利用滚球法进行防雷设计的计算方法
摘要：“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。笔者阐述了利用滚球法进行防雷设计的设计步骤，并给出了rx、bx的计算公式。 关键词：避雷针 滚球法 保护范围 1 前言
“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。国标GB50057—94《建筑物防雷设计规范》(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。
利用滚球法进行防雷（两支避雷针及以上）设计时，需要确定的因素包括：防雷类别、避雷针在hx高度的保护半径rx值、避雷针在hx高度联合保护的最小保护宽度bx值。下面将对如何利用滚球法进行防雷设计做简单的阐述。 2 滚球半径hx的确定
按GB50057—1994 建筑物防雷设计规范要求，不同类别的防雷建筑物的滚球半径，如表1所示。 表1：不同类别的防雷建筑物的滚球半径
建筑物防雷类别 第一类防雷建筑物 第二类防雷建筑物 第三类防雷建筑物 滚球半径hr（m） 30 45 60 3 避雷针在hx高度的xx’平面上的保护半径rx的确定
按GB50057—1994 建筑物防雷设计规范要求，避雷针在hx高度的xx’平面上的保护半径rx值为：
（1）
式中， rx—避雷针在hx高度的xx’平面上的保护半径（m）； hr—滚球半径（m）； hx—被保护物的高度（m）； h—避雷针的高度（m）。
当hx=0时，由公式（1）可以得到避雷针在地面上的保护半径ro值为：
（2）
式中，ro—避雷针在地面上的保护半径（m）。
4 避雷针在hx高度联合保护的最小保护宽度bx值的确定
在防雷设计中，我们不仅需要在图中标注出h值、rx值、D值；而且还要标注出bx值。但在《工业与民用配电手册》和《建筑物防雷设计规范》GB50057—1994(2000年版)中，只给出了rx的计算公式，没有给出bx值的计算公式，下面将对bx的公式进行推导： 4.1 双支等高避雷针联合保护范围的做法
通过设计及个人总结，笔者总结出了双支等高避雷针联合保护范围的做法： （1）分别以A、B为圆心，r0为半径，做圆弧，两圆弧交于点O、O’；
（2）分别以O、O’为圆心, 以r0- rx为半径做圆，与圆A、圆B切于点C、D、E、F；
（3）则封闭圆弧CDEFC为双支避雷针在hx高度的xx’平面上的联合保护范围（如图1）。
图1
4.2 双支等高避雷针在hx高度联合保护的最小保护宽度bx值公式的推导
（1）由图1 可以计算出，当小保护宽度bx值为：
时，双支避雷针在hx高度联合保护的最
（3）
即：
（4）
式中，D—双支等高避雷针的距离（m）；
bx—双支等高避雷针在hx高度联合保护的最小保护宽度（m）。
（2）当
时，双支等高避雷针的保护范围为各自单针的保护范围，此时两根
针没有联合保护范围，如图2所示。
图2
（3）当D≤2rx时，双支等高避雷针的联合保护范围为两根针各自保护范围的交集，如图3所示。
图3 5 工程应用：
在工程设计中，我们经常设置几支等高的避雷针来进行防雷保护。所以，利用上面的方法就可以绘出完整的防雷保护设计图。下面举例进行说明：
滴西10井区气田地面建设工程 集气处理站分离换热区为一级防雷，滚球半径为30m，装置区的防雷保护高度为5.0m。本装置区设置了三座25.0m（基础高度0.2m）高的避雷针进行防雷保护。
（1）利用公式1可以求得避雷针在5.0m高度的保护半径rx值为：
利用滚球法进行防雷设计的计算方法
