“滾球法”計算接閃器保護范圍

1、接閃器保護范圍 滾球法：滾球法：滾球法的物理圖象是，滾球法的物理圖象是，是以是以h hr r為半徑為半徑的一個球體，沿需要防直擊雷的部位滾動，當球體的一個球體，沿需要防直擊雷的部位滾動，當球體只觸及接閃器（包括被利用作為接閃器的金屬物），只觸及接閃器（包括被利用作為接閃器的金屬物），或只觸及接閃器和地面（包括與大地接觸并能承受或只觸及接閃器和地面（包括與大地接觸并能承受雷擊的金屬物），而不觸及需要保護的部位時，則雷擊的金屬物），而不觸及需要保護的部位時，則該部分就得到接閃器的保護。該部分就得到接閃器的保護。接閃器的布置建筑物的防雷類別建筑物的防雷類別滾球半徑滾球半徑h hr r（m m）避雷網(wǎng)

2、格尺寸（避雷網(wǎng)格尺寸（m m）第一類防雷建筑物第一類防雷建筑物3030555 5或或6 64 4第二類防雷建筑物第二類防雷建筑物454510101010或或12128 8第三類防雷建筑物第三類防雷建筑物606020202020或或24241616半徑為45米的滾球在建筑物上的移動軌跡 19921992年頒布的英國標準年頒布的英國標準構筑物避雷的實構筑物避雷的實用規(guī)程用規(guī)程BS6651BS6651中明確指出中明確指出: : 對高度超過20米的構筑物而言，高度在20米以下的任何避雷針的保護角均會是與較低的構筑物相同的。然而對于20米以上的構筑物而言，有這樣建筑物在側面上遭閃擊的可能性，可推薦的是，

3、被保護的空間應采用滾球方法予以測定。 國際公認滾球理論的基礎是Whitehead 提出的，學術上稱為電氣幾何法(EGM)。 EGM理論認為，雷電先導首先進入哪一物體的雷擊距離，就對哪一物體放電，雷擊距離是雷電流的函數(shù)，可簡略地歸納以下三點: (1)滾球法是基于以下的雷閃數(shù)學模型(電氣幾何模型)：簡化為： (2)雷電先導對大地、導線及針形物體的雷擊距離是一致的。 (3)雷電先導是斜向入射的，其入射角呈概率分布，即g()=2cos2/ 。8 . 61302IreIh65. 010Ihr 與hr相對應的雷電流按公式整理后，為： I 以hr值代入，由于第一類防雷建筑物確立I=5.4kA，二類為I=10

4、.1kA，三類為I=15.8kA，由此計算出第一類防雷建筑物的hr=30m；第二類hr=45m；第三類hr=60m。 在使用滾球半徑的尺度上，我國標準與國際標準是有差別的。IEC標準將防雷級別分為類，其該球半徑分別為20m、30m、45m和60m。 54. 110rh一、單支避雷針的保護范圍 當避雷針的高度hhr（滾球半徑）時： （1）距地面處作一平行于地面的平行線； （2）以針尖為圓心，hr為半徑，作弧線交于平行線 A、B兩點： （3）分別以A、B為圓心，hr為半徑作弧線，該弧線與針尖相交并與地面相切。從此弧線起到地面上就是保護范圍。圖2-5、2-6為單支避雷針保護范圍立體圖。 （4）避雷針

5、在hx高度的x x平面和地面上的保護半徑按下列方法確定： 單支避雷針的保護范圍計算簡圖 h hr r-h-h22xrrhhh22hhhrr 由計算推導，單支避雷針的保護范圍的計算式確定如下： （3-1） （3-2）式中：rx 避雷針在hx高度x-x平面的保護半徑； hr 為滾球半徑； hx 被保護物的高度（m）； r0 避雷針在地面上的保護半徑 。xrxrxhhhhhhr22hhhrr20單支避雷針在hx高度的保護范圍單支避雷針的保護范圍立體圖單支避雷針的保護范圍剖面立體圖 例一：例一：第二類防雷建筑第二類防雷建筑物，計算單支避雷針的保護物，計算單支避雷針的保護范圍時，滾球半徑為范圍時，滾球半

6、徑為45m45m，若，若避雷針離地高度為避雷針離地高度為45m45m，代入，代入公式得避雷針在地面上的保公式得避雷針在地面上的保護半徑為護半徑為45m45m；若避雷針的高；若避雷針的高度為度為8m8m，代入公式得：，代入公式得： =25.6(m)=25.6(m) 若單支避雷針的高度大若單支避雷針的高度大于滾球半徑，則避雷針在地于滾球半徑，則避雷針在地面上的保護半徑等于滾球半面上的保護半徑等于滾球半徑，即：徑，即：r r0 0 = h= hr r8452820hhhrr 雙支避雷針之間的保護范圍是按照兩個滾球在地面從兩側滾向避雷針，并與其接觸后兩球體的相交線而得出的。二、雙支等高避雷針的保護范圍

7、二、雙支等高避雷針的保護范圍 在避雷針高度h小于或等于滾球半徑hr時，當兩支避雷針的距離D 時，應按單支避雷針的方法確定； 當D 時，應按下列方法確定（見圖）： ABCD外側的保護范圍，按照單支避雷針的方法確定；C、E點位于兩針間的垂直平分線上。在地面每側的最小保護寬度bo按下式計算： （3-3） 在AOB軸線上，距中心線任一距離x處，其在保護范圍上邊線上的保護高度hx按下式確定： （3-4） hhhr22hhhr22222DhhhEOCObro2222xDhhhhrrx 兩針間AEBC內的保護范圍，ACO部分的保護范圍按以下方法確定：在任一保護高度hx和C點所處的垂直平面上，在F點上以hx作

8、為假想避雷針，按單支避雷針的方法逐點確定（見圖）。 雙支等高避雷針保護范圍脊線的計算簡圖 應當注意的是，1-1剖面的剖切位置，滾球曲線是半徑為hr且通過F、C兩點。雙支等高避雷針的保護范圍立體圖（D小于 ） hh2h2r雙支等高避雷針在hx高度的保護范圍（在D D小于 時, hx高度的保護范圍的情況）hhhr22雙支等高避雷針在hx高度的保護范圍（在D D小于 時, hx高度的保護范圍的情況）hhhr22例二：例二：一舊建筑物為坡屋頂，屋長40m，寬8m，脊高5.5m，檐高3.5m，采用雙支避雷針保護，避雷針裝在屋脊上D=30m，針高5m。經(jīng)測量接地電阻為30歐姆?，F(xiàn)用作桶裝貯漆間或用作非桶裝

9、貯漆間時，需分別對該建筑物進行防雷技術核定，并要求提出審核結論。解：1、用作桶裝貯漆間時，為2區(qū)爆炸危險環(huán)境，經(jīng)核定該建筑為第二類防雷建筑物，按雙支等高避雷針的保護范圍進行核定，原避雷兩針之間的間距為 D=30m，針高度為5+5.5=10.5m 。 =57.78m 30m在兩避雷針間的垂直平分線上，其上邊線的保護高度： =7.38m5.5m（滿足要求）在山墻的屋脊部位hx=5.5m時，rx = = =7.33m5.0m（滿足要求）在避雷針的垂直平分線位置，屋檐的hx=3.5m，虛擬避雷針的高度為7.38m時，rx = = =7.29m4.0m（滿足要求）結論一：經(jīng)防雷審核，用作桶裝貯漆間時，原

10、有避雷針可滿足要求。5 .104525 .102hh2h2r22222rrx2305 .104545x2Dhhhhxrxrhhhhhh225 . 54525 . 55 .104525 .10 xrxrhhhhhh225 . 34525 . 338. 745238. 72、用作非桶裝貯漆間時，為1區(qū)爆炸危險環(huán)境，經(jīng)核定該建筑為第一類防雷建筑物，按雙支等高避雷針的保護范圍進行核定，原有避雷兩針之間的間距為 D=30m，避雷針高度為10.5m。在兩避雷針間的垂直平分線上，其上邊線的保護高度： =5.398m5.5m（不滿足要求）在山墻的屋脊部位hx=5.5m時，rx = = =5.49m5.0m（滿

11、足要求）結論一：經(jīng)防雷審核，用作非桶裝貯漆間時，原有避雷針不滿足要求。22222rrx2305 .103030 x2Dhhhhxrxrhhhhhh225 . 53025 . 55 .103025 .10例三：一混合結構房屋，屋長60m，寬10m，脊高5.9m，檐高3.4m，如何考慮避雷？解：經(jīng)審定該建筑物為第三類防雷建筑物：房屋長、而寬度不大時，可選用雙支等高獨立避雷針保護（如房屋長且寬時可選用多支避雷針保護）。為了安全起見，避雷針離開建筑物3m以上,按4m設置；避雷針距建筑物山墻端部5m，為防止跨步電壓及防接觸電壓，避雷針不要立在人行道上。 房屋的物檐使最突出的部位。只要避雷針能夠保護屋檐，

12、則對整個房屋起保護作用。設避雷針在房屋兩側成斜線布置，兩針中間的最小保護寬度如圖所示。hr=60m,h=12.3m,Sa2=4m,W=10m,L=60m,H1=3.4m,H2=5.9m1、計算地面保護半徑：r0= =36.39m 2、兩針之間的距離D= =53.14m 236.39m3、在H1=3.4m的高度時，r1=16.48m。4、在H2=5.9m高度的保護半徑，r2=10.44m, 畫出兩針在該高度的保護范圍。3 .126023 .12hh2hr225018 5、結論：A、5.9m高度上的中段屋脊不在保護范圍內。B、 3.4m高度上的中段屋檐不在保護范圍內。C、修改方案是：、加高避雷針；

13、、改用避雷線。 5、結論：A、5.9m高度上的中段屋脊不在保護范圍內。B、 3.4m高度上的中段屋檐不在保護范圍內。C、修改方案是：、加高避雷針；、改用避雷線。 雙支不等高避雷針的保護范圍，在h1小于或等于hr和h2小于或等于hr的情況下： 當D 時，應各按單支避雷針所規(guī)定的方法確定； 當D 時，應按下列方法確定：1、ABCD外側的保護范圍，按照單支避雷針的方法確定； CE線或HO線的位置按下式計算 （3-5）2、在地面上每側的最小保護寬度b0按下式計算 （3-6） 221122hhhhhhrr221122hhhhhhrrDDhhhhDrr2221221211r10Dhh2hEOCOb三、雙支

14、不等高避雷針的保護范圍三、雙支不等高避雷針的保護范圍 3 3、在、在AOBAOB軸線上，軸線上，A A、B B間保護范圍上邊線按下間保護范圍上邊線按下式確定：式確定： （3-73-7）式中：式中：x x 距距CECE線或線或HOHO線的距離。線的距離。 該保護范圍上邊線是以該保護范圍上邊線是以HOHO線上距地面線上距地面h hr r的一點的一點O O為圓心，以為圓心，以 為半徑所作的圓為半徑所作的圓弧弧ABAB。22121xDhhhhrrx212Dhhr 4 4、ACOACO部分的保護部分的保護范圍按以下方法確定：范圍按以下方法確定：在在h hx x和和C C點所處的垂直平點所處的垂直平面上，以面上，以h hx x作為假想避作為假想避雷針，按單支避雷針的雷針，按單支避雷針的方法確定（見圖）。方法確定（見圖）。 3 3、雙支不等高避雷針在、雙支不等高避雷針在AOAOB B鉛垂面上保護范鉛垂面上保護范圍的計算簡圖圍的計算簡圖在在h h1 1hhr r和和h h2 2hhr r情況下：情況下：當當D D 時，各按單支避雷針方時，各按單支避雷針方法確定；法確定；當當D D 時：時： 1 1） AEBCAEBC外側按單支避雷針方法確定；外側按單支避雷針方法確定； 2 2） CECE線、線、HOHO按下列方法確定；按下列方法確定；由圖可知：由圖可知：R = = = =