接闪器保护范围剖析

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1、 第三章 接闪器及保护范围的计算 在GB5005794中：避雷针、避雷带( 线)、避雷网是直接接受雷击的，统称为接 闪器。 3.1 避雷针 3.1.1 工作原理与结构 1、避雷针工作原理：由于雷云中向下先导趋向 地面，同时使地面物体中电晕放电所引起的电离加 剧，从而在某些地面物体上产生一个向上的先导， 安装在比其它物体高得多的避雷针正是利用自身产 生的向上先导来改变雷云向下先导的走向，将落雷 点引到自己身上，达到保护比它矮的物体不易遭受 雷击。 2、避雷针结构：由接闪器、引下线与接地装置 组成。 1）接闪器：一般采用镀锌圆钢或镀锌焊接钢 管制成。 长度在1.5米以上时，圆钢直径不得小于10mm

2、；钢 管直径不得小于20mm，管壁厚度不得小于2.75mm 。在有污染或腐蚀性较强的场所，这些尺寸应适当 加大或采取其他的防腐措施，如用铜或不锈钢制作 。 为了保证其可靠 的泄流能力与安 全性，其直径不 应小于表所示数 值 长度超过3m时，需要 用几节不同直径的钢管组 合起来（如图）。 引下线 长度与组合节数尺寸关系 2）引下线（接地线）：将接闪器或金属设备与接 地装置连接起来。在正常情况下不载流。雷击时 ，将雷电流传送到接地装置去。一般采用圆钢或 扁钢，宜优先采用圆钢。 采用圆钢，直径不得小于8mm。 若采用扁钢，厚度不得小于4mm，截面积不 得小于48mm （即 4 12mm ）。 走线要

3、求：一般沿外墙，最短路径接地；多引下线 应作等电位连接；在离地面1.8米以内设置断接卡；避开 人容易碰撞的地方；在有污染或腐蚀性较强的场所，应 采取防腐措施。 特殊情况暗敷应加大引下线尺寸，截面积不得小 于80mm 。 3）接地装置：埋设在地中直接与大地接触作散流 的金属导体。 若接地体采用垂直埋设，一般宜用角钢、钢管 或圆钢等。 若采用水平埋设时，一般采用扁钢或圆钢。 接地电阻一般要求小于10 ，对土壤电阻率较 高的地区，可以酌情放宽一些，但要求小于30 。 接地技术从富兰克林接地技术从富兰克林现在仍然是防雷工现在仍然是防雷工 作的重要内容。作的重要内容。具体见第四章避雷接地。 3.1.2

4、保护范围 1、相关术语 1）绕击率：指某一物体处在避雷针的保护范围 内，由于雷电的路径受很多偶然因素影响，该物体 仍有可能受到雷击，将雷击的概率称为绕击率。 2）滚球法：一种几何模拟法，其滚球半径按我 国防雷规范标准有30m、45m、60m三个规定值（ 见表），当球体同时触及到接闪器（或作接闪器 的金属物）和地面（或能承受雷击的金属物）的 情况下，未触及的部分，即规定为绕击率为0.1% 时，接闪器的保护范围。 建筑物的防雷类别滚球半径hr（m）避雷网格尺寸（m） 第一类防雷建筑物3055或64 第二类防雷建筑物451010或128 第三类防雷建筑物602020或2416 滚球法的物理图象是，是

5、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），或只触及 接闪器和地面（包括与大地接触并能承受雷击的金 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。 1、单支避雷针的保护范围的确定 3.2 单支避雷针的保护范围 （1）距地面处作一平行于地面的平行线； （2）以针尖为圆心，hr为半径，作弧线交于平 行线 A、B两点： （3）分别以A、B为圆心，hr为半径作弧线，该 弧线与针尖相交并与地面相切。以此弧线绕中心轴 旋转在地面上形成的锥体就是保护范围。 当避雷针的高度hhr（滚球半径）时，保护范围： 单支避雷针的保护范围剖面

6、立体图 2、单支避雷针的保护范围的计算 1） 避雷针在 高度的 平面上保护半径 x h 既保护范围为一母线为圆 弧的圆锥体（见图）。 避雷针在地平面上 保护半径 避雷针高度 xx平面上保护范围截面 滚球半径 若避雷针的高度为8m，代入公 式得： 2） 在避雷针上取高度为hr的一点代替单根避雷针 的针尖，即等效高度为hr的单根避雷针来分析。 例3.1：第二类防雷建筑物 ，计算单支避雷针的保护范 围时，滚球半径为45m，若避 雷针离地高度分别为45和8m 。 解：若避雷针的高度为45m， 代入公式得避雷针在地面上 的保护半径为45m； =25.6(m) 例题3.2 设一圆柱体二类防雷建筑，高4米，

7、直径5米，在距 离建筑物3米处设一避雷针，求避雷针的高度。 解：1）、确定滚球半径和避雷针高度小于hr。 二类防雷建筑的滚球半径为45米，先假定避雷针高 度20米，小于滚球半径。 2）、距地面45米处作一平行与地面的平行线。 3）、以针尖为圆心，45米为半径，作弧线交于平行 线的A、B两点 rx = - = - =18.87米 8米 ro = = = 37.42米 4）、以A、B为圆心，45米为半径作弧线，该 弧线与针尖相交并与地面相切。从此弧线起到 地面止就是保护范围，保护范围是个对称的锥 体。 5）、避雷针在hx高度的xx平面上和在地面上 的保护半径，按下列计算式确定： 6） 、直接计算

8、a 7） 、用公式 题3.1 在30米高建筑物顶上(20m50m)架设通讯天 线，设天线高4米，直径4米，假定建筑物本身 已经达到防雷要求，试按二类防雷建筑确定保 护通讯天线的避雷针。 3.3 多支避雷针的保护范围 双支避 雷针之间的 保护范围是 按照两个滚 球在地面从 两侧滚向避 雷针，并与 其接触后两 球体的相交 线而得出的 。 3.3.1 双支等高避雷针的保护范围 1、保护范围的确定 在避雷针高度h小于或等于滚球半径hr时，当两 支避雷针的距离D 时，应按单支 避雷针的方法确定； 当D 时，应按下列方法确定（见 图）： ABCD外侧的保护范围，按照单支避雷针的方 法确定；C、E点位于两针

9、间的垂直平分线上。在地 面每侧的最小保护宽度bo按下式计算： （3-3-1） 在AOB轴线上，距中心线任一距离x处，其在保 护范围上边线上的保护高度hx按下式确定： （3-3-2） 2、双支等高避雷针的保护范围的计算 两针间AEBC内的保护范围，ACO部分的保护范围 按以下方法确定：在任一保护高度hx和C点所处的垂 直平面上，在F点上以hx作为假想避雷针，按单支避 雷针的方法逐点确定（见图）。 双支等高避雷针保护范围脊线的计算简图 应当注意的是，1-1剖面的 剖切位置，滚球曲线是半径为hr 且通过F、C两点。 双支等高避雷针在hx高度的保护范围 （在D小于 时, hx高度的保护范围的情况） 双

10、支不等高避雷针的保护范围，在h1小于或等于 hr和h2小于或等于hr的情况下： 1、当D 时，应各按单支 避雷针所规定的方法确定； 2、当D 时，应按下列方 法确定： 1）ABCD外侧的保护范围，按照单支避雷针的方法 确定； CE线或HO线的位置按下式计算 （3-3-3） 2）在地面上每侧的最小保护宽度b0按下式计算 （3-3-4） 3.3.2 双支不等高避雷针的保护范围 3）在AOB轴线上，A、B间保护范围上边线按下 式确定： （3-3-5） 式中：x 距CE线或HO线的距离。 该保护范围上边线是以HO线上距地面hr的一点 O为圆心，以 为半径所作的圆 弧AB。 4）ACO部分的保护 范围按

11、以下方法确定： 在hx和C点所处的垂直平 面上，以hx作为假想避雷 针，按单支避雷针的方 法确定（见图）。 3、双支不等高避雷针在AOB铅垂面上保护范 围的计算简图 在h1hr和h2hr情况下： 当D 时，各按单支避雷针方 法确定； 当D 时： 1） AEBC外侧按单支避雷针方法确定； 2） CE线、HO按下列方法确定； 由图可知： R = = 双支等高避雷针保护范围的计算简图 R= = DD1 = D1 = 将R代入，可得： D1 = 整理后得：D1 = 1、矩形布置四支等高避雷针的保护范围，在h小于 或等于hr的情况下，当D3 时，应各按双 支等高避雷针的方法确定； 2、当D3 时，应按下

12、列方法确定： (1)四支避雷针的外侧各按双支避雷针的方法确定； 3.3.3 矩形布置四支等高避雷针的保护范围 (2)B、E 避雷针连线上的保护范围(见1-1剖面) ，外侧部分按单支避雷针的方法确定。两针的 保护范围按以下方法确定：以B、E两针针尖为 圆心、hr为半径作弧相交于O点，以O点为圆心 、hr为半径作圆弧，与针尖相连的这段圆弧即 为针间保护范围。保护范围最低点的高度ho按 下式计算： （3-3-6） (3) 2-2剖面的保护范围，以P点的垂直线上的O点 （距地面高度为（hr+ho）为圆心，hr为半径作圆弧 与B、C和A、E双支避雷针所作出在剖面的外侧保护范 围延长圆弧相交于F、H点。F

13、点（H点与此类同）的位 置及高度可按下列计算式确定： （3-3-7） （3-3-8） (4) 3-3剖面的保护范围的方法与2-2剖面部分的相同。 采用滚球法计算保护范围设计示例 为了保护屋面上中央空调设备可在14、15与 G、H轴线交叉处设置避雷针，此时可按照矩 形布置四支等高避雷针保护范围计算 D1=18.3m；D2=8m；D3= =19.97m； h0=19.5m。 综合教学大楼屋顶设备局部平面图 求避雷针的高度：根据公式： h= h0+ hr - =19.5+45 - =20.62m 放置中央空调室外设备的屋面标高为18.000m，女 儿墙高度为19.100m，因此，可在14、15与G、

14、H轴线 交叉处女儿墙上安装1.8m的避雷针四根对中央空调室 外设备进行保护，此时针顶标高为20.900m。 接闪闪器的布置是在屋面装设在建筑物上的避雷网 （带）、避雷针及金属屋面混合组成接闪器，屋面避 雷网网格不大于10m10m； 突出屋面的金属物体应和屋面防雷装置相连，在 屋面接闪器保护范围之外的非金属物体应装接闪器， 并和屋面防雷装置相连。 当避雷线的高度h 2hr时，无保护范围；当避 雷线的高度h 2hr时，应按下列方法确定。 1) 距地面hr处作一平行于地面的平行线； 2) 以避雷线为圆心，hr为半径，作弧线交于平 行线的A、B两点； 3) 以A、B为圆心，hr为半径作弧线，该两弧 线

15、相交或相切并与地面相切。从该弧线起到地面止 就是保护范围； 4) 当h小于2hr且大于hr时，保护范围最高点的 高度h0按下式计算： h0=2hrh （3-4-1） 3.4.1 单根避雷线的保护范围 3.4 避雷线的保护范围 5) 避雷线在hx高度的x-x平面上的保护宽度，按 下式计算： （3-4-2） 式中：bx 避雷线在hx高度的xx平面上的保护宽度（m ）； h 避雷线的高度（m）； hr 滚球半径，按各类防雷建筑确定（m）； hx 被保护物的高度（m）。 单根架空避雷线的保护范围 两根等高避雷线的保护范围按单支避雷针的方法 确定。 1、避雷线高度hhr时： 当D ，各按单根避雷线的方法 计算；当D ，按下列方法确定： 1）两根避雷线的外侧，按单根避雷线的方法确 定； 2）两根避雷线之间的保护范围按以下方法确定 ：以A、B两避雷线为圆心，hr为半径作圆弧交于O点 ，以O点为圆心、hr为半径作圆弧交于A、B点； 3）两避雷线之间保护范围最低点的高度h0按下 式计算： （3-4-3） 3.4.2 两根等高避雷线的保护范围 两根等高避