物理fname=避雷針保護范圍計算1教學(xué)文案

接閃器的保護范圍計算講座株洲普天中普防雷工程有限公司劉秋成

滾球法：滾球法的物理圖象是，是以hr為半徑的一個球體，沿需要防直擊雷的部位滾動，當(dāng)球體只觸及接閃器（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。建筑物的防雷類別滾球半徑hr（m）避雷網(wǎng)格尺寸（m）第一類防雷建筑物30≤5×5或≤6×4第二類防雷建筑物45≤10×10或≤12×8第三類防雷建筑物60≤20×20或≤24×16半徑45米的滾球在建筑物上的移動軌跡一、單支避雷針的保護范圍單支避雷針的保護范圍計算簡圖hr-h由計算推導(dǎo)，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。由計算推導(dǎo)，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。單支避雷針的保護范圍剖面立體圖例一：第二類防雷建筑物，計算單支避雷針的保護范圍時，若避雷針高度為45m，避雷針在地面上的保護半徑為45m；若避雷針的高度為8m，代入公式：=25.6(m)若單支避雷針的高度大于滾球半徑，則避雷針在地面上的保護半徑等于滾球半徑，即：r0=hr二、雙支等高避雷針的保護范圍

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(cè)滾向避雷針，并與其接觸后兩球體的相交線而得出的。在避雷針高度h小于或等于滾球半徑hr時，當(dāng)兩支避雷針的距離D≥時，應(yīng)按單支避雷針的方法確定；當(dāng)D＜時，應(yīng)按下列方法確定（見圖）：

ABCD外側(cè)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(cè)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）兩針間AEBC內(nèi)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(yīng)當(dāng)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。

三、單根避雷線的保護范圍由于重量力的作用，避雷線是一段垂弧。其保護效果等同于在弧垂上每一點都是一根等高的避雷針。等高支柱之間的距離小于120m時弧垂為2m。當(dāng)避雷線的高度h≥2hr時，無保護范圍；當(dāng)避雷線的高度h＜2hr時，應(yīng)按下列方法確定。

1）距地面hr處作一平行于地面的平行線；2)

以避雷線為圓心，hr為半徑，作弧線交于平行線的A、B兩點；3)

以A、B為圓心，hr為半徑作弧線，該兩弧線相交或相切并與地面相切。從該弧線起到地面止就是保護范圍；4)避雷線在hx高度的x-x‘平面上的保護寬度，按下式計算：單根架空避雷線的保護范圍

四、采用滾球法計算保護范圍設(shè)計示例屋面安裝避雷針實例二類防雷建筑物屋面中央有一組空調(diào)設(shè)備高出避雷帶，要求在14、15與G、H軸線交叉處設(shè)置避雷針，此時可按照矩形布置四支等高避雷針進行保護。已知條件：D1=18.3m；D2=8m；D3=19.97m；h0=19.5m。h=20.62m放置中央空調(diào)室外設(shè)備的屋面標(biāo)高為18.00m，女兒墻高度為19.10m，因此，可在14、15與G、H軸線交叉處女兒墻上安裝1.52m的避雷針?biāo)母?，考慮到安全裕度，避雷針自身設(shè)計高度1.80m，此時針頂標(biāo)高為20.90m。

接閃器裝設(shè)在屋面建筑物上的避雷網(wǎng)（帶）、避雷針及金屬屋面混合組成接閃器，屋面避雷網(wǎng)網(wǎng)格不大于10m×10m；突出屋面的金屬物體應(yīng)和屋面防雷裝置相連，在屋面接閃器保護范圍之外的非金屬物體應(yīng)裝接閃器，并和屋面防雷裝置相連。求避雷針的高度：根據(jù)公式：某廠準(zhǔn)備利用一場地做露天草庫，草庫占地面積為80m×70m，草庫設(shè)計堆高為10米，為該草庫設(shè)計防雷避雷針。按照GB50057-2020規(guī)范4.5.5條規(guī)定：糧、棉及易燃物大量集中的露天堆場，宜采用防直擊雷的措施，當(dāng)其年計算雷擊次數(shù)大于或等于0.05次時,宜采用獨立避雷針或架空避雷線防直擊雷。獨立避雷針的滾球半徑hr可取100米。露天草場堆安裝避雷針實例1、雷擊次數(shù)計算：L=80mW=70mH=10mTd=25d/aNg=0.1Td=0.1×25=2.5次/km2·mAe=0.024（km2）K=2.0；N=KNgAe=2×2.5×0.024=0.11次/a＞0.05次/a因此，應(yīng)采用獨立避雷針或架空避雷線的方式作防雷保護設(shè)計，同時，滾球半徑hr=100m。2、在對被保護物進行分析后，確定采用矩形布置四支等高避雷針進行直擊雷保護設(shè)計。預(yù)選針高為25m的避雷針?biāo)?。避雷針?biāo)陌惭b位置如圖：h=25m，hx=10m，hr=100m。 最低點高度h0=19.31米>10米，滿足要求。3、草場庫中部最低點O點的高度的計算。兩針中部的保護高度，兩針間距離D1’-D2’：

80－15×2=50m

根據(jù)公式：

4、計算D1’與D2’兩針外側(cè)的保護半徑

Hr=100，D=50，h=25經(jīng)計算h0=21.82m計算兩針中部外側(cè)的保護半徑h=21.82m,hx=10m,hr=100m。經(jīng)計算Rx=18.76m>15m,滿足要求。5、每根避雷針的沖擊接地電阻不大于10Ω，實際水平、垂直接地體的設(shè)計待土壤電阻率測定數(shù)據(jù)完成后另行計算。五、等效地面問題

滾球法所畫的地面，也可以是位于建筑物上的接地金屬物或其它接閃器，這時，這些接地金屬物或其它接閃器便被稱為“等效地面”。

計算樓頂上的避雷針保護范圍時，由于樓頂?shù)某叽缦拗撇豢赡芟蟮孛嬉粯訜o限延伸，常常計算結(jié)果可能會造成滾球并未被避雷針和樓頂撐起，而是懸在半空，不符合滾球法定義。

當(dāng)接閃器在“地面上保護范圍的截面”的外周線觸及接地金屬物、其它接閃器時，各圖的保護范圍均適用于這些接閃器。所需斷面的保護范圍當(dāng)接地金屬物、其它接閃器是處在外周線之內(nèi)且位于被保護部位的邊沿時，應(yīng)按以下方法確定所需斷面的保護范圍：

①、以A、B為圓心，hr為半徑作弧線相交于O點；②、以O(shè)點為圓心、hr為半徑作弧線A、B，弧線A、B就是保護范圍的上邊線。等效地面問題實例：建筑物為第二類防雷建筑物，樓頂平臺需安裝接收數(shù)據(jù)的衛(wèi)星天線(如圖所示)：天線高度等于4m；電梯機房屋面距衛(wèi)星天線放置屋面高度為4米；衛(wèi)星天線到電梯房的距離等于8m米。要求設(shè)計接閃器對衛(wèi)星接收天線進行保護。大樓樓頂平臺上已經(jīng)有避雷帶保護，現(xiàn)在只需考慮架設(shè)避雷針用于保護衛(wèi)星天線。第一種計算方法：按照《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》規(guī)定，由于大樓樓頂安裝了避雷帶并且有可靠接地，因此大樓樓頂可以作為等效地面來對待。按照單支避雷針的計算公式：

其中：Hr滾球半徑，hr=45m。Hx被保護物的高度，hx是衛(wèi)星天線高度等于4m。Rx避雷針在hx高度上的保護半徑，是衛(wèi)星天線到電梯機房的距離rx=8m。h避雷針高度。解方程得避雷針高度為：h=9m。

第二計算方法：電梯房和被保護的衛(wèi)星天線同樣高4米，且電梯機房頂也有避雷帶和大樓避雷帶相連接。因此把電梯房頂?shù)奈菝娈?dāng)作地面來計算。按照單支避雷針的計算公式：其中：hr滾球半徑，第二類防雷建筑物取hr=45m。 r0避雷針在hx高度上的保護半徑，是衛(wèi)星天線到電梯機房的距離rx=8m。h避雷針高度。解方程得避雷針高度為：h=1m。

計算結(jié)論：第一種算法算出避雷針高9米，是以大樓屋面作為等效地面計算，避雷針的高度為9米（即高出電梯機房屋面5米）。第二種算法是以電梯機房屋面作為等效地面計算，算出避雷針高出電梯機房屋面1米。

第一種計算方法結(jié)果，OA=9米（即高出電梯機房屋面5米）避雷針，以A點和衛(wèi)星最高點為圓心以hr=45m為半徑分別畫圓弧，使兩圓弧相交。兩圓弧相交的交點為圓心，以hr=45m半徑畫圓弧它的保護曲線AD并未觸及大樓樓頂；

第二種計算方法結(jié)果，0C=5米（即高出電梯機房屋面1米）避雷針，以C點和衛(wèi)星天線最高點為圓心以hr=45m為半徑分別畫圓弧，使兩圓弧相交。兩圓弧相交的交點為圓心，以hr=45m半徑