[物理]fname=避保护范围计算1

1、接闪器的保护范围计算讲座株洲普天中普防雷工程有限公司刘秋成 滚球法：滚球法：滚球法的物理图象是，滚球法的物理图象是，是以是以h hr r为半径为半径的一个球体，沿需要防直击雷的部位滚动，当球体的一个球体，沿需要防直击雷的部位滚动，当球体只触及接闪器（包括被利用作为接闪器的金属物），只触及接闪器（包括被利用作为接闪器的金属物），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。该部分就得到接闪器的保护。建筑物的防雷类别建筑物的防雷类别滚球半径滚球

2、半径h hr r（m m）避雷网格尺寸（避雷网格尺寸（m m）第一类防雷建筑物第一类防雷建筑物3030555 5或或6 64 4第二类防雷建筑物第二类防雷建筑物454510101010或或12128 8第三类防雷建筑物第三类防雷建筑物606020202020或或24241616半径45米的滚球在建筑物上的移动轨迹 当避雷针的高度hhr（滚球半径）时： （1）距地面处作一平行于地面的平行线； （2）以针尖为圆心，hr为半径，作弧线交于平行线 a、b两点： （3）分别以a、b为圆心，hr为半径作弧线，该弧线与针尖相交并与地面相切。从此弧线起到地面上就是保护范围。图2-5、2-6为单支避雷针保护范围

3、立体图。 （4）避雷针在hx高度的x x平面和地面上的保护半径按下列方法确定： 单支避雷针的保护范围计算简图22hhhrrh hr r-h -h22xrrhhh 由计算推导，单支避雷针的保护范围的计算式确定如下： （3-1） （3-2）式中：rx 避雷针在hx高度x-x平面的保护半径； hr 为滚球半径； hx 被保护物的高度（m）； r0 避雷针在地面上的保护半径 。 由计算推导，单支避雷针的保护范围的计算式确定如下： （3-1） （3-2）式中：rx 避雷针在hx高度x-x平面的保护半径； hr 为滚球半径； hx 被保护物的高度（m）； r0 避雷针在地面上的保护半径 。xrxrxhhh

4、hhhr22hhhrr20单支避雷针的保护范围剖面立体图n例一：例一：第二类防雷建筑物，第二类防雷建筑物，计算单支避雷针的保护范围计算单支避雷针的保护范围时，若避雷针高度为时，若避雷针高度为45m，避雷针在地面上的保护半径避雷针在地面上的保护半径为为45m；若避雷针的高度为；若避雷针的高度为8m，代入公式：，代入公式：n =25.6(m)n 若单支避雷针的高度大于若单支避雷针的高度大于滚球半径，则避雷针在地面滚球半径，则避雷针在地面上的保护半径等于滚球半径，上的保护半径等于滚球半径，即：即：nr0 = hr8452820hhhrr双支避雷针之间的保护范围是按照两个滚球在地面从两侧双支避雷针之间

5、的保护范围是按照两个滚球在地面从两侧滚向避雷针，并与其接触后两球体的相交线而得出的。滚向避雷针，并与其接触后两球体的相交线而得出的。在避雷针高度h小于或等于滚球半径hr时，当两支避雷针的距离d 时，应按单支避雷针的方法确定；n 当d 时，应按下列方法确定（见图）： abcd外侧的保护范围，按照单支避雷针的方法确定；c、e点位于两针间的垂直平分线上。在地面每侧的最小保护宽度bo按下式计算： n （3-3）n 在aob轴线上，距中心线任一距离x处，其在保护范围上边线上的保护高度hx按下式确定：n n （3-4）hhhr22hhhr22222dhhheocobro2222xdhhhhrrx两针间ae

6、bc内的保护范围，aco部分的保护范围按以下方法确定：在任一保护高度hx和c点所处的垂直平面上，在f点上以hx作为假想避雷针，按单支避雷针的方法逐点确定（见图）。双支等高避雷针保护范围脊线的计算简图应当注意的是，1-1剖面的剖切位置，滚球曲线是半径为hr且通过f、c两点。 当避雷线的高度当避雷线的高度h 2hr时，无保护范围；当避时，无保护范围；当避雷线的高度雷线的高度h 2hr时，应按下列方法确定。时，应按下列方法确定。 1） 距地面距地面hr处作一平行于地面的平行线；处作一平行于地面的平行线； 2) 以避雷线为圆心，以避雷线为圆心，hr为半径，作弧线交于平行为半径，作弧线交于平行 线的线的

7、a、b两点；两点； 3) 以以a、b为圆心，为圆心，hr为半径作弧线，该两弧线为半径作弧线，该两弧线相交或相切并与地面相切。从该弧线起到地面止相交或相切并与地面相切。从该弧线起到地面止就是保护范围；就是保护范围； 4)避雷线在避雷线在hx高度的高度的x-x平面上的保护宽度，按平面上的保护宽度，按下式计算：下式计算：xrxrxhhhhhhr22单根架空避雷线的保护范围 二类防雷建筑物屋面中央有一组空调设备二类防雷建筑物屋面中央有一组空调设备高出避雷带，要求在高出避雷带，要求在14、15与与g、h轴线交轴线交叉处设置避雷针，此时可按照矩形布置四叉处设置避雷针，此时可按照矩形布置四支等高避雷针进行保

8、护。已知条件：支等高避雷针进行保护。已知条件：d1=18.3m；d2=8m；d3= 19.97m；h0=19.5m。 h=20.62m 放置中央空调室外设备的屋面标高为放置中央空调室外设备的屋面标高为18.00m，女儿墙高度，女儿墙高度为为19.10m，因此，可在，因此，可在14、15与与g、h轴线交叉处女儿墙上轴线交叉处女儿墙上安装安装1.52m的避雷针四根，考虑到安全裕度，避雷针自身设计的避雷针四根，考虑到安全裕度，避雷针自身设计高度高度1.80m，此时针顶标高为，此时针顶标高为20.90m。 接闪器装设在屋面建筑物上的避雷网（带）、避雷针及金接闪器装设在屋面建筑物上的避雷网（带）、避雷针

9、及金属屋面混合组成接闪器，屋面避雷网网格不大于属屋面混合组成接闪器，屋面避雷网网格不大于10m10m； 突出屋面的金属物体应和屋面防雷装置相连，在屋面接闪突出屋面的金属物体应和屋面防雷装置相连，在屋面接闪器保护范围之外的非金属物体应装接闪器，并和屋面防雷装置器保护范围之外的非金属物体应装接闪器，并和屋面防雷装置相连。相连。 求避雷针的高度：根据公式：求避雷针的高度：根据公式：rrohhdhh2322n某厂准备利用一场地做露天草库，草库占地面积某厂准备利用一场地做露天草库，草库占地面积为为80m70m，草库设计堆高为，草库设计堆高为10米，为该草米，为该草库设计防雷避雷针。库设计防雷避雷针。n

10、按照按照gb50057-2020规范规范4.5.5条规定：粮、条规定：粮、棉及易燃物大量集中的露天堆场，宜采用防直击棉及易燃物大量集中的露天堆场，宜采用防直击雷的措施，当其年计算雷击次数大于或等于雷的措施，当其年计算雷击次数大于或等于0.05次时次时,宜采用独立避雷针或架空避雷线防直击雷。宜采用独立避雷针或架空避雷线防直击雷。独立避雷针的滚球半径独立避雷针的滚球半径hr可取可取100米。米。露天草场堆安装避雷针实例1、 雷击次数计算：雷击次数计算： l=80m w=70m h=10m td=25d/a ng =0.1 td=0.1 25=2.5次次/km2m ae=0.024（km2） k=2

11、.0； n=k ng ae=22.50.024 =0.11次次/ a0.05次次/ a 因此，应采用独立避雷针或架空避雷线的方式作防雷保护因此，应采用独立避雷针或架空避雷线的方式作防雷保护设计，同时，滚球半径设计，同时，滚球半径hr=100m。 2、 在对被保护物进行分析后，确定采用矩形布置四支等高在对被保护物进行分析后，确定采用矩形布置四支等高避雷针进行直击雷保护设计。避雷针进行直击雷保护设计。 预选针高为预选针高为25m的避雷针塔。避雷针塔的安装位置如图：的避雷针塔。避雷针塔的安装位置如图： h=25m，hx=10m ，hr=100m。两针中部的保护高度，两针间距离两针中部的保护高度，两针

12、间距离d1-d2： 80152=50m根据公式：根据公式：4、计算、计算d1与与d2两针外侧的保护半径两针外侧的保护半径hr=100，d=50，h=25经计算经计算 h0 = 21.82m计算两针中部外侧的保护半径计算两针中部外侧的保护半径 h = 21.82 m, hx = 10m, hr = 100m。经计算经计算 rx = 18.76m 15m , 满足要求。满足要求。5、每根避雷针的冲击接地电阻不大于、每根避雷针的冲击接地电阻不大于10，实际水平、垂直接地体的设计待土壤电阻实际水平、垂直接地体的设计待土壤电阻率测定数据完成后另行计算。率测定数据完成后另行计算。滚球法所画的地面，也可以是

13、位于建筑物上滚球法所画的地面，也可以是位于建筑物上的接地金属物或其它接闪器，这时，这些接地的接地金属物或其它接闪器，这时，这些接地金属物或其它接闪器便被称为金属物或其它接闪器便被称为“等效地面等效地面”。 计算楼顶上的避计算楼顶上的避雷针保护范围时，由雷针保护范围时，由于楼顶的尺寸限制不于楼顶的尺寸限制不可能象地面一样无限可能象地面一样无限延伸，常常计算结果延伸，常常计算结果可能会造成滚球并未可能会造成滚球并未被避雷针和楼顶撑起，被避雷针和楼顶撑起，而是悬在半空，不符而是悬在半空，不符合滚球法定义。合滚球法定义。 当接闪器在当接闪器在“地面上保护范围的截面地面上保护范围的截面”的的外周线触及接

14、地金属物、其它接闪器时，外周线触及接地金属物、其它接闪器时，各图的保护范围均适用于这些接闪器。所各图的保护范围均适用于这些接闪器。所需断面的保护范围当接地金属物、其它接需断面的保护范围当接地金属物、其它接闪器是处在外周线之内且位于被保护部位闪器是处在外周线之内且位于被保护部位的边沿时，应按以下方法确定所需断面的的边沿时，应按以下方法确定所需断面的保护范围：保护范围： 、以、以a a、b b为圆心，为圆心， h hr r为半径作弧线相交于为半径作弧线相交于o o点；点； 、以、以o o点为圆心、点为圆心、h hr r为半径作弧线为半径作弧线a a、b b，弧线，弧线a a、b b就是保护范围的上

15、边线。就是保护范围的上边线。 等效地面问题实例：n建筑物为第二类防雷建筑物，楼顶平台需安装接收数据的建筑物为第二类防雷建筑物，楼顶平台需安装接收数据的卫星天线卫星天线 (如图所示如图所示)：n 天线高度等于天线高度等于4m；n 电梯机房屋面距卫星天线放置屋面高度为电梯机房屋面距卫星天线放置屋面高度为4米；米；n 卫星天线到电梯房的距离等于卫星天线到电梯房的距离等于8m米。米。n 要求设计接闪器对卫星接收天线进行保护。要求设计接闪器对卫星接收天线进行保护。n大楼楼顶平台上已经有避雷带保护，现在只需考虑架设避大楼楼顶平台上已经有避雷带保护，现在只需考虑架设避雷针用于保护卫星天线。雷针用于保护卫星天

16、线。 第一种计算方法：第一种计算方法：n 按照按照建筑物防雷设计规范建筑物防雷设计规范规定，由于大规定，由于大楼楼顶安装了避雷带并且有可靠接地，因此大楼楼楼顶安装了避雷带并且有可靠接地，因此大楼楼顶可以作为等效地面来对待。按照单支避雷针楼顶可以作为等效地面来对待。按照单支避雷针的计算公式：的计算公式：xrxrxhhhhhhr22其中：其中：h hr r 滚球半径，滚球半径，h hr r=45m=45m。h hx x 被保护物的高度，被保护物的高度，h hx x是卫星天线高度等于是卫星天线高度等于4m4m。r rx x 避雷针在避雷针在hxhx高度上的保护半径，是卫星天线到电梯机房高度上的保护半

17、径，是卫星天线到电梯机房的距离的距离r rx x =8m =8m。 h h 避雷针高度。避雷针高度。 解方程得避雷针高度为：解方程得避雷针高度为：h=9mh=9m。 第二计算方法：第二计算方法： 电梯房和被保护的卫星天线同样高电梯房和被保护的卫星天线同样高4米，且电梯机米，且电梯机房顶也有避雷带和大楼避雷带相连接。因此把电梯房顶房顶也有避雷带和大楼避雷带相连接。因此把电梯房顶的屋面当作地面来计算。的屋面当作地面来计算。 按照单支避雷针的计算公式：按照单支避雷针的计算公式：其中：其中：h hr r 滚球半径，第二类防雷建筑物取滚球半径，第二类防雷建筑物取h hr r=45m=45m。 r r0

18、0 避雷针在避雷针在hxhx高度上的保护半径，是卫星天线到电高度上的保护半径，是卫星天线到电 梯机房的距离梯机房的距离r rx x =8m =8m。 h h 避雷针高度。避雷针高度。 解方程得避雷针高度为：解方程得避雷针高度为：h=1mh=1m。 计算结论：计算结论：n 第一种算法算出避雷针高第一种算法算出避雷针高9米，是以大楼米，是以大楼屋面作为等效地面计算，避雷针的高度为屋面作为等效地面计算，避雷针的高度为9米（即高出电梯机房屋面米（即高出电梯机房屋面5米）。米）。n 第二种算法是以电梯机房屋面作为等效第二种算法是以电梯机房屋面作为等效地面计算，算出避雷针高出电梯机房屋面地面计算，算出避雷针高出电梯机房屋面1米。米。第一种计算方法结果，第一种计算方法结果，oa=9米（即高米（即高出电梯机房屋面出电梯机房屋面5米）避雷针，以米）避雷针，以a点和卫点和卫星最高点为圆心以星最高点为圆心以hr=45m为半径分别画为半径分别画圆弧，使两圆弧相交。圆弧，使两圆弧相交。n 两圆弧相交的交点为圆心，以两圆弧相交