物理fname避雷针保护范围计算.ppt

[物理]fname=避雷针保护范围计算接闪器的保护范围接闪器的保护范围计算讲座计算讲座 滚滚球球法法：：滚滚球球法法的的物物理理图图象象是是，，是是以以h hr r为为半半径径的的一一个个球球体体，，沿沿需需要要防防直直击击雷雷的的部部位位滚滚动动，，当当球球体体只只触触及及接接闪闪器器（（包包括括被被利利用用作作为为接接闪闪器器的的金金属属物物）），，或或只只触触及及接接闪闪器器和和地地面面（（包包括括与与大大地地接接触触并并能能承承受受雷雷击击的的金金属属物物）），，而而不不触触及及需需要要保保护护的的部部位位时时，，则则该部分就得到接闪器的保护该部分就得到接闪器的保护建筑物的防雷类别建筑物的防雷类别滚球半径滚球半径h hr r（（m m））避雷网格尺寸（避雷网格尺寸（m m））第一类防雷建筑物第一类防雷建筑物3030≤5×5≤5×5或或≤6×4≤6×4第二类防雷建筑物第二类防雷建筑物4545≤10×10≤10×10或或≤12×8≤12×8第三类防雷建筑物第三类防雷建筑物6060≤20×20≤20×20或或≤24×16≤24×16半径45米的滚球在建筑物上的移动轨迹一、单支避雷针的保护范围 当避雷针的高度h≤hr（滚球半径）时： （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。

从此弧线起到地面上就是保护范围图2-5、2-6为单支避雷针保护范围立体图 （4）避雷针在hx高度的x x’平面和地面上的保护半径按下列方法确定： 单支避雷针的保护范围计算简图hr-h 由计算推导，单支避雷针的保护范围的计算式确定如下： （3-1） （3-2）式中：rx 避雷针在hx高度x-x’平面的保护半径； hr 为滚球半径； hx 被保护物的高度（m）； r0 避雷针在地面上的保护半径 由计算推导，单支避雷针的保护范围的计算式确定如下： （3-1） （3-2）式中：rx 避雷针在hx高度x-x’平面的保护半径； hr 为滚球半径； hx 被保护物的高度（m）； r0 避雷针在地面上的保护半径 单支避雷针的保护范围剖面立体图n n例一：第二类防雷建筑物，例一：第二类防雷建筑物，例一：第二类防雷建筑物，例一：第二类防雷建筑物，计算单支避雷针的保护范围计算单支避雷针的保护范围计算单支避雷针的保护范围计算单支避雷针的保护范围时，若避雷针高度为时，若避雷针高度为时，若避雷针高度为时，若避雷针高度为45m45m，，，，避雷针在地面上的保护半径避雷针在地面上的保护半径避雷针在地面上的保护半径避雷针在地面上的保护半径为为为为45m45m；若避雷针的高度为；若避雷针的高度为；若避雷针的高度为；若避雷针的高度为8m8m，代入公式：，代入公式：，代入公式：，代入公式：n n   =25.6(m)   =25.6(m)n n        若单支避雷针的高度大于若单支避雷针的高度大于若单支避雷针的高度大于若单支避雷针的高度大于滚球半径，则避雷针在地面滚球半径，则避雷针在地面滚球半径，则避雷针在地面滚球半径，则避雷针在地面上的保护半径等于滚球半径，上的保护半径等于滚球半径，上的保护半径等于滚球半径，上的保护半径等于滚球半径，即：即：即：即：n nr0 = hrr0 = hr二、双支等高避雷针的保护范围 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。

滚向避雷针，并与其接触后两球体的相交线而得出的滚向避雷针，并与其接触后两球体的相交线而得出的滚向避雷针，并与其接触后两球体的相交线而得出的n n 在避雷针高度在避雷针高度h h小于或等于滚球半径小于或等于滚球半径h hr r时，当两支时，当两支避雷针的距离避雷针的距离D≥ D≥ 时，应按单支避雷针的时，应按单支避雷针的方法确定；方法确定；n n 当当D D＜＜ 时，应按下列方法确定（见图）：时，应按下列方法确定（见图）： ABCDABCD外侧的保护范围，按照单支避雷针的方法确定；外侧的保护范围，按照单支避雷针的方法确定；C C、、E E点位于两针间的垂直平分线上在地面每侧的点位于两针间的垂直平分线上在地面每侧的最小保护宽度最小保护宽度bobo按下式计算：按下式计算： n n （（3-33-3））n n 在在AOBAOB轴线上，距中心线任一距离轴线上，距中心线任一距离x x处，其在保护处，其在保护范围上边线上的保护高度范围上边线上的保护高度hxhx按下式确定：按下式确定：n n n n （（3-43-4）） 两针间两针间AEBCAEBC内的保护范围，内的保护范围，ACOACO部分的保护范围按以下方法确部分的保护范围按以下方法确定：在任一保护高度定：在任一保护高度hxhx和和C C点所处的垂直平面上，在点所处的垂直平面上，在F F点上以点上以hxhx作为假想避雷针，按单支避雷针的方法逐点确定（见图）。

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三、单根避雷线的保护范围 由于重量力的作用，避雷线是一段垂弧其保护效果由于重量力的作用，避雷线是一段垂弧其保护效果等同于在弧垂上每一点都是一根等高的避雷针等高等同于在弧垂上每一点都是一根等高的避雷针等高支柱之间的距离小于支柱之间的距离小于120m120m时弧垂为时弧垂为2m2m      当避雷线的高度当避雷线的高度当避雷线的高度当避雷线的高度h h ≥ ≥ 2hr2hr时，无保护范围；当避时，无保护范围；当避时，无保护范围；当避时，无保护范围；当避雷线的高度雷线的高度雷线的高度雷线的高度h h ＜＜＜＜   2hr2hr时，应按下列方法确定时，应按下列方法确定时，应按下列方法确定时，应按下列方法确定 1 1））））   距地面距地面距地面距地面hrhr处作一平行于地面的平行线；处作一平行于地面的平行线；处作一平行于地面的平行线；处作一平行于地面的平行线； 2)  2) 以避雷线为圆心，以避雷线为圆心，以避雷线为圆心，以避雷线为圆心，hrhr为半径，作弧线交于平行为半径，作弧线交于平行为半径，作弧线交于平行为半径，作弧线交于平行        线的线的线的线的A A、、、、B B两点；两点；两点；两点； 3)   3)  以以以以A A、、、、B B为圆心，为圆心，为圆心，为圆心，h hr r为半径作弧线，该两弧线为半径作弧线，该两弧线为半径作弧线，该两弧线为半径作弧线，该两弧线相交或相切并与地面相切。

从该弧线起到地面止相交或相切并与地面相切从该弧线起到地面止相交或相切并与地面相切从该弧线起到地面止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；就是保护范围；就是保护范围；就是保护范围； 4) 4)避雷线在避雷线在避雷线在避雷线在hxhx高度的高度的高度的高度的x-x‘x-x‘平面上的保护宽度，按平面上的保护宽度，按平面上的保护宽度，按平面上的保护宽度，按下式计算：下式计算：下式计算：下式计算：单根架空避雷线的保护范围 四、采用滚球法计算保护范围设计示例屋面安装避雷针实例二类防雷建筑物屋面中央有一组空调设备高二类防雷建筑物屋面中央有一组空调设备高出避雷带，要求在出避雷带，要求在14、、15与与G、、H轴线交叉轴线交叉处设置避雷针，此时可按照矩形布置四支等处设置避雷针，此时可按照矩形布置四支等高避雷针进行保护已知条件：高避雷针进行保护已知条件：D1=18.3m；；D2=8m；；D3= 19.97m；；h0=19.5m h=20.62m 放置中央空调室外设备的屋面标高为放置中央空调室外设备的屋面标高为18.00m，女儿墙高度，女儿墙高度为为19.10m，因此，可在，因此，可在14、、15与与G、、H轴线交叉处女儿墙上安轴线交叉处女儿墙上安装装1.52m的避雷针四根，考虑到安全裕度，避雷针自身设计高的避雷针四根，考虑到安全裕度，避雷针自身设计高度度1.80m，此时针顶标高为，此时针顶标高为20.90m。

接闪器装设在屋面建筑物上的避雷网（带）、避雷针及金接闪器装设在屋面建筑物上的避雷网（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属屋面混合组成接闪器，屋面避雷网网格不大于10m×10m；； 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 求避雷针的高度：根据公式：求避雷针的高度：根据公式：n n某厂准备利用一场地做露天草库，草库占地面积某厂准备利用一场地做露天草库，草库占地面积某厂准备利用一场地做露天草库，草库占地面积某厂准备利用一场地做露天草库，草库占地面积为为为为80m×70m80m×70m，草库设计堆高为，草库设计堆高为，草库设计堆高为，草库设计堆高为1010米，为该草库米，为该草库米，为该草库米，为该草库设计防雷避雷针设计防雷避雷针设计防雷避雷针设计防雷避雷针n n            按照按照按照按照GB50057-2020GB50057-2020规范规范规范规范4.5.54.5.5条规定：粮、条规定：粮、条规定：粮、条规定：粮、棉及易燃物大量集中的露天堆场，宜采用防直击棉及易燃物大量集中的露天堆场，宜采用防直击棉及易燃物大量集中的露天堆场，宜采用防直击棉及易燃物大量集中的露天堆场，宜采用防直击雷的措施，当其年计算雷击次数大于或等于雷的措施，当其年计算雷击次数大于或等于雷的措施，当其年计算雷击次数大于或等于雷的措施，当其年计算雷击次数大于或等于0.050.05次时次时次时次时, ,宜采用独立避雷针或架空避雷线防直击雷。

宜采用独立避雷针或架空避雷线防直击雷宜采用独立避雷针或架空避雷线防直击雷宜采用独立避雷针或架空避雷线防直击雷独立避雷针的滚球半径独立避雷针的滚球半径独立避雷针的滚球半径独立避雷针的滚球半径h hr r可取可取可取可取100100米露天草场堆安装避雷针实例露天草场堆安装避雷针实例1、、 雷击次数计算：雷击次数计算：     L=80m   W=70m   H=10m   Td=25d/a     L=80m   W=70m   H=10m   Td=25d/a     Ng =0.1 Td=0.1 ×25=2.5     Ng =0.1 Td=0.1 ×25=2.5次次次次/km2·m/km2·m    Ae=0.024    Ae=0.024（（（（kmkm2 2））））    K=2.0    K=2.0；；；；    N=K Ng Ae=2×2.5×0.024    N=K Ng Ae=2×2.5×0.024    =0.11    =0.11次次次次/ a/ a＞＞＞＞0.050.05次次次次/ a/ a          因此，应采用独立避雷针或架空避雷线的方式作防雷保护因此，应采用独立避雷针或架空避雷线的方式作防雷保护因此，应采用独立避雷针或架空避雷线的方式作防雷保护因此，应采用独立避雷针或架空避雷线的方式作防雷保护设计，同时，滚球半径设计，同时，滚球半径设计，同时，滚球半径设计，同时，滚球半径hr=100mhr=100m。

  2  2、、、、   在对被保护物进行分析后，确定采用矩形布置四支等高在对被保护物进行分析后，确定采用矩形布置四支等高在对被保护物进行分析后，确定采用矩形布置四支等高在对被保护物进行分析后，确定采用矩形布置四支等高避雷针进行直击雷保护设计避雷针进行直击雷保护设计避雷针进行直击雷保护设计避雷针进行直击雷保护设计      预选针高为预选针高为预选针高为预选针高为25m25m的避雷针塔避雷针塔的安装位置如图：的避雷针塔避雷针塔的安装位置如图：的避雷针塔避雷针塔的安装位置如图：的避雷针塔避雷针塔的安装位置如图：   h=25mh=25m，，，，hx=10m hx=10m ，，，，hr=100mhr=100m最低点高度最低点高度最低点高度最低点高度h h0 0 = 19.31 = 19.31米米米米 >10 >10米，满足要求米，满足要求米，满足要求米，满足要求3 3、草场库中部最低点、草场库中部最低点、草场库中部最低点、草场库中部最低点OO点的高度的计算点的高度的计算点的高度的计算点的高度的计算两针中部的保护高度，两针间距离两针中部的保护高度，两针间距离D1’-D2’：： 80－－15×2=50m根据公式：根据公式：4 4、计算、计算、计算、计算D1’D1’与与与与D2’D2’两针外侧的保护半径两针外侧的保护半径两针外侧的保护半径两针外侧的保护半径Hr=100，，D=50，，h=25经计算经计算 h0 = 21.82m计算两针中部外侧的保护半径计算两针中部外侧的保护半径 h = 21.82 m, hx = 10m, hr = 100m。

经计算经计算 Rx = 18.76m >15m , 满足要求满足要求5、每根避雷针的冲击接地电阻不大于、每根避雷针的冲击接地电阻不大于10Ω，，实际水平、垂直接地体的设计待土壤电阻实际水平、垂直接地体的设计待土壤电阻率测定数据完成后另行计算率测定数据完成后另行计算五、等效地面问题五、等效地面问题 滚球法所画的地面，也可以是位于建筑物上的滚球法所画的地面，也可以是位于建筑物上的滚球法所画的地面，也可以是位于建筑物上的滚球法所画的地面，也可以是位于建筑物上的接地金属物或其它接闪器，这时，这些接地金接地金属物或其它接闪器，这时，这些接地金接地金属物或其它接闪器，这时，这些接地金接地金属物或其它接闪器，这时，这些接地金属物或其它接闪器便被称为属物或其它接闪器便被称为属物或其它接闪器便被称为属物或其它接闪器便被称为“ “等效地面等效地面等效地面等效地面” ” 计算楼顶上的避雷计算楼顶上的避雷针保护范围时，由于楼针保护范围时，由于楼顶的尺寸限制不可能象顶的尺寸限制不可能象地面一样无限延伸，常地面一样无限延伸，常常计算结果可能会造成常计算结果可能会造成滚球并未被避雷针和楼滚球并未被避雷针和楼顶撑起，而是悬在半空顶撑起，而是悬在半空，不符合滚球法定义。

不符合滚球法定义  当当接接闪闪器器在在“地地面面上上保保护护范范围围的的截截面面”的的外外周周线线触触及及接接地地金金属属物物、、其其它它接接闪闪器器时时，，各各图图的的保保护护范范围围均均适适用用于于这这些些接接闪闪器器所所需需断断面面的的保保护护范范围围当当接接地地金金属属物物、、其其它它接接闪闪器器是是处处在在外外周周线线之之内内且且位位于于被被保保护护部部位位的的边边沿沿时时，，应应按按以以下下方方法法确确定定所所需需断断面面的的保护范围：保护范围： ① ①、以、以A A、、B B为圆心，为圆心， h hr r为半径作弧线相交于为半径作弧线相交于O O点；点； ② ②、以、以O O点为圆心、点为圆心、h hr r为半径作弧线为半径作弧线A A、、B B，弧线，弧线A A、、B B就是保护范围的上边线就是保护范围的上边线 等效地面问题实例：n n建筑物为第二类防雷建筑物，楼顶平台需安装接收数据的卫建筑物为第二类防雷建筑物，楼顶平台需安装接收数据的卫建筑物为第二类防雷建筑物，楼顶平台需安装接收数据的卫建筑物为第二类防雷建筑物，楼顶平台需安装接收数据的卫星天线星天线星天线星天线 (  (如图所示如图所示如图所示如图所示) )：：：：n n     天线高度等于天线高度等于天线高度等于天线高度等于4m4m；；；；n n     电梯机房屋面距卫星天线放置屋面高度为电梯机房屋面距卫星天线放置屋面高度为电梯机房屋面距卫星天线放置屋面高度为电梯机房屋面距卫星天线放置屋面高度为4 4米；米；米；米；n n     卫星天线到电梯房的距离等于卫星天线到电梯房的距离等于卫星天线到电梯房的距离等于卫星天线到电梯房的距离等于8m8m米。

米n n     要求设计接闪器对卫星接收天线进行保护要求设计接闪器对卫星接收天线进行保护要求设计接闪器对卫星接收天线进行保护要求设计接闪器对卫星接收天线进行保护n n大楼楼顶平台上已经有避雷带保护，现在只需考虑架设避雷大楼楼顶平台上已经有避雷带保护，现在只需考虑架设避雷大楼楼顶平台上已经有避雷带保护，现在只需考虑架设避雷大楼楼顶平台上已经有避雷带保护，现在只需考虑架设避雷针用于保护卫星天线针用于保护卫星天线针用于保护卫星天线针用于保护卫星天线     第一种计算方法：第一种计算方法：第一种计算方法：第一种计算方法：n n        按照《建筑物防雷设计规范》规定，由于大按照《建筑物防雷设计规范》规定，由于大按照《建筑物防雷设计规范》规定，由于大按照《建筑物防雷设计规范》规定，由于大楼楼顶安装了避雷带并且有可靠接地，因此大楼楼楼顶安装了避雷带并且有可靠接地，因此大楼楼楼顶安装了避雷带并且有可靠接地，因此大楼楼楼顶安装了避雷带并且有可靠接地，因此大楼楼顶可以作为等效地面来对待按照单支避雷针楼顶可以作为等效地面来对待按照单支避雷针楼顶可以作为等效地面来对待按照单支避雷针楼顶可以作为等效地面来对待。

按照单支避雷针的计算公式：的计算公式：的计算公式：的计算公式： 其中：其中：H Hr r 滚球半径，滚球半径，h hr r=45m=45mH Hx x 被保护物的高度，被保护物的高度，h hx x是卫星天线高度等于是卫星天线高度等于4m4mR Rx x 避雷针在避雷针在hxhx高度上的保护半径，是卫星天线到电梯机房高度上的保护半径，是卫星天线到电梯机房的距离的距离r rx x =8m =8m h h 避雷针高度避雷针高度 解方程得避雷针高度为：解方程得避雷针高度为：h=9mh=9m  第二计算方法：第二计算方法：第二计算方法：第二计算方法：              电梯房和被保护的卫星天线同样高电梯房和被保护的卫星天线同样高电梯房和被保护的卫星天线同样高电梯房和被保护的卫星天线同样高4 4米，且电梯机房米，且电梯机房米，且电梯机房米，且电梯机房顶也有避雷带和大楼避雷带相连接因此把电梯房顶的顶也有避雷带和大楼避雷带相连接因此把电梯房顶的顶也有避雷带和大楼避雷带相连接因此把电梯房顶的顶也有避雷带和大楼避雷带相连接因此把电梯房顶的屋面当作地面来计算屋面当作地面来计算屋面当作地面来计算。

屋面当作地面来计算   按照单支避雷针的计算公式：按照单支避雷针的计算公式：按照单支避雷针的计算公式：按照单支避雷针的计算公式：其中：其中：h hr r 滚球半径，第二类防雷建筑物取滚球半径，第二类防雷建筑物取h hr r=45m=45m r r0 0 避雷针在避雷针在hxhx高度上的保护半径，是卫星天线到电高度上的保护半径，是卫星天线到电 梯机房的距离梯机房的距离r rx x =8m =8m h h 避雷针高度避雷针高度 解方程得避雷针高度为：解方程得避雷针高度为：h=1mh=1m n n 计算结论：计算结论：n n  第一种算法算出避雷针高第一种算法算出避雷针高9米，是以大楼米，是以大楼屋面作为等效地面计算，避雷针的高度为屋面作为等效地面计算，避雷针的高度为9米（即高出电梯机房屋面米（即高出电梯机房屋面5米）n n  第二种算法是以电梯机房屋面作为等效第二种算法是以电梯机房屋面作为等效地面计算，算出避雷针高出电梯机房屋面地面计算，算出避雷针高出电梯机房屋面1米。

米 n n 第一种计算方法结果，第一种计算方法结果，OA=9米（即高米（即高出电梯机房屋面出电梯机房屋面5米）避雷针，以米）避雷针，以A点和卫点和卫星最高点为圆心以星最高点为圆心以hr=45m为半径分别画为半径分别画圆弧，使两圆弧相交圆弧，使两圆弧相交n n  两圆弧相交的交点为圆心，以两圆弧相交的交点为圆心，以hr=45m半径画圆弧它的保护曲线半径画圆弧它的保护曲线AD并未触及大楼并未触及大楼楼顶；楼顶； n n 第二种计算方法结果，第二种计算方法结果，0C=5米（即高出米（即高出电梯机房屋面电梯机房屋面1米）避雷针，以米）避雷针，以C点和卫星点和卫星天线最高点为圆心以天线最高点为圆心以hr=45m为半径分别为半径分别画圆弧，使两圆弧相交画圆弧，使两圆弧相交n n  两圆弧相交的交点为圆心，以两圆弧相交的交点为圆心，以hr=45m半径画圆弧的保护曲线半径画圆弧的保护曲线CF也未触及大楼楼也未触及大楼楼顶平台  从从作作图图的的结结果果证证明明，，上上述述两两种种计计算算方方法法得得出出的的结结论论，，直直击击雷雷都都有有可可能能直直击击中中卫卫星星天天线线，，卫卫星星天天线线不不能能得到有效的保护。

得到有效的保护 第一种计算方法结果图示第一种计算方法结果图示 第二种计算方法结果图示第二种计算方法结果图示  总总之之，，计计算算楼楼顶顶上上的的避避雷雷针针保保护护范范围围，，由由于于楼楼顶顶平平面面的的范范围围不不可可能能象象地地面面一一样样水水平平延延伸伸，，所所以以计计算算结结果果可可能能造造成成滚滚球球并并未未被被避避雷雷针针和和楼楼顶顶撑撑起起，，而而是是悬悬在在半半空空，，不不符符合合滚滚球球法法定定义义因因此此，，要要用用作作图图方方法法对对计计算结果进一步校对算结果进一步校对 本本 章章 结结 束束。