关于安全距离及屏蔽系数计算的理解和探讨增加新规范

1、马金福马金福 湖州市防雷中心湖州市防雷中心关于安全距离及屏蔽系数关于安全距离及屏蔽系数计算的理解和探讨计算的理解和探讨dadad防雷检测所1 1、屏蔽系数计算公式的讨论、屏蔽系数计算公式的讨论 在在建筑物防雷设计规范建筑物防雷设计规范（gb50057-94 2000年版）第年版）第6.3.2条中条中规定：在闪电击于格栅形大空间屏蔽以外附近的情况下，当有屏蔽时，在格规定：在闪电击于格栅形大空间屏蔽以外附近的情况下，当有屏蔽时，在格栅形大空间屏蔽内，即在栅形大空间屏蔽内，即在lpz1区内的磁场强度从区内的磁场强度从h0减小为减小为h1，其值应按下，其值应按下式计算：式计算： （1） 式中式中sf为

2、屏蔽系数，按表为屏蔽系数，按表6.3.2的公式计算。的公式计算。200110sfhh 1 1、屏蔽系数计算公式的讨论、屏蔽系数计算公式的讨论 在此表中，除钢材在首次雷击时的公式不同外，其余的计算公式都相同，在此表中，除钢材在首次雷击时的公式不同外，其余的计算公式都相同，即：即： sf=20log(8.5/w) (0w5） （2） 从公式（从公式（2）和图）和图1都可以看出，都可以看出，sf是单调递减函数，即随着是单调递减函数，即随着w的增大，的增大，sf减小。在减小。在w的取值范围内，的取值范围内，log(8.5/w)恒大于零，故恒大于零，故sf也恒大于零。也恒大于零。即格栅宽度在即格栅宽度在

3、5米范围内总有一定的屏蔽效果。米范围内总有一定的屏蔽效果。 1 1、屏蔽系数计算公式的讨论、屏蔽系数计算公式的讨论屏蔽系数与网格宽度的函数关系图 图11 1、屏蔽系数计算公式的讨论、屏蔽系数计算公式的讨论 钢材在首次雷击时的公式与（钢材在首次雷击时的公式与（2）式有所不同，主要增加了钢材半径这）式有所不同，主要增加了钢材半径这个参数，即：个参数，即： sf=20log(8.5/w)/（11810-6/r2）1/2 (0w（11810-6/r2）1/2”时，时，sf0，此时有屏蔽效果。，此时有屏蔽效果。 当代数式当代数式“(8.5/w)/（11810-6/r2）1/2”等于等于1时，时，log(

4、8.5/w)/（11810-6/r2）1/2=0，sf为零，即当为零，即当“8.5/w=（11810-6/r2）1/2”时，时，sf=0。对此式进行化简计算，求得对此式进行化简计算，求得r与与w的函数关系式，的函数关系式，当当1810-6w2/(72.25- w2)1/2时，时，sf=0。 1 1、屏蔽系数计算公式的讨论、屏蔽系数计算公式的讨论下表例举几个节点的数值：下表例举几个节点的数值： sf等于零时，等于零时，r与与w的对应值表的对应值表 表表1 w(m) 5 4 3 2 1 0.1 0.01r（mm） 3.092.261.601.030.500.050.0051 1、屏蔽系数计算公式的

5、讨论、屏蔽系数计算公式的讨论 当代数式当代数式“(8.5/w)/（11810-6/r2）1/2”小于小于1时，时，即当即当1810-6w2/(72.25- w2)1/2时，时，sf为负值。为负值。此时，不仅没有屏蔽效果，还增强磁场强度，即此时，不仅没有屏蔽效果，还增强磁场强度，即h1大于大于h0，显然，这种现，显然，这种现象是不合理的。象是不合理的。2 2、安全距离计算公式的讨论、安全距离计算公式的讨论（1）、在）、在建筑物防雷设计规范建筑物防雷设计规范（gb50057-94 2000年版）第年版）第6.3.2条第一款中规定，安全距离条第一款中规定，安全距离ds/1的计算公式为：的计算公式为：

6、 ds/1=wsf/10 (0w5） (4) 而而sf的计算由表的计算由表6.3.2确定，以铜材为例，屏蔽系数按（确定，以铜材为例，屏蔽系数按（2）式进行计算。）式进行计算。即：即： ds/1=wsf/10=2 wlog(8.5/w) (0w0时，二阶导数小于零，此函数为单一的凸函数；时，二阶导数小于零，此函数为单一的凸函数；在在w=3.127时一阶导数等于零，有极大值，极大值时一阶导数等于零，有极大值，极大值ds/1=2.716；在；在w=5时，时，ds/1=2.30。 2 2、安全距离计算公式的讨论、安全距离计算公式的讨论函数图如下：函数图如下： 安全距离与网格宽度的关系图 图22 2、安

7、全距离计算公式的讨论、安全距离计算公式的讨论 从图从图2中可以看出，在（中可以看出，在（0w3.127时，函数是单调下降的。而在前面屏蔽系数的讨论时，屏蔽系时，函数是单调下降的。而在前面屏蔽系数的讨论时，屏蔽系数是随着数是随着w的增大而单边下降的，可以理解为网格宽度增大，屏蔽效果下降，的增大而单边下降的，可以理解为网格宽度增大，屏蔽效果下降，安全距离应该随之增大，这符合实际情况。但是根据（安全距离应该随之增大，这符合实际情况。但是根据（4）式计算安全距离）式计算安全距离时，当网格宽度大于时，当网格宽度大于3.127米时，安全距离随着网格宽度增大而减小，这既米时，安全距离随着网格宽度增大而减小，

8、这既不符合实际情况，也违背屏蔽系数计算公式所反映的随着不符合实际情况，也违背屏蔽系数计算公式所反映的随着w增大，增大，sf减小，减小，安全距离应该增大的原理。安全距离应该增大的原理。2 2、安全距离计算公式的讨论、安全距离计算公式的讨论（2）、在）、在建筑物防雷设计规范建筑物防雷设计规范（gb50057-94 2000年版）第年版）第6.3.2条第二款中规定，在闪电直接击在位于条第二款中规定，在闪电直接击在位于lpz0a区的格栅形大空间屏蔽上的情区的格栅形大空间屏蔽上的情况下，安全距离况下，安全距离ds/1的计算公式为：的计算公式为： ds/2=w (6)2 2、安全距离计算公式的讨论、安全距

9、离计算公式的讨论 雷电直接击在格栅形大空间屏蔽上对雷电直接击在格栅形大空间屏蔽上对lpz1区的影响应该比雷电击在格栅区的影响应该比雷电击在格栅形大空间屏蔽以外附近时对形大空间屏蔽以外附近时对lpz1区的影响要大，这是因为雷电不仅距区的影响要大，这是因为雷电不仅距lpz1区的距离要近，而且还有引下线上雷电流对区的距离要近，而且还有引下线上雷电流对lpz1区的影响。所以区的影响。所以 ds/2应该应该大于大于ds/1。比较。比较ds/2和和ds/1，在，在sf10时，时，ds/1=wsf/10w，也，也即即ds/2ds/1，这是不合理的。在闪电直接击在位于，这是不合理的。在闪电直接击在位于lpz0

10、a区的格栅形大区的格栅形大空间屏蔽上的情况下，安全距离的计算不仅要考虑雷电本身的磁场影响，还空间屏蔽上的情况下，安全距离的计算不仅要考虑雷电本身的磁场影响，还要考虑引下线上雷电流的影响，此时就要考虑分流系数的作用。要考虑引下线上雷电流的影响，此时就要考虑分流系数的作用。3 3、结论、结论 （1）、当网格宽度大于）、当网格宽度大于3.127米时，公式（米时，公式（4）违反基本原理，不能应用它）违反基本原理，不能应用它来计算安全距离。来计算安全距离。（2）、屏蔽系数随着网格宽度的增加而减小。在用钢材料时，首次雷击的）、屏蔽系数随着网格宽度的增加而减小。在用钢材料时，首次雷击的屏蔽系数与钢材的粗细（

11、半径）有关，半径越小，屏蔽系数也越小，反之就屏蔽系数与钢材的粗细（半径）有关，半径越小，屏蔽系数也越小，反之就越大。但是，当钢材的半径下降到临界值时，屏蔽系数为零，特别是当钢材越大。但是，当钢材的半径下降到临界值时，屏蔽系数为零，特别是当钢材的半径小于临界值时，屏蔽系数为负，这显然不符合实际情况。的半径小于临界值时，屏蔽系数为负，这显然不符合实际情况。 3 3、结论、结论（3）、）、规范规范6.3.2条第一款和第二款中的安全距离的计算有矛盾之处。条第一款和第二款中的安全距离的计算有矛盾之处。（4）、安全距离计算公式及屏蔽系数计算公式都存在一定的问题，应进行）、安全距离计算公式及屏蔽系数计算公式

12、都存在一定的问题，应进行进一步的研究，使其尽量符合实际情况。进一步的研究，使其尽量符合实际情况。 4 4、新规范中关于安全距离的相关规定、新规范中关于安全距离的相关规定 在在gb50057-2010中，第中，第6.3.2条规定：条规定： 闪电击于建筑物以外附近时，安全距离应按下列公式计算：闪电击于建筑物以外附近时，安全距离应按下列公式计算： 当当sf10时，时， ； 当当sf10时，时， ； 闪电击于建筑物上时，安全距离按下列公式计算：闪电击于建筑物上时，安全距离按下列公式计算： 当当sf10时，时， ； 当当sf10时，时， ； /10/1sfsdw/1sdw/2/10sdw sf/2sdw4 4、新规范中关于安全距离的相关规定、新规范中关于安全距离的相关规定 以屏蔽体材料为铜以屏蔽体材料为铜/铝为例，铝为例， 取