用改进滚球法确定避雷针的保护范围.PDF

用欧诜球法确的菀
郑江林苗(户西大学电气工程学院530004
摘耍分析滚球法的缺陷,結合我国巴经积累的丰富防雷经验,提出改进滚球法,取避雷
针的保护角为45°,设定避質针的引雷范及保护范国为常数,并以此为基准,确定避雷针的保
护范国。
关键词避雪针滚球浤改进滚球法引雷范围保护范国雷电击距半径保护角
1滚球法的缺陷
如图1所示,设避雷针的高度为h=O1O2
(m),防雷建筑顶部避雷带防雷平面为EF,滚球半径
为(m),按《建筑物防雷设计规范》(GBS0057-94),
现有用滚球法确定避雷针保护范围的方法如下。在
距E平面ん,处作一平行线CD(CE=DF=h-),以
针尖O1为圆心,b为半径,作弧线交于平行线的
C、D两点,再以C、D为圆心、h.为半径作狐
线,该弧线与针尖相交,并与EF平面相切。从此
图1滚球法确定单支避雷针的保护范固
弧线起到地面止即保护范围。其中,CD圆平面为下(1
引雷范围,落在该范围内的雷电将击中避雷针,而
a.结合图1,取避雷针的保护角为45°,即取
此时Q1EF对称锥体及EABF圆柱体为保护范围い)。∠C010=∠Dの103=4F,则在距针尖垂直往上
若取∠Cの203=∠D003为避雷针的保护角(1=,
0.707h,(u)处作ー平行地面的平
(引雷接闪角),见《交流电气装置的过电压保护和绝行线CD,以针尖O1为圆心,ん,为半径,作弧线
缘配合》(DL/T6320-199)(0(28),由图1可见,避交于平行线的C、D两点,の1C=O1D=l。
雷针的架设高度不间,其保护角也不同,避雷针架
b.以C、D为圆心,み,为半径作弧线,该弧
设得愈高,保护角愈大,引雷范围愈大,而保护范线与避雷针的针尖相交,并与C、D两点至地面
则下半部分愈宽、上半部分愈陡。当ん=の2の2,的垂线相交于E点和ド点(CE=DF=ん),从此弧
∠CO2O2=∠D0O3=9°时,保护范闊取得最大线起到地面止就是保护范園。保护范围分为两部
值。这种认为避雷针的倮护角及保护范围随其架设分,其一是由の1E构成的对称锥体;其二是以
高度変化而变化,避雷针甚至具有9°保护角的方O。为圆心,ED,=ん,sin45°为半径,EA=h-01O
法,容易引发一些人片面追求避雷针的架设高度,=んーh(1-6in45°)为高的EAB圆柱体。
以取得更大保护角及保护范图,最终造成防雷建筑
c.设ho=01の4=h,(1-sin45),避雷针在
有可能遭受绕击雷害或保护范園不能得到充分利用O1EF锥体内ん,高度(0等不合理现象,是亟待解决的问题。
AB平衝上的保护半径可按下列计算式确定(根据
2改进滚球法
《交流电气装費的过电压保护和绝缘配合》)』:
笔者认为,我国已经积累了比较丰富的取避雷
针的保护角小于或等于45°的防雷经
(2h--ho)-√A,(2h,-h,)
验1:12(3.4109,应该利用这一经验改进滚球法,
=h,in459-√h2(2a,-h
以使之更加完善。为此,笔者提出的改进滚球法如
2
用改迸滚沽确定避霄的係护範国一一郑江林苗
(171)?2
0 1995-2005 Tsingha Tongfang ptica isc (., d. All rights reserved
式中:,一在の1EF锥体内h高度的保护半径
R
一在O1EF帷体空间内被保护物的高度
mn),当h=ho时,h-ao≤h、≤ん,当
D
h在EF及AB平面上的保护半径(m)。当
h式(2)改写为;
图2避雷针架设高度对雷电绕击区的影响
=k,sin45°-√h(2hr-h,)(h2=ho-ん
4分析比较(据《交流电气装置的过电压保护和绝
缘配合》)
d.避雷针的引雷范間为位于其针尖垂直往上
取b,=45m,ho=h,(1-in4°)=13.18,设r
=O1O3h,sin45°(m)处,以03为圆心,并与地面平
r2分别为滚球法、改进滚球法在h1、h2高度平面
行的CD圆平面?)[9。引雷范围的半径r,(a)为
上的保护半径,①当h=b>ho时,0≤hx≤h,h
hry=h,sin45°
时,0≤h
h≤h2≤ho,取ha2=bo-h
3避雷针架设高度的影响
2;③当b=ho=h,(1ーin45°)时,0≤hrn=h2≤
结合图1,ho=01の4,由式(1)~(3)可见,当lo。在这三种情祝下的1、r2随hn、ha2变化的汁
h>ho时,の1EF能体的高为ho,EABF圆柱体的算结果见下表。
高为-b0>0;当b滚球法及改进滚球法的
h高度处,O1EF锥体的高为h,BABF圆柱体的高
rn1、Fz随ht、h,2变化计算结果表
为0;当h=ha时,O1EF锥体的高为ho=h,E
h> ho (h=h,
hABF圆柱体的高为ん-んo=0。由式(4)可见,y与
h无关。因此,避雷针的引雷范围及保护范間均为
滚球法「改进球法滚法改进演球」政进球法
rat haa ra
常数,无论避雷针的架设高度有多高或多矮,均可()」(ロ)(9」(m4u』(m》∞(
应用改进滚球法确定其↓雷范围及保护范。
274.t812.8810131.8
17.5715.1810.851511.20
此外,如图2所示,设避雷针的架设高度分别
31.82213.7316.1819.06、10
为ぬ1、h2,当h提高到b2,即避雷针的针尖由13131
hx和h2高出b1部分的雷电绕击区分别是以CA
11(2.34「8、1.39112.181.03
43.8210.0212
9013.180
h+h-in45°及h2-h1为高,h,sin45为半径的圆柱
01
0
面CABD和CCDH。或者,分别将此圆柱面雷电绕
结合图1,由上表可见,当ん>ho(ん=-)时,
击区等效为CD、CH圆平面之外的环形雷电绕击在0≤h1≤んーo,bーho=31.82m高度段,1.9
区,取CD圆平面之外的环形雷电绕击区的宽度为
≤r1≤45,r2=31.82,r1宽出rx213.18m(宽出
R1=C=Ca=h1+h,sin45(m),GF圆平面之外的41.42%):在31.82≤≤nr,h,=45m高度段,0
环形雷电绕击区的宽度为R2==G0=h2ーA1≤≤1.97,0≤231,82,其中在36.82≤hus
(m)。提高架设高度,避雷针的圆柱面雷电绕击区45m高度段,0≤1≤0.75,021,20,1几
或环形雷电绕击区将随之增大,发生电绕击的可乎没有什么保护范国可言。当k能性也将随之增大。这是符合雷电现象规律在0≤h。てん。ーh,h。-ん=4.18m高度段,8.06s
的
2)、〔3)、[4)、[5
、1
70≤r2≤12.88,r宽出r214.12ro(宽
28·(172)
建筑电气2004年第4期