利用滚球法进行防雷设计的计算方法.doc

利用滚球法进行防雷设计的计算方法摘要：“滚球法”是国际电工委员会(IEC)推荐的接闪器保护范围计算方法之一。笔者阐述了利用滚球法进行防雷设计的设计步骤，并给出了rx、bx的计算公式。关键词：避雷针 滚球法 保护范围1 前言“滚球法”是国际电工委员会(IEC)推荐的接闪器保护范围计算方法之一。国标GB5005794建筑物防雷设计规范(2000年版)也把“滚球法”强制作为计算避雷针保护范围的方法。滚球法是以hr为半径的一个球体沿需要防止击雷的部位滚动，当球体只触及接闪器(包括被用作接闪器的金属物)或只触及接闪器和地面(包括与大地接触并能承受雷击的金属物)，而不触及需要保护的部位时，则该部分就得到接闪器的保护。利用滚球法进行防雷（两支避雷针及以上）设计时，需要确定的因素包括：防雷类别、避雷针在hx高度的保护半径rx值、避雷针在hx高度联合保护的最小保护宽度bx值。下面将对如何利用滚球法进行防雷设计做简单的阐述。2 滚球半径hx的确定按GB500571994 建筑物防雷设计规范要求，不同类别的防雷建筑物的滚球半径，如表1所示。 表1：不同类别的防雷建筑物的滚球半径建筑物防雷类别滚球半径hr（m）第一类防雷建筑物30第二类防雷建筑物45第三类防雷建筑物603 避雷针在hx高度的xx平面上的保护半径rx的确定按GB500571994 建筑物防雷设计规范要求，避雷针在hx高度的xx平面上的保护半径rx值为： （1）式中， rx避雷针在hx高度的xx平面上的保护半径（m）； hr滚球半径（m）； hx被保护物的高度（m）； h避雷针的高度（m）。当hx=0时，由公式（1）可以得到避雷针在地面上的保护半径ro值为： （2）式中，ro避雷针在地面上的保护半径（m）。4 避雷针在hx高度联合保护的最小保护宽度bx值的确定在防雷设计中，我们不仅需要在图中标注出h值、rx值、D值；而且还要标注出bx值。但在工业与民用配电手册和建筑物防雷设计规范GB500571994(2000年版)中，只给出了rx的计算公式，没有给出bx值的计算公式，下面将对bx的公式进行推导：4.1 双支等高避雷针联合保护范围的做法通过设计及个人总结，笔者总结出了双支等高避雷针联合保护范围的做法：（1）分别以A、B为圆心，r0为半径，做圆弧，两圆弧交于点O、O；（2）分别以O、O为圆心, 以r0- rx为半径做圆，与圆A、圆B切于点C、D、E、F；（3）则封闭圆弧CDEFC为双支避雷针在hx高度的xx平面上的联合保护范围（如图1）。 图14.2 双支等高避雷针在hx高度联合保护的最小保护宽度bx值公式的推导（1）由图1 可以计算出，当时，双支避雷针在hx高度联合保护的最小保护宽度bx值为： （3）即： （4）式中，D双支等高避雷针的距离（m）； bx双支等高避雷针在hx高度联合保护的最小保护宽度（m）。（2）当时，双支等高避雷针的保护范围为各自单针的保护范围，此时两根针没有联合保护范围，如图2所示。 图2（3）当D2rx时，双支等高避雷针的联合保护范围为两根针各自保护范围的交集，如图3所示。 图35 工程应用： 在工程设计中，我们经常设置几支等高的避雷针来进行防雷保护。所以，利用上面的方法就可以绘出完整的防雷保护设计图。下面举例进行说明：滴西10井区气田地面建设工程 集气处理站分离换热区为一级防雷，滚球半径为30m，装置区的防雷保护高度为5.0m。本装置区设置了三座25.0m（基础高度0.2m）高的避雷针进行防雷保护。（1）利用公式1可以求得避雷针在5.0m高度的保护半径rx值为：（2）利用公式2可以求得地面保护半径ro的值为： （3）1#避雷针与2#避雷针在5.0m高度联合保护的最小宽度b12值为：由于两针间的距离D12为47.9m，由公式3可以求得b12为：同理可以求得：b23=8.6m，b23=6.1m。（4）利用上面的方法及计算数据，3支25.0m高的避雷针在5.0m高度保护范围如图4所示：图4 3支25.0m高的避雷针在5.0m高度保护范围6 结束语随着国民经济建设的日益发展，雷电造成的灾害越来越严重，各行业遭受雷电灾害的频率越来越高，经济损失也逐年加重，尤其是城市高层建（构）筑物、易燃易爆场所、计算机及其场地等极容易遭受雷电袭击。人们也在不断地增强防雷电意识，越来越重视加强雷电的防护，防雷设计的重要性日益凸现。通过上述方法，可以准确地计算出防雷的保护范围，有效地保护设备和避免人员伤亡。参考文献1 工业与