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摘 要：本文介绍了太阳能热水器的结构，分析了雷电损坏太阳能热水器的途径，从防直击雷和防雷电波侵入等方面探讨了对太阳能热水器进行防雷防护的技术方法。
关键词：太阳能热水器；直击雷防护；雷电波侵入防护
宁夏地区光能源非常充足，太阳能是一种清洁经济的能源。太阳能热水器目前已经广泛应用于千家万户，具有低碳环保的特点。成为每个家庭必备的用品。但太阳能热水器因其需要充足光照等安装条件，基本都安装于建筑物的最高处，导致太阳能热水器的高度超过了建筑物上原有接闪带高度，使其完全暴露在直击雷的范围内，一旦发生雷击事故，热水器将首当其冲“挨打”，隐患十分严重。
当太阳能热水器被雷电击中以后，不仅仅损坏位于室外的集热器和保温水箱，更有可能的是通过水路、数据采集系统、电加热线等渠道将雷电流引入室内，危及人身安全并损坏其它电器设备，严重威胁到居民的生命和财产安全，因此太阳能热水器的雷电防护至关重要。
笔者对太阳能热水器的安装及内部结构进行了调查，对直击雷的潜在威胁和防护措施进行了研究。探索到了相应的防雷技术方法，愿供大家参考。
1太阳能热水器的内部结构特征
太阳能热水器是一个光热转换器，真空管能够最大限度的吸收太阳能，将其转化为热能。由真空管组成的集热器是太阳能热水器的核心，
太阳能热水器除集热器外，还有绝热贮水箱、连接管道、支架和控制系统。控制系统能够采集贮水箱的水位水温等信息，并根据用户设置实现自动控制热水器。是户外装置与室内环境连通的电路系统，贮水箱和管道是户外装置与室内环境连通的水路系统。
2 雷电破坏途径分析
由太阳能热水器的结构可以看出，除了户外集热器和贮水箱可能因直击雷击中而造成物理损坏之外，雷电还可能通过户外与室内连通电路系统和水路系统进入室内造成室内设备损坏以及用户伤亡，所以太阳能热水器应采取防直击雷和防雷电波侵入等措施。
3 直击雷防护措施
大多数太阳能热水器水箱的不锈钢板厚度仅为0.3mm， 用其外部结构直接做接闪器， 存在被击穿损毁的危险，因此将其作为接闪器。太阳能热水器的支架及本身的金属结构也不应与建筑物的接地系统连接。应当在太阳能热水器上加装接闪器做防直击雷保护。
3.1太阳能热水器所处建筑物已安装防直击雷装置
当现有防直击雷装置的引下线、接地装置符合要求，与太阳能热水器的间距大于3m，且家用太阳能热水器在现有防直击雷装置的保护范围内时，可不另设防直击雷装置。
当现有防直击雷装置的接闪器、引下线、接地装置不符合要求时，应当对不符合要求的项目进行完善、整改，并使太阳能热水器与防直击雷装置的间距大于3m，才能有效防护直击雷。
3.2太阳能热水器所处建筑物没有防直击雷装置
应装设避雷针或架空避雷线作为接闪器，并使太阳能热水器处在接闪器的保护范围内。
3.2.1对于屋面安装的单体太阳能热水器，应在距离热水器3m远处安装避雷针。假设太阳能热水器自身高度为hx1 ，宽度为w ，建筑物高度为hx2 ，按第三类防雷建筑物计算，则避雷针长度l可通过以下公式推算：
式中：hx──太阳能热水器自身高度hx1与建筑物高度hx2之和（m），即hx = hx1 + hx2；
rx──避雷针在 hx高度的xx′平面上的保护半径（m），此处为（w + 3）m；
hr──滚球半径，取60m；
h──避雷针长度l与建筑物高度hx2之和（m），即h = l + hx2；
避雷针宜采用圆钢时直径不应小于为20mm，采用钢管时直径不应小于25mm。
3.2.2对于成排安装太阳能热水器的情况，应当装设架空接闪带做防直击雷保护。架空接闪带及其两端支架与太阳能热水器的间距应大于3m。架空接闪带宜采用镀锌钢绞线，其截面积不应小于35mm2。
3.2.3引下线宜采用圆钢或扁钢，并经最短路径接地。引下线采用圆钢时，直径不应小于8mm；采用扁钢时，截面不应小于48mm2，其厚度不应小于4mm。在地面上1.7m至地面下0.3m的一段，应采取暗敷或镀锌角钢、改性塑料管或橡胶管等保护设施。
接地装置宜使用太阳能热水器所处建筑物基础内的钢筋做自然接地体。如使用人工接地体，宜采用角钢、钢管或圆钢做人工垂直接地体，采用扁钢或圆钢做水平接地体。圆钢直径不应小于10mm；扁钢截面积不应小于100mm2，其厚度不应小于4mm；角钢厚度不应小于4mm；钢管壁厚不应小于3.5mm。埋设深度不小于0.8m。
人工接地体距家用太阳能热水器所在建筑物出入口或人行道不应小于3m。当小于3m时，应采取下列措施之一：水平接地体局部深埋不应小于1m；水平接地体局部应包绝缘物，可采用50～80mm厚的沥青层；采用沥青碎石地面或在接地体上面敷设50～80mm厚的沥青层，其宽度应超过接地体2m。
引下线、接地装置与附近金属物或线路的最小间距应大于3m。
引下线的冲击接地电阻不宜大于30Ω。
4雷电波侵入防护措施
家用太阳能热水器的上水管、下水管应使用非金属绝缘管，防止雷电流沿上水管和下水管进入淋浴间。
由家用太阳能热水器至淋浴间内的电路系统应采用屏蔽线，并穿钢管屏蔽，但穿线钢管不宜进入淋浴间。线路屏蔽层应两端接地；钢管上端、中间、下端应与防直击雷装置就近连接。淋浴间内的暖气管道、自来水管、热水器等应做好与建筑物的等电位连接。
在综合考虑经济和安全因素后，可在家用太阳能热水器的漏电开关后安装电源电涌保护器，在信号线两端安装信号电涌保护器。安装的电源电涌保护器和信号电涌保护器应符合国家现行相关标准规范的有关规定。
防雷电波侵入措施的冲击接地电阻不宜大于30Ω。
建议在雷雨天禁止使用家用太阳能热水器；雷雨天应断开家用太阳能热水器的电源线路、信号线路。
综上所述，太阳能热水器的防雷问题不容忽视。应采用综合有效的防护措施并还要根据建筑物本身的防雷装置做出合理部署，才能有效的减少和避免雷击事故的发生，避免人身伤亡和财产损失。
参考文献
[1] 张华明，杨世刚，刘耀龙，等.高层建筑物易受雷击部位分析[J].山西气象，2012（4）.
[2] 龙敬朝，李德昌，陈晓林.民用太阳能热水系统雷电灾害分析和防雷技术[J].科技风，2016（8）.
[3] 张相明.一种新型光伏发电智能防雷汇流箱的设计与研究[J].沈阳工程学院学报：自然科学版，2013，9（2）.
关键词：太阳能热水器；直击雷防护；雷电波侵入防护
宁夏地区光能源非常充足，太阳能是一种清洁经济的能源。太阳能热水器目前已经广泛应用于千家万户，具有低碳环保的特点。成为每个家庭必备的用品。但太阳能热水器因其需要充足光照等安装条件，基本都安装于建筑物的最高处，导致太阳能热水器的高度超过了建筑物上原有接闪带高度，使其完全暴露在直击雷的范围内，一旦发生雷击事故，热水器将首当其冲“挨打”，隐患十分严重。
当太阳能热水器被雷电击中以后，不仅仅损坏位于室外的集热器和保温水箱，更有可能的是通过水路、数据采集系统、电加热线等渠道将雷电流引入室内，危及人身安全并损坏其它电器设备，严重威胁到居民的生命和财产安全，因此太阳能热水器的雷电防护至关重要。
笔者对太阳能热水器的安装及内部结构进行了调查，对直击雷的潜在威胁和防护措施进行了研究。探索到了相应的防雷技术方法，愿供大家参考。
1太阳能热水器的内部结构特征
太阳能热水器是一个光热转换器，真空管能够最大限度的吸收太阳能，将其转化为热能。由真空管组成的集热器是太阳能热水器的核心，
太阳能热水器除集热器外，还有绝热贮水箱、连接管道、支架和控制系统。控制系统能够采集贮水箱的水位水温等信息，并根据用户设置实现自动控制热水器。是户外装置与室内环境连通的电路系统，贮水箱和管道是户外装置与室内环境连通的水路系统。
2 雷电破坏途径分析
由太阳能热水器的结构可以看出，除了户外集热器和贮水箱可能因直击雷击中而造成物理损坏之外，雷电还可能通过户外与室内连通电路系统和水路系统进入室内造成室内设备损坏以及用户伤亡，所以太阳能热水器应采取防直击雷和防雷电波侵入等措施。
3 直击雷防护措施
大多数太阳能热水器水箱的不锈钢板厚度仅为0.3mm， 用其外部结构直接做接闪器， 存在被击穿损毁的危险，因此将其作为接闪器。太阳能热水器的支架及本身的金属结构也不应与建筑物的接地系统连接。应当在太阳能热水器上加装接闪器做防直击雷保护。
3.1太阳能热水器所处建筑物已安装防直击雷装置
当现有防直击雷装置的引下线、接地装置符合要求，与太阳能热水器的间距大于3m，且家用太阳能热水器在现有防直击雷装置的保护范围内时，可不另设防直击雷装置。
当现有防直击雷装置的接闪器、引下线、接地装置不符合要求时，应当对不符合要求的项目进行完善、整改，并使太阳能热水器与防直击雷装置的间距大于3m，才能有效防护直击雷。
3.2太阳能热水器所处建筑物没有防直击雷装置
应装设避雷针或架空避雷线作为接闪器，并使太阳能热水器处在接闪器的保护范围内。
3.2.1对于屋面安装的单体太阳能热水器，应在距离热水器3m远处安装避雷针。假设太阳能热水器自身高度为hx1 ，宽度为w ，建筑物高度为hx2 ，按第三类防雷建筑物计算，则避雷针长度l可通过以下公式推算：
式中：hx──太阳能热水器自身高度hx1与建筑物高度hx2之和（m），即hx = hx1 + hx2；
rx──避雷针在 hx高度的xx′平面上的保护半径（m），此处为（w + 3）m；
hr──滚球半径，取60m；
h──避雷针长度l与建筑物高度hx2之和（m），即h = l + hx2；
避雷针宜采用圆钢时直径不应小于为20mm，采用钢管时直径不应小于25mm。
3.2.2对于成排安装太阳能热水器的情况，应当装设架空接闪带做防直击雷保护。架空接闪带及其两端支架与太阳能热水器的间距应大于3m。架空接闪带宜采用镀锌钢绞线，其截面积不应小于35mm2。
3.2.3引下线宜采用圆钢或扁钢，并经最短路径接地。引下线采用圆钢时，直径不应小于8mm；采用扁钢时，截面不应小于48mm2，其厚度不应小于4mm。在地面上1.7m至地面下0.3m的一段，应采取暗敷或镀锌角钢、改性塑料管或橡胶管等保护设施。
接地装置宜使用太阳能热水器所处建筑物基础内的钢筋做自然接地体。如使用人工接地体，宜采用角钢、钢管或圆钢做人工垂直接地体，采用扁钢或圆钢做水平接地体。圆钢直径不应小于10mm；扁钢截面积不应小于100mm2，其厚度不应小于4mm；角钢厚度不应小于4mm；钢管壁厚不应小于3.5mm。埋设深度不小于0.8m。
人工接地体距家用太阳能热水器所在建筑物出入口或人行道不应小于3m。当小于3m时，应采取下列措施之一：水平接地体局部深埋不应小于1m；水平接地体局部应包绝缘物，可采用50～80mm厚的沥青层；采用沥青碎石地面或在接地体上面敷设50～80mm厚的沥青层，其宽度应超过接地体2m。
引下线、接地装置与附近金属物或线路的最小间距应大于3m。
引下线的冲击接地电阻不宜大于30Ω。
4雷电波侵入防护措施
家用太阳能热水器的上水管、下水管应使用非金属绝缘管，防止雷电流沿上水管和下水管进入淋浴间。
由家用太阳能热水器至淋浴间内的电路系统应采用屏蔽线，并穿钢管屏蔽，但穿线钢管不宜进入淋浴间。线路屏蔽层应两端接地；钢管上端、中间、下端应与防直击雷装置就近连接。淋浴间内的暖气管道、自来水管、热水器等应做好与建筑物的等电位连接。
在综合考虑经济和安全因素后，可在家用太阳能热水器的漏电开关后安装电源电涌保护器，在信号线两端安装信号电涌保护器。安装的电源电涌保护器和信号电涌保护器应符合国家现行相关标准规范的有关规定。
防雷电波侵入措施的冲击接地电阻不宜大于30Ω。
建议在雷雨天禁止使用家用太阳能热水器；雷雨天应断开家用太阳能热水器的电源线路、信号线路。
综上所述，太阳能热水器的防雷问题不容忽视。应采用综合有效的防护措施并还要根据建筑物本身的防雷装置做出合理部署，才能有效的减少和避免雷击事故的发生，避免人身伤亡和财产损失。
参考文献
[1] 张华明，杨世刚，刘耀龙，等.高层建筑物易受雷击部位分析[J].山西气象，2012（4）.
[2] 龙敬朝，李德昌，陈晓林.民用太阳能热水系统雷电灾害分析和防雷技术[J].科技风，2016（8）.
[3] 张相明.一种新型光伏发电智能防雷汇流箱的设计与研究[J].沈阳工程学院学报：自然科学版，2013，9（2）.