接閃器保護范圍的計算方法
對于建筑物,接閃器的保護范圍按滾球法計算;對于電力裝置,接閃器的保護范圍按折線法計算。
(1) 滾球法 滾球法是設(shè)想一D直徑的球體沿地面 (或與大地接觸且能承受雷擊的導(dǎo)體) 由遠及近向被保護設(shè)施滾動。如該球體觸及接閃器或其引下線之后才能觸及被保護設(shè)施,則該球體觸及接閃器保護范圍之內(nèi),球面線即保護范圍的輪廓線。滾球的半徑按防雷級別確定:第一類防雷建筑物、滾球半徑為 30m;第二類防雷建筑物,滾球半徑為 45m;第三類防雷建筑物,滾球半徑為 60m。
① 單支避雷針的保護范圍如圖1所示確定。保護范圍是一個圓錐體,先在距地面高度 hr 上作一條地面的平行線,再以避雷針針尖(h≤hr) 或從避雷針正下方 hr 高度點 (h >
hr) 為圓心,以 hr為半徑作圓弧與避雷針和地面相接,弧線以下即單支避雷針的保護范圍。在 hx 高度上和地面上的保護半徑為
式中 rx———在 hx 高度上和地面上的保護半徑,m;
h———避雷針高度,m;
hr———滾球半徑,m;
hx———被保護物高度,m。
h—避雷針高度;hr—滾球半徑;hx—被保護物高度;
在 hx 高度上和地面上的保護半徑;1—在 xx′平面上保護范圍的截面
兩支等高避雷針的保護范圍如圖2所示確定。當(dāng)時,分別按兩支單針計算其保護范圍;當(dāng)時,按以下方法計算其保護范圍。
1—aob 軸線的保護范圍;2—地面上保護范圍的截面;
3—xx′平面上保護范圍的截面;d—兩避雷針之間的水平距離
·acbe 外側(cè)保護范圍按單支避雷針計算。
·a、b 連線垂直面上的保護高度線為圓心(o′) 高度hr、半徑的居中圓弧,弧線高度為式中 hx———弧線高度,m;
hr———滾球半徑,m;
h———避雷針高度,m;
d———兩避雷針之間的水平距離,m;
x———距兩針中心點的水平距離,m。地面上每側(cè)Z小保護寬度為
acbe 范圍內(nèi),圓弧兩側(cè)的保護范圍是將弧線頂點作為假想單支避雷針針尖按滾球法確定,如圖2中 1—1 剖面所示。
hx 高度地面平行平面上保護范圍的確定:以 a、b 為圓心,以單支避雷針的保護半徑 rx 為半徑作弧度與四邊形 acbe相交,再以 c、e 為圓心,以單支避雷針的(r0- rx) 為半徑
作弧線與上一弧線相交,四條弧線限定的范圍即平面上的保護范圍。
③ 兩支不等高避雷針的保護范圍如圖3所示確定。圖中 h1 和 h2 分別為兩支避雷針高度,當(dāng) d≥[ h1(2hr-h1)]-0.5+[ h2(2hr-h2)]-0.5時,分別按兩支單針計算其保護范圍;當(dāng)d<[ h1(2hr-h1)]-0.5+[ h2(2hr-h2)]-0.5時,按以下方法計算其保護范圍。
acbe 外側(cè)保護范圍按單支避雷針計算。a、b 連線垂直面上的保護高度線為圓心(o′) 高度hr、半徑 [(hr-h1)2+d 12]-0.5的居中圓弧 ce 線的位置按下式計算,即
圓弧線高度為
式中 x———距 o′點的水平距離,m。
圖3 用滾球法計算兩支不等高避雷針的保護范圍
1—aob 軸線的保護范圍;2—地面上保護范圍的截面;
3—xx′平面上保護范圍的截面
地面上每側(cè)Z小保護寬度為
·acbe 范圍內(nèi),圓弧兩側(cè)的保護范圍是將弧線頂點作為假想單支避雷針針尖按滾球法確定,如圖 3中 1—1 剖面所示。
·hx 高度地面平行平面上保護范圍按兩支等高避雷針的方法確定。
④ 矩形布置的四支等高避雷針的保護范圍如圖4所示確定。當(dāng)時,分別按雙支等高避雷針計算其保護范圍;當(dāng)時,按以下方法計算其保護范圍。
圖4 用滾球法計算矩形布置的四支等高避雷針的保護范圍
1—yy′平面上保護范圍的截面;2—地面上保護范圍的截面
·四支針外側(cè)保護范圍按兩支等高避雷針的方法確定。
·b、e 兩針連線上的保護范圍如圖4中 1—1剖面,其外側(cè)保護范圍按單支避雷針確定,其內(nèi)側(cè)保護范圍按兩針之間的圓弧確定。該圓弧是先以兩針針尖為圓心,以 hr 為半徑作弧相交于 o 點,再以 o 點為圓心,以 hr 為半徑繪制的,圓弧Z低點的高度為
圖4中 2—2剖面上的保護范圍按以下方法確定:圓心位于中央,圓心高度為 hr+h0,圓弧半徑為 hr,圓弧Z低點為 h0,該圓弧與 a和 e、b 和 c 兩支等高避雷針外側(cè)保護范圍的向上延長線相交于 f、h 點,弧線下面的范圍即這兩個斷面上的保護范圍。f 點和 h 點高度符合以下兩式要求,即
⑤ 單條避雷線的保護范圍如圖5所示確定。避雷線的高度 h應(yīng)取Z低弧垂點的高度,無法確定弧垂點時,支柱間距離 120m 以下者可取弧垂為 2m;支柱間距離 120 ~ 150m 者可取弧垂為 3m。當(dāng) h≥2hr時,單支避雷線無保護范圍;當(dāng) h <2hr時,保護范圍按以下步驟確定。
先在距地面高度 hr 上作一條地面的平行線,再以避雷線為圓心,以 hr為半徑作弧線與該水平線相交 a、b 兩點,再以 a、b 兩點為圓心,以 hr 為半徑作圓弧相交 (或相切) 并
與地面相切,弧線以下即單條避雷線的保護范圍。
當(dāng) h > hr 時,保護范圍Z高點的高度 h0 按下式計算,即
h0=2hr-h
在 hx 高度上的保護寬度 bx 按下式計算,即
避雷線兩端的保護范圍按單支避雷針的方法確定。
圖6 用滾球法計算單條避雷線的保護范圍
⑥ 兩條等高避雷線的保護范圍如圖6所示確定。圖中 d為兩避雷針之間的水平距離。
當(dāng)時,分別按單條避雷線計算其保護范圍;當(dāng) h≤hr、且時,按以下方法計算其保護范圍。
·兩線外側(cè)保護范圍按單條避雷線確定。
·兩線內(nèi)側(cè)按半徑為 hr,連接 a、b 兩點的圓弧確定,圓弧Z低點高度 h0 按下式計算,即
避雷線兩端的保護范圍按兩支等高避雷針確定,如圖6(a) 中 1—1剖面,圖中 h′0為兩支等高避雷針保護范圍Z低點的高度;h0 線內(nèi)移距離 x可按下式計算,即
當(dāng) 2hr>h >hr、且時,按以下方法計算其保護范圍。
·兩線外側(cè)保護范圍按圓心高度和半徑均為 hr,經(jīng)過 a點或 b 點的圓弧確定,Z小保護寬度 bmin按下式計算,即
·
兩線內(nèi)側(cè)按半徑為 hr,連接 a、b 兩點的圓弧確定,圓弧Z低點高度 h0 按下式計算,即
避雷線兩端的保護范圍按兩支等高避雷針確定,如圖6(b) 中 1—1剖面,圖中 h′0為兩支等高避雷針保護范圍Z低點的高度,h0 線內(nèi)移距離 x可按下式計算,即
(2) 折線法 將接閃器的保護范圍視為折線圓錐形。 單支避雷針的保護范圍如圖7所示確定。設(shè)避雷針高度為 h,以避雷針頂點為軸向下作 45°斜線,構(gòu)成錐形保護空間的上部;從斜線上距地面 h/2處,作大于 45°斜線與距針角 1.5h地面處相交,構(gòu)成圓錐形保護空間的下半部。因此,其整體構(gòu)成折線圓錐形。地面上的保護半徑按下式確定,即
r=1.5h
式中 r———保護半徑,m;
h———避雷針高度,m。
被保護物高度為 hx,水平面的保護半徑為 rx。
當(dāng) hx≥h/2時 rx=(h -hx)p=hep
當(dāng) hx<h/2時 rx=(1.5h -2hx)p
式中 hx———被保護物高度,m;
rx———在 hx 高度的水平面上的保護半徑,m;
p———高度影響系數(shù),考慮當(dāng)針太高時,保護半徑不成
正比增大的系數(shù),當(dāng) h≤30m 時,p =1;當(dāng) h >30m 時,;當(dāng) h >120m 時,p=0.5;
he———避雷針有效高度,m。
圖7 用折線法計算單支避雷針的保護范圍
h—避雷針高度;hx—被保護物高度;rx—避雷針在 hx 高度的水平面上的保護半徑;1—在地面上的保護范圍;2—在 xx′平面上的保護范圍
② 兩支等高避雷針的保護范圍如圖8所示確定。當(dāng)需要保護的范圍較大時,用一支高避雷針保護往往不如用兩支比較低的避雷針保護有效,由于兩針之間受到了良好的屏蔽作用,除受雷擊的可能極少外,更便于施工且經(jīng)濟效果好。
兩針外側(cè)保護范圍按單支避雷針的保護范圍確定。
兩針之間的保護范圍按連接兩針的頂點及中點 o 的圓弧確定,并按下式計算,即
h0=h –d/7p
式中 h0———兩針間保護范圍上部邊緣Z低點的高度,m;
d———兩針間的距離,m;
p———高度影響系數(shù)。
兩針在 hx 水平面上的保護范圍如圖8所示,在其保護范圍一側(cè)的Z小寬度為
bx=1.5(h0-hx)
當(dāng) d =7hp時,h0= 0,即兩針之間不能構(gòu)成聯(lián)合保護網(wǎng),兩針之間距離與針高之比(d/h) 不宜大于 5。
以上介紹的是適用于平原的頂端保護角為 45°的折線保護范圍方法。此外,還有適用于山區(qū)的頂端保護角為 37°的避雷針、兩支不等高避雷針、三支避雷針、四支避雷針等,其保護范圍及計算方法可參考有關(guān)設(shè)計手冊。
③ 單條避雷線的保護范圍如圖9所示確定。避雷線向下作與鉛垂面成 20°~ 30°(保護角,現(xiàn)取 25°) 的斜面構(gòu)成保護空間的上部,在 h/2 處轉(zhuǎn)折,其他如圖9所示。保護空間也可以用下式表達,即
當(dāng) hx≥h/2時 rx=0.47(h -hx)p當(dāng) hx<h/2時 rx=(h -1.53hx)p
式中 h
x———被保護物的高度,m;
h———避雷線Z大弧垂點的高度,m;
rx———避雷線在 hx 水平面上的保護范圍,m;
p———高度影響系數(shù)。
④ 兩條等高平行避雷線的保護范圍如圖10
圖8 用折線法計算單條避雷線的保護范圍
圖10 用折線法計算兩條等高平行避雷線的保護范圍
兩條避雷線外側(cè)保護范圍按單條避雷線保護范圍計算確定。
兩條避雷線內(nèi)側(cè)保護范圍由通過兩避雷線頂點及保護范圍上部邊緣Z低點 o 的圓弧確定,o 點高度可按下式計算,即
式中 h
0———兩條避雷線間保護范圍邊緣Z低點的高度,m;
h———避雷線高度,m;
d———兩條避雷線間的距離,m;
p———高度影響系數(shù)。
兩條避雷線端部保護范圍可按兩支等效避雷針確定,等效避雷針的高度可近似取避雷線懸點高度的 8% 。
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