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主題:太陽能熱水器的防雷

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太陽能熱水器的防雷  發帖心情 Post By:2010-5-11 11:09:04

1 太陽能熱水器遭雷擊的方式
    根據太陽能熱水器的結構、使用材料及安裝位置分析,它遭雷擊的途徑可分兩種,一是直擊雷,二是感應雷擊。
l         直擊雷擊
當雷云通過線路或電器設備放電時稱為直擊雷。直擊雷可以形象地說就是雷云對大地上的目標(高大建筑物或高大樹木等)放電的一種過程。直擊雷可在其周圍一定范圍內的導體上感應起危險電壓,加上建筑物之間連接的各種長距離電纜可在更大的范圍內感應上雷電電磁脈沖,并幾乎無衰減地沿電纜傳入設備。
太陽能熱水器絕大多數都安裝在建筑物的制高點位置上,其接閃器一般也都低于太陽能熱水器,太陽能熱水器暴露在接閃器保護范圍之外,一旦云地放電,太陽能熱水器首當其沖,成了接閃器,雷電可以直接擊在太陽能熱水器上,直接擊壞太陽能熱水器。
l         感應雷擊
感應雷擊是由于雷云的靜電感應或放電時的電磁感應作用,使建筑物上的金屬物件,如管道、鋼筋、電線等感應出與雷云電荷相反的電荷,造成放電所引起。
隨著太陽能熱水器智能化的不斷提高,輔助加熱、水位、水溫自動顯示,補水、斷水的自動控制功能都應用于太陽能熱水器中,而這些功能都是通過專用電腦控制芯片、傳感裝置等電子裝置來實現的。電子裝置在室內,輔助加熱、傳感裝置在室外太陽能熱水器水箱中,為這些電子裝置供電的電源線,顯示及控制用的信號線、控制線都是感應雷擊的侵害途徑。太陽能熱水器招引感應雷擊的通道主要有三條:電源線路引入;信號線路引入;接地線路引入。
2 太陽能熱水器防雷保護的原理及方法
太陽能熱水器的防雷可分為外部防雷和內部防雷兩種情況,外部防雷是防直擊雷,內部防雷是防感應雷。外部防雷——將絕大部分雷電流直接引入地下泄散;
內部防雷——快速泄放沿著電源或信號線路侵入的雷電波或各種危險過壓;這兩道防線,互相配合,各盡其職,缺一不可。因此防雷工程是一項系統工程(見圖2)。

                            
   
圖2.防雷工程
2.1 外部防雷
如果原建筑物已有良好的防雷措施,并且熱水器已處于防雷裝置的保護范圍之內,不用加避雷針,只需將太陽能熱水器的金屬底腳用扁鋼或圓鋼就近焊接到屋面避雷帶或引下線上。如果熱水器不在保護范圍之內,一般情況下可在離熱水器3米遠的地方加裝高出熱水器頂部1.5米的避雷針,并做好接地工作。太陽能熱水器各金屬支架要等電位連接,不要直接連接到避雷針上。防雷裝置由接閃器、引下線和接地裝置組成。接閃器(又稱避雷針)位于防雷裝置的頂部,其作用是利用其高出被保護物的突出地位把雷電引向自身,承接直擊雷放電。除避雷針、避雷線、避雷網、避雷帶可作為接閃器外,建筑物的金屬屋面可用作第一類防雷建筑物以外的接閃器。
l         避雷針、避雷帶及引下線:
由于避雷針比被保護物高出許多,又和大地直接相連,當雷云先導接近時,                      它與雷云之間的電場強度最強,雷云放電又總是朝著電場強度最強的方面發 展,因此避雷針具有引雷的作用,也就是使雷電流按避雷針引下線引入大地,圖3、4可以形象的說明什么是避雷針、避雷針帶及引下線。
l         接地裝置:
它是避雷針的最下部分,埋入地下。由于它和大地中的土壤緊密接觸,可使雷電流很好地泄入大地。接地裝置一般都是用角鋼、扁鋼或圓鋼、鋼管等打入地下,其接地電阻一般不能超過10Ω。在建筑物的底部墻面上都留有檢測口,以便檢測它的接地電阻。
l         避雷針的設計方法
避雷針到底多高才能保護到熱水器呢?其實,計算避雷針的保護范圍有多種方法,現行通用的計算方法叫滾球法(見圖5):
圖5. “滾球法”
     1.當避雷針高度小于或等于時:
    (1)距地面
處作一平行于地面的平行線;
    (2)以針尖為圓心,
為半徑,作弧線交于平行線的A、B兩點;
    (3)以A、B為圓心,
為半徑作弧線,該弧線與針尖相交并與地面相切。從此弧線起到地面止就是保護范圍,是一個對稱的錐體;
    (4)避雷針在
高度的xx′平面上和在地面上的保護半徑,按下列計算式確定:
   

  式中:──避雷針在高度的xx′平面上的保護半徑(m);
     
──滾球半徑;
     
──被保護物的高度(m);
    
──避雷針在地面上的保護半徑(m)。
    2.
當避雷針高度大于時,在避雷針上取高度的一點代替單支避雷針針尖作為圓心。其余的做法同本款第1項。式中的代入。實際操作中,我們只要取一個近似的值就可以,太陽熱水器的最高點在避雷針尖端45°角范圍內即認為是有效保護范圍。

2.2 內部防雷

內部防雷系統主要是易受過電壓破壞的電子設備(或室外獨立電子設備)加裝過壓保護裝置,在設備受到過電壓侵襲時,防雷保護裝置能快速動作泄放能量,從而保護設備免受損壞。內部防雷要實現電源線路防雷和信號線路防雷。

圖6.太陽能熱水器防雷裝置示意圖
l         等電位連接
等電位連接是太陽能熱水器雷電防護的一個重要環節。因現在安裝太陽能熱水器使用的上下水管絕大多數為PVC管,雖然PVC管壁有加強金屬層,但沒有和室內電磁閥組合閥及室外水箱做到金屬連接,所以,等電位連接分為室外部分和室內部分金屬構件的等電位連接。室外部分包括太陽能熱水器金屬支架、金屬構件、避雷針、避雷帶及線路屏蔽層等,室內部分包括線路屏蔽層、SPD接地及其他金屬管道的等電位連接(見圖6)。
l         太陽能熱水器各種線路的屏蔽
太陽能熱水器從樓頂到衛生間的線路有輔助電加熱、水位、水溫線,這部分線路全部都要采用屏蔽線,其屏蔽層兩端要做好接地。建筑物遭受雷擊時,電磁感應電流可能超過電纜屏蔽層所能承受的電流,所以,這段線路再穿鐵管,其鐵管上端和太陽能熱水器支架連接,鐵管下端和樓頂避雷帶就近連接,以確保線路的二次屏蔽作用。
l         信號線和電源線的防雷
對信號線和電源線的防雷要想達到可靠的防雷保護,除了采用屏蔽金屬和外套鐵管外,還要在每根外接線路進行防雷保護,可以在控制器線路板上增加防雷器件,這些器件在正常的工作環境下不起作用,當有雷電感應電流沿信號線或者電源線進入室內控制器時,防雷器件開始工作,把感應電流引入地線,從而保證控制器和室內電源的安全。上海巨冠電子有專對太陽能熱水器控制器的防雷方案,原理圖如圖7所示。
7. 太陽能熱水器控制器防雷原理圖
1.主要技術參數:
(1)傳感器端口:
差模:10KV(1.2/50uS)
共模:10KV(1.2/50uS)
(2)電源端口(戶內供電,防護等級可稍低):
共模:4KV(1.2/50uS)
差模: 4KV(1.2/50uS)
(3)傳感器端口對電源端口:
可承受幾十KV的過壓信號
2.方案簡要介紹:
(1)此方案滿足10/70 uS差模1.5KV,共模4KV雷擊浪涌測試標準。
(2)前級GDT使用4顆BF071M,旁路瀉放暫態大電流;中間使用10歐姆電阻協調兩級之間的防護器件,最好選用繞線插件電阻,如果使用貼片電阻,功率最好選2W;后級選用4顆BA201N瀉放殘余暫態電流。
(3)此方案針對四條傳感器線而組合的防護電路,一路防護電路對應一條傳感線,以此類推,有幾條傳感線就用幾路防護電路。
(4)傳感器端口和電源端口之間選用1個B5G2700和一個壓敏電阻2DD561K,可承受幾十KV的過壓信號。電源零火線之間選用一個壓敏電阻2DD561K進行瀉壓。

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