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罄塞．登且．家用太阳能热水器的防雷探讨卢晓霞张彬(浙江省东阳市气象局，浙江东阳322100)喃要】针对目前家用太阳能热水器防雷安全隐惠较大的现状，从防直击雷、防感应雷、安装模式等方面探讨对太阳能热水器进行有效防护的方式。
饫键阑】太阳能热水器；直击雷防护；感应雷防护；安装模式太阳能是且前最为”干净”的链源之一。
随着消费者环保和绿色意识的提高，太阳能热水器以它的环保、清洁、经济而得到许多市民的喜欢，越来越多的住宅都安装了各式各样的太阳能热水器。
但在防雷安全检测中发现，许多新建、已建建筑的太阳能热水器，都没有做好恰当的雷电防护措施，这是很危险的。
因为热水器的采光装置往往安装在楼顶或其他无遗挡的高处，其安装位置和防雷条件之间的矛盾I PX-乎变的难以调和。
那么，该如何街好太阳能热水器的雷电防护措施卿本文将对J岍番探讨。
1太阳能热水器简介太阳能热水器是一个光热转换器，通常由集热器、绝热贮水箱、连接管道、支架和控制系统毗按集热器原理和结构可分为平板型热水器和真空管热水器。
按工质流动方式不同，一般分为台然循环墼、强迫循环和直流型三种。
通常集热器、储水箱设置在建筑物外，是直击雷高发点，电源和控制线路易感应雷电过电压。
2太阳能热水器防雷技术探讨防雷技术是～门不断发展的技术，其与建筑、结构、电气、弱电等行业息息相关密不可分的。
太阳能热水器的不断发展也对防雷技术提出了更高的要求，要做好太阳能的防雷，建筑、结构、电气、弱电各个环节都缺一不可。
21集热器合理的安装型式可避免大部分雷击使热水器及其他构件全部或者部分”躲藏”于建筑L PZO区或更高防护区内。
建筑设计阶段，设计单位应充分考虑到太阳能热水器的防雷要求，对其安装位置、高度、间距等提出明确的设计思路，使太阳能热水器“能躲则躲“。
在建筑设计初期，可以将太阳能集热器设置在建筑物的屋面、阳台、外墙面、墙体内【嵌^式)以及建攀【物的其它部位。
I,XT是肼中典型的集热器安装模式：1j集熟器安装在凸阳台外铡，衡向安装的特性可使集热器遭受雷击的概率大大减小。
浅谈太阳能热水器如何防雷【摘要】随着人民生活水平的提高，太阳能热水器使用广泛，为减少雷击对太阳能热水器及人身造成危害，简要对太阳能热水器遭受雷击的途径进行分析，并提出了安全实用的防护办法。
【关键词】太阳能热水器；防雷；直击雷；雷电感应0．引言随着人们生活水平的提高，太阳能热水器受到广大市民的青睐，但目前由于太阳能热水器装在高高的楼顶，且城市住宅楼在建设时只常采用避雷带防雷，因此太阳能热水器高出屋面而得不到避雷带保护。
1．雷害分析雷电灾害是联合国公布的10种最严重的自然灾害之一，也是目前我国十大自然灾害之一。
据有关部门估计，全球平均每分钟发生雷暴2000次，每年因雷击造成的人员伤亡超过1万人，所导致的火灾、爆炸等时有发生。
我国也是雷暴活动十分频繁的国家。
全国有21个省会城市每年的雷暴日都在50天以上，最多的可达134天。
雷电危害可分成直击雷、雷电感应和雷电波侵入3种类型。
1.1直击雷所谓直击雷，是指雷电直接击在建筑物、构架、树木、动植物上，因电效应、热效应和机械力效应等造成建筑物等损坏以及人员伤亡。
直击雷蕴含极大的能量，电压峰值可达5000KV，具有极大的破坏力。
如建筑物直接被雷电击中，巨大的雷电流沿引下线入地，会造成以下三种影响：a：巨大的雷电流在数微秒时间内流下地，使地电位迅速抬高，造成反击事故，危害人身和设备安全。
b：雷电流产生强大的电磁波，在电源线和信号线上感应极高的脉冲电压。
c：雷电流流经电气设备产生极高的热量，造成火灾或爆炸事故。
1.2雷电感应云层之间的频繁放电产生强大的电磁波，在电源线和信号线上感应极高的脉冲电压，峰值可达50KV。
一般来说，雷电感应没有直击雷那么猛烈，但它发生的几率比直击雷高很多。
因为直击雷只发生在雷云对地闪击时才会对地面造成灾害，而雷电感应则不论雷云对地闪击、或者雷云对雷云之间闪击（据观测资料介绍，雷云对雷云闪击比雷云对地闪击几率高很多），都可能发生并造成灾害。
此外，直击雷一次只能袭击一两个小范围的目标，而一次雷闪击可以在比较大范围内多个小局部同时发生雷电感应过电压现象，并且这种感应高电压可以通过电源线、信号线等金属导线传输到很远，致使雷害范围扩大。
太阳能热水器的防雷隐患与安全防护摘要：太阳能作为一种实现低碳生活的重要渠道，一种取之不尽的新型环保能源，已成为我国能源研究工作中的一个重要课题。
其居有清洁、安全等显著优势，人们为了有效利用太阳热能，常将大量的太阳能热水器安装在无遮挡的屋顶高处。
而在有雷电地方的雷雨季节，如果没有安装或者没有正确安装防雷装置，就留下了防雷安全隐患。
日后极容易发生雷击灾害事故。
笔者从太阳能热水器存在防雷隐患的角度，提出解决太阳能热水器防雷隐患的安全防护措施。
正确地安装防雷装置，就能够避免或大大减少雷击灾害的发生。
关键词：太阳能防雷安全1、概述太阳能热水器把太阳光能转化为热能，将水从低温度加热到高温度，以满足人们在生活、生产中的热水使用。
太阳能热水器按结构形式分为真空管式太阳能热水器和平板式太阳能热水器，目前真空管式太阳能热水器为主，占据国内95%的市场份额。
真空管式家用太阳能热水器是由集热管、储水箱及相关附件组成，把太阳能转化为热能主要依靠集热管。
集热管利用热水上浮冷水下沉的原理，使水产生微循环而达到所需热水。
太阳能热水器一般都安装在人们居住的屋顶上。
由于部分太阳能热水器销售公司和用户缺乏防雷安全意识，安装过程中并没考虑对太阳能热水器的雷击防护，使安装好的太阳能热水器留下许多雷击隐患，对使用者的生命和财产构成严重威胁，解决太阳能热水器防雷隐患是我们现在工作的一个重点部分。
2、太阳能热水器安装现状虽然建筑物普遍都装有避雷设施，但大多数建筑物都是在竣工验收交付使用之后，用户再自行安装太阳能热水器。
居民安装的太阳能热水器一般都位于屋顶的最高处，使其完全暴露在雷电袭击的范围内。
由于热水器的一部分材料是金属构件，一旦雷电袭来，不在避雷针保护范围内的热水器将首当其冲地被雷电击中，引发安全事故。
我们国家现在还没有颁布强制性规范要求安装太阳能热水器必须要有避雷装置，只是以建筑物防雷设计规范GB50057-94（2000年修订版）来参考，在太阳能热水器防雷安全方面存在遗漏。
太阳能热水器防雷避雷的问题屋顶太阳能热水器会引雷。
绝大多数屋顶的太阳能热水器安装的高度均大于该建筑物的最高避雷带（针），并且没有接地。
由于屋顶太阳能热水器内置有电加热电源线和传感信号线直通室内，一旦遭受雷击，雷电流将通过热水器的管道、电源线和信号线直接进入用户室内，轻则导致热水器和家用电器烧毁，重则出现爆炸、火灾或人员伤亡等。
雷电的预防工作首先，大家应该提高对雷电危害的认识和自我保护能力。
要做到在打雷闪电时不要使用太阳热水器；其次，做好太阳热水器的防直击雷措施，为太阳热水器安装一套完善合理的防直击雷装置（包括避雷针、引下线、接地装置）。
再次，是要做好太阳热水器各金属支架的等电位连接，但应避免直接连接到避雷针上，应连接到引下线上面。
第四，太阳热水器电源线路应采用金属屏蔽保护，并在开关处安装电源避雷器。
第五，将仪表的电源插头拔掉，来减少雷击的可能性。
采取的对应措施做好太阳热水器的防直击雷措施：在产品安装时尽量使太阳热水器处于防雷装置的保护范围之内（在一定高度的避雷针下面，有一个安全区域，在这个区域中的物体基本上不致遭受雷击，这个安全区一般叫做避雷针的保护范围）。
首先要确保原有防雷装置合格，在这一前提下，可以通过降低太阳热水器的安装位置或在旁边加装避雷针加以预防、避免。
需要注意的问题尽量避免或减少通过热水器引入室内的雷电流。
在打雷时停止使用太阳热水器，拔掉电源插头，尽量少接触水管、龙头以防万一。
如果热水器已处于防雷装置的保护范围内，就不宜将热水器的金属外壳与屋顶上其他金属体再相连接；反之，就应该将热水器的金属外壳与屋顶防雷装置相连，借装置分流部分雷电流。
建筑物防雷系统的好坏直接影响到太阳热水器防雷的效果。
如果建筑物无接地系统或接地系统不好，雷电就有可能通过太阳热水器的用电线路传入整个建筑物的用电线路，损坏用户的其他用电设备。
所以在太阳热水器防雷时首先检查建筑物防雷系统，根据建筑物的防雷情况，再制定太阳热水器的防雷方案。
装太阳能热水器必须有防雷措施
为了采热的需要，人们都将太阳能热水器的采热部分安装到室外屋顶上阳光充足的地方，这是必要的。
但是，如果在安装时不采取必要的防雷措施，附近一旦打雷，巨大的雷电能量将通过其金属水箱、金属管道等设施引入室内，从而造成危害。
因此，值得提醒用户的是，安装太阳能热水器时必须要有防雷措施。
为了达到防雷效果，太阳能热水器的采热部分必须安装在有效的防雷范围内，主要是房顶上的避雷针或避雷带的顶端必须高于热水器的顶端。
同时，热水器与避雷针或避雷带的距离最多不超过3米，否则，就很难起到防雷作用。
另外，要做好热水器水箱与避雷针或接地等电位连接，一般在距水箱3米范围内设置独立的避雷针，避雷针的下引线用钢筋与避雷带焊接，水箱底座与房顶面及避雷带用钢筋做等电位连接并焊牢。
如果无条件设独立的避雷针，可将其水箱底座在房顶面做等电位连接。
同样是用钢筋与避雷带进行连接，这样也能起到防雷作用。
时下，安装使用太阳能热水器的用户越来越多，而考虑设置防雷措施的还不多，以至逢到打雷时就很不安全，尤其在多家居民合住的宿舍楼顶上安装的热水器更多，互相间靠得也紧，一旦遭雷击时造成的危害就更大。
因此，凡在室外的热水器部分都应该设置防雷保护措施。
在这方面用户不能大意、不能怕麻烦。
至于负责安装热水器的人员更要主动为用户考虑到防雷措施，并在安装时将此措施落实到位。
太阳能热水器的防雷
3.1太阳能热水器遭雷击的方式
根据太阳能热水器的结构、使用材料及安装位置分析，它遭雷击的途径可分两种，一是直击雷，二是感应雷击。
●直击雷击
当雷云通过线路或电器设备放电时称为直击雷。
直击雷可以形象地说就是雷云对大地上的目标（高大建筑物或高大树木等）放电的一种过程。
直击雷可在其周围一定范围内的导体上感应起危险电压，加上建筑物之间连接的各种长距离电缆可在更大的范围内感应上雷电电磁脉冲，并几乎无衰减地沿电缆传入设备。
太阳能热水器绝大多数都安装在建筑物的制高点位置上，其接闪器一般也都低于太阳能热水器，太阳能热水器暴露在接闪器保护范围之外，一旦云地放电，太阳能热水器首当其冲，成了接闪器，雷电可以直接击在太阳能热水器上，直接击坏太阳能热水器。
●感应雷击
感应雷击是由于雷云的静电感应或放电时的电磁感应作用，使建筑物上的金属物件，如管道、钢筋、电线等感应出与雷云电荷相反的电荷，造成放电所引起。
随着太阳能热水器智能化的不断提高，辅助加热、水位、水温自动显示，补水、断水的自动控制功能都应用于太阳能热水器中，而这些功能都是通过专用电脑控制芯片、传感装置等电子装置来实现的。
电子装置在室内，辅助加热、传感装置在室外太阳能热水器水箱中，为这些电子装置供电的电源线，显示及控制用的信号线、控制线都是感应雷击的侵害途径。
太阳能热水器招引感应雷击的通道主要有三条：电源线路引入；信号线路引入；接地线路引入。
3.2太阳能热水器防雷保护的原理及方法
太阳能热水器的防雷可分为外部防雷和内部防雷两种情况，外部防雷是防直击雷，内部防雷是防感应雷。
外部防雷——将绝大部分雷电流直接引入地下泄散；
内部防雷——快速泄放沿着电源或信号线路侵入的雷电波或各种危险过压；这两道防线，互相配合，各尽其职，缺一不可。
因此防雷工程是一项系统工程（见图2）。
图2.防雷工程
3.2.1外部防雷
如果原建筑物已有良好的防雷措施，并且热水器已处于防雷装置的保护范围之内，不用加避雷针，只需将太阳能热水器的金属底脚用扁钢或圆钢就近焊接到屋面避雷带或引下线上。
如果热水器不在保护范围之内，一般情况下可在离热水器3米远的地方加装高出热水器顶部1.5米的避雷针，并做好接地工作。
太阳能热水器各金属支架要等电位连接，不要直接连接到避雷针上。
防雷装置由接闪器、引下线和接地装置组成。
接闪器（又称避雷针）位于防雷装置的顶部，其作用是利用其高出被保护物的突出地位把雷电引向自身，承接直击雷放电。
除避雷针、避雷线、避雷网、避雷带可作为接闪器外，建筑物的金属屋面可用作第一类防雷建筑物以外的接闪器。
●避雷针、避雷带及引下线：
由于避雷针比被保护物高出许多，又和大地直接相连，当雷云先导接近时，
它与雷云之间的电场强度最强，雷云放电又总是朝着电场强度最强的方面发展，因此避雷针具有引雷的作用，也就是使雷电流按避雷针引下线引入大地，图3、4可以形象的说明什么是避雷针、避雷针带及引下线。
●接地装置：
它是避雷针的最下部分，埋入地下。
由于它和大地中的土壤紧密接触，可使雷电流很好地泄入大地。
接地装置一般都是用角钢、扁钢或圆钢、钢管等打入地下，其接地电阻一般不能超过10Ω。
在建筑物的底部墙面上都留有检测口，以便检测它的接地电阻。
●避雷针的设计方法
避雷针到底多高才能保护到热水器呢？其实，计算避雷针的保护范围有多种方法，现行通用的计算方法叫“滚球法”（见图5）：
图5.“滚球法”
1.当避雷针高度h小于或等于h r时：
（1）距地面h r处作一平行于地面的平行线；
（2）以针尖为圆心，h r为半径，作弧线交于平行线的A、B两点；
（3）以A、B为圆心，h r为半径作弧线，该弧线与针尖相交并与地面相切。
从此弧线起到地面止就是保护范围，是一个对称的锥体；
（4）避雷针在h x高度的xx′平面上和在地面上的保护半径，按下列计算式确定：r x=h(2h r-h)-h x(2h r-h x)
r0=h(2h r-h)
式中：r x──避雷针在h x高度的xx′平面上的保护半径（m）；
h r──滚球半径；
h x──被保护物的高度（m）；
r0──避雷针在地面上的保护半径（m）。
2.当避雷针高度h大于h r时，在避雷针上取高度h r的一点代替单支避雷针针尖作为
圆心。
其余的做法同本款第1项。
式中的h用h r代入。
实际操作中，我们只要取一个近似的值就可以，太阳热水器的最高点在避雷针尖端45°角范围内即认为是有效保护范围。
3.2.2内部防雷
内部防雷系统主要是易受过电压破坏的电子设备（或室外独立电子设备）加装过压保护装置，在设备受到过电压侵袭时，防雷保护装置能快速动作泄放能量，从而保护设备免受损坏。
内部防雷要实现电源线路防雷和信号线路防雷。
图6.太阳能热水器防雷装置示意图
等电位连接
等电位连接是太阳能热水器雷电防护的一个重要环节。
因现在安装太阳能热水器使用的上下水管绝大多数为PVC管，虽然PVC管壁有加强金属层，但没有和室内电磁阀组合阀及室外水箱做到金属连接，所以，等电位连接分为室外部分和室内部分金属构件的等电
位连接。
室外部分包括太阳能热水器金属支架、金属构件、避雷针、避雷带及线路屏蔽层等，室内部分包括线路屏蔽层、SPD接地及其他金属管道的等电位连接（见图6）。
●太阳能热水器各种线路的屏蔽
太阳能热水器从楼顶到卫生间的线路有辅助电加热、水位、水温线，这部分线路全部都要采用屏蔽线，其屏蔽层两端要做好接地。
建筑物遭受雷击时，电磁感应电流可能超过电缆屏蔽层所能承受的电流，所以，这段线路再穿铁管，其铁管上端和太阳能热水器支架连接，铁管下端和楼顶避雷带就近连接，以确保线路的二次屏蔽作用。
●信号线和电源线的防雷
对信号线和电源线的防雷要想达到可靠的防雷保护，除了采用屏蔽金属和外套铁管外，还要在每根外接线路进行防雷保护，可以在控制器线路板上增加防雷器件，这些器件在正常的工作环境下不起作用，当有雷电感应电流沿信号线或者电源线进入室内控制器时，防雷器件开始工作，把感应电流引入地线，从而保证控制器和室内电源的安全。
上海巨冠电子有专对太阳能热水器控制器的防雷方案，原理图如图7所示。
图7.太阳能热水器控制器防雷原理图
1.主要技术参数：
（1）传感器端口：
差模：10KV（1.2/50uS）
共模：10KV（1.2/50uS）
（2）电源端口（户内供电，防护等级可稍低）：
共模：4KV（1.2/50uS）
差模：4KV（1.2/50uS）
（3）传感器端口对电源端口：
可承受几十KV的过压信号
2.方案简要介绍:
（1）此方案满足10/70uS差模1.5KV，共模4KV雷击浪涌测试标准。
（2）前级GDT使用4颗BF071M，旁路泻放暂态大电流；中间使用10欧姆电阻协调两级之间的防护器件，最好选用绕线插件电阻，如果使用贴片电阻，功率最好选2W；后级选用4颗BA201N泻放残余暂态电流。
（3）此方案针对四条传感器线而组合的防护电路，一路防护电路对应一条传感线,以此类推，有几条传感线就用几路防护电路。
（4）传感器端口和电源端口之间选用1个B5G2700和一个压敏电阻2DD561K，可承受几十KV的过压信号。
电源零火线之间选用一个压敏电阻2DD561K进行泻压。
