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太阳能防雷探索与应用(一)
太阳能防雷探索与应用[摘要]我矿区太阳能安装时普遍缺少接地装置，极其容易遭受雷击，当遭到雷击时会导致人身和电气设施的安全，本文提出了太阳能防雷应采取的措施，并通过案例分析告诉用户在安装太阳能时一定要做好防雷措施，如果出现太阳能遭到雷击的情况，要拿起法律武器要求赔偿。
[关键词]太阳能 雷击 危害 防范措施 案例分析
随着人们生活水平的提高，太阳能热水器以其省电、节能、环保的优势正日益受到市民的青睐，但目前太阳能热水器大多装在楼顶，且安装位置普遍偏高。当一声惊天霹雳过后，安装在城市住宅楼顶的太阳能热水器能安全吗？
一、现状
近年来，我矿区太阳能逐渐得到普及，据不完全统计，矿区近2万户人家安装了太阳能热水器。由于太阳能热水器必须安装在楼顶采光的地方，因而，有其安装的特殊要求，特别是防雷设施的设置技术性很强，可是这一重要的问题，多年来被忽略了。一些生产厂家和商家缺乏防雷意识或没考虑到有防雷的需要，产品说明书里没有注明防雷的具体事项，其安装人员没有经过有关防雷知识技术培训，不考虑太阳能热水器防雷击的要求，除了部分新村留有安装太阳能的平台外，许多热水器安装往往高出避雷带，成了“引雷针”。消费者对太阳能热水器需安置防雷设施的要求不在意，很多太阳能内置有电加热电源线和传感或信号线直通室内，事实上该热水器已变成了一个接闪器，以致出现引雷入室的隐患。一旦遭受雷击，强大的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，其后果不堪设想。
据笔者观察，矿区太阳能在安装时，基本上没有安装防雷设施的。
二、太阳能遭受雷击的危害
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10～20v时，即足以使人发生心室纤维性颤动而致死。目前广泛使用的节能太阳能热水器的主要金属部件多设在楼顶，一旦遭到雷击，大量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，则结果不堪设想。
1、雷电的种类
雷电分为直击雷、静电感应雷、电磁感应雷和球雷，直击雷是带电积云与地面目标之间的强列放电。静电感应雷是由于带电积云接近地面，在架空线路导线或其他导电凸出物顶部感应出大量电荷引起的，在带电积云与其他客体放电后，架空线路导线或导电凸出物顶部的电荷失去束缚，以大电流、高电压冲击波的形式，沿线路导线或导电凸出物极快地传播，此冲击波由静电感应产生，具有雷电特征，称为静电感应雷。电磁感应雷是由于雷电放电时，巨大的磁场能在邻近的导体上感应出很高的电动势。该电动势具有雷电特征，称为电磁感应雷。球雷是雷电放电时形成的发红光、橙光、白光或其他颜色的火球。
2、雷电的特点
雷电流幅值可高达数十至数百千安。雷电流陡度可高达数十千安每微秒。直击雷冲击过电压可高过数千千伏，感应雷冲击过电压高过数百千伏。由于雷电电流和电流陡度都很大、电压很高、放电时间极短，从而表现出很强的冲击性，且具有高频特征。
3、雷电的危害
就破坏因素看，雷电具有电性质，热性质和机械性质等三方面的破坏作用。就事故后果看雷电有以下破坏作用： A、爆炸和火灾 ；B、电击； C、毁坏设备和设施。
太阳能热水器遭雷击的危害，不仅仅表现在损坏位于室外的热水器，更严重的是通过水管、水位及温度数据线、电加热线等渠道将雷电流引入室内，危及人身安全及损坏室内其它电器设备。
三、防雷应采取的措施
从雷电理论来看，目前还不能完全杜绝和消除太阳能热水器防雷安全隐患，但是科学防雷可以有效地减少和避免雷击事件的发生。
一是"避"，应尽量使太阳能热水器处于防雷装置的保护范围之内。在确认建筑物原有的防雷装置是合格的条件下，可考虑降低太阳能热水器的安装位置，或在其旁加装避雷针，具体设计和操作应由专业人员完成。一般情况下太阳能热水器至少应低于防雷装置（避雷针或避雷带）60厘米，并与其保持1米左右的安全距离。
在《建筑物防雷设计规范》中的第3.2条规定凸出屋面高于避雷带的物体，如系金属物则应与屋面防雷装置连接；如系非金属物，应在接闪器（避雷针）保护范围内，否则应加装接闪器的保护。这一规定的目的是利用避雷针拦截雷电，尽量减少热水器遭雷击的机率。同时，使金属物与屋面防雷装置连接，为下一步实现等电位连接作好准备。
二是"分"，应尽量避免或减少通过热水器引入室内的雷电流。如果热水器已处于防雷装置的保护范围之内，就不宜将热水器的金属外壳与屋顶上其他金属体相连接；如果无法使热水器处于防雷装置的保护范围之内，则应将热水器的金属外壳与屋顶防雷装置相连，从而借助防雷装置分流走部分雷电流，使进入室内的雷电流减少。按照中华人民共和国国家标准《建筑物防雷设计规范》（GB 50057－94），居民房一般是第二类防雷建筑，按照下面条文，如太阳能装置高于避雷带，宜将最高点金属物用铜编制带、-40*4镀锌扁铁、10mm2以上的多股铜芯线与屋顶避雷带可靠连接（连接要求按照施工规范，主要是连接处要大，扁钢焊接需要搭接，长度要长于宽度5倍，并至少三面焊接；螺栓连接的要增加弹簧垫圈，以保证连接较为可靠）；如低于高处避雷带，要分析太阳能是否在高点避雷带的保护伞形下，是就不用另外保护，如不是，需要按前述方法连接。
三是"防"，雷雨天及早防范。考虑到无法完全阻断进入室内的雷电通道，建议在打雷时避免使用太阳能热水器、拔掉其电源插头，尽量少接触水管、龙头，以防万一。
现在城市中建筑物多是钢筋混凝土结构，楼顶的接闪器均与建筑物内钢筋连接，一旦遭雷，雷电流会沿这些钢筋引下，泄入建筑物的基础钢筋网而入地。为防止电击事故，《低压配电设计规范》采用国际标准规定了建筑物总的等电位连接，局部等电位连接和辅助等电位连结措施，还特别编制了《等电位连接安装》（97SD567）标准图。图中有卫生间局部等电位连接示例（一）、（二）。具体做法就是将卫生间内一切金属物体含浴盆（金属物），下水管、地漏、给水管、热水管、采暖管、金属扶手、金属毛巾杆、浴帘金属杆、浴巾架等均连接到LEB（局部等电位连接）端子板上，使之达到等电位。这样一旦有电流流过，因卫生间内相关金属物体处于等电位状态，即消除了危险的电位差，人在雷击发生时是安全的。
如果自行对太阳能热水器进行防雷处理，首先，应在离热水器3米远处加装高出热水器顶部1.5米的避雷针，并做好接地，以防雷击；其次，从楼顶引入室内的太阳能热水器电源线、信号线、水管均应采用金属屏蔽保护；最后，应在漏电保护开关后端加装SPD（电涌保护器），并做好接地，以防感应雷击和雷电波侵入。
要彻底解决太阳能热水器的防雷问题，还要从根本处着手。开发利用清洁能源具有广阔前景，应将开发利用太阳能纳入城乡建设规划和建设项目计划中，并严格按照防雷规范把太阳能利用系统与主体工程同时设计、同时施工，在投入使用前经过专业检测验收，在日常运行中，提高防雷意识，坚持正常检测和维护，规范使用太阳能热水器，切实保障人民生命财产安全。
四、案例分析
去年6月24日，某小区的5号楼天台的太阳能热水器，因未做任何防雷设施，致使10多住户的太阳能热水器仪表，以及电视机、电脑等家电被雷击坏。为了解这些热水器被雷击的情况，笔者跟随有关技术人员到雷击现场进行了调查，发现存在的问题还不少。
据热水器遭受雷击的住户李女士介绍，她在安装时曾向安装工人提出防雷的要求，其中一位师傅说：“不用安装防雷设施，哪会出事情，出了我们负责。”可见，安装工人的防雷知识是多么缺乏。
记者在现场看到，有10多台热水器摆在楼顶上，其中，李女士家的热水器在屋脊上，热水器高出这栋楼原安装的避雷带，据说，抬高的原因一是增加水压，二是平台上无安装位置。压根儿没考虑到预防雷击的需要。
技术人员看了商家人员安装的防雷装置，认为很不规范，将避雷线接在这栋楼的避雷带上，接口是捆绑式，而不是焊接式。另外，安装太阳能热水器，按技术要求，顶部至少低于最高避雷针（带）1.5米以上，并与针、带保持大于3米的安全距离，而工人安装的避雷针高度和距离都没达到技术要求。
由于高出避雷带加上太阳能热水器本身没有安装任何防雷装置，李女士的热水器遭雷击。为此，李女士到市消协投诉，要求经销商为其补装防雷设施。消协认为，按国家产品安全规定，太阳能热水器需安装防雷设施，其产品的说明书上也有安装防雷设施的注意事项，但经销商却未予安装，是对消费者生命财产安全的漠视，要求经销商本着谁安装谁负责的原则，为用户补装防雷设施。某品牌热水器经销商派人员到李女士家更换了被击坏的显示仪，在热水器旁安装了简单的避雷针。
消协认为，虽然目前国家有关管理部门没有出台强制性的安装热水器必须安装防雷设施的规定，但本着谁安装谁负责的原则，经销商应把安装防雷设施内容列入销售的整个过程中。
目前，暴露出来的问题已很明显，为确保生命财产安全，市有关部门提醒消费者在购买、安装太阳能热水器时，千万要注意是否安装了防雷设施。消费者最好是在购买、安装前，向经销商讲明此事，以防止其有意或无意的疏漏。
五、结束语
防雷主管部门提醒己安装使用太阳能热水器的消费者，立即查看是否安装了防雷设施，如果没有，一定要同经销商协商安装事宜或请有资质的防雷部门安装。
另外，消费者在雷暴期间，尽量不要使用太阳能热水器洗澡，并取下太阳能热水器电源插座，这样做可以有效帮助避免雷击。
实施太阳能热水器的防雷工程从原理上讲是简单易行的，但设计施工要求很高，为确保工程质量，确保人身安全，各地防雷主管机构应尽职尽责把好设计审核、施工监督和验收关。
设计部门应将太阳能安装纳入房屋主体设计中，做到与主体工程同时设计、同时施工，投入使用前经过专业检测验收，在日常运行中，提高防雷意识，坚持正常检测和维护，规范使用太阳能热水器。
参考文献：
[1]国家标准 建筑物防雷设计规范GB50057-94（2000年版）北京 中国计划出版社2001
[2]中南建筑设计院主编 建筑物防雷设计安装99D562 北京 中国建筑标准设计研究所出版1999.12
[3]朱林根 主编 21世纪建筑电气设计手册下册 北京 中国建筑工业出版社2001.3
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