確定避雷針(線)保護范圍的滾球法與折線法的比較

確定避雷針 (線 ) 保護范圍的滾球法與折線法的比較
核工業(yè)第七研究設計院 劉文正
摘要 我 國新編制的 《建筑物防雷設計規(guī)范 》G BJ57 一 x x 報批稿中采用的滾
球法與現(xiàn)行國家標準 《建筑物防雷設計規(guī)范 》G BJ57 一83 (試行 ) 中所 用的折線法
所確定避雷針 ( 線 ) 的保護 范圍有很大差別, 文章時兩種方法的理論依據及相同條
件下所確定的避雷針 (線 ) 保護 范圍的大小進行 了比較和分析, 并提 出了今后進行
防雷設計中應 注意的幾個問題。
關鍵詞 滾球法 折 線法 保護 范圍 防雷 避雷針 ( 線 )
在防雷設計中, 經常采用避雷針 ( 線 ) 護范圍一般是指雷擊概率為0. 1%左右 的 空
作為防雷裝置, 雖然雷云放電過程具有很大 間區(qū)域。
的隨機性, 一根獨立的避雷針 (線 ) 根本無 1. 滾球法確定保護范圍的理論依據
法獲得一個可以絕對免遭雷擊的區(qū)域, 但是 滾球法是以擊距理論為基礎, 根據閃擊
雷云對避雷針 (線 ) 的放電, 又確實具有一 距離 ( 即放電距離 ) 的大小確定避雷針(線)
定的統(tǒng)計規(guī)律, 存在著一個具有較低繞擊率 的保護范圍。 這種方法的保護機理是: 當雷
的空間范圍。 因此, 合理確定避雷針 (線 ) 電先導達到對避雷針或被保護建筑物的閃擊
的保護范圍, 對經濟可靠地設計防雷裝置是 距離以前, 擊中點是不確定的, 而達到閃擊
十分重要的。 距離時, 避雷針或被保護建筑物就產生向上
我國新編制的 《建筑物防雷設計規(guī)范 》 的迎面先導, 雷電先導與迎面先導會合時就
G BJ57 一x x 報批稿提出, 利用國際電工委 形成雷電的主放電, 如果避雷針比被保護建
員會IE C標準推薦的滾球法確定避雷針(線) 筑先達到雷電的閃擊距離, 就能實現(xiàn)對建筑
的保護范圍, 而現(xiàn)行國家標準 《建筑物防雷 物的保護。
設計規(guī)范 》G BJ57, 83 (試行 )卻規(guī)定 用 折 這種理論通過了假定雷電極在不同高度
線法確定避雷針 ( 線 ) 的保護范圍, 兩者有 并相對避雷針變化位置時的人工模擬放電實
很大差別, 這勢必對新舊工程的防雷設計有 驗的驗證。 滾球法確定的保護范圍如圖 1 所
很大影響。 示, 圓弧下的面積為避雷針 ( 線 ) 保護范圍
本文簡單介紹了滾球法與折線法確定避 的截面。 滾球法確定保護范圍的特點是保護
雷針 (線 )保護范圍的理論依據, 并對它們 范圍 由閃擊距離R 決定, 不同等級的防雷 建
所確定的保護范圍做了較詳細的比較。 在此 筑物有不同的保護范圍。
基礎上, 通過對滾球法與折線法保護范圍的 2. 折線法確定避雷針 ( 線 )保護范圍的
分析, 提出了在進行防雷設計時應注意的兒
奮電鄉(xiāng)七導
個問題。
一、 滾球法與折線法確定避雷針(線)保
護范圍的理論依據
避雷針 ( 線 ) 是將雷電吸引到自身并安
全地將雷電流引入大地, 對被保護建筑物等
起到保護作用。 避雷針 (線 )對建筑物的保 圖 1 滾球法確 定的保護 范圍
· 8 · (8 ) 建筑電氣 1993年 第1期理論依據
折線法是以經驗和小雷電沖擊電流下的
模擬試驗為基礎, 確定避雷針 (線 ) 的保護
范圍的。 這種方法的保護機理是: 雷電先導
發(fā)展初期, 隨機地向任意方向發(fā)展。 但當雷
電先導到達某一地面高度時, 避雷針將會影
響先導的發(fā)展方向, 使先導放電電場發(fā)生形
變, 并將先導的發(fā)展方向引到避雷針上, 實
現(xiàn)對建筑物的保護。
我 國現(xiàn)行防雷標準確定的保護范圍是在
雷電沖擊小電流的情況下 (不考 慮 具 體 數(shù)
(二
值 ) , 假定雷電距離為避 雷 針 的 5 ~ 10 倍 單位: m 閃
時, 經模擬試驗研究確定的, 并用運行經驗
作了校驗, 保護范圍的保護概率為99 . 9腸。
避雷針及避雷線的保護 范 圍 如 圖 2 所
示, 折線下的面積為避雷針 ( 線 )保護范圍 圖3 第一類防雷建筑物避雷針
的截面。 當避雷針 ( 線 ) 的高度 超 過 30 m (線 ) 保護 范圍的比較
時, 應計入高度影響系數(shù)尸(尸一5. 5/ 訓h )。 從圖3 可 以看出: 當避雷針高度為 10 m
山坡上避雷針 ( 線 ) 的保護范圍也宜相應減 以下時, 相同高度的避雷針用滾球法和折線
小25腸。 法確定的保護范圍基本相同; 避雷針為30 m
以下時, 折線法比滾球法的保護范圍大很多;
衛(wèi) 避雷針的高度超過30 m 時, 折線法的保護范
圍隨著避雷針高度的增加(最高可達 120 m )
卜」句上一 繼續(xù)增大, 但滾球法的保護范圍不再增大。
避雷牛于 三壁雷線 對于避雷線, 高度為10 m 以下時, 滾球
圖2 折線法確定的保護 范圍 法比折線法確定的保護范圍大; 高度為 20 m
折線法反映了具體統(tǒng)計規(guī)律 的雷 電 流 以下時, 滾球法與折線法的保護范圍基本相
(大、 中、 小 ) 的屏蔽效果的總和, 其特點 同; 高度為30 m 以下時, 折線法比滾球法 的
是避雷針與避雷線、 山區(qū)與平地的屏蔽效果 保護范圍大; 避雷線的高度超過30 m 時, 折
不 同。 線法的保護范圍隨著避雷線高度的增加繼續(xù)
二、 滾球法與折線法確定的保護范圍的 增大, 但滾球法的保護范圍則減小; 當避雷
比較 線的高度為60 m 時, 折線法的保護范圍達 到
對于不同類別的防雷建筑物, 即使獨立 最大值, 而滾球法的保護范圍減小到。。
避雷針 ( 線 ) 的高度相同, 滾球法和折線法 2. 第二類防雷建筑物
確定的保護范圍也差別很大。 對第二類防雷建筑物, 滾球法規(guī)定其滾
1. 第一類防雷建筑物 球半徑為45 m , 滾球法和折線法確定的保 護
對于第一類防雷建筑物, 滾球法規(guī)定其 范圍如圖4 所示。
滾球半徑為30 m 。 滾球法和折線法確定的保 從圖 4 可以看出: 當避雷針高度為 10 m
護范圍如圖 3 所示。 以下時, 相同高度的避雷針用滾球法比折線
確定避雷針 (線) 保護范圍的滾球法與折線法的比較一一劉文正 (9 ) · 9 ·
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圖 4 第二類防雷建筑 物避雷針 圖 5 第三類防雷建筑物避雷針
( 線 ) 保護范圍的比較 ( 線 ) 保護 范圍的比較
法確定的保護范圍大, 避雷 針為 20 m 以 下 度的增加 ( 最高可達120 m ) 繼續(xù)增大 , 但
時, 折線法與滾球法的保護范圍基本相同, 滾球法的保護范圍不再增大。
避雷針為40 m 以下時, 折線法比滾球法的 保 對于避雷線, 高度為30 m 以下時, 滾球
護范圍大很多; 折線法的保護范圍隨著避雷 法比折線法確定的保護范圍大 ; 40 m 以 下
針高度的增加 ( 最高可達120 m ) 繼續(xù)增大, 時, 折線法與滾球法的保護范圍基本相同,
但滾球法的保護范圍不再增大。 60 m 以下時, 折線法比滾球法的保護范 圍稍
對于避雷線, 高度為20 m 以下時, 滾球 大, 避雷線高度超過60 m 時, 折線法沒有保
法比折線法確定的保護范圍大, 高度為 40 m 護范圍, 滾球法的保護范圍將減小。