防雷滚球法

附件Ⅳ 避雷针、避雷线保护范围计算(滚球法)

Ⅳ.1 建筑物的防雷分类

?按《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010的规定,建筑物应根据其重要性、使用性质、发生雷电事故的可能性和后果,按防雷要求分为三类. Ⅳ.1.1 第一类防雷建筑物 ?第一类防雷建筑物

?凡存放爆炸性物品,或在正常情况下可能形成爆炸性混合物,因电火花而爆炸的建筑物,会造成巨大破坏和人身伤亡者. ?防雷措施 ?防直击雷

?装设独立避雷针(或消雷器),或架空避雷线(网)(架空避雷网的尺寸不应大于5m×5m或6m×4m).

?冲击接地电阻小于10Ω. ?防感应雷

?建筑物内各种设备及金属物都应连接到防感应雷的接地装置上,其接地装置与电气设备接地装置共用.

?屋内接地干线与防雷电感应接地装置的连接,不应小于2处. ?工频接地电阻小于10Ω. ?防雷电波入侵

?对非金属屋面应敷设避雷网,并可靠接地.室内的一切金属设备和管道,均应良好接地,不的有开口环形.电源进线处应装设避雷器. ?冲击接地电阻小于10Ω. ?防侧击雷措施

?从30m起每隔不大于6m,沿建筑物四周设水平避雷带与引下线相连.引下线不应少于2根,并沿建筑物四周均匀对称布置,其间距不应大于12m.

?30m以上外墙上的栏杆、门窗等较大的金属物与防雷装置连接. ?消雷器(有争议)

?消雷器组成:装设在被保护物上方,带有“很多尖端电极的电离装置”.设置在地表层内的“地电流收集装置”.接通这两种装置的“连接导线”. ?消雷器工作原理

?消雷器是70年代由美国发展起来的新型防雷装置. ?利用金属针状电极的尖端放电原理设计的.

?在雷云电场作用下,当尖端电场达到一定值时,周围空气发生游离后,在电场力作用下离去,而接替它的空气分子相继又被游离.如此下去,从金属针端各周围有离子电流流去.随着电位的升高,离子电流按指数规律增加.

?当雷电出现在消雷器及被保护设备上空时,消雷器及附近大地均感应出与雷云电荷极性相反的电荷.安装有许多针状电极的离子化装置,使大地的大量电荷在雷云电场作用下,由针状电极发射出去,向雷云方向运动,使雷云被中和,雷电场减弱,从而防止保护物遭雷击.

?消雷器的功能:使雷电冲击放电的微秒?千安级瞬变过程转化为秒?安级缓慢放电过程,因而使被保护物上可能出现的感应过电压降低到无危害的水平,达到“防雷消灾”的目的. ?消雷器根据离子化装置上金属针状电极不同分类:少长针型,多短针型.

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?国产分类:导体伞板型,导体阵列型

?导体伞板型用途:占地一定面积的发电厂、变电站、军火库、气象站、电视塔、重要防雷场所.

?导体阵列型用途:架空线路.

?接地电阻一般小于100Ω,则可满足要求. Ⅳ.1.2 第二类防雷建筑物

?重要的或人员密集的大型建筑物.

?如:国家级重点文物保护的建筑物,国家级办公建筑物,大型会展中心或博物馆,国家级大型计算机中心和装有重要通信、电子设备的建筑物,19层及以上住宅楼,超过50m的其他建筑物等.

?防雷措施 ?防直击雷

?装设独立避针.

?装设在建筑物上避雷网(带)或避雷针或由其混合组成的接闪器. ?防感应雷

?建筑物内的设备、管道、构架等主要金属物,应就近接至防直击雷接地装置或电气设备的保护接地装置上(可不另设接地装置).

?建筑物内防雷电感应的接地干线与接地装置的连接不应小于2处.

?防感应雷接地装置与电气接地装置共用或相连时,应在电源线路引入端装设避雷器. ?防雷电入侵波

?将避雷器、电缆金属外皮、钢管等连接在一起接地. ?冲击接地电阻不应大于10Ω. Ⅳ.1.3 第三类防雷建筑物

?不属于第一、第二类建筑物,又需要作防雷保护的建筑物. ?防雷措施

?防直击雷:宜采用装设在建筑上的避雷网(带)或避雷针或由这两种混合组成的接闪器(利用

其高出被保护物的凸出位置,把雷电引向自身,然后通过引下线和接地装置将雷电流泄放到大地,使被保护的线路、设备、建筑物免受雷击).

?冲击接地电阻不应大于30Ω.

Ⅳ.3 防雷设备

?防雷设备主要有:避雷针、避雷线、避雷器、浪涌保护器（电子信息系统）

Ⅳ.3.1 避雷针

?避雷针的组成:接闪器(避雷针的针头)、引下线、接地体.通常接闪器安装在构架上. ?用滚球法确定避雷针的保护范围.

?国际电工委员会1990年3月出版的建筑物防雷标准，以滚球法作为确定接闪器的保护范围.我国《建筑物防雷设计规范》GB50057-1994中规定避雷针保护范围的计算采用滚球. Ⅳ.3.1.1滚球法 ?滚球法

?是以hr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

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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位时,则该部分就能得到接闪器的保护. ?不同建筑物防雷级别的滚球半径

?用滚球法计算避雷针的保护范围时,不同防雷建筑物的滚球半径,表2.1.1.

表2.1.1 不同建筑物防雷级别的滚球半径

建筑物的防雷级别 滚球半径hr /m 30 45 60 避雷网尺寸 /m 第一类防雷建筑物 第二类防雷建筑物 第三类防雷建筑物 10×10 15×15 20×20 Ⅳ.3.1.2 单支避雷针的保护范围 ?针高度h?hr（滚球半径）作图方法,图2.1.3

ABhrhrhrhr2-(hr-h)2(hr-h)xx＇hr2-(hr-hx)2hrxrxxx＇平面上保护范围的截面rxr0

hr

图2.1.3 单支避雷针高度小于滚球半径时的保护范围

?距离地面hr处作一平行于地面的直线.

?以针尖为圆心,hr为半径,作弧线交于平行线的A、B两点.

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?以A、B为圆心,hr为半径,作弧线,与针尖相交,与地面相切.此弧线绕避雷针旋转360°形成一锥体,锥体及为保护范围.

?由图得,在hr高度xx?平面上保护半径rx: rx?式中

hr2??hr?h??hr2??hr?hx? (2.1.5)

22hr-滚球半径,m; hx-被保护物高度,m.

?避雷针在地面上的保护半径r0: r0?hr2??hr?h??hr2?hr2?2hrh?h2?h?2hr?h? (2.1.6)

2???针高度h?hr（滚球半径）作图方法,图2.1.4

?在针上取高度hr的一点代替单支避雷针针尖为圆心,其余作图法同图2.1.3.

AhrBhxx＇rxr0=hrxx＇平面上保护范围的截面rxrx

Ⅳ.3.1.3 双支等高避雷针的保护范围

hrr0

图2.1.4 单支避雷针高度大于滚球半径时的保护范围

?避雷针高度h?hr(滚球半径)(两针距离D?2h?2hr?h?时,各按单针确定保护范围) ?两避雷针距离D?2h?2h?h?,作图方法,图2.1.5.

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