加熱裝置的供電線路、金屬導管等途徑入侵室內，導致爆炸引發雷電火災，殃及室內生命及財產安全。所以建議廣大消費者在雷暴期間或雷雨天氣環境中盡量避免使用太陽能熱水器，并切斷其供電電源，避免雷擊電磁脈沖侵入太陽能熱水器造成危害。根據直擊雷防護措施，通常防護直擊雷的有效方案為：將太陽能熱水器最高點的金屬物構件或金屬水箱用16平方毫米以上的多股銅線、–40×4鍍鋅扁鋼、Φ10鍍鋅圓鋼、與天面女兒墻上的避雷帶或建筑物的基礎內筋進行等電位連接，衛生間進出水管采用鍍鋅鋼管并作好局部等電位連接。如果采用避雷針進行防護，最好在距離熱水器3米合理位置安裝高出熱水器頂部1.5米的避雷針，并進行可靠等電位連接。

2.2感應雷防護及防雷電波侵入對策

2.2.1太陽能熱水器的連接線路屏蔽技術措施。

太陽能熱水器的連接線路均應采取屏蔽技術。水箱中的電輔加熱裝置供電線路、水位水溫傳感線路和自動控制系統線路，在通過（LPZ）防雷區LPZ0в區到LPZ1區，LPZ0в區域中的電磁場強度沒有衰減，是太陽能熱水器遭受感應雷擊和雷擊電磁脈沖（LEMP）的主要途徑，所以要防感應雷擊和雷擊電磁脈沖（LEMP）現象的發生就必須安裝SPD（浪涌保護器）做好各線路的防護。因此，從建筑物天面層太陽能熱水器連接室內衛生間的電源線、傳感信號線、上下水管均應采用金屬管敷設并作好屏蔽處理。屏蔽層兩端應與太陽能熱水器的金屬物構件進行等電位連接并進行良好接地。在電源漏電保護開關或空氣開關處安裝電源SPD（浪涌保護器）其標稱放電電流不宜小于8/20？μs 20kA，傳感線路有四條水位線路和一條水溫線路組成。因此在傳感線路出水箱處加安裝SPD，該處選擇標稱放電電流不宜小于8/20μs 5KA，在控制器連接處安裝SPD，其標稱放電電流不宜小于8/20？μs 1.25KA，并良好接地。

2.2.2等電位及接地措施

太陽能熱水器防雷設計的重要一環是使用等電位措施和基礎共用接地網絡系統。等電位措施是減小需要雷電防護空間內各金屬物與設施之間的電位差，等電位連接帶宜采用金屬板，進行等電位連接的目的就是為了防止設施與設施之間、系統與系統之間產生的電位差，在設計時要制定接地裝置抗腐蝕措施。等電位連接就是把建筑物的基礎鋼筋，進出管道、金屬屏蔽層、電力系統的零線、建筑物的基礎共用接地網絡系統系等進行有效的等電位聯結，使之形成良好的等電位體。如果建筑物金屬物體與大地具有可靠連接，金屬物體與大地之間沒有電位差，該金屬物體就具有零電位。接地系統只指把金屬物體、構建等通過各類金屬導體、導線與大地相連，使該金屬體與大地保持同等電位。室內部分包括室內線路屏蔽層接地、暖氣片、線盒、金屬排水管、PE線、室內浪涌保護裝置接地等室內各種接地的等電位。

安全可靠的基礎共用接地網絡系統是（LPS）防雷裝置的重要環節，無論是直擊雷防護還是雷電感應的防護，都是通過接地系統將雷電流釋放到大地，最理想的接地阻值越低越好。為盡量避免高電位反擊造成人員傷亡事故，就必須對設施進行安全可靠接地，其接地阻值宜≤4Ω范圍。基礎共用接地網絡系統是將自然接地體與人工接地體進行等電位有效聯結。接地裝置的材料可選用銅質或鐵質的金屬棒、管以外，還可以使用碳和石墨類型為主體的棒管或使用∠50×50×5mm鍍鋅角鋼，其長度一般為1.5M—2.5M，也可以采用﹣40×4mm的鍍鋅扁鋼或Φ12-Φ14鍍鋅圓鋼。在施工和使用材料上應根據設計要求和技術標準根據現場條件、環境來決定最佳的施工方案。

2.2.3 太陽能熱水器防雷系統與建筑物防雷裝置的有效融合

太陽能安裝所在建筑物的內、外部防雷裝置對太陽能熱水器的綜合防雷效果影響很大。若建筑物共用接地網絡系統不完善，或建筑物配電系統未安裝合理的浪涌保護器，則太陽能供電線路所使用的配電系統線路極易被則雷擊電磁脈沖侵入，造成其它電器設備損壞。所以技術人員應該先檢查建筑物防雷裝置是否合格，然后再進行太陽能熱水器防雷裝置的安裝。

3 結 語

本文是根據筆者多年從事防雷技術工作的經驗，依據國家防雷技術規范，總結了太陽能熱水器的防雷隱患，才撰寫出的匠心之作。希望對防雷技術工作者起到一定的參考和啟迪作用。

參考文獻

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[2]《民用建筑電氣設計規范》（JGJ/T 16-92）.

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[5]《建筑物電子信息系統防雷技術規范》 （GB 50343-2012）.