太陽能熱水器的雷電防護

楊建章 劉桂君 尚靜國

太陽能熱水器，顧名思義，是利用太陽光加熱原理來獲得熱水的裝置。隨著科學技術的發展和人們生活觀念的改變，太陽能熱水器因其新穎、環保、節能且安裝方便而深受消費者的喜愛，安裝數量逐年增加，這種節能環保的產品已廣泛地走進了千家萬戶。由于太陽能熱水器方便、快捷和節約能源等優點而廣泛應用于人們的生活和生產中。但其易遭雷擊且遭雷擊后的后果嚴重程度至今未引起人們的足夠重視。為了采熱的需要，人們習慣將太陽能熱水器安裝到屋頂陽光充足的地方，而這樣安裝往往會超過建筑物上原有的防雷裝置高度，使其完全暴露在雷電直擊的范圍內。熱水器的主要金屬部件多設在樓頂，這樣就變成了建筑物的接閃器。建筑物一旦遭受雷擊，熱水器首先是“挨打”對象。太陽能熱水器內置有電加熱電源線和傳感信號線，并直通室內。由于它的金屬構件較多，如遭受雷擊，部分雷電流將通過熱水器的管道、電源線和信號線直接進入用戶室內，給室內電器和用戶帶來了安全隱患。如不采取科學有效的防雷措施，輕則將導致熱水器和家用電器燒毀，重則將出現爆炸、火災或人員傷亡等。因此太陽能熱水器成為目前住宅防雷新隱患，其防雷保護也成為目前不容忽視的新課題。針對目前太陽能熱水器存在較大防雷安全隱患的現狀，首先對雷電如何對太陽能熱水器侵害進行了分析，從防直擊雷、防雷電感應及電磁波脈沖、等電位連接和共用接地系統等方面進行論述，并提出了有效的防護措施。重點闡述了內外部防雷保護的設計原理及安裝方法，并應用于防雷工程的施工過程中。

1 太陽能遭雷電侵害的方式

1.1 雷電熱效應的破壞作用

直擊雷是雷云對大地上的目標放電的一種過程。當雷電發生時，雷電通道的溫度可達 6 000℃～10 000℃，甚至更高。因此在雷擊通道上遇到可燃物質，可能引起火災。太陽能熱水器絕大多數都安裝在建筑物的制高點位置上，建筑物接閃器一般也都低于太陽能熱水器，太陽能熱水器暴露在接閃器保護范圍之外，也就是所處的位置在LPZOA。一旦直擊雷擊中建造物，太陽能熱水器首當其沖成了接閃器，雷電可以直接擊在太陽能熱水器上，直接擊毀太陽能熱水器。

1.2 雷電流沖擊波的破壞作用

雷電直接擊中建筑物，使附近的建筑物、人受到破壞和傷亡。

1.3 雷電感應及電磁波脈沖

當雷云通過線路或電器設備放電時，在其周圍一定范圍內的導體上感應到危險電壓，由于雷云的靜電感應或放電時的電磁感應作用，使建筑物上的金屬物件，如管道、鋼筋、電線等感應出與雷云電荷相反的電荷。加上建筑物之間連接的各種長距離電纜可在更大的范圍內感應上雷電電磁脈沖，并幾乎無衰減地沿電纜傳入設備。隨著太陽能熱水器智能化的不斷提高，輔助加熱、水位、水溫自動顯示，補水、斷水等自動控制功能都應用于太陽能熱水器中，而這些功能都是通過專用電腦控制芯片、傳感裝置等電子裝置來實現的。電子裝置在室內，輔助加熱、傳感裝置在室外的太陽能熱水器水箱中。為這些電子裝置供電的電源線、顯示及控制用的信號線、控制線都是雷電感應及電磁波脈沖侵害的主要對象。因此，太陽能熱水器易受感應雷擊的主要部位是電源線和信號線。

2 太陽能熱水器的雷電防護措施

2.1 外部防雷

如果原建筑物已有良好的防直擊雷措施，并且熱水器已處于建筑物防雷裝置(接閃器)的有效保護范圍之內，則不用加避雷針，只需將太陽能熱水器的金屬底腳用扁鋼或圓鋼就近焊接到屋面避雷帶或引下線上。如果熱水器不在保護范圍之內，一般情況下可在離熱水器3m遠的地方加裝高出熱水器頂部1.5m的避雷針，并做好其接地工作。太陽能熱水器各金屬支架間要可靠連接，并就近焊接到屋面避雷帶或引下線上，不宜直接焊接到避雷針上。

2.2 內部防雷

內部防雷系統主要安裝在易受過電壓破壞的電子設備中，應在太陽能感應電源、水位和水溫的前端加裝過壓保護裝置，在設備受到過電壓侵襲時，防雷保護裝置能快速動作釋放能量，從而保護設備免受損壞。內部防雷要實現電源線路防雷和信號線路防雷。應配備 3個浪涌保護器:第一個是單相電源浪涌保護器，安裝在供電線路入戶的電源開關箱處;第二個是屋頂太陽能信號感應末端加裝信號浪涌保護器;第三個是太陽能信號線的入戶端加裝信號浪涌保護器，安裝在入室后的信號線上。

2.3 等電位連接

等電位連接是太陽能熱水器雷電防護的一個重要環節。因為現在安裝太陽能熱水器使用的上下水管絕大多數為PVC管，雖然PVC管壁有加強金屬層，但沒有和室內電磁閥組合閥及室外水箱做到金屬連接，所以，等電位連接分為室外部分和室內部分金屬構件的等電位連接。室外部分包括太陽能熱水器金屬支架、金屬構件、避雷針、避雷帶及線路屏蔽層等，室內部分包括線路屏蔽層、電涌保護器接地及其他金屬管道的等電位連接。

2.4 太陽能熱水器各種線路以及信號線和電源線及管道的合理鋪設

太陽能熱水器從樓頂到衛生間的線路有輔助電加熱、水位、水溫線，這部分線路全部都要采用屏蔽線，其屏蔽層兩端要做好接地。建筑物遭受雷擊時，電磁感應電流可能超過電纜屏蔽層所能承受的電流，所以，這段線路再穿鐵管，其鐵管上端和太陽能熱水器支架連接，鐵管下端和樓頂避雷帶就近連接，以確保線路的二次屏蔽作用。對信號線和電源線的防雷要想達到可靠的防雷保護，除了采用屏蔽金屬和外套鐵管外，還要在每根外接線路進行防雷保護，可以在控制器線路板上增加防雷器件，這些器件在正常的工作環境下不起作用，當有雷電感應電流沿信號線或者電源線進入室內控制器時，防雷器件開始工作，把感應電流引入地線，從而保證控制器和室內電源的安全。供水管道和線路鋪設要避開建筑物的防雷引下線附近，并保持 1m以上的安全距離。

3 共用接地系統

就目前而言，太陽能熱水器防雷在很大程度上是依靠建筑物的防雷系統，因此建筑物防雷系統的好壞直接影響到太陽能熱水器防雷的效果。例如接地系統，整個太陽能熱水器的防雷接地系統完全利用了建筑物的接地系統。如果建筑物無接地系統或接地系統不好，雷擊電磁脈沖就有可能通過太陽能熱水器的用電線路侵入整個建筑物的用電線路，不但會造成太陽能熱水器的損壞，還會損壞用戶的其他電器設備，甚至造成人身損傷。所以在太陽能熱水器防雷時，首先應檢查建筑物的防雷系統，根據建筑物的防雷情況，制定太陽能熱水器系統的具體防雷設計方案。

4 結語

太陽能熱水器的防雷問題應引起人們的高度重視，氣象部門及相關部門應加大對防雷知識的宣傳和教育，生產廠家要增強防雷意識，安裝人員要掌握一定的防雷知識，在使用過程中消費者也應樹立良好的防雷意識。在打雷時應避免使用太陽能熱水器，拔掉電源插頭，盡量少接觸金屬水管及水龍頭以防萬一。只有這樣，才能有效的防止雷擊事故的發生，避免造成人身傷亡和財產損失。

[1] 楊 琳.太陽能熱水器防雷保護的原理及方法[J].科技資訊，2009(16):95-97.

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[3] GB 50343-2004，建筑物電子信息系統防雷技術規范[S].