防雷装置的保护范围

防雷装置的保护范围防雷装置的保护范围是指防雷装置保护其对象，被雷电击中的概率在0．1％以下的范围。在防雷装置中，只对避雷针和避雷线确定其空间保护范围，而避雷网和避雷带，因为是直接设在建筑物表面上，已构成了确定的平面保护范围，不须要再计算确定。避雷针、避雷线的保护范围与布局形式和高度有关。避雷针、避雷线的布局形式取决于被保护物的结构尺寸(高度和面积)，通常有单支、双支、三支等高，双支不等高避雷针和单根、两根平行等高，两根平行不等高避雷线等布局形式。避雷针和避雷线的保护范围确定方法有两种，一种是折线圆锥体法，另一种是滚球法。对于同一结构的避雷针和避雷线，滚球法比折线圆锥体法核算的保护范围要小些，即滚球法比折线圆锥法对避雷针和避雷线的保护作用要求更严格一些。一、避雷针的保护范围(一)单支避雷针的保护范围的确定1．单支避雷针折线圆锥体法保护范围的确定，按下式计算：r0＝1．5h式中：h——避雷针的高度(m)。r0——避雷针在地面上的保护半径高度为xh水平面上的保护半径xr当xh≥21h时xh=k(h—xh)当xh≤21h时xr=k(1．5h—2xh)式中：k——高度影响系数h≤30m，k=1；30mh≤120m时，k=5．5/h如图5—10所示，为单支避雷针的折线圆锥体确定保护范围，其作图方法是：作避雷针的水平底线，在底线中点作长度避雷针高度h的垂线；从针的项点向下，按避雷针保护物防雷要求角度(一般为45°)，作斜线至1/2h处。即构成圆锥体的上半部分；在底线上取距避雷针1．5h的点，向上作斜线与前一斜线在1/2h处相交，即构成了折线圆锥体。图5—10单支避雷针折线圆锥体法的保护范围某一高度xh的保护半径．则作高度为xh的水平线共XX′相交于圆锥体母线，避雷针至交点的水平距离即为该高度的平面保护半径xr。依据地面保护半径r=1．5h和xh水平面上的保护半径xr，可做出单支避雷针保护范围的俯视图。通过上述作图可以看出，高度一定的单支避雷针随着保护平面的升高，避雷针的保护范围减少，要想增加其保护范围就必须增加避雷针的高度。另外，为使单支避雷针的保护空间得到充分利用，单支避雷针应安装在被保护物的纵向中央；独立单支避雷针与被保护半径物的最短距离，在符合安装规定的情况下，应尽量靠近建筑物。2．单支避雷针滚球法保护范围的确定：滚球法是以rh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件时，则该部件就得到接闪器的保护，见图5—11。图5—11单支避雷针滚球法的保护范围滚球半径rh的取值与建筑物防雷类别有关，第一类防雷建筑物的滚球半径rh规定为30m，第二类防雷建筑物的滚球半径rh规定为45m。(1)避雷针高度h≤rh时；①距地面rh处作一平行于地面的平行线；②以针尖为圆心，rh为半径，作弧线交于平行线的A、B两点；③以A、B为圆心，rh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。保护范围是一个对称的锥体；④避雷针在rh高度为XX′平面上的保护半径xr为避雷针轴线至锥体母线交点的水平距离，可按下列公式计算：)2()2(xrxrxhhhhhhr式中：xr——避雷针在xh高度的XX′平面上的保护半径(m)；rh——滚球半径(m)；xh——被保护物的高度(m)。(2)当避雷针高度hrh时，在避雷针上取高度rh的一点代替单支避雷针针尖为圆心，其余的作法同上。(二)双支等高避雷针的保护范围1．双支等高避雷针折线圆锥体法保护范围的确定双支等高避雷针的两针外侧的保护范围按单支避雷针确定，两针间的保护范围，应通过两针的高度h和两针间的距离D确定。两针之间保护范围边缘最低点的高度计算式为：当h≤30mm时，h0=h—7D当h30mm时，h0=h—kD7式中：h——避雷针的高度(m)。D——两针间的距离(m)。h0——两针间保护范围边缘最低点的高度(m)。k——两度影响系数、取值同单支避雷针。两针间在XX′平面上中心线每侧的最小保护宽度为：xb=1．5(h0—xh)式中：xb——两针间在h高度的XX′平面上中心线每侧的最小保护宽度(m)。由计算式可以看出，当两针之间距离增至D=7kh时，h0=0，两针间不再构成联合保护范围。因此，两针间距离D不宜过大，一般情况下，两针间距离与针高之比D／h不宜大于5。如图5—12所示，为双支等高避雷针的折线圆锥体法确定的保护范围，方法为：(1)作避雷针水平底线，在水平底线上确定两针距离D，作出高度为h的两针垂线及两针距离中点处高度为h0=h—d/7k(k值同单支避雷针)的垂线OO′，通过两针顶点作AOB弧线。其O点为两针间保护边缘的最底点，h0是两针间保护范围边缘最低点的高度。(2)上图中的右边、以h0为高度，以1．5h0为地面保护半径，作假想避雷针保护范围的OO′截面圆锥图。(3)在图上，作高度xh的XX′水平面，得出xh高度的XX′平面上的保护半径xr和两针中线每侧的最小保护宽度xb。(4)作以两针为圆心，xr为半径的圆与两侧宽度为xb的两针中心线端点相切，即为双支等高避雷针在高度为xb的XX′平面上的保护范围。图5—12双支等高避雷针折线圆锥体法的保护范围2．双支等高避雷针滚球法保护范围的确定双支等高避雷针的保护范围，在h≤rh的情况下，当两支避雷针之间的水平距离D≥2)2(hhhr时，由于两针之间形成不了联合保护范围，各支避雷针的保护范围按单支避雷针的方法确定；当D2)2(hhhr时，两针之间形成了一定的联合保护范围，见图5—13。图5—13双支等高避雷针滚球法的保护范围双支等高避雷针保护范围的确定方法是：(1)AEBC外侧的保护范围，按照单支避雷针的方法确定。(2)C、正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按下列公式计算：b0=CO=EO=2)2/()2(Dhhhr在AOB轴线上，距中心线任一距离X处，其保护范围上边缘的保护高度rh按下列确定：222)2/()(xDhhhhrrx实际上，该保护范围上的边线是以中心线距地面rh的一点O′为圆心，以为半径所作的圆弧。(3)两针间AEBC内的保护范围，ACD、BCO、AEO、BEO各部分是类同的，以ACO部分的保护范围为例，按以下方法确定；在任一保护高度xh作为假想避雷针，按单支避雷针的方法逐点确定(见图5—13“1—Ⅰ剖面图”)。(三)双支不等高避雷针保护范围1．双支不等高避雷针折线圆锥体法保护范围的确定双支不等高避雷针的两针外侧的保护范围按单支避雷针确定，两针间的保护范围，应先按单支避雷针规定的方法作出较高避雷针的保护范围，(如图5—14所示)然后经过较低避雷针的顶点B作水平线相交于较高避雷针保护范围的A′点，取A′点作为一支等效避雷针的顶点，BA′之间的保护范围按双支等高避雷针的方法确定。其最低点高度为：h0=hB—D′／7k式中：hB——较低避雷针的高度；D′——较低避雷针与等效避雷针之间的距离。图5—14双支不等高避雷针折线圆锥法的保护范围2．双支不等高避雷针滚球法保护范围的确定双支不等高避雷针的保护范围，在h1≤rh和h2≤rh的情况下，当D≥)2()2(2211hhhhhhrr时，各支避雷针的保护范围按单支避雷针的方法确定；当D)2()2(2211hhhhhhrr时，双支避雷针的保持范围见图5—15。图5—15双支不等高避雷针的保护范围其保护范围的确定方法：(1)AEBC外侧的保护范围。按照单支避雷外的方法确定。(2)CE线或HO′线的位置按下列公式计算：DDhhhhhDr2/])(2[22221211(3)在地面上每侧的最小保护宽度按下式计算：21110)2(DhhhEOCObr在AOB轴线上，A、B间保护范围上边线按下列公式确定：221112)2(XDhhhhhhrrrx式中X为距CE线或HO′线的距离。实际上，该保护范围上边线是以HO′线上距地面xh的一点O′为圆心，以21112)2(Dhhhhrr为半径所作的圆弧。(4)两针间AEBC内的保护范围，ACO与AEO是对称的，BCO与BEO也是对称的，以ACO部分的保护范围为例，按以下方法确定：在xh和C点所处的垂直平面上，以xh作为假想避雷针，按单支避雷针的方法确定，如图5—15“Ⅰ-Ⅰ剖面图”(四)多支避雷针保护范围1．多支避雷针成直接布置时，应区别等高或不等高两种情况，分别按双支等高或不等高避雷的方法，两两组合确定其保护范围。2．三支避雷针形成三角形布置时，应区别等高或不等高两种情况，其三角形内侧保护范围，按相邻两支等高或不等高避雷针的方法确定；如各相邻两支避雷针的最小保护宽度xb≥0时，则全部面积均受到保护。见图5—16。3．四支及四支以上避雷针形成四角形或多角形布置时，可先将其分成两个或几个三角形，然后按三支避雷针成三角形布置的情况，确定其保护范围；如各边的最小保护宽度xb≥0时，则全部面积均受到保护。图5—16多支避雷针保护范围例：某仓库有一栋地面库房见图5—17，原已在库房后墙中央距墙5m处安装了一支高为20m的独立避雷针，试校核该库房是否在避雷针的保护范围内?若未被保护可采取什么措施?图5—17地面库的形状及尺寸解1：校核避雷针的保护范围根据避雷针尺寸和库房尺寸，见图5—18。图5—18库房避雷针保护范围图由图可知，在xh=9m(屋脊高度)的水平面上的屋角和xh=5m(屋檐高度)的水平面上的檐角，均未在该避雷针的保护范围内，即该库房不能全部受到避雷针的保护。解2：采取加高单支避雷针的措施保护库房(1)xh=9m时，按屋角被保护的半径rh确定单支避雷针的高度。已知避雷针设置在后墙中央5m处，避雷针每侧的库房长度为31／2=15．5m，避雷针至屋脊线的垂直距离为10m。由三角形定理求避雷针至屋角的半径为：mrx45.18105.1522由xh≤1/2h时，xr=1．5h-2xh可求出避雷针高度h为：h=(xr+2xh)/1．5=(18．45+2×9)/1．5=24．3m(2)xh=5m时，按檐角被保护的半径rx确定单支避雷针的高度。已知避雷针每侧的库房长度为31／2=15．5m，避雷针至前屋檐线的垂直距离为15m。由三角形定理求避雷针至前檐角的半径xr为：mrx05.21155.1522由xh≤1/2h时，xr=1．5h-2xh可求出避雷针高度h为：h=(xr+21h)/1．5=(21．57+2×5)/1．5=21．05m若要使库房全面受到保护，避雷针的高度应取上述两个极点计算值的较高者。即单支避雷针的高度为24．3m，考虑到一定的保险系数，可再加0．5～1m的余量，该避雷针的高度应按25m设置。解3：改用双支等高避雷针保护库房(1)确定避雷针的安装位置为了避免产生雷电反击现象和在库房得到保护的前提下使避雷针的高度最低，双支等高避雷针应分别安装在库房两山墙的外侧中央且离开库房5m处。(2)确定两针之间保护边缘最低点的高度h由题设库房尺寸可知在屋檐高度xh=5m的平面上，每侧的最小保护宽度xb=10/2=5m。由公式：xb=1．5(h0—xh)求出：h0=xh/1．5+xh=5/1．5+5=8．3m在屋脊高度xh=9m的平面上，屋脊为一条直线，其最小保护宽度应满足xb≥0由公式xb=1．5(h0－xh)可知，当xb≥0时，则h0≥xh=9m。依据上述，两避雷针之间保护边缘最低点的高度h0应取其中较高者，即h0≥9m。(3)确定避雷针高度h已知：两针间距离D=31+2×5=41m。取h0=9m，高度影响系数k=1由下式计算避雷针高度∵h0=h－D/7k∴h=h0+D/7k=9+41/7×1=14．9mm考虑到一定的保险系数，可再加高0．5～1m的余量，取该双支等高避雷针的高度为15．5m为宜。二、避雷线保护范围(一)单根避雷线保护范围1．单根避雷线折线圆锥体法保护范围的确定，见图5—19。图5—19单根避雷线折线圆锥体法的