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摘要：当今社会，太阳能热水器已成为居家生活的必备电器，它合理经济、使用方便，但由于安装的位置多数为住宅小区屋顶，其高度超过了接闪器的保护范围，并且大部分都未进行接地处理，就很可能直接遭受雷击，导致太阳能热水器的损坏，甚至威胁人身财产安全。本文将通过对太阳能热水器遭受雷击的可能性进行分析，并提出相应的防护措施，使太阳能热水器能够消除防雷安全隐患。
关键词：太阳能热水器；防雷安全；探讨
引 言
太阳能是在光热转换中应用范围最广、技术最成熟、经济性最好的一种可再生能源，且绿色环保。而太阳能热水器则是把太阳光能转化为热能，将水从低温加热到高温，满足人们在生活、生产中热水使用的一种电器产品。在多数住宅小区里，太阳能热水器一般安装在屋顶，比接闪器要高，并不进行接地处理，所以存在极大的防雷安全隐患，严重威胁到普通居民生命财产安全。目前太阳能热水器遭受雷击的可能性主要分为直击雷、雷电反击和闪电电涌侵入，下面笔者将针对这三种危险进行相应的雷电防护探讨。
1 太阳能热水器防直击雷保护
太阳能热水器大部分是由金属材料制成，如不锈钢、铝合金、加厚钢板喷塑等。它一般安装屋顶最高处，往往高于普通接闪杆，成为小区住宅的最高点，这就极容易遭受直接雷击。为防止这种危害，我们可加高周边接闪杆的高度，使其在防直击雷保护范围内。
例：小区住宅一般为2个单元，长48.0m，宽10.1m，高21.5m，属第三类防雷建筑物，设有相应的防雷装置，引下线为8组，屋面屋脊每隔3m设置0.3m高度的Φ12mm接闪杆。住宅屋顶并排安装太阳能热水器，热水器采热管用 20 支 Φ58mm ×Φ1800mm真空管，水箱长2m，水箱基座为直角等边三角形，水箱上部到屋面高度为 1.7 m。
根据《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010中滚球法确定接闪器的保护范围。
两支等高接闪杆的保护范围，在接闪杆高度h小于或等于hr的情况下，当D小于2时，应按下列方法确定：
在AOB轴线上，距中心线任一距离x处，其在保护范围上边线上的保护高度应按下式计算：
（1）
式中D——双支接闪杆之间的距离，取3m；
hr——滚球半径，三类防雷建筑物为60m；
hx——被保护物的高度（m）；
上例中，当被保护物太阳能热水器高度hx=21.5m+1.7m=23.2m时，计算出D<2，代入（1）式：
得出h=23.3m。即：接闪杆距地面高度为23.3m。也就是说需要在屋脊太阳能热水器两边增设1.8m的接闪杆，就能达到直击雷防护的要求。
根据《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010中5.2.2的要求，1m～2m间接闪杆的材料规格应选用不小于Φ16mm的圆钢，并且做好固定，防止大风刮落。
2 太阳能热水器雷电反击防护
当强大雷电流通过接闪杆流入大地时，会在引下线和雷电闪击通道产生瞬态高电位。为了保证太阳能热水器不被瞬间高电位反击，需让太阳能热水器与防雷装置保持一定的安全距离。
以上例来看，为避免瞬态高电位的反击，太阳能热水器与防雷装置间应满足以下安全距离：
Sa3≥0.04kclx （2）
式中：Sa3—空气中的间隔距离（m）；
lx —引下线计算点到连接点的长度（m），连接点即金属物或电气和电子系统线路与防雷装置之间直接或通过电涌保护器相连之点；
kc —分流系数，小区住宅8组引下线，取值为1/8。
取lx=21.5m+1.7m=23.2m，代入（2）式得：
Sa3≥0.04×1/8×23.2=0.116（m）
由此看出，只要太阳能热水器与接闪杆之间距离超过0.116m时，就能达到不被雷电反击。而上例中太阳能热水器与接闪小杆间距为0.5m，满足了规范要求。
3 太阳能热水器闪电电涌侵入防护
目前太阳能热水器多数都配备有智能化仪表，以实现自动防冻、自动上水、电辅助加热、水温水位显示、安全自检等全套功能。这些仪表盘都需要通過电源、信号线路连接到室外太阳能热水器来进行控制。当雷电来临时，雷电流可通过电源、信号线路流经室内卫生间智能化仪表对人身生命财产造成损害。我们可以通过线路屏蔽、加装电源信号电涌保护器等一系列手段来对其进行防护。
3.1 电源、信号线路屏蔽
电源、信号线路屏蔽可以通过穿金属管两端接地的方法进行解决，因为雷电流属于高频电流，对金属管会产生集肤效应，可让流经线路的大部分电流排挤到外导体上去，从而达到相应的防护作用。
小区住宅屋面太阳能热水器电源、信号线杂乱且多，并且太阳能热水器安装完毕后进行电源、信号线路屏蔽有一定困难。我们可以通过金属软管剪开后，将电源信号线路重新装束进金属管内，然后进行闭合，以达到穿金属管的目的。随后将金属软管两端进行接地，一端宜与配电盘外壳相连，另一端宜与用太阳能热水器外壳相连，并就近与屋顶防雷装置做等电位连接。
3.2 安装电源、信号电涌保护器
线路屏蔽只能消除部分的雷电流，然而另一部分雷电流还是会通过太阳能热水器的电源、信号线路流经室内。为了更有效的防止闪电电涌侵入，我们可在电源开关电源侧和信号线路进线处安装相应的电涌保护器。如：电源电涌保护器应安装Ⅰ级试验的电涌保护器。电涌保护器的电压保护水平值应小于或等于 2.5 kV。每一保护模式的冲击电流值，当无法确定时，冲击电流应取等于或大于 12.5 kA。信号电涌保护器应安装D1类高能量试验类型的电涌保护器，当无法确定时应选用2kA，并且应与太阳能智能化信号线路的参数相匹配，防止信号电涌保护器对信号线路的干扰和衰减。
3.3 浴室局部等电位联结
除以上两点防护外，我们还应将浴室内太阳能热水器金属设施与浴室的局部等电位装置进行联结，以达到雷电防护的最终目的。
4 总结
4.1太阳能热水器厚度一般在0.6-2.0mm之间，虽然达到《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010中5.2.8的要求，但是不能直接利用自身作为接闪器来进行使用，因为目前住宅小区浴室内由于装修贴瓷砖问题导致局部等电位装置废弃使用，若将自身直接作为接闪器，就会将雷电流瞬态过电压引至浴室内，给人身生命财产安全带来巨大威胁。
4.2 太阳能热水器的水管一般采用PVC管。在雷电来临时，雷电流可能会随着水管中水流引入室内，但目前行业规范和技术标准并未对水管提出相应的雷电防护措施。笔者认为水管内的水流具有导电能力，可以将其看作一条线路，就必须将水管室外裸露部分采取屏蔽措施，泄除雷电流，进一步保护人身安全。
据不完全统计，目前全国已有二十个省市区和八十多座城市纷纷出台规定，要求新建12层及以下住宅应统一设计、安装太阳能热水系统。为此，如何合理有效解除太阳能热水器的防雷安全隐患是我们防雷工作者在未来所面临的重要问题。
参考文献：
[1] 中国机械工业联合会.建筑物防雷设计规范GB50057-2010[S]. 北京：中国计划出版社，2011：67—68.
[2] 梅卫群，江燕如.建筑防雷工程与设计[M].气象出版社，2006
[3] 李姜宏，黄君健，郭媛.家用太阳能热水器防雷工程设计[J].气象研究与应用. 2008，29（4）：56-58
[4] 陆翔，王巨丰. 太阳能热水器的防雷设计[J].建筑电气.2008（2）：22-24
关键词：太阳能热水器；防雷安全；探讨
引 言
太阳能是在光热转换中应用范围最广、技术最成熟、经济性最好的一种可再生能源，且绿色环保。而太阳能热水器则是把太阳光能转化为热能，将水从低温加热到高温，满足人们在生活、生产中热水使用的一种电器产品。在多数住宅小区里，太阳能热水器一般安装在屋顶，比接闪器要高，并不进行接地处理，所以存在极大的防雷安全隐患，严重威胁到普通居民生命财产安全。目前太阳能热水器遭受雷击的可能性主要分为直击雷、雷电反击和闪电电涌侵入，下面笔者将针对这三种危险进行相应的雷电防护探讨。
1 太阳能热水器防直击雷保护
太阳能热水器大部分是由金属材料制成，如不锈钢、铝合金、加厚钢板喷塑等。它一般安装屋顶最高处，往往高于普通接闪杆，成为小区住宅的最高点，这就极容易遭受直接雷击。为防止这种危害，我们可加高周边接闪杆的高度，使其在防直击雷保护范围内。
例：小区住宅一般为2个单元，长48.0m，宽10.1m，高21.5m，属第三类防雷建筑物，设有相应的防雷装置，引下线为8组，屋面屋脊每隔3m设置0.3m高度的Φ12mm接闪杆。住宅屋顶并排安装太阳能热水器，热水器采热管用 20 支 Φ58mm ×Φ1800mm真空管，水箱长2m，水箱基座为直角等边三角形，水箱上部到屋面高度为 1.7 m。
根据《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010中滚球法确定接闪器的保护范围。
两支等高接闪杆的保护范围，在接闪杆高度h小于或等于hr的情况下，当D小于2时，应按下列方法确定：
在AOB轴线上，距中心线任一距离x处，其在保护范围上边线上的保护高度应按下式计算：
（1）
式中D——双支接闪杆之间的距离，取3m；
hr——滚球半径，三类防雷建筑物为60m；
hx——被保护物的高度（m）；
上例中，当被保护物太阳能热水器高度hx=21.5m+1.7m=23.2m时，计算出D<2，代入（1）式：
得出h=23.3m。即：接闪杆距地面高度为23.3m。也就是说需要在屋脊太阳能热水器两边增设1.8m的接闪杆，就能达到直击雷防护的要求。
根据《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010中5.2.2的要求，1m～2m间接闪杆的材料规格应选用不小于Φ16mm的圆钢，并且做好固定，防止大风刮落。
2 太阳能热水器雷电反击防护
当强大雷电流通过接闪杆流入大地时，会在引下线和雷电闪击通道产生瞬态高电位。为了保证太阳能热水器不被瞬间高电位反击，需让太阳能热水器与防雷装置保持一定的安全距离。
以上例来看，为避免瞬态高电位的反击，太阳能热水器与防雷装置间应满足以下安全距离：
Sa3≥0.04kclx （2）
式中：Sa3—空气中的间隔距离（m）；
lx —引下线计算点到连接点的长度（m），连接点即金属物或电气和电子系统线路与防雷装置之间直接或通过电涌保护器相连之点；
kc —分流系数，小区住宅8组引下线，取值为1/8。
取lx=21.5m+1.7m=23.2m，代入（2）式得：
Sa3≥0.04×1/8×23.2=0.116（m）
由此看出，只要太阳能热水器与接闪杆之间距离超过0.116m时，就能达到不被雷电反击。而上例中太阳能热水器与接闪小杆间距为0.5m，满足了规范要求。
3 太阳能热水器闪电电涌侵入防护
目前太阳能热水器多数都配备有智能化仪表，以实现自动防冻、自动上水、电辅助加热、水温水位显示、安全自检等全套功能。这些仪表盘都需要通過电源、信号线路连接到室外太阳能热水器来进行控制。当雷电来临时，雷电流可通过电源、信号线路流经室内卫生间智能化仪表对人身生命财产造成损害。我们可以通过线路屏蔽、加装电源信号电涌保护器等一系列手段来对其进行防护。
3.1 电源、信号线路屏蔽
电源、信号线路屏蔽可以通过穿金属管两端接地的方法进行解决，因为雷电流属于高频电流，对金属管会产生集肤效应，可让流经线路的大部分电流排挤到外导体上去，从而达到相应的防护作用。
小区住宅屋面太阳能热水器电源、信号线杂乱且多，并且太阳能热水器安装完毕后进行电源、信号线路屏蔽有一定困难。我们可以通过金属软管剪开后，将电源信号线路重新装束进金属管内，然后进行闭合，以达到穿金属管的目的。随后将金属软管两端进行接地，一端宜与配电盘外壳相连，另一端宜与用太阳能热水器外壳相连，并就近与屋顶防雷装置做等电位连接。
3.2 安装电源、信号电涌保护器
线路屏蔽只能消除部分的雷电流，然而另一部分雷电流还是会通过太阳能热水器的电源、信号线路流经室内。为了更有效的防止闪电电涌侵入，我们可在电源开关电源侧和信号线路进线处安装相应的电涌保护器。如：电源电涌保护器应安装Ⅰ级试验的电涌保护器。电涌保护器的电压保护水平值应小于或等于 2.5 kV。每一保护模式的冲击电流值，当无法确定时，冲击电流应取等于或大于 12.5 kA。信号电涌保护器应安装D1类高能量试验类型的电涌保护器，当无法确定时应选用2kA，并且应与太阳能智能化信号线路的参数相匹配，防止信号电涌保护器对信号线路的干扰和衰减。
3.3 浴室局部等电位联结
除以上两点防护外，我们还应将浴室内太阳能热水器金属设施与浴室的局部等电位装置进行联结，以达到雷电防护的最终目的。
4 总结
4.1太阳能热水器厚度一般在0.6-2.0mm之间，虽然达到《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010中5.2.8的要求，但是不能直接利用自身作为接闪器来进行使用，因为目前住宅小区浴室内由于装修贴瓷砖问题导致局部等电位装置废弃使用，若将自身直接作为接闪器，就会将雷电流瞬态过电压引至浴室内，给人身生命财产安全带来巨大威胁。
4.2 太阳能热水器的水管一般采用PVC管。在雷电来临时，雷电流可能会随着水管中水流引入室内，但目前行业规范和技术标准并未对水管提出相应的雷电防护措施。笔者认为水管内的水流具有导电能力，可以将其看作一条线路，就必须将水管室外裸露部分采取屏蔽措施，泄除雷电流，进一步保护人身安全。
据不完全统计，目前全国已有二十个省市区和八十多座城市纷纷出台规定，要求新建12层及以下住宅应统一设计、安装太阳能热水系统。为此，如何合理有效解除太阳能热水器的防雷安全隐患是我们防雷工作者在未来所面临的重要问题。
参考文献：
[1] 中国机械工业联合会.建筑物防雷设计规范GB50057-2010[S]. 北京：中国计划出版社，2011：67—68.
[2] 梅卫群，江燕如.建筑防雷工程与设计[M].气象出版社，2006
[3] 李姜宏，黄君健，郭媛.家用太阳能热水器防雷工程设计[J].气象研究与应用. 2008，29（4）：56-58
[4] 陆翔，王巨丰. 太阳能热水器的防雷设计[J].建筑电气.2008（2）：22-24