避雷针保护范围的计算方法
避雷针保护范围的计算方法
卢伟辉1,黄旭丹2
1.广东粤华发电有限责任公司,广东 广州 510731;
2.广东电力设计研究院 广东 广州 510600)
摘 要：常用避雷针(这里仅指单针)保护范围的计算方法主要有折线法和滚球法，为此，就“折线法”和“滚球法”的计算进行了初步的分析和探讨，得出：“折线法”的主要特点是设计直观，计算简便，节省投资，但建筑物高度大于20 m以上不适用；“滚球法”的主要特点是可以计算避雷针(带)与网格组合时的保护范围，但计算相对复杂，投资成本相对大。
关键词：避雷针；折线法；滚球法；保护范围
Calculation methods of lightning conductor protective range
LU Weihui,UANG Xudan2
(1.Guangdong Yuehua Power Co.,Ltd.,Guangzhou 510731,China;
2.Guangdong Electric PowerDesign Institute,Guangzhou 510600,China)
Abstract：he common calculation methods of lightning rod (single rod only)protective range are the“polygon method” and the“rolling
ball method”. his paper makes a primary discussion
on these two methods,drawing a conclusion that the “polygon method” is of intuitionistic design,simple computation,economic costs,but it is inapplicable to buildings higher than 20 m; the “rolling
ball method” can figure out the protective range of a lightning rod combined
with gridding,yet the computation is more complicated and the investment is higher.
Keywords：polygon method; rollingball method; lightning rod; protective range
在避雷针保护范围的计算方法中，“折线法”是比较成熟的方法。近几年来,国标中规定的“滚球法”也开始得到同行的认同，但在实际运用中，“滚球法”也碰到一些问题，特别是在计算天面避雷针保护范围的时候。因此有必要对电力系统常用的“折线法”和国标的“滚球法”进行比较分析，发现其中存在的问题。
1“折线法”避雷保护计算
“折线法”在电力系统又称“规程法”，即单支避雷针的保护范围是一个以避雷针为轴的折线圆锥体。L/ 620—997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》标准就规定了单支避雷针的保护范围，见图。
1.1避雷针在地面上保护半径的计算
计算避雷针在地面上的保护半径可用公式
式中：Rp——保护半径；h——避雷针的高度；P——高度影响因数。
其中，P的取值是：当h≤30 m，P＝1；当30 m
的h的纯数值；当h＞20 m时，只能取h=120 m。
1.2被保护物高度hp水平面上保护半径的计算
a)当hp≥0.5h时，被保护物高度hp水平面上的保护半径
式中：Rp——避雷针在hp水平面上的保护半径；
hp——被保护物的高度；
ha——避雷针的有效高度。
b)当hp＜0.5h时，被保护物高度hp水平面上的保护半径
2“滚球法”避雷保护计算
“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G 50057—994(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hR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。滚球法确定接闪器保护范围应符合规范规定，见表。
应用滚球法，避雷针在地面上的保护半径的计算可见以下方法及图2。
a)避雷针高度h≤hR时的计算
距地面hR处作条平行于地面的平行线。以针尖为圆心、hR为半径作弧线交于平行线A，两点。以A，为圆心，hR为半径作弧线，该弧线与针尖相交并与地面相切，这样，从弧线起到地面就是保护范围。保护范围是一个对称的锥体。避雷针在hP高度的xx＇平面上和在地面上的保护半径，按公式[2](4)计算确定
式中： Rp——避雷针保护高度xx＇平面上的保护半径； hR——滚球半径，按表确定；hp——被保护物的高度；R0——避雷针在地面上的保护半径。
b)当避雷针高度h＞hR时的计算在避雷针上取高度hp的一点代替单支避雷针针尖并作为圆心，亦可见图2。
3“滚球法”计算天面避雷针保护范围存在的问题
3.1存在问题
用“滚球法”计算避雷针在地面上的保护，保护范围可以很好地得到确认，但用“滚球法”计算天面避雷针保护范围时却存在较大的误差。“滚球法”是以避雷针和被保护物所在平面为一无限延伸的平面作为前提的，当被保护物位于屋顶天面时，天面不是一个无限延伸的平面，况且，当滚球同时与避雷针尖和天面避雷带接触时，滚球和天面之间不存在确定的相切关系。因此《建筑物防雷设计规范》中给出的计算公式将不能直接运用。
在这种情况下，我们怎样计算其保护范围呢？由于天面不可延伸且形状不规则，因此，根据滚球法计算保护范围的原理，当避雷针位置确定后，滚球在以避雷针尖作为一个支点，以避雷带上任一点作为另一支点滚动时，它在一定高度的保护范围也将是一个不规则的图形。
从理论上讲，要想知道被保护物体能否得到全面保护，我们需要计算出以避雷针尖为一个滚球支点，
避雷针保护范围的计算方法
