钻塔避雷针的设计及安装

钻塔避雷针的设计及安装张西坤（河北建设勘探研究院钻探机械厂，河北石家庄050031）摘要：概述了钻塔避雷针防雷原理，分析了钻塔避雷针爱惜范围和引雷区域的计算和确信原那么，对常见的钻塔避雷针进行了设计，给出了详细的结构方案，指出了钻塔避雷针安装注意事项。关键词：钻塔；避雷针；爱惜范围；引雷区域；0引言在水文地质、工程地质、地热施工、地质找矿、石油天然气开发等领域，由于是露天野外作业，雨季钻探施工，在空旷的野外，挺拔的钻塔、耸立的井架直插云端，如何避免雷击损害事故的发生显得尤其重要，设计安装避雷针是行之有效的防雷方法之一。避雷针能起到防护作用的缘故，是因为位置较高，且接地良好，当雷电接近避雷针周围，向避雷针主放电，其放电电流由避雷针及其接地装置传入地下，从而爱惜了必然空间范围内的物体免遭直接雷击。1避雷针组成及工作原理避雷针的组成避雷针由接闪器、接地引下线和接地极三部份串联组成。接闪器的位置高于钻塔顶部；接地引下线的截面积不但应依照雷电流通过时的发烧情形计算，使其可不能因过热而熔化，而且还要有足够的机械强度。接地体不仅要平安地把雷电流由此导入地中，而且还要使雷电流在流入大地时均匀地分散开去。避雷针的工作原理就其工作原理本质而言，避雷针不是避雷，而是利用其挺拔空中的有利地位，把雷电引向自身，经受雷击。同时把雷电流导入地下，起着爱惜其周围比它矮的构件或设备免受雷击的作用。2钻塔避雷针的爱惜范围折线法确信爱惜范围钻塔为金属构架，而且高度一样在70米之内，防雷适用于采纳折线法确信避雷针的爱惜范围（折线法在高度120米之内适用），折线法设计直观，计算简便，节省投资，它具有工程合理性的优势，并通过长期丰硕的运行实践，爱惜靠得住性高。钻塔避雷针爱惜范围如图1所示。h5h地面上的保范围h5h地面上的保范围图1折线法确信的钻塔避雷针爱惜范围（1） 避雷针在地面上的爱惜半径为,=1.5h式中r一爱惜半径h——避雷针高度（2） 在钻塔高度hx水平面上的爱惜半径为...h,当h>—时尸=（h一h）p=hpx2x x ah当h<-时尸=（1.5h一2h）p式中气——钻塔高度范围内任一水平面高度[——避雷针在J水平面上的爱惜半径ha——避雷针的有效高度p——避雷针的高度阻碍系数（考虑避雷针太高时，爱惜半径不按正比例增大的系数）当h<30米时，p=1当30米<h<120米时，p=5.5项当h>120米时，取其等于120米p=5.5/K120n0.5举例咱们用具体例子来计算钻塔避雷针的爱惜范围。一座A27m钻塔，钻塔从地面到塔顶的总高为h=28m，避雷针尖端高出钻塔2m。那么避雷针高度h=30m,避雷针在地面上的爱惜半径r=1.5龙=1.5x30=45m避雷针对钻塔顶部水平面的爱惜半径r=(h-h)p=(30-28)x1=2m避雷针在二层台18m的位置的爱惜半径为(二层台高度J=18m>W2=282=14m)r=(h-h)p=(30-18)x1=12m图2A27m钻塔避雷针爱惜范围实例由A27m钻塔的塔顶、二层台和底盘结构可知，所有结构没有接近或超出其爱惜半径的范围，也确实是说都在避雷针的爱惜范围内，因此绝对是平安的。3钻塔避雷针的引雷区域图3雷击针地分界面的理论分析图咱们要重点研究一下如何让避雷针有效地把周围的雷电引到自身并传至地下，如此就要认真分析雷击针地分界问题，即确信避雷针的引雷区域，图3为雷击针地分界面的理论分析图，据此能够求出雷击避雷针和地的理论分界限。图中L为避雷针尖，其高度为h，P（x，y）为雷电极头部，其对地高度为H，E为雷电极正下方的投影点，L、P之间的距离为R。当P点维持k=R/H等于某一常数（约等于1）在图面上运动时，其运动轨迹确实是雷击避雷针和地的理论分界限。分界限以y轴为中心旋转确实是立体的分界面。分界面内为雷击避雷针的空域，分界面之外为雷击大地的空域。分界面周围引下的雷击地面为散击区。钻塔避雷针的引雷能力强，当侧方攻击来的下行雷电被避雷针引近而未能在针端接闪时，会显现闪电击中避雷针周围地面的情形，使得高架避雷针周围的地面落雷密度较该处平均落雷密度大，该地面称为散击区。远离避雷针的地址雷击率不受避雷针的阻碍，称为正常区。挺拔的钻塔和高架避雷针引雷招致雷击率增高并存在散击区，因此防雷专家从来不主张用高架避雷针爱惜钻塔，主张用短针和避雷带防雷确实是考虑了既能发挥它的引雷作用，又幸免增加散雷区。由以上分析避雷针爱惜原理能够看出，避雷针的引雷空域和爱惜范围是两个不同的概念，引雷区域是闪电弧道可能散布的空间，它在高空，研究引雷区域能够充分熟悉设置避雷针的必要性确实是排除隐患；后者是避雷针能有效地屏蔽被爱惜物免于蒙受雷击的空间，它是避雷针周围必然高度和半径内的低空，研究爱惜范围能够指导对避雷针进行正确的设计安装，幸免因设计安装不妥造成避雷针的“有形无用”，从而幸免事故的发生；引雷区域和爱惜范围的空间位置不同，大小不同，作用不同。对避雷针的爱惜范围、引雷区域和散击区进行深切、全面、细致的分析，能确保避雷针对钻塔、钻机和人员的靠得住爱惜。依照以上概念能够计算和确信出不同钻塔避雷针高度、地面爱惜半径和散击区半径。表1不同钻塔的避雷针高度、地面爱惜区半径和散击区半径（单位：m）

地面保护区半径r30453347地面散击区半径r<s1081161271471551701952112414钻塔避雷针的设计及安装地面保护区半径r30453347地面散击区半径r<s1081161271471551701952112414钻塔避雷针的设计及安装图4一种钻塔避雷针设计图咱们设计的钻塔避雷针大体型式如下图，有以下特点：避雷针支撑杆部位必需，操作时注意爱惜镀锌层；采纳中10mm铜棒制作接收器，牢固耐震动，导电性好；用高压瓷瓶(击穿电压大于10kV以上)或酚醛树脂电木(击穿电压大于10kV以上)将避雷针和支撑杆隔开；避雷针引下线用截面积不小于25mm2的铜质电缆或30mm2的铝质电缆；接地极用封底钢管内装满大盐制成，保证接地电阻在15欧姆一下。图5钻塔避雷针安装示用意避雷针应垂直安装牢固，垂直度许诺误差为3/1000；避雷针接地极与钻塔本身、钻塔绷绳、电机接地和孔口处的爱惜距离应大于3m；避雷针应安装在钻塔顶部，高出塔顶1-3米(见表1)；在避雷针接地装置周围，由于跨步电压甚高，人员接近时有触电的危险，一样在避雷针接地装置周围10米的范围内是比较危险的；避雷针引下线与钻塔绷绳距离不小于1米。5结语必然要注意科学设计和安装钻探避雷针，不要轻视避雷技术各类环节的科学原理，更不可轻易自行设计安装避雷针。要确保避雷装置发挥效能，不但要正确设计、正确安装，还要常常保养，使它常常处于良好状态，如此一样就可使钻塔、钻机尤其是施工人员免受雷击伤害了。参考文献：芦洪伟.避雷针爱惜范围计算方式之比较[J].江西电力职业技术学院学报，2020(1):36-37.马宏达.避雷针爱惜范围的模拟实验理论与争议.工科物理,1998S1:柳玲,黄忠俭.常规避雷针与提早放电避雷针的比较[J].黑龙江气象,2020(2):45-46.吕步麟.山区避雷针爱惜范围的简化计算及作图