接闪器保护范围

1、 第三章 接闪器及保护范围的计算 在GB5005794中：避雷针、避雷带(线)、避雷网是直接接受雷击的，统称为接闪器。 3.1 避雷针避雷针3.1.1 工作原理与结构工作原理与结构 1、避雷针工作原理：由于雷云中向下先导趋向、避雷针工作原理：由于雷云中向下先导趋向地面，同时使地面物体中电晕放电所引起的电离加地面，同时使地面物体中电晕放电所引起的电离加剧，从而在某些地面物体上产生一个向上的先导，剧，从而在某些地面物体上产生一个向上的先导，安装在比其它物体高得多的避雷针正是利用自身产安装在比其它物体高得多的避雷针正是利用自身产生的向上先导来改变雷云向下先导的走向，将落雷生的向上先导来改变雷云向下先

2、导的走向，将落雷点引到自己身上，达到保护比它矮的物体不易遭受点引到自己身上，达到保护比它矮的物体不易遭受雷击。雷击。 2、避雷针结构：由接闪器、引下线与接地装置、避雷针结构：由接闪器、引下线与接地装置组成。组成。1）接闪器：一般采用镀锌圆钢或镀锌焊接钢）接闪器：一般采用镀锌圆钢或镀锌焊接钢管制成。管制成。长度在长度在1.51.5米以上时，圆钢直径不得小于米以上时，圆钢直径不得小于1010mm；钢钢管直径不得小于管直径不得小于2020mm，管壁厚度不得小于管壁厚度不得小于2.75mm。在有污染或腐蚀性较强的场所，这些尺寸应适当加在有污染或腐蚀性较强的场所，这些尺寸应适当加大或采取其他的防腐措施，

3、如用铜或不锈钢制作。大或采取其他的防腐措施，如用铜或不锈钢制作。为了保证其可靠为了保证其可靠的泄流能力与安的泄流能力与安全性，其直径不全性，其直径不应小于表所示数应小于表所示数值值 长度超过长度超过3m时，需要时，需要用几节不同直径的钢管组用几节不同直径的钢管组合起来（如图）。合起来（如图）。引下线引下线长度与组合节数尺寸关系长度与组合节数尺寸关系2）引下线（接地线）：将接闪器或金属设备与接）引下线（接地线）：将接闪器或金属设备与接地装置连接起来。在正常情况下不载流。雷击时，地装置连接起来。在正常情况下不载流。雷击时，将雷电流传送到接地装置去。一般采用圆钢或扁将雷电流传送到接地装置去。一般采用

4、圆钢或扁钢，宜优先采用圆钢。钢，宜优先采用圆钢。 采用圆钢，直径不得小于采用圆钢，直径不得小于8mm。 若采用扁钢，厚度不得小于若采用扁钢，厚度不得小于4mm，截面积不截面积不得小于得小于48mm （即即 4 12mm ）。）。 走线要求：一般沿外墙，最短路径接地；多引下线走线要求：一般沿外墙，最短路径接地；多引下线应作等电位连接；在离地面应作等电位连接；在离地面1.8米以内设置断接卡；避米以内设置断接卡；避开人容易碰撞的地方；在有污染或腐蚀性较强的场所，开人容易碰撞的地方；在有污染或腐蚀性较强的场所，应采取防腐措施。应采取防腐措施。 特殊情况暗敷应加大引下线尺寸，截面积不得小特殊情况暗敷应加

5、大引下线尺寸，截面积不得小于于80mm 。3）接地装置：埋设在地中直接与大地接触作散流）接地装置：埋设在地中直接与大地接触作散流的金属导体。的金属导体。 若接地体采用垂直埋设，一般宜用角钢、钢管若接地体采用垂直埋设，一般宜用角钢、钢管或圆钢等。或圆钢等。 若采用水平埋设时，一般采用扁钢或圆钢。若采用水平埋设时，一般采用扁钢或圆钢。 接地电阻一般要求小于接地电阻一般要求小于10 ，对土壤电阻率较，对土壤电阻率较高的地区，可以酌情放宽一些，但要求小于高的地区，可以酌情放宽一些，但要求小于30 。具体见第四章避雷接地。具体见第四章避雷接地。3.1.2 保护范围保护范围1、相关术语、相关术语 1）绕击

6、率：指某一物体处在避雷针的保护范围）绕击率：指某一物体处在避雷针的保护范围内，由于雷电的路径受很多偶然因素影响，该物体内，由于雷电的路径受很多偶然因素影响，该物体仍有可能受到雷击，将雷击的概率称为绕击率。仍有可能受到雷击，将雷击的概率称为绕击率。 2）滚球法：一种几何模拟法，其滚球半径按）滚球法：一种几何模拟法，其滚球半径按我国防雷规范标准有我国防雷规范标准有30m、45m、60m三个规定三个规定值（见表），当球体同时触及到接闪器（或作接值（见表），当球体同时触及到接闪器（或作接闪器的金属物）和地面（或能承受雷击的金属物）闪器的金属物）和地面（或能承受雷击的金属物）的情况下，未触及的部分，即规

7、定为绕击率为的情况下，未触及的部分，即规定为绕击率为0.1%时，接闪器的保护范围。时，接闪器的保护范围。建筑物的防雷类别建筑物的防雷类别滚球半径滚球半径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664 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 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为半径的一个球体，为半径的一个球体，沿需要防直击雷的部位滚动，当球体只触及接闪器沿需要防直击雷的部位滚动，当球体只

8、触及接闪器（包括被利用作为接闪器的金属物），或只触及接（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雷击的金属闪器和地面（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。到接闪器的保护。1 1、单支避雷针的保护范围的确定、单支避雷针的保护范围的确定3.2 单支避雷针的保护范围单支避雷针的保护范围 （1 1）距地面处作一平行于地面的平行线；）距地面处作一平行于地面的平行线； （2 2）以针尖为圆心，）以针尖为圆心，h hr r为半径，作弧线交于平为半径，作弧线交于平行线行线 A

9、 A、B B两点：两点： （3 3）分别以）分别以A A、B B为圆心，为圆心，hrhr为半径作弧线，该为半径作弧线，该弧线与针尖相交并与地面相切。以此弧线绕中心轴弧线与针尖相交并与地面相切。以此弧线绕中心轴旋转在地面上形成的锥体就是保护范围。旋转在地面上形成的锥体就是保护范围。 当避雷针的高度当避雷针的高度hhrhhr（滚球半径）时，保护范围：滚球半径）时，保护范围：单支避雷针的保护范围剖面立体图2、单支避雷针的保护范围的计算、单支避雷针的保护范围的计算1）rhh)223()2()2()2(0 xrxxrxrxhhhrhhhhhhr 避雷针在避雷针在 高度的高度的平面上保护半径平面上保护半径

10、xh既保护范围为一母线为圆既保护范围为一母线为圆弧的圆锥体（见图弧的圆锥体（见图）。）。) 123()2(0hhhrr 避雷针在地平面上避雷针在地平面上保护半径保护半径避雷针高度避雷针高度xxxx 平面上保护范围截面平面上保护范围截面滚球半径滚球半径若避雷针的高度为若避雷针的高度为8 8m m，代入公代入公式得：式得：8452820hhhrr2）rhh 在避雷针上取高度为在避雷针上取高度为hr的一点代替单根避雷针的一点代替单根避雷针的针尖的针尖，即等效高度为即等效高度为hr的单根避雷针来分析。的单根避雷针来分析。例例3.13.1：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

11、单支避雷针的保护范围时，滚球半径为时，滚球半径为4545m m，若避雷若避雷针离地高度分别为针离地高度分别为4545和和8 8m m。解：若避雷针的高度为解：若避雷针的高度为4545m m，代入公式得避雷针在地面上代入公式得避雷针在地面上的保护半径为的保护半径为4545m m；=25.6(=25.6(m)m)例题例题3.3.2 2设一圆柱体二类防雷建筑，高设一圆柱体二类防雷建筑，高4 4米，直径米，直径5 5米，在距米，在距离建筑物离建筑物3 3米处设一避雷针，求避雷针的高度。米处设一避雷针，求避雷针的高度。解：解：1 1）、确定滚球半径和避雷针高度小于）、确定滚球半径和避雷针高度小于hrhr

12、。二类防雷建筑的滚球半径为二类防雷建筑的滚球半径为4545米，先假定避雷针高米，先假定避雷针高度度2020米，小于滚球半径。米，小于滚球半径。2 2）、距地面）、距地面4545米处作一平行与地面的平行线。米处作一平行与地面的平行线。3 3）、以针尖为圆心，）、以针尖为圆心，4545米为半径，作弧线交于平行米为半径，作弧线交于平行线的线的A A、B B两点两点平 面 上 保 护 范 围 的 截 面r rx x = - = - = - = - =18.87 =18.87米米 8 8米米r ro = = = 37.42o = = = 37.42米米)2(hhrh)2(hxhrhx)20452(20)

13、4452(4)20452(20)2(hhrh4）、以）、以A、B为圆心，为圆心，45米为半径作弧线，该米为半径作弧线，该弧线与针尖相交并与地面相切。从此弧线起到弧线与针尖相交并与地面相切。从此弧线起到地面止就是保护范围，保护范围是个对称的锥地面止就是保护范围，保护范围是个对称的锥体。体。5）、避雷针在）、避雷针在hx高度的高度的xx 平面上和在地面上平面上和在地面上的保护半径，按下列计算式确定：的保护半径，按下列计算式确定：6 6） 、直接计算直接计算8344)4452(4)2(000rrhhhrrxrxx平 面 上 保 护 范 围 的 截 面a)2(0hhhrr)(67. 8mh 7 7）

14、、用公式用公式344)445(4522a33.36)8344(45)8(452222ac)(67. 833.3645mh题题3.13.1 在在3030米高建筑物顶上米高建筑物顶上(20m(20m50m) )架设通讯天架设通讯天线，设天线高线，设天线高4 4米，直径米，直径4 4米，假定建筑物本身米，假定建筑物本身已经达到防雷要求，试按二类防雷建筑确定保已经达到防雷要求，试按二类防雷建筑确定保护通讯天线的避雷针。护通讯天线的避雷针。3.3 多支避雷针的保护范围多支避雷针的保护范围 双支避双支避雷针之间的雷针之间的保护范围是保护范围是按照两个滚按照两个滚球在地面从球在地面从两侧滚向避两侧滚向避雷针

15、，并与雷针，并与其接触后两其接触后两球体的相交球体的相交线而得出的。线而得出的。3.3.1 双支等高避雷针的保护范围双支等高避雷针的保护范围1、保护范围的确定、保护范围的确定 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； 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： （3-3-1） 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： （3-3-2） hhhr22hhhr22222DhhhEOCOb

16、ro2222xDhhhhrrx2、双支等高避雷针的保护范围的计算、双支等高避雷针的保护范围的计算 两针间AEBC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。双支等高避雷针在hx高度的保护范围（在D D小于 时, hx高度的保护范围的情况）hhhr22 双支不等高避雷针的保护范围，在h1小于或等于hr和h2小于或等于hr的情况下：1、当D 时，应各按单支避雷针所规定的方法

17、确定；2、当D 时，应按下列方法确定：1）ABCD外侧的保护范围，按照单支避雷针的方法确定； CE线或HO线的位置按下式计算 （3-3-3）2）在地面上每侧的最小保护宽度b0按下式计算 （3-3-4） 221122hhhhhhrr221122hhhhhhrrDDhhhhDrr2221221211r10Dhh2hEOCOb3.3.2 双支不等高避雷针的保护范围双支不等高避雷针的保护范围 3 3）在）在AOBAOB轴线上，轴线上，A A、B B间保护范围上边线按下间保护范围上边线按下式确定：式确定： （3-3-3-53-5）式中：式中：x x 距距CECE线或线或HOHO线的距离。线的距离。 该保

18、护范围上边线是以该保护范围上边线是以HOHO线上距地面线上距地面h hr r的一点的一点O O为圆心，以为圆心，以 为半径所作的圆为半径所作的圆弧弧ABAB。22121xDhhhhrrx212Dhhr 4 4）ACOACO部分的保护部分的保护范围按以下方法确定：范围按以下方法确定：在在h hx x和和C C点所处的垂直平点所处的垂直平面上，以面上，以h hx x作为假想避作为假想避雷针，按单支避雷针的雷针，按单支避雷针的方法确定（见图）。方法确定（见图）。 3 3、双支不等高避雷针在、双支不等高避雷针在AOAOB B铅垂面上保护范铅垂面上保护范围的计算简图围的计算简图在在h h1 1hhr r

19、和和h h2 2hhr r情况下：情况下：当当D D 时，各按单支避雷针方时，各按单支避雷针方法确定；法确定；当当D D 时：时： 1 1） AEBCAEBC外侧按单支避雷针方法确定；外侧按单支避雷针方法确定； 2 2） CECE线、线、HOHO按下列方法确定；按下列方法确定；由图可知：由图可知：R = = = =221122hhhhhhr221122hhhhhhr2122DDhhr2121Dhhr双支等高避雷针保护范围的计算简图 2122DDhhr2121DhhrR= =D DD D1 1 = = D D1 1 = = 将将R R代入，可得：代入，可得： D D1 1 = = 整理后得：整理

20、后得：D D1 1 = = 222hhRr212hhRr212122hhDDhhrrDDhhhhhr222212221 1 1、矩形布置四支等高避雷针的保护范围，在、矩形布置四支等高避雷针的保护范围，在h h小于小于或等于或等于h hr r的情况下，当的情况下，当D D3 3 时，应各按双时，应各按双支等高避雷针的方法确定；支等高避雷针的方法确定； 2 2、当、当D D3 3 时，应按下列方法确定：时，应按下列方法确定： (1)(1)四支避雷针的外侧各按双支避雷针的方法确定；四支避雷针的外侧各按双支避雷针的方法确定；hhhr221hhhr2213.3.3 矩形布置四支等高避雷针的保护范围矩形布

21、置四支等高避雷针的保护范围(2)(2)B B、E E 避雷针连线上的保护范围避雷针连线上的保护范围( (见见1-11-1剖面剖面) )，外侧部分按单支避雷针的方法确定。两针的，外侧部分按单支避雷针的方法确定。两针的保护范围按以下方法确定：以保护范围按以下方法确定：以B B、E E两针针尖为两针针尖为圆心、圆心、h hr r为半径作弧相交于为半径作弧相交于O O点，以点，以O O点为圆心点为圆心、h hr r为半径作圆弧，与针尖相连的这段圆弧即为半径作圆弧，与针尖相连的这段圆弧即为针间保护范围。保护范围最低点的高度为针间保护范围。保护范围最低点的高度h ho o按按下式计算：下式计算： （3-3

22、-3-63-6） rrohhDhh2322(3)(3) 2-2 2-2剖面的保护范围，以剖面的保护范围，以P P点的垂直线上的点的垂直线上的O O点点（距地面高度为（距地面高度为（h hr r+h+ho o）为圆心，为圆心，h hr r为半径作圆为半径作圆弧与弧与B B、C C和和A A、E E双支避雷针所作出在剖面的外侧保双支避雷针所作出在剖面的外侧保护范围延长圆弧相交于护范围延长圆弧相交于F F、H H点。点。F F点（点（H H点与此类同）点与此类同）的位置及高度可按下列计算式确定：的位置及高度可按下列计算式确定： （3-3-3-73-7） （3-3-3-83-8）222xbhhhorx

23、r21222xDhhhhrxor(4) 3-3(4) 3-3剖面的保护范围的方法与剖面的保护范围的方法与2-22-2剖面部分的相同。剖面部分的相同。采用滚球法计算保护范围设计示例为了保护屋面上中央空调设备可在为了保护屋面上中央空调设备可在14、15与与G、H轴线交叉处设置避雷针，此时可按照矩轴线交叉处设置避雷针，此时可按照矩形布置四支等高避雷针保护范围计算形布置四支等高避雷针保护范围计算D1=18.3m；D2=8m；D3= =19.97m；h0=19.5m。2283 .18综合教学大楼屋顶设备局部平面图综合教学大楼屋顶设备局部平面图 求避雷针的高度：根据公式：求避雷针的高度：根据公式：h= h

24、0+ hr - =19.5+45 - =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18.000m，女女儿墙高度为儿墙高度为19.100m，因此，可在因此，可在14、15与与G、H轴线轴线交叉处女儿墙上安装交叉处女儿墙上安装1.8m的避雷针四根对中央空调室的避雷针四根对中央空调室外设备进行保护，此时针顶标高为外设备进行保护，此时针顶标高为20.900m。 rrohhDhh23222322Dhr22297.1945 接闪器的布置是在屋面接闪器的布置是在屋面装设在建筑物上的避雷网装设在建筑物上的避雷网（带）、避雷针及金属屋面混合组成接闪器，屋面避（带）、避雷针及金

25、属屋面混合组成接闪器，屋面避雷网网格不大于雷网网格不大于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，屋面接闪器保护范围之外的非金属物体应装接闪器，并和屋面防雷装置相连。并和屋面防雷装置相连。 当避雷线的高度当避雷线的高度h h 2h2hr r时，无保护范围；当时，无保护范围；当避雷线的高度避雷线的高度h h 2h2hr r时，应按下列方法确定。时，应按下列方法确定。 1) 1) 距地面距地面h hr r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) 2) 以避雷线为圆心，以避雷线为

26、圆心，h hr r为半径，作弧线交于平为半径，作弧线交于平行线的行线的A A、B B两点；两点； 3) 3) 以以A A、B B为圆心，为圆心，h hr r为半径作弧线，该两弧为半径作弧线，该两弧线相交或相切并与地面相切。从该弧线起到地面止线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) 4) 当当h h小于小于2 2h hr r且大于且大于h hr r时，保护范围最高点的时，保护范围最高点的高度高度h h0 0按下式计算：按下式计算： h h0 0= =2h2hr rh h （3-4-13-4-1） 3.4.1 单根避雷线的保护范围单根避雷线的保护范围3.4 避

27、雷线的保护范围避雷线的保护范围 5) 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： （3-4-2）式中：式中：bx 避雷线在避雷线在hx高度的高度的xx平面上的保护宽度平面上的保护宽度（m）；）； h 避雷线的高度（避雷线的高度（m）；）； hr 滚球半径，按各类防雷建筑确定（滚球半径，按各类防雷建筑确定（m）；）； hx 被保护物的高度（被保护物的高度（m）。）。xrxrxhhhhhhb22单根架空避雷线的保护范围 两根等高避雷线的保护范围按单支避雷针的方法两根等高避雷线的保护范围按单支避雷针的方法确定。确定。 1 1、避雷线高度、避雷线

28、高度h hh hr r时：时： 当当D D ，各按单根避雷线的方法各按单根避雷线的方法计算；当计算；当D D ，按下列方法确定：按下列方法确定： 1 1）两根避雷线的外侧，按单根避雷线的方法确）两根避雷线的外侧，按单根避雷线的方法确定；定； 2 2）两根避雷线之间的保护范围按以下方法确定）两根避雷线之间的保护范围按以下方法确定：以：以A A、B B两避雷线为圆心，两避雷线为圆心，h hr r为半径作圆弧交于为半径作圆弧交于O O点点，以，以O O点点为圆心、为圆心、h hr r为半径作圆弧交于为半径作圆弧交于A A、B B点；点； 3 3）两避雷线之间保护范围最低点的高度）两避雷线之间保护范围

29、最低点的高度h h0 0按下按下式计算：式计算： （3-3-4-34-3）hhhr22hhhr22rrhhDhh22023.4.2 两根等高避雷线的保护范围两根等高避雷线的保护范围两根等高避雷线在hhr时的保护范围 4 4）避雷线两端的保护范围按双支避雷针的方法确定，但）避雷线两端的保护范围按双支避雷针的方法确定，但在中心上在中心上h h0 0线的内移位置按以下方法确定（图线的内移位置按以下方法确定（图1111剖面）：以剖面）：以双支避雷针所确定的中点保护范围最低点的高度作为假想避雷双支避雷针所确定的中点保护范围最低点的高度作为假想避雷针，将其保护范围的延长弧线与针，将其保护范围的延长弧线与h

30、 h0 0线交于线交于E E点。内移位置的距点。内移位置的距离离x x也可按下式计算：也可按下式计算： （3-3-4-44-4）式中：式中：b b0 0 按式（按式（3-3-3-43-4）确定。）确定。0002bhhhxr 2 2、避雷线高度、避雷线高度h h小于小于2 2h hr r且大于且大于h hr r，而且避雷线而且避雷线之间的距离之间的距离D D小于小于2 2h hr r且大于且大于 的情况的情况下，按下列方法确定。下，按下列方法确定。 1 1）距地面）距地面h hr r处作一与地面平行的线；处作一与地面平行的线； 2 2）以避雷线）以避雷线A A、B B为圆心，为圆心，h hr r

31、为半径作弧线相交为半径作弧线相交于于O O点并与平行线相交或相切于点并与平行线相交或相切于C C、E E点；点； 3 3）以）以O O点为圆心、点为圆心、h hr r为半径作弧线交于为半径作弧线交于A A、B B点；点； 4 4）以）以C C、E E为圆心、为圆心、h hr r为半径作弧线交于为半径作弧线交于A A、B B并并与地面相切；与地面相切； 5 5）两避雷线之间保护范围最低点的高度）两避雷线之间保护范围最低点的高度h h0 0按下按下式计算：式计算： （3-3-4-54-5）r22r0hh2Dhhhh2hh2rr6 6）最小保护宽度）最小保护宽度b bm m位于位于h hr r高处，

32、其值按下式计算：高处，其值按下式计算： （3-3-4-64-6）rrmhDhhhb22两根等高避雷线在高度hr h 2hr时的保护范围 7 7）避雷线两端的保护范围按双支高度）避雷线两端的保护范围按双支高度h hr r的避的避雷针确定，但在中线上雷针确定，但在中线上h h0 0线的内移位置按以下方法线的内移位置按以下方法确定（图确定（图1111剖面）：剖面）： 以双支高度以双支高度h hr r的避雷针所确定的中点保护范围的避雷针所确定的中点保护范围最低点的高度最低点的高度 作为假想避雷针，将作为假想避雷针，将其保护范围的延长弧线与其保护范围的延长弧线与h h0 0线交于线交于F F 点。点。

33、内移位置的距离内移位置的距离 x x 也可按下式计算：也可按下式计算： （3-3-4-74-7）20Dhhr220022Dhhhhxrr两根等高避雷线在高度小于两根等高避雷线在高度小于h hr r时的保护范围立体图时的保护范围立体图 某厂准备利用一场地做露天草库，草库占地面某厂准备利用一场地做露天草库，草库占地面积为积为100100m m120m120m，草库设计堆高为草库设计堆高为1414米，请进行该米，请进行该草库的防雷设计。草库的防雷设计。 解题：按照规范解题：按照规范3.5.53.5.5条规定：粮、棉及易燃物条规定：粮、棉及易燃物大量集中的露天堆场，宜采用防直击雷的措施，当大量集中的露

34、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其年计算雷击次数大于或等于0.060.06时时, ,宜采用独立避宜采用独立避雷针或架空避雷线防直击雷。独立避雷针和架空避雷针或架空避雷线防直击雷。独立避雷针和架空避雷线保护范围的滚球半径雷线保护范围的滚球半径h hr r可取可取100100米。米。 例题：露天堆草场的防雷工程设计示例A A、 雷击次数计算：雷击次数计算：L=120m W=100m H=14m TL=120m W=100m H=14m Td d=25d/a=25d/aN Ng g =0.024 T =0.024 Td d1.31.3=0.024 =0.024 25251.

35、31.3=1.58=1.58次次/ /kmkm2 2mmA Ae e=LW+2=LW+2（L+WL+W） +H +H（200-H200-H）1010-6-6 =0.031 =0.031（kmkm2 2）K=2.0K=2.0；N=K NN=K Ng g A Ae e=2=21.581.580.031=0.10.031=0.1次次/ / a a0.060.06次次/ / a a 因此，应采用独立避雷针或架空避雷线的方式作因此，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，滚球半径防雷保护设计，同时，滚球半径h hr r=100m=100m。H200H B B、矩形布置四矩形布置四支等高避

36、雷针保护计算支等高避雷针保护计算 在对被保护物进行分在对被保护物进行分析后，确定采用矩形布析后，确定采用矩形布置四支等高避雷针的方置四支等高避雷针的方式进行防雷保护设计。式进行防雷保护设计。 、预选针高为、预选针高为3030m m的的GFL19GFL19型避雷针塔。型避雷针塔。h=30mh=30m，h hx x=14m =14m ，h hr r=100m=100m。针塔外部的防雷保护半针塔外部的防雷保护半径为径为r rx x= - = - = - =20.38m = - =20.38m， 取取2020m m。四针布置见图。四针布置见图。hh2hrxrxhh2h30100230141002142

37、 = =142.832 = =142.83m mD D3 3= = （100-2100-28.28.2）=118.22m=118.22m142.83m142.83m中部中部O O点保护高度点保护高度 h ho o = = + h + h h hr r = = + 30 + 30 100 100 =10.7m =10.7m14m 14m 不满足要求，不满足要求，将避雷针塔高提高到将避雷针塔高提高到3535m m。hh2hr30100230223r2Dh22222.11810022、改用、改用3535m m的的GFL113GFL113型避雷针塔（总重量型避雷针塔（总重量2426.92426.9kg

38、kg）。）。h=35mh=35m，h hx x=14m =14m ，h hr r=100m=100m。针塔外部的防雷保护半径为针塔外部的防雷保护半径为r rx x= - =24.96m= - =24.96m， 取取2424m m。 四针布置见图。四针布置见图。2 = =151.992 = =151.99m mD D3 3= = （100-2100-211.511.5）=108.89m=108.89m151.99m151.99m中部中部O O点保护高度：点保护高度： h ho o= +30= +30100=18.88m100=18.88m14m 14m 满足要求。满足要求。 3510023514

39、100214hh2hr35100235222289.1081002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=27.29 m, hx=14m, hr=100m。rx= - =68.6551.03=17.62m11.5mrx=17.62m21.5m 不能全部满足要求，改用避雷线不能全部满足要求，改用避雷线保护法。保护法。计算两针中部保护高度计算两针中部保护高度两针间距离：两针间距离：D1=D2=10011.52=77m根据根据 计算两针中间保护高度计算两针中间保护高度ho；ho=27.29m21222xDhhhhrxor222o27710035h10029.27100229.271

40、4100214 A、计算线外的保护宽度计算线外的保护宽度h=25m，hx=14m ，hr=100m。针塔外部的防雷保护宽度为针塔外部的防雷保护宽度为bx= - = - =15.11m， 取取15m 2 = =132.29m两避雷线间的距离为两避雷线间的距离为D=120215=90m132.29m 、在对被保护物进行分析后，确定选用避雷线塔进行防在对被保护物进行分析后，确定选用避雷线塔进行防雷设计。雷设计。 预选用的避雷线塔为预选用的避雷线塔为25 25 m m高的高的GFW13GFW13型，型， 单塔重量为单塔重量为17011701kgkg；跨度为跨度为120120m m。 hh2hrhh2h

41、rxrxhh2h2510022514100214251002252 B B、计算两避雷线之间的保护范围最低点的高度计算两避雷线之间的保护范围最低点的高度h ho o=+h=+hh hr r=+25=+25100=14.30m100=14.30m14m14m满足要求。避雷线塔布置见图满足要求。避雷线塔布置见图 考虑跨度为考虑跨度为120120m m的避雷线，其最大弧垂为的避雷线，其最大弧垂为4.84.8m m，因此在选用避雷线塔时，应选用因此在选用避雷线塔时，应选用3030m m高的高的GFW15GFW15型，型， 单塔重量为单塔重量为2218.72218.7kgkg，四塔重量为四塔重量为887

42、4.88874.8kgkg。 避雷线采用直径为避雷线采用直径为7.87.8mmmm的钢绞线，跨度为的钢绞线，跨度为120120m m，单线重量为单线重量为35.635.6kgkg，双线重量为双线重量为71.271.2kgkg。地基础承载地基础承载力标准值为力标准值为150150kN/mkN/m2 2。 接地电阻不大于接地电阻不大于1010，环形水平接地的环形水平接地的等效等效圆圆半半径径不小于不小于5 5m m，实际水平、垂直接地体的设计待土壤电实际水平、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。阻率测定数据完成后另行计算。 滚球法所画的地滚球法所画的地面，也可以是位于建面，也可以是

43、位于建筑物上的接地金属物筑物上的接地金属物或其它接闪器，这时，或其它接闪器，这时，这些接地金属物或其这些接地金属物或其它接闪器便被称为它接闪器便被称为“等效地面等效地面”。 计算楼顶上的避雷针保护范围时，由于楼顶计算楼顶上的避雷针保护范围时，由于楼顶的尺寸限制不可能象地面一样无限延伸，常常计的尺寸限制不可能象地面一样无限延伸，常常计算结果可能会造成滚球并未被避雷针和楼顶撑起，算结果可能会造成滚球并未被避雷针和楼顶撑起，而是悬在半空，不符合滚球法定义。而是悬在半空，不符合滚球法定义。 3.5 等效地面问题等效地面问题1、等效地面、等效地面 当接闪器在当接闪器在“地地面上保护范围的截面面上保护范围

44、的截面”的外周线触及接地金属的外周线触及接地金属物、其它接闪器时，各物、其它接闪器时，各图的保护范围均适用于图的保护范围均适用于这些接闪器。所需断面这些接闪器。所需断面的保护范围当接地金属的保护范围当接地金属物、其它接闪器是处在物、其它接闪器是处在外周线之内且位于被保外周线之内且位于被保护部位的边沿时，应按护部位的边沿时，应按以下方法确定所需断面以下方法确定所需断面的保护范围：的保护范围： 、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、

45、B B就是保护范围的上边线。就是保护范围的上边线。 建筑物为第二类防雷建筑物，楼顶平台需安装接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收数据的卫星天线 ( (如图所示如图所示) )： 天线高度等于天线高度等于4 4m m； 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 4米；米； 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8 8m m米。米。 要求设计接闪器对卫星接受收天线进行保护。要求设计接闪器对卫星接受收天线进行保护。2、等效地面问题分析：、等效地面问题分析： 解：解：大楼楼顶平台上已经有避雷带保护，现在只需考虑架大楼楼顶平台上已经

46、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。设避雷针用于保护卫星天线。 第一种计算方法：第一种计算方法： 按照建筑物防雷设计规范规定，由于大楼楼顶安装按照建筑物防雷设计规范规定，由于大楼楼顶安装了避雷带并且有可靠接地，因此大楼楼顶可以作为等效地面来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。按照单支避雷针的计算公式：对待。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。 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4 4m m。 r

47、 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=9mh=9m。 xrxrxhhhhhhr22 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 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。顶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

48、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 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。 hhhrr20 计算结论：计算结论： 第一种算法算出避雷针高第一种算法算出避雷针高9 9米，是以大楼屋面作为米，是以大楼屋面作为等效地面计算，避雷针的高度为等效地面计算，避雷针的高度为9 9米（即高出电梯机米（即高出电梯机房屋面房屋面

49、5 5米）。米）。 第二种算法是以电梯机房屋面作为等效地面计算，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算出避雷针高出电梯机房屋面1 1米。米。 第一种计算方法结果，第一种计算方法结果，OA=9OA=9米（即高出电梯机房米（即高出电梯机房屋面屋面5 5米）避雷针，以米）避雷针，以A A点和卫星最高点为圆心以点和卫星最高点为圆心以h hr r=45m=45m为半径分别画圆弧，使两圆弧相交。为半径分别画圆弧，使两圆弧相交。 两圆弧相交的交点为圆心，以两圆弧相交的交点为圆心，以h hr r=45m=45m半径画圆弧半径画圆弧它的保护曲线它的保护曲线ADAD并未触及大楼楼

50、顶；并未触及大楼楼顶； 第二种计算方法结果，第二种计算方法结果，0 0C=5C=5米（即高出电梯机房米（即高出电梯机房屋面屋面1 1米）避雷针，以米）避雷针，以C C点和卫星点和卫星天线天线最高点为圆心以最高点为圆心以h hr r=45m=45m为半径分别画圆弧，使两圆弧相交。为半径分别画圆弧，使两圆弧相交。 两圆弧相交的交点为圆心，以两圆弧相交的交点为圆心，以h hr r=45m=45m半径画圆弧半径画圆弧的保护曲线的保护曲线CFCF也未触及大楼楼顶平台。也未触及大楼楼顶平台。 从作图的结果证明，上述两种计算方法得出的结从作图的结果证明，上述两种计算方法得出的结论，直击雷都有可能直击中卫星天

51、线，结论是不正确论，直击雷都有可能直击中卫星天线，结论是不正确的。的。 第一种计算方法结果图示第一种计算方法结果图示 第二种计算方法结果图示第二种计算方法结果图示 总之，计算楼顶上的避雷针保护范围，由于楼顶总之，计算楼顶上的避雷针保护范围，由于楼顶平面的范围不可能象地面一样水平延伸，所以计算结平面的范围不可能象地面一样水平延伸，所以计算结果可能造成滚球并未被避雷针和楼顶撑起，而是悬在果可能造成滚球并未被避雷针和楼顶撑起，而是悬在半空，不符合滚球法定义。因此，要用作图方法进一半空，不符合滚球法定义。因此，要用作图方法进一步校对。步校对。 1、ESE避雷针避雷针简介简介 当雷暴来临时，所产生的能量

52、当雷暴来临时，所产生的能量是相当巨大的（每米达到几千伏），是相当巨大的（每米达到几千伏），ESEESE（早期预放电）避雷针的空气终早期预放电）避雷针的空气终端从自然界的电场中吸收能量，下端端从自然界的电场中吸收能量，下端能量收集电极把电能量贮存在触发装能量收集电极把电能量贮存在触发装置内。置内。 每当闪电发生前，电场强度迅速每当闪电发生前，电场强度迅速增强，当储存的能量达到某一水平，增强，当储存的能量达到某一水平，空气终端便会把信息输送入电触发装空气终端便会把信息输送入电触发装置，在空气终端的尖端便会产生火花，置，在空气终端的尖端便会产生火花，形成尖端放电现象。形成尖端放电现象。 3.6 E

53、S E (E S E (提前放电避雷针提前放电避雷针) )的保护范围的保护范围 在空气终端的尖端的离子化可被在空气终端的尖端的离子化可被表征为：表征为： 控制离子的释放：触发装置容许触发装置容许离子在极短的时间内放电，触发系统离子在极短的时间内放电，触发系统极度的准确性意味着离子可在极准的极度的准确性意味着离子可在极准的时间被释放，换句话说，在主闪电发时间被释放，换句话说，在主闪电发生前的刹那间。生前的刹那间。 CORONA效应的触发：大量初始：大量初始电子的存在，连同迅速增强的电场令电子的存在，连同迅速增强的电场令自然的自然的CORONACORONA效应触发时间减少。效应触发时间减少。 预期

54、上引放电通道：ESEESE避雷针避雷针被设计成从其尖端产生一预期上引放被设计成从其尖端产生一预期上引放电通道，并早于那些邻近高点产生。电通道，并早于那些邻近高点产生。这就表示着这就表示着ESEESE避雷针成为了在其保护避雷针成为了在其保护范围内最有影响力的一点。范围内最有影响力的一点。2 2、应用领域、应用领域1 1）易燃、易爆物品仓库易燃、易爆物品仓库2 2）矿场、农场矿场、农场3 3）高层建筑高层建筑 4 4）大学、医院大学、医院 5 5）民用与军用船舶民用与军用船舶6 6）高尔夫球场、赛马场、运动场高尔夫球场、赛马场、运动场7 7）证券交易所证券交易所8 8）无线通讯基站无线通讯基站9

55、9）化学品、纺织品、橡胶、油漆等制造）化学品、纺织品、橡胶、油漆等制造厂厂1010）历史性建筑物）历史性建筑物1111）电力变电站）电力变电站1212）机场）机场1313）广播电视塔）广播电视塔1414）微波站、雷达站、寻呼发射台）微波站、雷达站、寻呼发射台3、ESE滚球法简介滚球法简介 1 1）ESEESE避雷针的组成避雷针的组成 针头：是一种成型的不变针头：是一种成型的不变的良导体，于它顶部和延伸部的良导体，于它顶部和延伸部分可产生一股强制气流循环。分可产生一股强制气流循环。 支撑杆：是由加工过的铜支撑杆：是由加工过的铜（或各种类型不锈钢）组成，（或各种类型不锈钢）组成，顶部装有一个或多个

56、不锈钢离顶部装有一个或多个不锈钢离子发射极，插入绝缘套中，稳子发射极，插入绝缘套中，稳定漂浮的电位。定漂浮的电位。 转换器转换器 ( (压电压电激励器激励器) )：装于支：装于支撑杆的底部，由压撑杆的底部，由压电陶瓷组成，这些电陶瓷组成，这些压电陶瓷是压在一压电陶瓷是压在一个绝缘容器中，并个绝缘容器中，并与一套简单而完全与一套简单而完全可靠的激励系统相可靠的激励系统相配合，内有一条高配合，内有一条高压电缆沿杆内穿过压电缆沿杆内穿过以连接激励器与头以连接激励器与头部的发射极。部的发射极。 法国杜尔-梅森（DUVAL-MESSIEN） “卫星+” （satelit+）避雷针2 2）ESEESE工作

57、原理工作原理 ESEESE避雷针中压电陶瓷是一组晶体结构，存有一避雷针中压电陶瓷是一组晶体结构，存有一对已强加的一个强大极化场所极化的有特定方向的电对已强加的一个强大极化场所极化的有特定方向的电极。它由非常坚硬的材料（铝钛酸铅）组成，末端有极。它由非常坚硬的材料（铝钛酸铅）组成，末端有良好的镍涂层。良好的镍涂层。 该结构的特性是在受到压力时，会产生高电压该结构的特性是在受到压力时，会产生高电压（高达（高达2000020000伏至伏至2500025000伏）。远高于足以产生理想离伏）。远高于足以产生理想离子数所要求的水平。子数所要求的水平。 压电式激励器的许多可逆效应的应力可从以下几压电式激励器

58、的许多可逆效应的应力可从以下几方面获得的：避雷针本身及其小的扰动所产生的应力；方面获得的：避雷针本身及其小的扰动所产生的应力；针杆的共振产生的振荡效应；预先作用在激励器上的针杆的共振产生的振荡效应；预先作用在激励器上的应力。应力。 压电脉冲的两极性使压电脉冲的两极性使ESEESE避雷针具有：避雷针具有：在正电闪在正电闪和负电闪这两种情况下都能工作的优点。和负电闪这两种情况下都能工作的优点。 与激励器有电气连接的发射极处于高电位，它们与激励器有电气连接的发射极处于高电位，它们释放大量的离子，扩散至针头周围和它的延伸区。释放大量的离子，扩散至针头周围和它的延伸区。 避雷针电离系统主要是缩短了电晕效

59、应产生的时避雷针电离系统主要是缩短了电晕效应产生的时间，当电离子由正常密度间，当电离子由正常密度15015011001100个个/ /cmcm3 3增加至增加至80,00080,000个个/ /cmcm3 3时，引发放电所需的时间会缩短时，引发放电所需的时间会缩短5050，电荷密度，电荷密度越大则时间越短。越大则时间越短。 事实上，在周围空气中任何人为的对离子密度的事实上，在周围空气中任何人为的对离子密度的增加都会降低大气介质的击穿电压。增加都会降低大气介质的击穿电压。3、ESE避雷针的保护范围 l）优先截获 在低强度电场下促进激发的能力，增大了避雷针截获的概率。这种能力使“优先截获点”比被保护的大楼的其它点的性能更好。 因此，这种避雷针对干低强度放电（25kA）比