太阳能热水器防雷保护的原理及方法

2022-09-10

随着时代的不断发展和人们生活观念的改变, 太阳能热水器这种节能环保的产品已走进了千家万户。随之而来的太阳能热水器的防雷保护问题也是不容忽视的。国际电工委员会 (IEC) 将浴室列为电击危险大的特殊场所, 这是因为人在沐浴时遍体湿透, 人体阻抗会大大下降, 沿金属管导入浴室的电压达10V~20V时, 就足以使人发生心室纤维性颤动而致死。目前广泛使用的太阳能热水器的主要金属部件多设在楼顶, 一旦遭到雷击, 伴随着高电压的雷电流沿金属水管及热水进入浴室, 如恰恰有人在沐浴, 则后果不堪设想。

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。

1.1 直击雷

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。

1.2 感应雷

感应雷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、断水等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。太阳能热水器易受感应雷击的途径主要有三条:电源线路引入;信号线路引入;接地线路引入。

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。外部防雷是指将绝大部分雷电流直接引入地下;内部防雷是指快速释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, 因此太阳能热水器的防雷工程是一项系统工程。

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, 则不用加避雷针, 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。

2.2 内部防雷

内部防雷系统主要是在易受过电压破坏的电子设备 (或室外独立电子设备) 前加装过压保护装置, 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。

2.2.1 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。因为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1) 。

2.2.2 太阳能热水器各种线路以及信号线和电源线的屏蔽

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。

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。