避雷针保护范围的计算

发布于:2007/6/7 8:57:23 | 531 次阅读

 

    摘 :避雷针是一种简单的防直击雷的装置。就国际电工委员会(IEC)推荐的滚球法对避雷针的保护范围进行了的计算。
  关键词:避雷针;保护范围;计算

  雷电是一种大自然放电现象,但它具有巨大的破坏性。雷电的破坏作用表现在:强大的电流,炽热的高温,猛烈的冲击波,剧变的电磁场以及强烈的电磁辐射等物理效应。因此它给人类社会带来的危害也是巨大的。

1 避雷针
  避雷针是一种简单的防直击雷装置。其优点是结构简单,安装方便,成本低廉,便于维护。避雷针经过两百多年来在全世界千百万座建筑物上的防雷实践,证明它是一种可靠而有效的避雷装置。
2 避雷针保护范围的计算
  关于避雷针保护范围的计算方法,中国防雷规范现已与国际接轨,即采用国际电工委员会(IEC)推荐的滚球法。该法比过去中国防雷规范中采用的折线法更加准确。所谓滚球法是以hr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(包括被利用作为接闪器的金属物)或接闪器和地面(包括与大地接触能承受雷击的金属物),而不触及需要保护的部位时,则该部分就得到接闪器的保护。不同类别的防雷建筑物的滚球半径如表1所示。



2.1 1根避雷针的保护范围
   
当避雷针的高度h≤hr
  距地面hr处作一条平行于地面的平行线,以避雷针的针尖为圆心,hr为半径画弧,交水平线于A、B两点,又分别以A、B两点为圆心,hr为半径,从针尖向地面画弧。如图1所示,则图中曲线就是避雷针保护范围的边界,保护范围是一个对称的锥体。
  以图1中O点为原点,地面为X轴,避雷针为Y轴,建立直角坐标系。那么B点的坐标为


 

  当避雷针的高度h≥hr时:在避雷针上取高度为hr的一点代替单根避雷针针尖作圆心,其余做法同上。
2.2 两根等高避雷针的保护范围

  1)在AEBC外侧的保护范围,按单根避雷针的方法确定。
    2)在地面每侧的最小保护宽度b0

  在AOB轴线上,如图2,O′距地面高度为hr,以O′为圆心,O′A(O′A=O′B)为半径,在A、B两点间画弧。若以中心线OO′为y轴,地面为x轴,建立直角
坐标系,则O′的坐标为(0,hr),弧所在的圆方程为

  那么,距中心线任一距离x处,其保护范围边缘上的保护高度hr可以由(1)式求得,即

2.3 两根不等高避雷针的保护范围




    2)在地面上以避雷针A为圆心为半径所作的弧与以B为圆心径作的弧相交于E、C两点,如图5,则在AEBC外侧的保护范围,按单根避雷针方法确定:在地面每侧的最小保护宽度b0



弧,如图4,若以OO′为y轴,地面为x轴,建立直角坐标系,则O′坐标为(0,hr),该弧所在的圆方程为

2.4 矩形布置的四根等高避雷针的保护范围

 

  1)四根避雷针外侧的保护范围各按两根等高避雷针的方法确定。
  2)B、E避雷针连线上的保护范围分别以B、E为圆心,hr为半径作弧线相交于O′点,如图7。又以O′为圆心,hr为半径,在B、E间作弧,这段弧即为针尖的保护范围。


    若以B、E垂直平分线为y轴,地面为x轴,建立


  3)分别以A、B两针之间的垂直平分线上的O点(距地面高度hr+h0)为圆心,hr为半径作弧,如图8。与B、C和A、E两根避雷针所作出的该剖面的外侧保护范围延长圆弧相交于F、H点。若以避雷针A所在的直线为y轴,地面为x轴,建立直角坐标系,则O点的坐标为



    弧FH所在的圆方程为

  
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