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太阳能热水系统雷击灾害案例分析

太阳能热水系统雷击灾害案例分析

太阳能热水器除利用集热器吸收太阳光产生热能外,一般都附有电加热装置和水位水温传感器,把浴室的电源引到热水器,加热水箱里的水,保证阳光不充裕时也有热水用。因而雷电流就有两个通道可以进入室内:一是电源、信号线,二是水管。

(一)居民大多将太阳能热水器安装在楼顶并高出楼顶避雷带,这样就使太阳能热水器完全处在直接雷击区,不在防雷装置的保护范围内。当雷云直接对大地进行放电过程中就可能遭到直接雷击。民用建筑物按《建筑物防雷设计规范》可划为第 2 类或第 3 类防雷建筑物,也可能不属于这两类的建筑物。当划为第 2、3 类防雷建筑物时,大多在建 筑 屋 面 安 装 了 避 雷 带 或 避 雷 网 等 接 闪 器 。《GB50352—2005 民用建筑设计通则》中规定栏杆的高度为 1.05m~1.10m,如果避雷带敷设在女儿墙上其高度也大致相同。因此,除了少数民用建筑设有避雷针或在楼梯间(或电梯间)上安装避雷带外,太阳能集热器的高度比避雷带要高出几十厘米乃至 1m 以上。按雷闪数学模型(电气—几何模型),雷先导的发展起初是不确定的,直到先导头部电压足以击穿它与目标(如集热器)间的间隙时,即先导与目标的距离等于击距时,才受目标物影响而开始定向。《IEC62305—1—2006 雷电防护(第 1 部分):总
则》中附录 A 的图 A.4 标示 5 种上行雷,并指出它通常出现在暴露位置和(或)高层建筑物上面,这一说明与《建筑物防雷设计规范(2000 年版)》中附录6 的图 3(在条文说明巾)相一致。由此可以说明为什么太阳能热水系统的集热器会频频遭到雷击破坏,同时可能损及建筑物屋面,并将大部分雷电流引入室内。至于不在 3 类防雷建筑物之内的少雷区或低矮建筑物虽然不存在上行雷击的危险,但仍存存着 4 种下行雷击的可能性。

 

(二)当雷闪直接击中集热器时,除会造成集热器的损坏外,大部分雷电流会沿金属水管和电气与自动控制系统金属导线进入户内,即雷电波侵入。有时,雷击在建筑物屋面的接闪器上,也会因引下线流过雷电流而感应到邻近的热水系统金属管线,形成电涌,即电磁感应。上述雷电流侵入和雷电电磁感应在《IEC62305—1—2006 雷电防护 (第 1 部分):总则》中定义为雷击电磁脉冲(LEMP):“雷电流的电磁效应。它除了包括辐射脉冲的电磁场效应,还包括传导性电涌”。在因 LEMP 产生的电涌侵入时,会发生由于雷电的机械力、热效应产生的物理损害,更多的是热水系统的电气系统和电子系统因设备自身的额定耐冲击过电压值(Uw)低于电涌电压而造成的绝缘破坏,严重时还可能危及室内其它家用电器甚至酿成电气火灾。

 

(三)有的居民虽然为太阳能热水器安装了避雷针,但避雷针的垂直高度并不能完全保护太阳能热水器。太阳能热水器同样有遭到直接雷击的可能。

(四)太阳能热水器与避雷针(带)水平距离过近。当接闪器接闪,雷电流的强磁场感应到太阳能热水器上或被接闪器上的高压雷电流击穿空气后击到太阳能热水器上,同样危机室内洗浴的人。

(五) 将太阳能热水器的水箱外壳或金属支架与接闪器(避雷针、避雷带)相连,作为“等电位”连接,用来接地。由于接闪器接闪概率比热水器高得多,这样做等于提高了热水器被雷击的概率。接闪器一但接闪就会使热水器带上高电压,雷电流就会沿着上下水管道、辅助加热器电源线和水位水温传感器的信号线进入室内,造成水位水温传感器的损坏并危及洗浴人的安全。

(六)当雷电流沿金属热水管流入户内时,如果恰恰有人在洗浴。此时危险程度极大,会因接触电压和跨步电压使人受到伤害。在《IEC62305—3—2006 雷电防护(第 3 部分)建筑物的物理损坏和生命危险》中规定为防止由防雷装置引起的接触电压和跨步电压造成人身伤亡而应采取的防护措施如下:
1.减少人接近防雷装置(LPS)的概率,或减少接近引下线的时间。
2.保证引下线的电气连续性,建议充分利用建筑物结构钢筋或金属框架做为多条引下线。
3.将暴露的引下线采用绝缘处理,绝缘水平应达到 100kV(1.2/50us)。
4.在暴露的引下线附近设置告警指示。