防雷装置的保护范围

防雷装置的保护范围防雷装置的保护范围是指防雷装置保护其对象，被雷电击中的概率在01以下的范围。在防雷装置中，只对避雷针和避雷线确定其空间保护范围，而避雷网和避雷带，因为是直接设在建筑物表面上，已构成了确定的平面保护范围，不须要再计算确定。避雷针、避雷线的保护范围与布局形式和高度有关。避雷针、避雷线的布局形式取决于被保护物的结构尺寸(高度和面积)，通常有单支、双支、三支等高，双支不等高避雷针和单根、两根平行等高，两根平行不等高避雷线等布局形式。避雷针和避雷线的保护范围确定方法有两种，一种是折线圆锥体法，另一种是滚球法。对于同一结构的避雷针和避雷线，滚球法比折线圆锥体法核算的保护范围要小些，即滚球法比折线圆锥法对避雷针和避雷线的保护作用要求更严格一些。一、避雷针的保护范围(一)单支避雷针的保护范围的确定1单支避雷针折线圆锥体法保护范围的确定，按下式计算：r015h 式中：h避雷针的高度(m)。 r0避雷针在地面上的保护半径高度为水平面上的保护半径当h时 =k(h)当h时 =k(15h2)式中：k高度影响系数h30m，k=1；30m时，在避雷针上取高度的一点代替单支避雷针针尖为圆心，其余的作法同上。(二)双支等高避雷针的保护范围1双支等高避雷针折线圆锥体法保护范围的确定双支等高避雷针的两针外侧的保护范围按单支避雷针确定，两针间的保护范围，应通过两针的高度h和两针间的距离D确定。两针之间保护范围边缘最低点的高度计算式为：当h30mm时， h0=h当h30mm时， h0=h式中：h避雷针的高度(m)。 D两针间的距离(m)。 h0两针间保护范围边缘最低点的高度(m)。 k两度影响系数、取值同单支避雷针。两针间在XX平面上中心线每侧的最小保护宽度为：=15(h0)式中：两针间在h高度的XX平面上中心线每侧的最小保护宽度(m)。由计算式可以看出，当两针之间距离增至D=7kh时，h0=0，两针间不再构成联合保护范围。因此，两针间距离D不宜过大，一般情况下，两针间距离与针高之比Dh不宜大于5。如图512所示，为双支等高避雷针的折线圆锥体法确定的保护范围，方法为：(1)作避雷针水平底线，在水平底线上确定两针距离D，作出高度为h的两针垂线及两针距离中点处高度为h0=hd/7k(k值同单支避雷针)的垂线OO，通过两针顶点作AOB弧线。其O点为两针间保护边缘的最底点，h0是两针间保护范围边缘最低点的高度。(2)上图中的右边、以h0为高度，以15h0为地面保护半径，作假想避雷针保护范围的OO截面圆锥图。(3)在图上，作高度的XX水平面，得出高度的XX平面上的保护半径和两针中线每侧的最小保护宽度。(4)作以两针为圆心，为半径的圆与两侧宽度为的两针中心线端点相切，即为双支等高避雷针在高度为的XX平面上的保护范围。图512 双支等高避雷针折线圆锥体法的保护范围2双支等高避雷针滚球法保护范围的确定双支等高避雷针的保护范围，在h的情况下，当两支避雷针之间的水平距离D2 时，由于两针之间形成不了联合保护范围，各支避雷针的保护范围按单支避雷针的方法确定；当D2 时，两针之间形成了一定的联合保护范围，见图513。图513 双支等高避雷针滚球法的保护范围双支等高避雷针保护范围的确定方法是：(1)AEBC外侧的保护范围，按照单支避雷针的方法确定。(2)C、正点位于两针间的垂直平分线上。在地面每侧的最小保护宽度按下列公式计算：b0=CO=EO=在AOB轴线上，距中心线任一距离X处，其保护范围上边缘的保护高度按下列确定：实际上，该保护范围上的边线是以中心线距地面的一点O为圆心，以为半径所作的圆弧。(3)两针间AEBC内的保护范围，ACD、BCO、AEO、BEO各部分是类同的，以ACO部分的保护范围为例，按以下方法确定；在任一保护高度作为假想避雷针，按单支避雷针的方法逐点确定(见图513“1剖面图”)。(三)双支不等高避雷针保护范围1双支不等高避雷针折线圆锥体法保护范围的确定双支不等高避雷针的两针外侧的保护范围按单支避雷针确定，两针间的保护范围，应先按单支避雷针规定的方法作出较高避雷针的保护范围，(如图514所示)然后经过较低避雷针的顶点B作水平线相交于较高避雷针保护范围的A点，取A点作为一支等效避雷针的顶点，BA之间的保护范围按双支等高避雷针的方法确定。其最低点高度为：h0=hBD7k式中：hB较低避雷针的高度； D较低避雷针与等效避雷针之间的距离。图514 双支不等高避雷针折线圆锥法的保护范围2双支不等高避雷针滚球法保护范围的确定双支不等高避雷针的保护范围，在h1和h2的情况下，当D时，各支避雷针的保护范围按单支避雷针的方法确定；当D时，双支避雷针的保持范围见图515。图515 双支不等高避雷针的保护范围其保护范围的确定方法：(1)AEBC外侧的保护范围。按照单支避雷外的方法确定。(2)CE线或HO线的位置按下列公式计算：(3)在地面上每侧的最小保护宽度按下式计算：在AOB轴线上，A、B间保护范围上边线按下列公式确定：式中X为距CE线或HO线的距离。实际上，该保护范围上边线是以HO线上距地面的一点O为圆心，以为半径所作的圆弧。(4)两针间AEBC内的保护范围，ACO与AEO是对称的，BCO与BEO也是对称的，以ACO部分的保护范围为例，按以下方法确定：在和C点所处的垂直平面上，以作为假想避雷针，按单支避雷针的方法确定，如图515“-剖面图”(四)多支避雷针保护范围1多支避雷针成直接布置时，应区别等高或不等高两种情况，分别按双支等高或不等高避雷的方法，两两组合确定其保护范围。2三支避雷针形成三角形布置时，应区别等高或不等高两种情况，其三角形内侧保护范围，按相邻两支等高或不等高避雷针的方法确定；如各相邻两支避雷针的最小保护宽度0时，则全部面积均受到保护。见图516。3四支及四支以上避雷针形成四角形或多角形布置时，可先将其分成两个或几个三角形，然后按三支避雷针成三角形布置的情况，确定其保护范围；如各边的最小保护宽度0时，则全部面积均受到保护。图516 多支避雷针保护范围例：某仓库有一栋地面库房见图517，原已在库房后墙中央距墙5m处安装了一支高为20m的独立避雷针，试校核该库房是否在避雷针的保护范围内?若未被保护可采取什么措施?图517 地面库的形状及尺寸解1：校核避雷针的保护范围根据避雷针尺寸和库房尺寸，见图518。图518 库房避雷针保护范围图由图可知，在=9m(屋脊高度)的水平面上的屋角和=5m(屋檐高度)的水平面上的檐角，均未在该避雷针的保护范围内，即该库房不能全部受到避雷针的保护。解2：采取加高单支避雷针的措施保护库房(1)=9m时，按屋角被保护的半径确定单支避雷针的高度。已知避雷针设置在后墙中央5m处，避雷针每侧的库房长度为312=155m，避雷针至屋脊线的垂直距离为10m。由三角形定理求避雷针至屋角的半径为：由1/2h时，=15h-2可求出避雷针高度h为：h=(+2)/15=(1845+29)/15=243m(2)=5m时，按檐角被保护的半径rx确定单支避雷针的高度。已知避雷针每侧的库房长度为312=155m，避雷针至前屋檐线的垂直距离为15m。由三角形定理求避雷针至前檐角的半径为：由1/2h时，=15h-2可求出避雷针高度h为：h=(+21h)/15=(2157+25)/15=2105m若要使库房全面受到保护，避雷针的高度应取上述两个极点计算值的较高者。即单支避雷针的高度为243m，考虑到一定的保险系数，可再加051m的余量，该避雷针的高度应按25m设置。解3：改用双支等高避雷针保护库房(1)确定避雷针的安装位置为了避免产生雷电反击现象和在库房得到保护的前提下使避雷针的高度最低，双支等高避雷针应分别安装在库房两山墙的外侧中央且离开库房5m处。(2)确定两针之间保护边缘最低点的高度h由题设库房尺寸可知在屋檐高度=5m的平面上，每侧的最小保护宽度=10/2=5m。由公式：=15(h0)求出：h0= /15+=5/15+5=83m在屋脊高度=9m的平面上，屋脊为一条直线，其最小保护宽度应满足0由公式=15(h0)可知，当0时，则h0=9m。依据上述，两避雷针之间保护边缘最低点的高度h0应取其中较高者，即h09m。(3)确定避雷针高度h已知：两针间距离D=31+25=41m。取h0=9m，高度影响系数k=1由下式计算避雷针高度 h0=hD/7k h=h0+D/7k=9+41/71=149mm考虑到一定的保险系数，可再加高051m的余量，取该双支等高避雷针的高度为155m为宜。二、避雷线保护范围(一)单根避雷线保护范围1单根避雷线折线圆锥体法保护范围的确定，见图519。图519 单根避雷线折线圆锥体法的保护范围避雷线在地面上投影线每侧的最小保护宽度，按下式计算：b12h式中：b避雷线在地面上投影线每侧的最小保护宽度(m)。 h避雷线最大弧垂点的高度(m)。避雷线在高度上的XX平面上投影线每侧的保护范围按下式确定。当12h时， =07(h)k当12h时， =(12h17)k单根避雷线端部的保护范围以为半径作半圆弧。2单根避雷线滚球法保护范围的确定单根避雷线的保护范围是当避雷线的高度h2时，无保护范围；当避雷线的高度h2 时，保护范围见图520。在确定架空避雷线的高度时要考虑弧垂的影响，在无法确定弧垂的情况下，可考虑架空避雷线中点的弧垂为：当等高支柱距离小于120m时的中点弧垂为2m，距离为120150m时的中点弧垂为3m。图520中确定单根避雷线滚球法保护范围的方法是：图520 单根避雷线滚球法保护范围(1)距地面处作一平行于地面的平行线；(2)以避雷线为圆心为半径，作弧线交于平行线的A、B两点；(3)以A、B为圆心为半径作弧线，该两弧线相交或相切并与地面相切。从该弧线起到地面止就是其保护范围；(4)当2h时，保护范围最高点的高度h0按下列公式计算：h0=2h(5)避雷线在高度XX平面上的保护宽度，按下列公式计算：式中：避雷线在高度的XX平面上的保护宽度(m)； h避雷线的高度(m)； 滚球半径(m)； 被保护物的高度(m)。(6)避雷线两端的保护范围按单支避雷针的方法确定。(二)两根平行等高避雷线保护范围1两根平行等高避雷线折线圆锥体法保护范围的确定两根平行等高避雷线的外侧保护范围按单根避雷线确定。两线间的保护范围如图521所示。应通过两线最大弧垂点A、B和中心O的圆弧确定，O点是两线间保护范围边缘的最低点，其高度h0应按下式计算。当h30m时， h0=h当h30m时， h0=h式中：D两线间的距离(m)。 h0两避雷线间保护范围边缘的最低点的高度(m)。图521 两根平行等高避雷线折线圆锥体法保护范围2两根等高避雷线滚球法保护范围的确定(1)在避雷线的高度h的情况下，当D2时，各按单根避雷线规定的方法确定其保护范围。(2)在避雷线高度h的情况下，当D2时，两根等高避雷线的保护范围见图522。图522 两根等高避雷线在h2的情况下，两根等高避雷线的保护范围见图523。图523 两根等高避雷线在h2时滚球法的保护范围图523中确定两根等高避雷线保护范围的方法是：距地面处作一与地面平行的线；以避雷线A、B作为圆心、为半径弧线相交于O点并与平行线相交或相切于C、E点；以O为圆心、为半径作弧线交于A、B点；以C、E为圆心、为半径作弧线交于A、B并与地面相切。两避雷线之间保护范围最低点的高度h0按下列公式计算：最小保护宽度位于高处，其值按下列公式计算：避雷线两端的保护范围按双支高度的避雷针确定，但在中线上h0线的内移位置按以下方法确定(图523“”剖面)：以双支高度的避雷针所确定的中心保护范围最低点的高度作为假想避雷针，将其保护范围的延长弧线与h0线交于F点。内移位置的距离X也可按下列公式计算；以上介绍的是几种类型的避雷针和避雷线以滚球法确定保护范围的方法。这里还要说明的是，滚球法的各图中所画的地面也可以是位于