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避雷針安裝規范-滾球法”避雷保護計算方法

來源:德恩拓 發布時間:2013-3-18 9:33:15

滾球法避雷保護計算
 
滾球法是國際電工委員會(IEC)推薦的接閃器保護范圍計算方法之一。我國建筑防雷規范G 50057—994(2000年版)也把滾球法強制作為計算避雷針保護范圍的方法。滾球法是以hR為半徑的一個球體沿需要防止擊雷的部位滾動,當球體只觸及接閃器(包括被用作接閃器的金屬物)或只觸及接閃器和地面(包括與大地接觸并能承受雷擊的金屬物),而不觸及需要保護的部位時,則該部分就得到接閃器的保護。滾球法確定接閃器保護范圍應符合規范規定,見表。

 
應用滾球法,避雷針在地面上的保護半徑的計算可見以下方法及圖2。
  a)
避雷針高度h≤hR時的計算
 
距地面hR處作條平行于地面的平行線。以針尖為圓心、hR為半徑作弧線交于平行線A,兩點。以A,為圓心,hR為半徑作弧線,該弧線與針尖相交并與地面相切,這樣,從弧線起到地面就是保護范圍。保護范圍是一個對稱的錐體。避雷針在hP高度的xx’平面上和在地面上的保護半徑,按公式[2](4)計算確定
防雷器
式中: Rp——避雷針保護高度xx’平面上的保護半徑;
  hR——
滾球半徑,按表確定;
  hp——
被保護物的高度;
  R0——
避雷針在地面上的保護半徑。
  b)
當避雷針高度hhR時的計算
 
在避雷針上取高度hp的一點代替單支避雷針針尖并作為圓心,亦可見圖2。
滾球法計算天面避雷針保護范圍存在的問題
 
滾球法計算避雷針在地面上的保護,保護范圍可以很好地得到確認,但用滾球法計算天面避雷針保護范圍時卻存在較大的誤差。滾球法是以避雷針和被保護物所在平面為一無限延伸的平面作為前提的,當被保護物位于屋頂天面時,天面不是一個無限延伸的平面,況且,當滾球同時與避雷針尖和天面避雷帶接觸時,滾球和天面之間不存在確定的相切關系。因此《建筑物防雷設計規范》中給出的計算公式將不能直接運用。
 
在這種情況下,我們怎樣計算其保護范圍呢?由于天面不可延伸且形狀不規則,因此,根據滾球法計算保護范圍的原理,當避雷針位置確定后,滾球在以避雷針尖作為一個支點,以避雷帶上任一點作為另一支點滾動時,它在一定高度的保護范圍也將是一個不規則的圖形。從理論上講,要想知道被保護物體能否得到全面保護,我們需要計算出以避雷針尖為一個滾球支點,以避雷帶上的所有點作為另一個滾球支點時,用避雷針在一定高度的所有保護半徑來確定被保護物體能否完全得到保護。這種計算方法在實際應用中有一定的偏差。因此,我們需要尋找一種簡便的方法來計算被保護物體能否得到避雷針的完全保護。
 
從滾球法計算保護范圍的原理中,我們可以得出如下推論:
  a)
以避雷針的頂點為一個支點,另一個支點距避雷針基點的垂直距離越近時,其在一定高度的保護半徑越小,反之,另一個支點距避雷針的基點垂直的距離越遠(不能超過滾球半徑)時,其在一定高度的保護半徑越大。
  b)
當被保護物體最高點垂直于避雷針的平面上,計算出的保護半徑大于被保護物體上最遠點距避雷針的垂直距離時,該被保護物體可得到避雷針的全面保護。
 
根據以上推論,我們只要計算出避雷帶上距避雷針基點最近(指以避雷針基點作為起點,經被保護物體在天面上的正投影與避雷帶上各點連線中的最短距離)的點作為支點時,一定高度的保護距離,即可判斷出該物體能否得到全面保護(當計算出的保護距離大于該被保護物體到避雷針的垂直距離的最大值時,被保護物體得到全面保護,反之,則相反)。
2
舉例說明
 
假設天面有一物體,物體的高度為3 m,其最遠點距避雷針基點的垂直距離為7 m,避雷帶上距避雷針基點最近的點(該支點與避雷針基點的連線經過被保護物體在天面的正投影)距避雷針的垂直距離為5 m。避雷針設多高才能對該物體進行全面保護?
 
根據以上條件,假設避雷針的基點為O點,被保護物體上距避雷針的最遠點設為A點,滾球的另一個支點為點,依據滾球法的原理,可作圖3。
  a)
分別以A,兩點為圓心,以hR為半徑劃圓弧,則圓弧相交于E點,E點即為滾球的圓心。
防雷器
  b)
E點為圓心,以hR為半徑劃圓,則該圓一定經過A,兩點且與避雷針相交于C(E點距避雷針的垂直距離大于hR時,無交點),OC即為所求避雷針的高度。
  c)
經過滾球中心點E點作垂直于O的直線,與O的延長線相交于F點。連接EA,EB,EC,則線段EA,EB,EC相等且等于滾球半徑。經A,C兩點作垂直于EF的直線,與EF相交于I,H兩點。
  d)
F=x,EF=y,避雷針高度OC=h,滾球半徑取45m,則可得方程組
y=43.95 m
。
 
避雷針的高度應取一定的裕量,所以取高度為7.5m,可對物體進行全面保護。如果用G50057—994標準給出的滾球法計算公式進行計算,所得結果為h= 6.4m,被保護對象可能得不到全面保護,存在一定雷電繞擊概率。

1折線法
根據公式(1),油罐保護高度8m的地面保護半徑等于油罐保護高度25 m的地面保護半徑,R=5hP=52.2 m。這是因為保護高度hP=8 m0.5h=20 m,而保護高度hP=25 m0.5h=20 m。油罐保護高度8 m水平面上的保護半徑Rp(1.5h2hp)P=20.88 m。油罐保護高度25 m水平面上的保護半徑Rp(hhp)P= 13.05 m。
2
滾球法
 
因為避雷針高度h=40 m,滾球半徑hR= 60m,hhR,根據公式[2](4),油罐保護高度8 m的地面保護半徑等于油罐保護高度25 m的地面保護

 
對比以上數據,可以看出,在相同的條件下(滾球半徑按第三類防雷建筑物選),滾球法計算出來的建筑物高度水平面的保護半徑(13.72 m7.84 m)要比折線法計算出來的保護半徑(20.88 m13.05 m)要小,換言之,要達到相同的保護半徑,用滾球法計算出的避雷針高度要比折線法計算出來的高度要高,可見滾球法要比折線法對獨立避雷針的要求略高一些。只有第三類防雷建筑物的高度低于20 m時,滾球法算出的避雷針保護范圍才與折線法算出的保護范圍相似。

結論
 
綜上所述,可以得出以下幾點結論:
  a)“
折線法的主要特點是設計直觀、計算簡便、節省投資,但只適用于20 m以下的避雷高度,不能計算高度20 m以上建筑物的保護范圍,而且計算結果與雷電流大小無關。
  b)“
滾球法的主要特點是可以計算避雷針()與網格組合時的保護范圍。凡安裝在建筑物上的避雷針、避雷線(),不管建筑物的高度如何,都可采用滾球法來確定保護范圍,并且保護范圍與雷電流大小有關,但獨立避雷針、避雷線受相應的滾球半徑限制(60 m),其高度和計算相對復雜,比折線法要增大投資。
  c)
天面避雷針保護范圍的計算必須具體情況具體分析,用滾球法的原理設計出不同的避雷針組合,對天面上的重要設施進行保護。
關鍵字 避雷器,防雷器,電源防雷器,三合一防雷器,安裝避雷針

本文來自:  http://www.damehaciendo.com

 

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