从新规范看太阳能热水器防雷设计

从新标准看太阳能热水器的防雷设计李星龙中国石油工程建设公司大连设计分公司苏州工业园区建设工程设计施工图审查有限公司摘要本文从标准条文的角度对太阳能热水器的防雷设计做了简要的阐述。关键词外部防雷装置内部防雷装置接闪器介绍建筑物防雷设计规范 (GB 50057-2010)自2011年10月1日起实施。与GB 50057-94相比，这些规定发生了很大变化。新防雷规范实施以来，从提交审查的施工图纸来看，太阳能热水器的防雷方法大致可分为两种：一种是不制作太阳能热水器专用接闪器，而只是将热水器的钢结构支架与屋顶防雷装置连接起来；另一种方法是为太阳能热水器设置一个接闪器，并将其与屋顶上的防雷装置连接起来(如图1所示)。哪种方法符合规范的要求？另外，太阳能热水器的辅助加热配电箱是否需要安装太阳能热水器？如何选择SPD参数？本文将从规范的角度进行简要的阐释。图1太阳能热水器专用接闪器第一个问题：太阳能热水器需要配备特殊的接闪器吗？GB 50057-2010第4.5.4条第1款规定，“无金属外壳或防护网罩的电气设备应在接闪器的保护范围内”。住宅太阳能热水器一般都有内置的辅助电加热电路，这当然属于电气设备。那么，根据第4.5.4条第1款，是否意味着带有金属外壳的电气设备可以在接闪器的保护范围之外？当然没那么简单理解！因为即使太阳能热水器的金属外壳被视为接闪器，其材料也必须符合规范的相关规定。GB 50057-2010第5.2.8条第2款规定“运输和储存物品的钢管和钢罐壁厚不得小于2.5毫米”。太阳能热水器集水箱的厚度是否满足这一要求？让我们先看看太阳能热水器的结构，如图2所示。图2太阳能热水器结构图可见，某型太阳能热水器集热水箱的结构从外向内为进口彩涂板超厚保温层不锈钢内胆。根据家用太阳能热水系统主要部件选材通用技术条件 (GB/T 25969-2010)的规定，水箱外壳一般采用彩涂钢板(彩涂板)、镀铝锌钢板外壳、铝型材外壳或粉末静电喷涂镀锌板。然而，本规范并未规定罐壳的厚度要求，罐壳的厚度一般为0.4毫米或更小。然而，GB/T 25969-2010第5.2.1.1.3条明确规定，非承压衬里的公称厚度不应小于0.5毫米显然，太阳能热水器集热水箱的材料厚度不符合GB 50057-2010第5.2.8条第2款的规定。GB 50057-2010第4.5.7条第1款明确规定，屋顶上不受接闪器保护的孤立金属物体没有附加保护。这篇文章似乎更有针对性的太阳能热水器，因为房子通常是倾斜的屋顶，太阳能热水器的集热箱往往安装在屋脊。如果将安装支架的高度考虑在内，那么早就超过了本规范第4.5.7条第1款中“屋顶平面以上不超过0.3m”的限制！因此，本条款的第二和第三个条件不再需要考虑。总而言之，对于太阳能热水器，必须设置特殊的接闪器保护。仅将太阳能热水器安装支架与建筑物屋顶防雷装置连接的方法仅考虑了民用建筑太阳能热水系统应用技术规范 (GB 50364-2005)的第6 . 3 . 4条。尽管本条款是强制性的，但这样做是不够的，因为不符合GB 50057-2010第5.2.8条的规定。第二个问题：如何设置太阳能热水器专用接闪器此外，在图纸审查过程中，发现太阳能辅助电加热管道的一些图纸使用了聚氯乙烯管，这是根本错误的。该线路应使用钢管进行屏蔽和分流。具体说明参见GB 50057-2010第4.5.4条第2款，这也符合王关于建筑防雷设计六要素的经典理论，即防雷功能、分流效应、屏蔽效应、平衡电位、接地效应和合理布线。第三个问题：太阳能热水器的辅助加热配电箱需要特殊保护吗？住宅建筑中的太阳能热水器通常使用电加热作为辅助加热手段。问题来了：太阳能热水器暴露在LPZ0区域，闪电电磁场的强度不会衰减。那么，是否应该在辅助电加热的配电箱中设置SPD？在这个问题上，准则是明确的。对于暴露在LPZ0区域的电气设备，如节日灯和航空障碍灯，GB 50057-2010第4.5.4条第3款规定“配电箱内开关的电源侧应安装二级试验电涌保护器，其电压保护等级不得大于2.5千伏，额定放电电流值应根据具体情况确定”因此，太阳能热水器的辅助电加热配电箱必须设置SPD。第四个问题是：如何选择太阳能热水器辅助电加热配电箱的SPD参数？5.1首先，我们必须理解为什么规范要求安装二级试验专用设备。更直接的答案是在GB 50057-2010第4.5.4条中规定的，“由于雷击电流已经与防雷装置分流，因此流经电涌保护器的电流产生的能量不会很大，并且安装在这里的电涌保护器应该与安装在配电箱或总配电箱上游的电涌保护器很好地匹配，因此选择二级测试的电涌保护器。”在这方面，守则第6.4.5条再次得到解释。有人看到第一段，觉得一级测试的SPD应该安装在太阳能热水器的电加热配电箱里！其原因是太阳能热水器位于LPZ0区域，而配电箱位于LPZ1或后续防雷区域，这似乎符合第6.4.5条第1款的规定。事实上，我们只有通过看这篇文章的解释才能理解这个“户外电路”的含义。本规范第6.4.5条提到了选择和使用特殊产品的两个标准。首先，安装的专用配电装置离进线入口越近(安装在主配电箱处)，建筑物中受专用配电装置保护的设备就越多。第二，离被保护设备越近，其保护就越有效。显然，根据第一个标准，该引入线指的是外部电源线，而不是引入馈线。本规范第6.4.5条第3款也呼应了第4.5.4条，“电涌保护器应在能量上与同一线路上游的电涌保护器相匹配。”然而，太阳能热水器的电加热配电箱显然已经是一个终端配电箱，因此不宜选择一级试验的特殊产品。5.2其次，为什么规范要求电涌保护器的电压保护水平不大于2.5千伏？GB 50057-2010第6.4.5条中有这样一句话：“设备或系统的浪涌抗扰度是通过内部保护元件或电涌保护器或外部电涌保护器实现的。电涌保护器最重要的选择标准之一是电压保护等级，在国际电工委员会61643-1标准中有规定和描述。该参数应等同于国际电工委员会60664-1。该标准规定了设备的耐受电压水平Uw，它是在测试的特定条件下预计在SPD端子上产生的最大电压。仅在IEC 61643-12标准中使用UP，以使设备的耐压水平一致。”然而，设备绝缘耐冲击电压的额定值见GB 50057-2010表6.4.4。从表中可以看出，太阳能热水器的耐冲击电压类别属于二类。因此，第4.5.4条要求安装在此处的电涌保护器的电压保护等级不应大于2.5千伏。同时，本规范第6.4.6条第3款还规定“为了获得更小的有效电压保护等级，必须将电涌保护器的电压保护等级提高到小于2.5千伏”笔者在图纸审查中发现，有些图纸将上升值设置为2.5千伏，还说规范没有说不，当电涌保护器与被保护设备的距离超过10米时，应考虑振荡现象。当该距离太大时，设备端子的电压可能达到2倍以上，因此即使安装了电涌保护器，该电压仍可能损坏设备。规范第6.4.6条规定，本项目应选择电压保护等级较小的电涌保护器。5.3最后，在这里如何选择单刀双掷的额定放电电流？关于这个问题，规范的第4.5.4条只提到“额定放电电流值应根据具体情况确定”文章的解释是：“由于每栋建筑的防雷装置和配电线路都有很大的不同，所以应根据具体情况来确定In值。”但是，根据规范第6.4.5条第3款，该值不应小