从新规范看太阳能热水器防雷设计

1、从新规范看太阳能热水器防雷设计苏州工业园区建设工程设计施工图审查有限公司 李兴龙 中国石油工程建设公司大连设计分公司 于静【摘 要】 本文从规范条文角度就太阳能热水器防雷设计作了简要的解读。【关键词】 外部防雷装置 内部防雷装置 接闪器 SPD1 引言 建筑物防雷设计规范（GB 50057-2010）已经于2011年10月1日起实施，和GB 50057-94相比，规范条文变化很大。自新版防雷规范实施后，从送审施工图纸看，太阳能热水器的防雷做法大致分为两种：一种是不做太阳能热水器专用接闪器，仅把热水器钢结构支架和屋面防雷装置连接；另外一种做法是专门为太阳能热水器设置接闪器，并和屋面防雷装置连接（

2、如图1所示）。到底哪种做法符合规范的要求呢？另外，太阳能热水器辅助加热配电箱需不需要设置SPD？ SPD的参数怎么选择？本文将从规范的角度做简要的解读。图1 太阳能热水器专设接闪器2 第一个问题：太阳能热水器需要设置专用接闪器吗？ GB 50057-2010第4.5.4条第一款规定“无金属外壳或保护网罩的用电设备应处在接闪器的保护范围内”。住宅太阳能热水器一般都内置辅助电加热回路，当然属于用电设备。那么，按照第4.5.4条第一款，是否意味着有金属外壳的用电设备可以处在接闪器的保护范围之外呢？当然不能这么简单的理解！因为即使把太阳能热水器的金属外壳看做接闪器，材质还必须符合规范相关条款的规定。

3、GB 50057-2010第5.2.8条第二款规定“输送和储存物体的钢管和钢罐的壁厚不应小于2.5mm”。太阳能热水器集热水箱的厚度是否满足这个要求呢？ 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 可以看到，某型太阳能热水器集热水箱的结构从外到内分别为进口彩涂板超厚保温层不锈钢内胆。按照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色涂层钢板（彩涂板）、镀铝锌钢板外壳、铝型材外壳或者粉末静电喷涂镀锌板。但是这本规范并没有规定水箱外壳的厚度要求，从市面产品看，一般为0.4mm及以下。而GB/T 25969-2010第

4、5.2.1.1.3条明确规定了非承压内胆的公称厚度宜不小于0.5mm。 显然，太阳能热水器集热水箱材质的厚度不满足GB 50057-2010第5.2.8条第二款的规定。 GB 50057-2010第4.5.7条第一款对没有得到接闪器保护的屋顶孤立金属物不设附加保护措施的情形做了清晰的规定。此条对于太阳能热水器似乎更具有针对性，因为住宅一般都是坡屋顶，太阳能热水器的集热水箱往往就安装在屋脊处，若再计及安装支架的高度，早就突破了规范第4.5.7条第一款“高出屋顶平面不超过0.3m”的限制！故此款的第二、第三个条件无需再考量。 综上所述，对于太阳能热水器，必须设置专用的接闪器保护。那种仅将太阳能热水

5、器安装支架和建筑物屋面防雷装置相连接的做法，只是考虑了民用建筑太阳能热水系统应用技术规范（GB 50364-2005）第6.3.4。虽然此条为强制性条文，但仅仅这么做还不够，因为还没满足GB 50057-2010第5.2.8条的规定。3 第二个问题：太阳能热水器专用接闪器如何设置？ GB 50057-2010所描述的接闪杆、接闪带和接闪网这三种专门敷设的接闪器中，从施工的便利、成本和美观等角度综合考量，接闪带无疑是最佳的选择。具体做法笔者推荐图1的大样。 另外，审图工作中发现：一些图纸的太阳能辅助电加热管线采用PVC管，这是根本错误的。此线路应使用钢管，以起到屏蔽和分流的作用。具体的解释参考G

6、B 50057-2010第4.5.4条第二款的条文解释，这也符合我国防雷问题元老王时煦关于建筑物防雷设计六大要素的经典理论，即：接闪功能、分流影响、屏蔽作用、均衡电位、接地效果、合理布线。4 第三个问题：太阳能热水器辅助加热配电箱需要设置SPD吗？ 住宅楼的太阳能热水器一般均采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，雷击电磁场强度并没有衰减。那么，其辅助电加热的配电箱是否应设置SPD？规范在这个问题上是明确的。针对暴露在LPZ0区的用电设备，诸如节日彩灯、航空障碍灯等，GB 50057-2010第4.5.4条第三款规定，“ 在配电箱内应在开关的电源侧装设级试验的电涌保

7、护器，其电压保护水平不应大于25kV，标称放电电流值应根据具体情况确定。”所以，太阳能热水器辅助电加热配电箱必须设置SPD。5 第四个问题：太阳能热水器辅助电加热配电箱的SPD参数如何选择？5.1首先要弄明白,规范为何要求装设II级试验的SPD？ 比较直接的答案在GB 50057-2010第4.5.4条的条文说明，“由于雷击电流已与防雷装置等分流，流经SPD的电流所产生的能量不会很大，而且安装在这里的SPD还要与上游安装在分配电箱或总配电箱的SPD配合好，故选用级试验的SPD。” 对此，规范的第6.4.5条也再次做了诠释。有人看了第一款，就觉得太阳能热水器电加热配电箱内应装I级试验的SPD！他

8、们的理由是太阳能热水器位于LPZ0区，而配电箱却位于LPZ1或后续防雷区，看起来貌似符合第6.4.5条第一款的规定呀。 其实，我们只要看看本条的条文解释，就能明白这个“户外线路”的含义。规范第6.4.5条讲到了SPD选择和使用的两个准则。第一，安装的SPD越靠近引来线路入户处(安装在总配电箱处)，建筑物内将被这处SPD保护到的设备越多；第二，SPD越靠近需要保护的设备，其保护越有效。显然，从第一个准则看，这个引来线路是指外来电源线路，而非引出的馈电线路。规范第6.4.5条第三款也遥相呼应第4.5.4条，“电涌保护器应与同一线路上游的电涌保护器在能量上配合”。而太阳能热水器电加热配电箱显然已经是

9、末端配电箱，故再选用I级试验的SPD是不合适的。5.2其次，规范为何要求此处SPD电压保护水平不大于2.5kV？ 在GB 50057-2010第6.4.5条的条文说明里，有这么一段话：“设备或系统的电涌抗扰度或由内置保护元件或SPD或外置SPD实现。对SPD最重要的选择标准之一是电压保护水平Up，规定和描述于IEC 616431标准中。这一参数应等同于IEC606641。标准规定的设备耐压水平Uw，并且它是在做试验的特定条件下预期在SPD接线端上产生的最大电压。UP仅用于在IEC 6164312标准中对设备的耐压水平相一致。” 而设备绝缘耐冲击电压额定值可查GB 50057-2010表6.4.

10、4。从该表可知，太阳能热水器耐冲击电压类别属于II类。故第4.5.4条要求此处安装的SPD电压保护水平不应大于2.5kV。同时，本规范第6.4.6条第三款还规定，“为取得较小的电涌保护器有效电压保护水平，应选用有较小电压保护水平值的电涌保护器，并应采用合理的接线，同时应缩短连接电涌保护器的导体长度。” 笔者在审图工作中发现，有的图纸在这里把Up值刚好规定为2.5kV，并且还说规范没有说不可以。当SPD和被保护设备距离大于10m时，要考虑振荡现象。此距离过大时，设备端子处的电压可达到2倍Up，所以即使安装了SPD，此电压仍然可以损坏设备。规范第6.4.6条的条文说明，工程中应选用有较小电压保护水平值的SPD。5.3 最后，此处SPD的标称放电电流In如何选择？ 关于这个问题，规范第4.5.4条只是提到，“标称放电电流值应根据具体情况确定。”条文解释是这么解释的，“由于每栋建筑物的防雷装置和配电线路差别很大，故In值应根据具体情况确定。”但是根据规范第6.4.5条第三款的规定