行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》在太陽(yáng)能熱水器的應(yīng)用實(shí)例

曾麒麟++張秀青++李陽(yáng)

摘 要：太陽(yáng)能熱水器的使用越來(lái)越普及，但是現(xiàn)階段國(guó)家尚未出臺(tái)太陽(yáng)能熱水器的防雷安裝和驗(yàn)收規(guī)范。這種情況導(dǎo)致太陽(yáng)能熱水器存在較大的防雷安全隱患。通過(guò)對(duì)照《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》，分析了太陽(yáng)能熱水器防雷措施的做法，為防雷技術(shù)人員提供參考。

關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能熱水器；直擊雷；雷電波入侵

中圖分類號(hào)：TU895 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）27-0161-02

引言

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50057-2010）發(fā)布于2010年11月3日，2011年10月1日正式實(shí)施。為使建筑物防雷設(shè)計(jì)因地制宜地采取防雷措施，防止或減少雷擊建筑物所發(fā)生的人身傷亡和文物、財(cái)產(chǎn)損失，以及雷擊電磁脈沖引發(fā)的電氣和電子系統(tǒng)損壞或錯(cuò)誤運(yùn)行而制定本規(guī)范。本規(guī)范適用于新建、改建、擴(kuò)建建筑物的防雷設(shè)計(jì)。規(guī)范對(duì)建筑物防雷規(guī)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(xì)說(shuō)明。

太陽(yáng)能熱水器在多層建筑應(yīng)用較多，但多數(shù)設(shè)計(jì)院并不會(huì)對(duì)太陽(yáng)能熱水器進(jìn)行防雷安全設(shè)計(jì)。這將會(huì)給建筑物防雷留下安全隱患。本文通過(guò)對(duì)照規(guī)范GB50057-2010，分析了太陽(yáng)能熱水器的防雷做法，提供防雷技術(shù)人員參考。

1 太陽(yáng)能熱水器的構(gòu)成

太陽(yáng)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(gòu)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(shù)太陽(yáng)能熱水器都內(nèi)置電加熱回路，并通過(guò)電源線與室內(nèi)電源連接。另外為了監(jiān)控太陽(yáng)能熱水器的水位，水溫等信息，太陽(yáng)能熱水器一般都有信息采集、輸出、顯示。這些信息都是通過(guò)信號(hào)線路傳入室內(nèi)。

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(yáng)能，太陽(yáng)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(hù)范圍內(nèi)。作為防雷安全考慮，太陽(yáng)能熱水器應(yīng)有專門的防直擊雷措施。GB50057-2010第4.5.4第一款規(guī)定：“無(wú)金屬外殼或者保護(hù)網(wǎng)罩的用電設(shè)備應(yīng)處于接閃器的保護(hù)范圍內(nèi)。”太陽(yáng)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(jié)構(gòu)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(yáng)能熱水器設(shè)置接閃器。要注意，第一種方法是將太陽(yáng)能熱水器直接作為接閃器使用。GB50057-2010第5.2.8條第二款規(guī)定：“輸送和儲(chǔ)存物體的鋼管和鋼罐的壁厚不應(yīng)小于2.5mm。”太陽(yáng)能熱水器的結(jié)構(gòu)大致分為涂彩板、保溫層、不銹鋼內(nèi)膽。水箱外殼的涂彩板厚道如果達(dá)不到2.5mm，第一種防雷方案就不符合GB50057-2010第5.2.8的規(guī)定。多數(shù)情況我們?cè)诮o太陽(yáng)能熱水器做防雷設(shè)計(jì)時(shí)無(wú)法知道太陽(yáng)能熱水器的相關(guān)規(guī)格，因此專門為太陽(yáng)能熱水器設(shè)置接閃器將更為安全。

2.2 接閃器高度和規(guī)格確定

從經(jīng)濟(jì)美觀的角度來(lái)看，專門為太陽(yáng)能熱水器設(shè)置接閃桿較為合適。太陽(yáng)能熱水器接閃桿的高度運(yùn)用GB50057-2010附錄D“滾球法確定接閃器的保護(hù)范圍”來(lái)確定。滾球法是以Hr為半徑的一個(gè)球體，沿建筑滾動(dòng)，當(dāng)球體只觸及接閃器不觸及需要保護(hù)的太陽(yáng)能熱水器時(shí)，則認(rèn)為太陽(yáng)能熱水器處于接閃器的保護(hù)范圍內(nèi)。Hr的取值與建筑物的防雷分類有關(guān)，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(shí)，我們要注意接閃桿直徑要滿足GB50057-2010第5.2.2規(guī)定：“桿長(zhǎng)1m以下時(shí)，圓鋼不應(yīng)小于12mm，鋼管不應(yīng)小于20mm；桿長(zhǎng)1m-2m時(shí)，圓鋼不應(yīng)小于16mm，鋼管不應(yīng)小于40mm?！?/p>

3 感應(yīng)雷和雷電波入侵的防護(hù)

21世紀(jì)信息電子電氣時(shí)代，雷電災(zāi)害表現(xiàn)形式也多以電子電氣設(shè)備的運(yùn)行受到干擾、失控或損壞癱瘓?bào)w現(xiàn)出來(lái)，因此，電源系統(tǒng)防雷基本上就是對(duì)電子電氣設(shè)備正常工作保護(hù)和使用人員人身安全保護(hù)的系統(tǒng)。

3.1 SPD的選用

電涌保護(hù)器是一種為各種電子設(shè)備、儀器儀表、通訊線路提供安全防護(hù)的電子裝置。當(dāng)電氣回路或者通信線路因?yàn)橥饨绲母蓴_突然產(chǎn)生尖峰電流或者電壓時(shí)，電涌保護(hù)器能在極短的時(shí)間內(nèi)導(dǎo)通分流，從而避免浪涌對(duì)回路中其他設(shè)備的損害。筆者在圖審和現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收工作中發(fā)現(xiàn)，多數(shù)太陽(yáng)能熱水器并未設(shè)計(jì)和安裝電涌保護(hù)器。太陽(yáng)能熱水器屬于暴露在LPZ0區(qū)的用電設(shè)備，容易遭受直接雷擊，雷擊電磁場(chǎng)強(qiáng)度并沒(méi)有衰弱。當(dāng)雷雨天氣來(lái)臨時(shí)太陽(yáng)能熱水器若無(wú)電涌保護(hù)器保護(hù)，會(huì)危及室內(nèi)人身安全。GB50057-2010第4.5.4規(guī)定；“固定在建筑物上的用電設(shè)備在配電箱內(nèi)應(yīng)在開(kāi)關(guān)的電源側(cè)設(shè)Ⅱ級(jí)實(shí)驗(yàn)的電涌保護(hù)器，其電壓保護(hù)水平不應(yīng)大于2.5kV?！庇捎谔?yáng)能熱水器已與接閃器連接分流，流經(jīng)電涌保護(hù)器的電流所產(chǎn)生的能量不會(huì)很大，而且安裝在太陽(yáng)能熱水器的電涌保護(hù)器需要與總配電箱的電涌保護(hù)器在能量上配合，因而選擇Ⅱ級(jí)實(shí)驗(yàn)的電涌保護(hù)器而不是Ⅰ級(jí)實(shí)驗(yàn)的電源保護(hù)器。電涌保護(hù)器越靠近需要保護(hù)的設(shè)備，其保護(hù)越有效，所以在開(kāi)關(guān)的電源處設(shè)置電涌保護(hù)器。

3.2 線路防雷措施

當(dāng)建筑物或設(shè)備并不處于雷暴活動(dòng)區(qū)域內(nèi)，或者雖然在雷暴活動(dòng)區(qū)域內(nèi)，建筑物或設(shè)備雖然受到防直擊雷的防雷裝置的保護(hù)，但由于所處位置磁場(chǎng)強(qiáng)度的沒(méi)有減弱的情況下，設(shè)備設(shè)施仍會(huì)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(guò)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(dǎo)線，高電位的閃電電涌沿著導(dǎo)線兩邊傳播而引入室內(nèi)。（2）由于雷云對(duì)大地放電或雷云之間迅速放電形成的靜

電感應(yīng)和電磁感應(yīng)，它們?cè)诟鞣N線纜中感應(yīng)出幾kV到幾十kV的高電位，沿著導(dǎo)線傳播而引入室內(nèi)的。（3）雷電閃擊在房子或房子附近入地，因其通過(guò)地網(wǎng)入地時(shí)，在地網(wǎng)上會(huì)發(fā)生數(shù)十千伏到數(shù)百千伏的高電位，這高電位通過(guò)電力線的零線、通信系統(tǒng)的保護(hù)地線傳入室內(nèi)，并沿著線纜傳播到別處，殃及更大范圍。endprint

管線在進(jìn)出建筑物界面時(shí)，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(nèi)的電壓高于電子電氣設(shè)備的耐沖擊電壓水平時(shí)，電子電氣設(shè)備會(huì)被損壞或損毀。太陽(yáng)能熱水器從屋頂?shù)绞覂?nèi)浴室的線路有電源線路和信號(hào)線路。一些工程管線采用PVC管，這種做法是錯(cuò)誤的。這些線路在入戶處都應(yīng)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(yīng)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(gè)金屬管實(shí)際就與防雷引下線并聯(lián)，起到了分流的作用。當(dāng)雷電流沿引下線泄流時(shí)，這些線路將不再因電磁感應(yīng)而產(chǎn)生脈沖過(guò)電壓。

3.3 等電位連接

太陽(yáng)能熱水器所引發(fā)的室內(nèi)雷擊事故多數(shù)原因是由于人體雙腳或者雙手觸摸到不同物體時(shí)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(fā)生。在房屋建設(shè)時(shí)應(yīng)在衛(wèi)生間設(shè)置一個(gè)局部等電位，這樣我們可以將衛(wèi)生間內(nèi)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(nèi)的鋼筋或其他屏蔽構(gòu)件做多點(diǎn)連接。

4 結(jié)論

（1）全面系統(tǒng)的學(xué)習(xí)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》

GB50057-2010的基本內(nèi)容，熟練掌握防雷系統(tǒng)規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)與驗(yàn)收關(guān)鍵技術(shù)及有關(guān)強(qiáng)制性條文規(guī)定將全面提高我們防雷從業(yè)人員的業(yè)務(wù)能力和水平。我們防雷從業(yè)人員要將標(biāo)準(zhǔn)與實(shí)際情況相結(jié)合，才能更好的做好建筑物的防雷保護(hù)。（2）專門為太陽(yáng)能熱水器設(shè)計(jì)接閃器較為安全；浴室內(nèi)金屬物體應(yīng)做等電位連接；進(jìn)出室內(nèi)外的電源線路應(yīng)穿鋼管屏蔽；電源線路應(yīng)安裝Ⅱ級(jí)實(shí)驗(yàn)的SPD。（3）建議國(guó)家盡快出臺(tái)有關(guān)太陽(yáng)能熱水器的防雷規(guī)范。（4）雷雨天氣來(lái)臨時(shí)，即使是已安裝防雷裝置的太陽(yáng)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(fā)生。

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