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雷 电 防 护 用 保 护 角 法 浅 析黄 旭( 中 国 石 化 工 程 建 设 公 司 ，北 京 100101)摘 要 : 简 要 介 绍 了 接 闪 器 定 位 通 常 使 用 的 三 种 方 式 : 保 护 角 法 ; 滚 球 法 和 网 格 法 以 及 三 种 方 式 的 使 用范 围 ，并 简 要 介 绍 了 保 护 角 法 的 演 变 历 程 ，同 时 根 据 滚 球 法 的 理 论 ，在 保 护 角 法 和 滚 球 法 保 护 区 域 相 同 的 前 提 下 ，通 过 建 立 对 应 的 数 学 模 型 ，详 细 地 介 绍 了 保 护 角 法 的 数 学 推 导 过 程 ，并 给 出 最 终 计 算 公 式 ，在 满 足 条 件 的 情 况 下 ，根 据 给 出 的 数 学 公 式 ，可 以 任 意 计 算 不 同 滚 球 半 径 下 所 需 要 的 相 关 结 果 ，大 大 简 化 在 实 际 工 程 中 的 应 用 关 键 词 : 保 护 角 法 滚 球 法 网 格 法 雷 电 防 护避 雷 针 保 护 范 围 的 滚 球 法 古 已 有 之 避 雷 针保 护 范 围 的 滚 球 法 ，又 称 击 距 法 ，是 1938 年 由 施 瓦 格 首 先 提 出 的 ，他 的 理 论 基 于 以 下 假 设 : “ 避 雷 针 和 避 雷 线 的 保 护 范 围 相 同 ，都 是 按 照 它 们 与 雷 电 先 导 之 间 的 距 离 判 定 的 ，即 在 所 有 电 压 形 式 ( 交 流 、 直 流 和 脉 冲 波 形 ) ，所 有 火 花 放 电 间 隙 形 状 下 ， 其 放 电 电 压 与 击 穿 距 离 都 是 线 性 的 关 系 ; 电 极 形 状 对 击 穿 电 压 没 有 影 响 ，都 可 按 照 双 针 间 隙 的 放 电 规 律 估 算 ，这 些 规 律 是 从 小 到 大 线 性 地 增 长 的 ” 。

等 效 法 计 算 而 得 ，使 保 护 角 保 护 的 空 间 等 于 滚 球法 保 护 的 空 间 它 适 用 于 简 单 建 筑 物 或 较 大 建 筑 物 的 小 部 分 ，但 其 有 几 何 学 上 的 局 限 性 ，不 适 合 于 高 度 超 过 所 选 防 雷 装 置 保 护 级 别 对 应 的 滚 球 半 径 的 建 筑 物 当 根 据 GB / T 21714． 3— 2008 和 表 2 排 除 了 采 用 保 护 角 法 进 行 接 闪 器 设 计 时 ［2］，应 采 用 滚 球 法 确 定 建 筑 物 的 各 个 部 分 及 区 域 的 被 保 护 空 间 滚 球 法 适 合 于 复 杂 形 状 的 建 筑 物 网 格 法 是 用 防 雷 网 格 形 导 体 以 给 定 的 网 格 宽 度 和 给 定 的 引 下 线 间 距 覆 盖 的 需 要 防 雷 空 间 它 是 一 种 老 的 通 用 方 法 ，即 法 拉 第 保 护 型 式 ，特 别 适 用 于 平 面 的 保 护 1 规 范 的 要 求GB / T 21714． 3— 2008《 雷 电 防 护 第 3 部 分 : 建 2 推 导 过 程早 期 的 防 雷 理 念 中 并 没 有 提 到 任 何 接 闪 器 的 保 护 角 的 方 法 ，是 在 以 后 才 逐 步 形 成 保 护 角 理 论 ， 从 而 形 成 所 谓 的 “ 保 护 角 法 ” 。

然 而 ，如 果 对 这 一 概 念 进 行 详 细 分 析 ，保 护 角 是 从 滚 球 方 法 应 用 中 获 得 的 因 此 ，有 必 要 对 “ 保 护 角 法 ” 进 行 详 细 地 介 绍 如 图 1 所 示 ，根 据 保 护 角 法 的 理 论 ，图 中 显 示 在 高 度 为 h 的 接 闪 器 周 围 由 点 阴 影 形 成 的 保 护 区筑 物 的 物 理 损 坏 和 生 命 危 险 》 ( 等 同 于 IEC62305— 3． 2006) 的 相 关 内 容 为 : 安 装 设 计 适 当 的接 闪 器 ，能 大 大 减 少 雷 电 流 侵 入 建 筑 物 的 概 率 ［1］ 接 闪 器 可 由 以 下 任 一 部 件 组 成 : 杆 状 接 闪 器 ( 包 括 独 立 支 座 ) ; 悬 链 线 ; 网 状 导 体 接 闪 器 应 安 装 在 建 筑 物 的 角 上 、 暴 露 在 外 的 点 、 边 缘 ( 特 别 是 屋 顶 边 缘 ) ，接 闪 器 的 定 位 通 常 有 三 种 方 式 : 保 护 角 法 ; 滚 球 法 ; 网 格 法 。

滚 球 法 适 用 于 任 何 场 所 ; 保 护 角 法 适 用 于 外 形 简 单 的 建 筑 物 ，但 受 到 滚 球 半 径 的 限 制 ; 网 格 法 适 用 于 对 平 面 表 面 的 保 护 在 设 计 接 闪 器 时 ，可 单 独 或 任 意 组 合 地 采 用 上 述 方 法 保 护 角 法 又 称 富 兰 克 林 保 护 型 式 用 许 多 导 体 ( 通 常 是 垂 直 和 水 平 导 体 ) 以 给 定 的 保 护 角 盖 住 需 要 防 雷 空 间 的 方 法 ，它 是 以 滚 球 法 作 为 基 础 ，以收 稿 日 期 :2012 － 01 － 05作 者 简 介 :黄 旭 ，男 ，山 东 东 明 人 ，1985 年 毕 业 于 郑 州 工 学 院 电 力 系 统 及 其 自 动 化 专 业 ，工 学 学 士 ，电 气 专 业 副 总 工 程 师 ，现 从 事 电 气 设 计 工 作 联 系 电 话 :010 － 84876559; E － mail: huangx@ sei． com． cn第 29 卷 黄 旭 ． 雷 电 防 护 用 保 护 角 法 浅 析 · 5 ·S = ［R2 － ( R － h) 2］1 /2a = arctan［( R － h) / S］域 。

另 一 方 面 ，滚 球 方 法 确 定 附 加 的 阴 影 区 域 如图 1 所 示 使 保 护 角 保 护 的 区 域 等 于 滚 球 法 保 护 的 区 域 学 者 维 尔 辛 格 介 绍 了 保 护 角 法 保 护 区 域 的 推 导 过 程 1)( 2)在 量 化 计 算 ，假 设 的 条 件 是 : 保 护 角 法 的 保 护区 域 面 积 ( Aa) 等 于 滚 球 法 的 保 护 区 域 面 积 ( As) ，即 : Aa As 推 导 过 程 如 下 :=Aa = ( h2 tanb ) /2 ( 3)s( R － h) /2 – πR2［c / ( 2π) ］( 4)As = sh +c = arccos［( R － h) / R］ ( 5)要 得 到 保 护 角 量 化 计 算 的 一 般 公 式 ，它 取 决于 R 和 h 的 值 ，方 程 式 ( 3 ) 和 方 程 式 ( 4 ) 给 出 满 足 假 设 条 件 的 计 算 公 式 ，即 : 保 护 角 法 的 保 护 区 域 面 积 ( Aa) 等 于 滚 球 法 的 保 护 区 域 面 积 ( As) 。

图 1 保 护 角 保 护 区 域 示 意1 － 保 护 区 域 ; 2 － 参 考 平 面如 图 2 所 示 ，保 护 角 法 的 保 护 区 域 边 界 与 滚 球 法 的 保 护 区 域 边 界 相 正 交 因 此 ，保 护 角 的 保 护 区 域 是 在 滚 球 法 的 保 护 区 域 内 ，同 时 滚 球 法 的 保 护 区 域 完 全 包 括 保 护 角 的 保 护 区 域 学 者 维 尔 辛 格 使 用 这 一 模 型 进 行 保 守 计 算 然 而 ，在 图 3 给 出 的 量 化 计 算 图 ，保 护 角 法 的 部 分 保 护 区 域 是 在 滚 球 法 的 保 护 区 域 内 图 3 量 化 计 算 示 意1 － 保 护 角 法 保 护 区 的 边 界 ; 2 － 滚 球 保 护 区 域 的 边 界 ; 3 － 参 考 平 面( h2 tanb) /2 = sh( 2π) ］+ s ( R － h ) /2 － πR2 ［c /( 6)b = arctan { 2s / h + s ( R － h) / h2 － R2 / h2 arccos［( R － h) / R］} ( 7)图 2 量 化 计 算 示 意1 － 保 护 角 法 保 护 区 的 边 界 ; 2 － 滚 球 保 护 区 域 的 边 界 ; 3 － 参 考 平 面如 图 2，量 化 计 算 是 由 下 列 所 示 的 方 程 式 进 行 计 算 的 ，它 的 假 设 条 件 为 R≥ h。

量 化 计 算 的 前 提 是 保 护 角 的 保 护 区 域 边 界 与 滚 球 法 的 保 护 区 域 边 界 正 切 计 算 结 果根 据 表 1 中 的 相 关 数 据 ，在 确 定 滚 球 半 径 和 避 雷 针 有 效 高 度 的 情 况 下 ，查 表 得 到 保 护 范 围 的 水 平 距 离 和 保 护 角 的 数 值 ，大 大 简 化 实 际 工 作 的 操 作 手 续 ，提 高 效 率 ，有 一 定 的 参 考 价 值 3表 1 保 护 角 b 为 R 和 Δh 的 函 数R / m 保 护 角 法20 30 45 60Δh( 高 度 ) / m b 角 度 ( ° ) 水 平 距 离 / m b 角 度 ( ° ) 水 平 距 / m b 角 度 ( ° ) 水 平 距 离 / m b 角 度 ( ° ) 水 平 距 离 / m246810111213141570． 762． 455． 950． 345． 242． 840． 538． 236． 033． 85． 77． 78． 99． 6410． 0810． 2010． 2510． 2410． 1710． 0474． 367． 662． 458． 054． 052． 150． 348． 646． 945． 27． 19． 711． 512． 7913． 7614． 1414． 4714． 7314． 9515． 1277． 271． 867． 664． 160． 959． 458． 056． 655． 354． 08． 812． 214． 616． 4417． 9518． 6019． 1919． 7220． 2020． 6478． 974． 370． 767． 664． 963． 662． 461． 360． 159． 010． 214． 217． 119． 4221． 3522． 2022． 9823． 7124． 3825． 00石 油 化 工 设 计· 6 · 第 29 卷续 表 1Δh: 表 示 避 雷 针 的 有 效 高 度 ，m; R: 表 示 滚 球 半 径 ，m。

参 考 文 献 :［1］ 李 冬 根 ，陈 水 明 ，谢 琦 ，等 ． 雷 电 防 护 : 第 3 部 分 建 筑 物 的 物 理 损 坏 和 生 命 危 险 GB / T 21714． 3 － 2008［S］． 北 京 : 中 国 标准 出 版 社 ，2008．［2］ 王 德 言 ，刘 寿 先 ，杨 国 华 ，等 ． 雷 电 防 护 第 1 部 分 : 总 则 GB / T21714． 1 － 2008［S］． 北 京 : 中 国 标 准 出 版 社 ，2008．R / m 保 护 角 法20 30 45 60Δ。