浅谈利用滚球法进行防雷设计的步骤及应用

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摘要：“滚球法”是国际电工委员会(IEC)推荐的接闪器保护范围计算方法之一。笔者阐述了利用滚球法进行防雷设计的设计步骤，并给出了rx、的计算公式。

关键词：避雷针；滚球法；保护范围

Abstract: The "ball" is the International Electrotechnical Commission (IEC) recommended by the lightning arrester protection range calculation method. The author describes the design steps of ball lightning protection design, and gives the Rx, calculation formula.

Key words: lightning rod; rolling ball method; the scope of protection

中图分类号：：TU856文献标识码：A文章编号：

1、前言

“滚球法”是国际电工委员会(IEC)推荐的接闪器保护范围计算方法之一。我国《建筑防雷规范》GB50057—1994(2000年版)也把“滚球法”强制作为计算避雷针保护范围的方法。滚球法是以为半径的一个球体沿需要防止击雷的部位滚动，当球体只触及接闪器(包括被用作接闪器的金属物)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。

利用滚球法进行防雷（两支避雷针及以上）设计时，需要确定的因素包括：防雷类别、避雷针在高度的保护半径rx值、避雷针在高度联合保护的最小保护宽度值。下面将对如何利用滚球法进行防雷设计做简单的阐述。

2、滚球半径的确定

按《工业与民用配电手册》，不同类别的防雷建筑物的滚球半径，如表1-1所示。

表1-1

3、避雷针在高度的平面上的保护半径的确定：

按《工业与民用配电手册》，避雷针在高度的平面上的保护半径值为：

（1-1）

式中： 避雷针在高度的平面上的保护半径，m；

滚球半径，m；

被保护物的高度，m；

避雷针的高度，m。

当=0时，由公式（1-1）可以得到避雷针在地面上的保护半径值为：

（1-2）

式中：避雷针在地面上的保护半径，m。

4、避雷针在高度联合保护的最小保护宽度值的确定：

在防雷设计中，我们不仅需要在图中标注出h值、值、D值；而且还要标注出值。但在《工业与民用配电手册》和《建筑防雷规范》GB50057—1994(2000年版)中，只给出了的计算公式，没有给出bx值的计算公式，下面将对的公式进行推导：

4.0、双支等高避雷针联合保护范围的做法：

通过设计及个人总结，笔者总结出了双支等高避雷针联合保护范围的做法：

（1）、分别以A、B为圆心，为半径，做圆弧，两圆弧交于点O、O’，

（2）、分别以O、O’为圆心, 以-为半径做圆，与圆A、圆B切于点C、D、E、F。

（3）、则封闭圆弧CDEFC为双支避雷针在高度的平面上的联合保护范围（如图1）。

图1

4.1、双支等高避雷针在高度联合保护的最小保护宽度值公式的推导：

（1）、由图1 可以计算出，当时，双支避雷针在高度联合保护的最小保护宽度值为：

（1-3）

即： （1-4）

式中： 双支等高避雷针的距离，m；

双支等高避雷针在高度联合保护的最小保护宽度，m。

（2）、时，双支等高避雷针的保护范围为各自单针的保护范围，此时两根针没有联合保护范围，如图2所示。

图2

（3）、当时，双支等高避雷针的联合保护范围为两根针各自保护范围的交集，如图3所示。

图3

图3

5、工程应用：

在工程设计中，我们经常设置几支等高的避雷针来进行防雷保护。所以，利用上面的方法就可以汇出完整的防雷保护设计图。下面举例进行说明：

滴西10井区气田地面建设工程 集气处理站 分离换热区为一级防雷，滚球半径为30m，装置区的防雷保护高度为5.0m。本装置区设置了三座25.0m（基础高度0.2m）高的避雷针进行防雷保护。

（1）、利用公式1-1可以求得避雷针在5.0m高度的保护半径值为：

（2）、利用公式1-2可以求得地面保护半径的值为：

（3）、1#避雷针与2#避雷针在5.0m高度联合保护的最小宽度值为：

由于两针间的距离为47.9m，由公式1-3可以求得为：

同理可以求得：；。

（4）、利用上面的方法及计算数据，3支25.0m高的避雷针在5.0m高度保护范围如图4所示：

图4

6、结束语

随着国民经济建设的日益发展，雷电造成的灾害越来越严重，各行业遭受雷电灾害的频率越来越高，经济损失也逐年加重，尤其是城市高层建（构）筑物、易燃易爆场所、计算机及其场地等极容易遭受雷电袭击。人们也在不断地增强防雷电意识，越来越加强雷电的防护。由此可见防雷设计重要性，通过上述方法，可以准确地计算出防雷的保护范围，有效地保护设备、减少经济损失、避免人员伤亡。

参考文献

1、《工业与民用配电设计手册》 中国电力出版社 1994.12

2、《雷电与避雷工程》中山大学出版社 1996

3、《建筑防雷规范》 GB50057—1994(2000年版)

作者简介：

1．李春生(2002— )，男，工程师，本科学历，新疆石油勘察设计研究院（有限公司），从事电力系统设计工作及电力系统继电保护等方面的研究，

2、张亚娟（2007-）女，助理工程师，本科学历，新疆石油勘察设计研究院（有限公司），从事非标压力容器设计工作及电力系统继电保护等方面的研究，

3、王强（2006-）男，助工，本科学历，新疆石油勘察设计研究院（有限公司），从事非标压力容器设计工作及大型储罐方面的研究，