第三章 接闪器保护范围计算

1、第三章第三章 接闪器保护范围计算接闪器保护范围计算 大气物理学院大气物理学院 肖稳安肖稳安TelE-mail：第一节第一节 滚球法保护原理滚球法保护原理 一、一、避雷针保护范围的讨论避雷针保护范围的讨论 我国我国GBJ5783标准，使用了标准，使用了30、45、60的圆锥体，按此方法，避雷针越高，则其覆盖的保护范的圆锥体，按此方法，避雷针越高，则其覆盖的保护范围就越大。事实上却不是这样，许多高耸的铁塔或建筑围就越大。事实上却不是这样，许多高耸的铁塔或建筑物上的避雷针不但无法按圆锥体实现保护，往往自身的物上的避雷针不但无法按圆锥体实现保护，往往自身的中部和下部遭遇雷击。

2、在巴黎的爱菲尔铁塔的中部还架中部和下部遭遇雷击。在巴黎的爱菲尔铁塔的中部还架设了向外水平伸出的避雷针，以防备侧面袭来或绕过铁设了向外水平伸出的避雷针，以防备侧面袭来或绕过铁塔顶部避雷针的塔顶部避雷针的“绕击雷绕击雷”。1 1、确定避雷针、线、带、网保护范围的分类确定避雷针、线、带、网保护范围的分类 meshmethodprotective angle methodrrolling spheremethod 图图3-1 避雷针、线、带、网保护范围的分类避雷针、线、带、网保护范围的分类 2 2、滚球法、滚球法确定避雷针、线、带、网保护范围确定避雷针、线、带、网保护范围 避雷针和避雷线等接闪器对其周

3、围物体的保避雷针和避雷线等接闪器对其周围物体的保护范围，常以它们可能防护直接雷击的空间区域护范围，常以它们可能防护直接雷击的空间区域来表示，在此空间区域内被保护物体遭受直接雷来表示，在此空间区域内被保护物体遭受直接雷击的概率非常小。确定接闪器的保护范围，对于击的概率非常小。确定接闪器的保护范围，对于经济可靠地进行建筑物的防雷设计至关重要。经济可靠地进行建筑物的防雷设计至关重要。 从从8080年代起，经过讨论和研究，世界上大多年代起，经过讨论和研究，世界上大多数国家均已采用滚球法计算避雷针的保护范围数国家均已采用滚球法计算避雷针的保护范围（日本除外，仍用（日本除外，仍用4545、6060保护的圆

4、锥体）。保护的圆锥体）。 二、滚球法保护原理二、滚球法保护原理 在雷云对地放电过程中，下行先导在到达由雷击在雷云对地放电过程中，下行先导在到达由雷击距所限界定的定向高度范围之前，其发展路径是随机距所限界定的定向高度范围之前，其发展路径是随机的，直到下行先导头部达到地面上某物体可被雷击的的，直到下行先导头部达到地面上某物体可被雷击的范围时，他才会定向的击向范围时，他才会定向的击向该物体，如该物体，如图图3-2， 当先导当先导头部进入建筑物顶上避雷针头部进入建筑物顶上避雷针的雷击范围时，它就定向地的雷击范围时，它就定向地向避雷针顶端发展，这样避向避雷针顶端发展，这样避雷针的顶端即为雷击点。从雷针的

5、顶端即为雷击点。从下行先导头部达到地面上被下行先导头部达到地面上被击物体的距离就称为击物体的距离就称为雷击距。雷击距。图图3-2 雷击距范围（雷击距范围（雷击距）雷击距） 以这种雷击过程为基础，根据下行先导发展的随机性和定向以这种雷击过程为基础，根据下行先导发展的随机性和定向性来确定建筑物上以及地面上可能出现的雷击点，这就是滚球法性来确定建筑物上以及地面上可能出现的雷击点，这就是滚球法的基本思想。的基本思想。 运用滚球法确定雷击点时，应先选定一个对应于一定雷电流运用滚球法确定雷击点时，应先选定一个对应于一定雷电流幅值的幅值的滚球半径滚球半径dsds，因此，为了确定建筑物上各个可能的雷击点，因此

6、，为了确定建筑物上各个可能的雷击点，需要从其上空沿各个方向反复多次地抛投滚球，统计出大量被滚需要从其上空沿各个方向反复多次地抛投滚球，统计出大量被滚球接触过的点，这一做法可以等值地转变为将滚球沿建筑物屋面球接触过的点，这一做法可以等值地转变为将滚球沿建筑物屋面连续地滚越建筑物的整体，滚球所能接触到的屋面就是建筑物上连续地滚越建筑物的整体，滚球所能接触到的屋面就是建筑物上可能遭受雷击的区域；滚球不能接触到的地方，则可认为是由建可能遭受雷击的区域；滚球不能接触到的地方，则可认为是由建筑物的接闪器能够保护的区域，这一区域称为保护区。如图筑物的接闪器能够保护的区域，这一区域称为保护区。如图3-33-3

7、所示，弧所示，弧ACAC和和DEDE以下的空间区域就是保护区。以下的空间区域就是保护区。 图图3-3 滚球法在建筑物面上的连续滚球法在建筑物面上的连续 滚动确定雷击点和保护范围滚动确定雷击点和保护范围 图图3-4 3-4 用滚球法确定雷击点用滚球法确定雷击点 从上面的图可看出被雷击的点距下行先导的距离从上面的图可看出被雷击的点距下行先导的距离都等于都等于ds， ds称为称为雷击距雷击距，即滚球半径。它是基于以，即滚球半径。它是基于以下的雷闪数学模型下的雷闪数学模型( (电气电气- -几何模型几何模型) )： 8 . 61302IreIh65.010 Ihr或简化为：或简化为： 式中式中 h h

8、r r为滚球半径，为滚球半径， I I为与为与h hr r相对应的得到保护的最小雷电流幅值相对应的得到保护的最小雷电流幅值(kA)(kA)。 在电气在电气几何模型中，雷先导的发展起初是不确定几何模型中，雷先导的发展起初是不确定的，直到先导头部电压足以击穿它与地面目标间的间隙的，直到先导头部电压足以击穿它与地面目标间的间隙时，也即先导与地面目标的距离等于击距时，才受到地时，也即先导与地面目标的距离等于击距时，才受到地面影响而开始定向。面影响而开始定向。 与与hr相对应的雷电流按上式整理后为相对应的雷电流按上式整理后为 在建筑物的防雷设计中，滚球半径的选择应采用建筑在建筑物的防雷设计中，滚球半径的

9、选择应采用建筑防雷设计规范推荐的数值，防雷设计规范推荐的数值，计算得到第一类防雷建筑物计算得到第一类防雷建筑物I=5.4kA，二类为，二类为I=10.1kA，三类为，三类为I=15.8kA。1.54r10hI 滚球半径的大小取决于回击时雷电流幅值的大小，由于雷电流幅值滚球半径的大小取决于回击时雷电流幅值的大小，由于雷电流幅值是个随机量，则雷电流幅值变化时，滚球半径也随之变化。是个随机量，则雷电流幅值变化时，滚球半径也随之变化。 建筑物接闪器将能对该区域空间提供保护。对于强雷来说，其雷电建筑物接闪器将能对该区域空间提供保护。对于强雷来说，其雷电流幅值大，相应的滚球半径就大，保护区就较大；对于弱雷

10、来讲，其雷流幅值大，相应的滚球半径就大，保护区就较大；对于弱雷来讲，其雷电流幅值小。例如图电流幅值小。例如图3-53-5，当滚球半径由，当滚球半径由dsds2 2减小到减小到dsds1 1时，保护区将缩小，时，保护区将缩小，原先受到保护的原先受到保护的B B点将会与减小半径后的滚球相接触，从而由被保护点点将会与减小半径后的滚球相接触，从而由被保护点转变为雷击点。应用滚球法可以确定建筑物的空间受雷曲面转变为雷击点。应用滚球法可以确定建筑物的空间受雷曲面。图图3-5 3-5 保护区随滚球半径的变化保护区随滚球半径的变化 应用滚球法可以确定建筑物的空间受雷曲面，应用滚球法可以确定建筑物的空间受雷曲面

11、， 如下左图所示。如下左图所示。将滚球沿建筑物屋面及突出的接闪器滚遍，其球心运动轨迹即构成将滚球沿建筑物屋面及突出的接闪器滚遍，其球心运动轨迹即构成了空间受雷曲面。当下行先导发展碰到该曲面时，将会击到该建筑了空间受雷曲面。当下行先导发展碰到该曲面时，将会击到该建筑物应屋面。用滚球法，可以方便地确定复杂形状建筑物上易受雷击物应屋面。用滚球法，可以方便地确定复杂形状建筑物上易受雷击部位，这也是滚球法一个显著优点。部位，这也是滚球法一个显著优点。 如图如图3-63-6表示在给定雷电流幅值所对应半径的球在给定外形尺寸表示在给定雷电流幅值所对应半径的球在给定外形尺寸的建筑物屋面接闪器（避雷网）上连续地滚

12、动，遍滚球体所能触及的建筑物屋面接闪器（避雷网）上连续地滚动，遍滚球体所能触及到的地方，即为建筑物上易受雷击的部位，如图到的地方，即为建筑物上易受雷击的部位，如图3-73-7阴影区。阴影区。图图3-63-6建筑物的空间受雷曲面建筑物的空间受雷曲面 图图3-7 3-7 复杂形状建筑物上易受雷击的部位的确定复杂形状建筑物上易受雷击的部位的确定 第二节第二节 避雷针保护范围的计算避雷针保护范围的计算 一一 、单支避雷针的保护范围、单支避雷针的保护范围 单支避雷针的高度不大于滚球半径单支避雷针的高度不大于滚球半径h hr r确定避雷针保护范围的确定方法如图确定避雷针保护范围的确定方法如图, ,其具体步

13、骤如下：其具体步骤如下： a a、距地面、距地面h hr r处作一平行于地面的平行线；处作一平行于地面的平行线； b b、以避雷针的针尖为圆心，、以避雷针的针尖为圆心，dsds为半径画圆弧，该为半径画圆弧，该圆弧线交于平行线的圆弧线交于平行线的A A、B B两点；两点； c c、分别以、分别以A A、B B为圆心，为圆心，h hr r为半径画圆弧，这两条为半径画圆弧，这两条圆弧线上与避雷针尖相交，下与地面相切。再将圆弧与圆弧线上与避雷针尖相交，下与地面相切。再将圆弧与地面所围面以避雷针为轴旋转地面所围面以避雷针为轴旋转180180 ，所得圆弧曲面圆锥，所得圆弧曲面圆锥体即为避雷针的保护范围。体

14、即为避雷针的保护范围。 图图3-9 单支避雷针的保护范围单支避雷针的保护范围 图图3-8 单支避雷针的保护范围计算简图单支避雷针的保护范围计算简图 避雷针在地面上的保护半径避雷针在地面上的保护半径r0，可确定为：，可确定为： d、避雷针在hx高度的xx平面上和地面上的保护半径：(2)(2)xrxrxrh hhhhh式中，式中，d ds s为滚球半径，为滚球半径，h h为避雷针的高度，为避雷针的高度，h hx x为距平面为距平面x x处处的高度，的高度，r rx x在高度为在高度为h hx x处的保护半径，各量的单位均为处的保护半径，各量的单位均为m m。 0(2)rrhhh 单支避雷针的单支避

15、雷针的保护范围立体图保护范围立体图单支避雷针在单支避雷针在hx高度的保护范围高度的保护范围 例一：第二类防雷建筑物，计算单支避雷针的保护范围时，滚球半径例一：第二类防雷建筑物，计算单支避雷针的保护范围时，滚球半径为为45m，避雷针的高度为，避雷针的高度为8m，若避雷针离地高度为，若避雷针离地高度为45m，求其保护，求其保护范围？范围？)(6 .258452820mhhhrr图图3-10 单支单支8.0m避雷针的保护范围计算避雷针的保护范围计算例二：某公司在地面上有两台高例二：某公司在地面上有两台高2.35m2.35m的天线，相距的天线，相距3.6m3.6m，为了保，为了保护这两台天线，在其中间

16、装一支避雷针，问此避雷针的高度应为多护这两台天线，在其中间装一支避雷针，问此避雷针的高度应为多高高? ? 本例属第二类建筑物，滚球半径取本例属第二类建筑物，滚球半径取45m45m，两台天线相距，两台天线相距3.6m3.6m，避雷针设在中间，因此在避雷针设在中间，因此在2.35m2.35m的高度上避雷针的保护范围要大于的高度上避雷针的保护范围要大于3.63.62=1.8m2=1.8m才能保护这两台天线。才能保护这两台天线。35.245235.24528 .1hhhh4526 .18)(42.829022.1383810090hm08 .345902hh 答：安装大于答：安装大于4高的避雷针就能保

17、护这两台天线。高的避雷针就能保护这两台天线。例三：假定该建筑物属于第二类防雷建筑物，高例三：假定该建筑物属于第二类防雷建筑物，高28m，屋顶长，屋顶长 50m，宽，宽10m，女儿墙高，女儿墙高1m，屋顶中央架设了一根高，屋顶中央架设了一根高8m的避雷的避雷针，不设避雷网、避雷带，求避雷针在建筑物顶部的保护范围。针，不设避雷网、避雷带，求避雷针在建筑物顶部的保护范围。 本例避雷针的实际高度为本例避雷针的实际高度为36m(28+8=36m)，小于滚球半径，小于滚球半径(45m)(45m)，屋顶离地高度为屋顶离地高度为28m，计算避雷针在离地，计算避雷针在离地28m处的保护处的保护半径：半径：单支单

18、支8.0m避雷针安装在屋面的保护范围避雷针安装在屋面的保护范围 2845228364523628r =44.141.7 =2.4(m) 在屋顶上敷设避雷网及在女儿墙上装避雷带，此时建筑物的顶在屋顶上敷设避雷网及在女儿墙上装避雷带，此时建筑物的顶部用避雷网、避雷带托住滚球，因此建筑物的顶部也成了部用避雷网、避雷带托住滚球，因此建筑物的顶部也成了“地地”。如果在如果在1m高的女儿墙上架设了避雷带，其结果如何呢？高的女儿墙上架设了避雷带，其结果如何呢？ 如在离避雷针距离为如在离避雷针距离为10m，高为高为1m的女儿墙上敷设了避雷的女儿墙上敷设了避雷带，如图所示，带，如图所示， 此时确定保护此时确定保

19、护范围，范围， 还是以避雷针针尖为圆还是以避雷针针尖为圆心，心， hr 为半径，作弧线交于平为半径，作弧线交于平行线；以交点为圆心，行线；以交点为圆心， hr 为半为半径作弧线，该弧线径作弧线，该弧线AF与针尖相与针尖相交并与女儿墙的避雷带相切。交并与女儿墙的避雷带相切。避雷针至避雷带的一段弧线避雷针至避雷带的一段弧线AF下的屋面就是保护区。下的屋面就是保护区。 女儿墙上避雷带的作用女儿墙上避雷带的作用 单支避雷针的高度单支避雷针的高度h hd ds s的保护范围的保护范围d ds s 在避雷针在避雷针上上取高度为取高度为dsds的一点代替避雷针针尖为圆心，的一点代替避雷针针尖为圆心，其余的作

20、图步骤同其余的作图步骤同hdshds的情况。当的情况。当h h dsds时，避雷针的保护时，避雷针的保护范围不再增大，并在其高出滚球半径的部分，范围不再增大，并在其高出滚球半径的部分， 即即h hdsds部分，部分，将会出现侧向暴露区，在避雷针的该部分上将会遭到侧面雷将会出现侧向暴露区，在避雷针的该部分上将会遭到侧面雷击，击，CDCD和和EFEF以外的部分就不在保护取。以外的部分就不在保护取。图图3-11 h3-11 hdsds单支避雷针的保护范围单支避雷针的保护范围 cDEFh 二、双支等高避雷针的保护范围二、双支等高避雷针的保护范围 双支避雷针之间的保护范围是按照两个滚球双支避雷针之间的保

21、护范围是按照两个滚球在地面从两侧滚向避雷针，并与其接触后两球体在地面从两侧滚向避雷针，并与其接触后两球体的相交线而得出的。的相交线而得出的。 1、在避雷针高度、在避雷针高度h小于或等于滚球半径小于或等于滚球半径hr时，时，当两支避雷针的距离当两支避雷针的距离DD 时，滚球则时，滚球则可以在地面上从两针中间自由滚动，双支避雷针可以在地面上从两针中间自由滚动，双支避雷针之间的保护范围应按单支避雷针的方法确定。之间的保护范围应按单支避雷针的方法确定。 hhhr22图图3-12 双支等高避雷针的保护范围双支等高避雷针的保护范围 o omhhhr22 2 2、当、当D D 时，两针之间有共同的保护范时，

22、两针之间有共同的保护范围，应按下列方法确定。围，应按下列方法确定。hhhr22图图3-13 双支等高避雷针的保护范围立体图（双支等高避雷针的保护范围立体图（D ）hhhr22 ABCD ABCD外侧的保护范围，按照单支避雷针外侧的保护范围，按照单支避雷针的方法确定；的方法确定； 在在两针之间两针之间r rx x垂直平分线上（即垂直平分线上（即C C、E E点点的平分点），在地面每侧的最小保护宽度的平分点），在地面每侧的最小保护宽度b bo o按按下式计算：下式计算：222DhhhEOCObro 该保护范围上边线是以中心线距地面该保护范围上边线是以中心线距地面h hr r的一点的一点O O 为圆

23、心，以为圆心，以 为半径所作的圆弧为半径所作的圆弧ABAB。22r2Dhh图图3-14 双支等高避雷针保护范围的计算简图双支等高避雷针保护范围的计算简图o o 两针间两针间AEBCAEBC内的保护范围，内的保护范围，ACOACO部分的保护范围部分的保护范围按以下方法确定：在任一保护高度按以下方法确定：在任一保护高度h hx x和和C C点所处的垂直平点所处的垂直平面上，以面上，以h hx x作为假想避雷针，按单支避雷针的方法逐点作为假想避雷针，按单支避雷针的方法逐点确定（图确定（图3-153-15剖面图）。确定剖面图）。确定BCOBCO、AEOAEO、BEOBEO部分的保护部分的保护范围的方法

24、与范围的方法与ACOACO部分的相同。关键是部分的相同。关键是h hx x的计算。的计算。图图3-15 双支等高避雷针的保护范围中的双支等高避雷针的保护范围中的1-1剖面图剖面图 在在AOBAOB轴线上，距中心线任一距离轴线上，距中心线任一距离x x处，其在保护范处，其在保护范围上边线上的保护高度围上边线上的保护高度h hx x按下式确定：按下式确定：半径为半径为R R的圆弧曲的圆弧曲线线AOBAOB上任意一点上任意一点F F，假想在该点有一支避雷针，其高度，假想在该点有一支避雷针，其高度为为h hx x，F F点就是避雷针针尖。由图点就是避雷针针尖。由图3-163-16可知，圆弧曲线可知，圆

25、弧曲线AOBAOB的半径为：的半径为：即在圆弧曲线即在圆弧曲线AOB上任意点上任意点F的高的高hx。 2222xr/2hhrrRhhDomhRX222/2xrrhhhhDX图图3-16 双支等高避雷针在双支等高避雷针在hx高度的保护范围高度的保护范围（在（在D小于小于 hx高度的保护范围的情况高度的保护范围的情况hhhr22 建筑物顶部突出屋面上避雷针长度的确定建筑物顶部突出屋面上避雷针长度的确定 建筑物顶部突出屋面的部分是易受直接雷击的部位，常常要装建筑物顶部突出屋面的部分是易受直接雷击的部位，常常要装避雷针加以保护，利用滚球法，可以确定所设避雷针的长度。避雷针加以保护，利用滚球法，可以确定

26、所设避雷针的长度。 建筑物顶部周边设有避雷带建筑物顶部周边设有避雷带 如图为某建筑物顶部的剖面，其左右对称，如图为某建筑物顶部的剖面，其左右对称，A A为顶部周边屋檐为顶部周边屋檐处的避雷带（或可被利用做接闪器的金属物），处的避雷带（或可被利用做接闪器的金属物），B B为需要保护突出为需要保护突出屋面上的最外一点。只要保护到屋面上的最外一点。只要保护到B B点，即可实现对突施出屋面部分点，即可实现对突施出屋面部分的保护。的保护。 先分别以先分别以A A、B B为圆心，以选为圆心，以选定的滚球半径定的滚球半径dsds为半径画两条圆为半径画两条圆弧，它们相交于弧，它们相交于C C点，再以点，再以C

27、 C点为点为圆心，以圆心，以dsds为半径，画圆弧交对为半径，画圆弧交对称轴线于称轴线于O O点，则在点，则在OO处设立一处设立一支避雷针长度确定针，其长度大支避雷针长度确定针，其长度大于于O OO O，即可实现对突施出屋面，即可实现对突施出屋面部分的保护部分的保护。图图3-17 3-17 建筑物顶部设避雷建筑物顶部设避雷 例一：图例一：图3-18，一座旧建筑物为坡屋顶，屋长，一座旧建筑物为坡屋顶，屋长40m，宽，宽8m，脊高脊高5.5m，檐高，檐高3.5m，采用双支避雷针保护，避雷针装在屋脊上，采用双支避雷针保护，避雷针装在屋脊上D=30m，针高，针高5m。现用作桶装贮漆间或用作非桶装贮漆间

28、时，该。现用作桶装贮漆间或用作非桶装贮漆间时，该防雷设施能否对该建筑物进行保护？。防雷设施能否对该建筑物进行保护？。图图 3-18 双双 支支 避避 雷雷 针针 保保 护护 解：解：1、用作桶装贮漆间时，为、用作桶装贮漆间时，为2区爆炸危险环境，可认定该建区爆炸危险环境，可认定该建筑为第二类防雷建筑物，按双支等高避雷针的保护范围进行计算，筑为第二类防雷建筑物，按双支等高避雷针的保护范围进行计算，原避雷两针之间的间距为原避雷两针之间的间距为 D=30m，针高度为，针高度为5+5.5=10.5m。0r210.52 45 10.528.89 mrhhh（ ) 在两避雷针间的垂直平分线上，其上边线的保

29、护高度：在两避雷针间的垂直平分线上，其上边线的保护高度：22222230h454510.50227.38 mxrrDhhhx（） 5.5m（满足要求）（满足要求） 在山墙的屋脊部位在山墙的屋脊部位hx=5.5m时，时，5 . 54525 . 55 .104525 .10rx=7.33 (m) 5.0m（满足要求）（满足要求） 在避雷针的垂直平分线位置，屋檐的在避雷针的垂直平分线位置，屋檐的hx=3.5m，虚拟避雷针，虚拟避雷针的高度为的高度为7.38m时，时， rx =7.382 45 7.383.52 45 3.5=7.29 (m) 4.0m（满足要求）（满足要求）结论一：经计算，用作桶装贮

30、漆间时，原有避雷针可满足要求。结论一：经计算，用作桶装贮漆间时，原有避雷针可满足要求。解解2、用作非桶装贮漆间时，为、用作非桶装贮漆间时，为1区爆炸危险环境，可确定该建筑为第区爆炸危险环境，可确定该建筑为第一类防雷建筑物，按双支等高避雷针的保护范围进行计算，原有避雷一类防雷建筑物，按双支等高避雷针的保护范围进行计算，原有避雷两针之间的间距为两针之间的间距为 D=30m，避雷针高度为，避雷针高度为10.5m。 在两避雷针间的垂直平分线上，其上边线的保护高度计算在两避雷针间的垂直平分线上，其上边线的保护高度计算 22222230h303010.50225.398 mxrrDhhhx（）5.5m（不

31、满足要求）（不满足要求）rx = 在山墙的屋脊部位在山墙的屋脊部位hx=5.5m时，时， rx = =5.49m 5.0m（不满足要求）（不满足要求） 在避雷针的垂直平分线位置，屋檐的在避雷针的垂直平分线位置，屋檐的hx=3.5m，虚拟避雷针的高，虚拟避雷针的高度为度为7.38m时，时，结论二：经计算，用作非桶装贮漆间时，原有避雷针不满足要结论二：经计算，用作非桶装贮漆间时，原有避雷针不满足要 求。求。10.52 30 10.55.52 30 5.55.3982 30 5.3983.52 30 3.53.11 (m)4.0m（不满足要求）（不满足要求） 例二：如图所示，在一屋长例二：如图所示，

32、在一屋长60m60m，宽，宽10m10m，脊高，脊高5.9m5.9m，檐高，檐高3.4m3.4m的混合结构房屋安装如图所示位置高的混合结构房屋安装如图所示位置高12.3m12.3m的双支避雷针，该避雷针的双支避雷针，该避雷针能否保护这一房屋？并画出平面保护图。能否保护这一房屋？并画出平面保护图。 解：根据规范可认定该解：根据规范可认定该建筑物为第三类防雷建筑物，建筑物为第三类防雷建筑物，hr= 60m， 避雷针距建筑物避雷针距建筑物山墙端部山墙端部5m，房屋的脊、檐，房屋的脊、檐是最是最 突出的部位，只要避雷突出的部位，只要避雷针能够保护脊、针能够保护脊、 檐，就对整檐，就对整个房屋起保护作用

33、。个房屋起保护作用。D= =53.14m 236.39（m）2250183 .126023 .12hh2hrr0=36.39（m）计算地面保护半径：计算地面保护半径：两针之间的距离：两针之间的距离：)(44.1095.2539.36)9 . 5602(9 . 539.362mr 作图画出作图画出r r1 1=16.48m=16.48m保护范围；保护范围； 在在h h2 2=5.9m=5.9m高度的保护半径：高度的保护半径：)(48.1691.1939.36)4 . 3602(4 . 339.361mr在高度在高度h h1 1=3.4m=3.4m时的保护半径：时的保护半径：结论：结论：A A、5

34、.9m5.9m高度上的中段屋脊高度上的中段屋脊27.5727.57 10.44m10.44m，不在保护范围内；不在保护范围内； B B、3.4m3.4m高度上的中段屋檐高度上的中段屋檐28.65 16.48不在保护范围内；不在保护范围内； C、修改方案是：、修改方案是：、加高避雷针；、加高避雷针；、改用避雷线。、改用避雷线。作图画出两针在该高度作图画出两针在该高度r2=10.44m的保护范围。的保护范围。28.65m图图3-19 双支不等高避雷针保护范围的立体图双支不等高避雷针保护范围的立体图 三、双支不等高避雷针的保护范围三、双支不等高避雷针的保护范围 、确定四支等高避雷针、确定四支等高避雷

35、针 图图3-20 四支等高避雷针方形布置时的保护范围四支等高避雷针方形布置时的保护范围 第三节第三节 避雷线保护范围的计算避雷线保护范围的计算 一一、单根避雷线的保护范围单根避雷线的保护范围 当单根避雷线的高度当单根避雷线的高度h2dh2ds s时，避雷线没有保护范围；当单根时，避雷线没有保护范围；当单根避雷线的高度避雷线的高度h h 2d2ds s时，应分以下两种情况来确定避雷线的保护范围。时，应分以下两种情况来确定避雷线的保护范围。 A A、hds时，避雷线的保护范围时，避雷线的保护范围 如图所示，在距地面如图所示，在距地面dsds处作一条地面的平行线，以避雷线位置处作一条地面的平行线，以

36、避雷线位置为圆心，以为圆心，以d ds s为半径画圆弧交平行线于为半径画圆弧交平行线于A A、B B两点。再分别以两点。再分别以A A、B B两两点为圆心画两条圆弧，这两条圆弧与地面相切并与避雷线相交，它点为圆心画两条圆弧，这两条圆弧与地面相切并与避雷线相交，它们与地面所围面即为保护范围的截面。在距离地面们与地面所围面即为保护范围的截面。在距离地面h hx x高度处高度处xxxx平平面上的保护宽度面上的保护宽度b bx x，可由下式来计算：，可由下式来计算：上式中各量的单位均为上式中各量的单位均为m m。 在避雷线两端的保护范围按单支在避雷线两端的保护范围按单支避雷针的方法加以确定。单根避雷线

37、避雷针的方法加以确定。单根避雷线完整的保护范域如图完整的保护范域如图图图3-21 。(2)(2)xsxsxbh dhhdh 图图3-21 hhdsds时避雷线的保护范围时避雷线的保护范围 B B、dsdsh h2ds2ds 如图所示，保护范围最高点的高度如图所示，保护范围最高点的高度h h0 0按下式来计算：按下式来计算： 其作图步骤同于其作图步骤同于hdhds s时作图步骤。由图可见，当时作图步骤。由图可见，当h h 2d2ds s后，避后，避雷线的保护范围不仅不增大，反而会随雷线的保护范围不仅不增大，反而会随h h的增大而减小。处在避雷的增大而减小。处在避雷线下方且高度大于线下方且高度大于

38、h h0 0的范围内将失去避雷线的保护，因为半径的范围内将失去避雷线的保护，因为半径dsds可可以接触到这一范围内的以接触到这一范围内的空间点。空间点。 对于多支避雷针和多对于多支避雷针和多根避雷线的保护范围，由根避雷线的保护范围，由于他们的作图步骤较繁，于他们的作图步骤较繁，这里从略。这里从略。02shdh图图3-22 ds3-22 dsh h2ds2ds时避雷线的保护范围时避雷线的保护范围 避雷线在避雷线在hx高度的高度的xx平面上的保护宽度，按下式平面上的保护宽度，按下式计算：计算：xrxrxhhhhhhb22式中：式中：b bx x避雷线在避雷线在h hx x高度的高度的x xx x平

39、面上的保护宽度（平面上的保护宽度（m m）；）； h h避雷线的高度（避雷线的高度（m m）；）； h hr r滚球半径，按各类防雷建筑确定（滚球半径，按各类防雷建筑确定（m m）；）； h hx x被保护物的高度（被保护物的高度（m m）。）。 避雷线两端的保护范围按单支避雷针的方法确定，避雷线两端的保护范围按单支避雷针的方法确定，保护范围立体图见图保护范围立体图见图3-233-23。图图3-23 单根架空避雷线的保护范围单根架空避雷线的保护范围 两根等高避雷线在高度小于两根等高避雷线在高度小于hr时的保护范围立体图时的保护范围立体图二、两根等高避雷线的保护范围、两根等高避雷线的保护范围三三

40、、建筑物顶设有避雷网建筑物顶设有避雷网 如图所示，该图与上面的图类似，但其顶部面积较大，低屋面如图所示，该图与上面的图类似，但其顶部面积较大，低屋面设置了避雷网。先在避雷网上方作一条平行于避雷网的水平线，两设置了避雷网。先在避雷网上方作一条平行于避雷网的水平线，两者之间的距离为者之间的距离为dsds，以突出屋面上最外一点，以突出屋面上最外一点B B为圆心，画圆弧交水平为圆心，画圆弧交水平线于线于C C点。再以点。再以C C为圆心，以为圆心，以dsds为半径，画圆弧交对称轴于为半径，画圆弧交对称轴于O O点，则在点，则在O O点设立一支避雷针。当设计长度大于点设立一支避雷针。当设计长度大于OOO

41、O时，确定避雷针的长度时，确定避雷针的长度可实现对突出屋面的保护。可实现对突出屋面的保护。图图3-24 建筑物顶部设避雷网建筑物顶部设避雷网 第四节第四节 滚球法与其它方法确定防雷保护范围的比较滚球法与其它方法确定防雷保护范围的比较 过去许多年、世界各国在防雷设计中、多过去许多年、世界各国在防雷设计中、多 使用折线使用折线法、网格法、圆锥法等来确定避雷针法、网格法、圆锥法等来确定避雷针 和避雷线的保护和避雷线的保护范围。范围。 近些年来，人们通过理论研究和实践认为，滚球近些年来，人们通过理论研究和实践认为，滚球法是比较好的一种方法，大多数国家，现在都采用滚球法是比较好的一种方法，大多数国家，现

42、在都采用滚球法计算避雷针、线、网的保护范围。法计算避雷针、线、网的保护范围。 我国防雷设计曾多年使用折线法来确定避雷针和避我国防雷设计曾多年使用折线法来确定避雷针和避雷线的保护范围，雷线的保护范围，1994年颁布的年颁布的GB500571994建建筑物防雷设计规范筑物防雷设计规范规定采用滚球法来确定它们的保护规定采用滚球法来确定它们的保护范围。以下以避雷针的保护范围为例，对滚球法和折线范围。以下以避雷针的保护范围为例，对滚球法和折线法作一简单的比较。法作一简单的比较。 A折线法折线法 右图为采用折线法来确定单支避雷针保护范围的示意，在高度右图为采用折线法来确定单支避雷针保护范围的示意，在高度为

43、为h hx x的水平面上，避雷针的保护半径的水平面上，避雷针的保护半径r rx x按下式计算：按下式计算：式中式中 r rx x、h h、h hx x均以均以m m为单位；为单位； p p考虑避雷针高度对保护范考虑避雷针高度对保护范围影响的系数，当围影响的系数，当h30mh30m时时p=1,p=1,当当30m30m h h 120m120m 图中按折线法确定避雷针的保图中按折线法确定避雷针的保护范围时护范围时P=5.5/P=5.5/。 按折线法确定的避雷针保护范围实际上是一个以避雷针为轴线的锥体按折线法确定的避雷针保护范围实际上是一个以避雷针为轴线的锥体空间域，锥体的母线是由两条折线构成的。锥

44、体在上半部分母线与轴线空间域，锥体的母线是由两条折线构成的。锥体在上半部分母线与轴线（避雷针）所夹的角（避雷针）所夹的角称为保护角，由保护半径称为保护角，由保护半径 r rx x 的计算公式可知：当的计算公式可知：当h30mh30m时，时，=45=45；当；当h h 30m30m（但不超过（但不超过120m120m）时，随着）时，随着h h的增大，的增大，将将减小减小。 ()2(1.52)2xxxxxhhhphrhhhph按折线法确定避雷针的保护范围按折线法确定避雷针的保护范围 B两种方法的比较两种方法的比较 为了简单的考察这两种方法所确定保护范围的差异，现对不同为了简单的考察这两种方法所确定

45、保护范围的差异，现对不同高度避雷针的情况加以讨论。如图所示，在该图中，滚球半径取为高度避雷针的情况加以讨论。如图所示，在该图中，滚球半径取为60m60m，这也是我国建筑物防雷设计规范中规定的上限值。由于避雷，这也是我国建筑物防雷设计规范中规定的上限值。由于避雷针的保护范围具有对称性，图中各图仅画了保护范围的一半图形。针的保护范围具有对称性，图中各图仅画了保护范围的一半图形。 滚球法与折线法的比较保护范围的作图比较滚球法与折线法的比较保护范围的作图比较（a a）h=0.2dsh=0.2ds；（；（b) h=0.4dsb) h=0.4ds；(c) h=0.6ds(c) h=0.6ds（d d）h=

46、0.8dsh=0.8ds；（；（e e）h=dsh=ds； （f f）h=1.2dsh=1.2ds 第五节第五节 采用滚球法计算保护范围设计示例采用滚球法计算保护范围设计示例一、设计内容一、设计内容 球法计算保护范围防雷设计包括：球法计算保护范围防雷设计包括： 1、需要保护空间的确定、需要保护空间的确定 建筑物的保护空间是根据建筑物易受雷击的部位、需要保护的建筑物的保护空间是根据建筑物易受雷击的部位、需要保护的部位、以及需要保护的设备在建筑物内外布置的位置等确定；部位、以及需要保护的设备在建筑物内外布置的位置等确定； 2、接闪器设计、接闪器设计 其目的是控制落雷点。由雷电理论可知，不让雷云发生

47、闪击是其目的是控制落雷点。由雷电理论可知，不让雷云发生闪击是不可能的，防雷的任务是把闪击引导到无害的部位发生，避免发生不可能的，防雷的任务是把闪击引导到无害的部位发生，避免发生在危险的部位。在危险的部位。 接闪器的作用实质上是吸引雷电，但更重要的是要安全地把雷接闪器的作用实质上是吸引雷电，但更重要的是要安全地把雷电送走，这就需要良好的接地网，其中重要的技术是接地网的结构电送走，这就需要良好的接地网，其中重要的技术是接地网的结构布置和接地电阻值。布置和接地电阻值。 下面以某综合教学大楼（图下面以某综合教学大楼（图3-25）为例加以讨论。）为例加以讨论。 图图3-25 综合教学大楼鸟瞰图综合教学大

48、楼鸟瞰图二、环境综述二、环境综述 综合教学大综合教学大楼位于南京北郊，楼位于南京北郊，建筑红线南北长建筑红线南北长约约225米，东西米，东西宽约宽约110米。场地米。场地为新开发的校区，为新开发的校区，综合教学大楼是综合教学大楼是位于旷野孤立的位于旷野孤立的建筑物，南京市建筑物，南京市年雷暴日数年雷暴日数35.1天天/年。年。图图3-26 综合教学大楼总平面图综合教学大楼总平面图 总平面布局（图总平面布局（图3-27）本建筑共分为三个部分。南北）本建筑共分为三个部分。南北两个各自独立的教学楼和一个中部教学楼。南北教学楼首两个各自独立的教学楼和一个中部教学楼。南北教学楼首层架空作为自行车停车场。

49、中部教学楼共六层。建筑三个层架空作为自行车停车场。中部教学楼共六层。建筑三个部分用连廊贯通围合成多种部分用连廊贯通围合成多种“个性个性”空间。空间。图图3-27 综合教学大楼东立面图综合教学大楼东立面图三、防雷分类判断三、防雷分类判断 1、计算年雷击次数、计算年雷击次数 、综合教学大楼建筑每边的扩大宽度、综合教学大楼建筑每边的扩大宽度 H1 = 18.0 + 3.0 =21.0 m ； D1 = = 61.3 m H2 = 19.5 + 3.0 =22.5 m ； D2 = = 63.2 m H3 = 21.0 + 3.0 =24.0 m ； D3 = = 65.0 m2120021200HH

50、5 .222005 .22200HH2420024200HH图图3-28 综合教学大楼楼层平面图综合教学大楼楼层平面图 、综合教学大楼等效面积计算、综合教学大楼等效面积计算 A Ae1e1 = = 63.22 + 21 63.22 + 21 63.2 63.2 2 = 15194.3 2 = 15194.3 A Ae2e2 = = （68 + 1668 + 16） （61.3 +8.1 +29.1 +16.5 +6.3 61.3 +8.1 +29.1 +16.5 +6.3 ）2 2 + 56.7 + 56.7 = 25141.2 = 25141.2 A Ae3e3 = = 61.32 = 11

51、805.1 61.32 = 11805.1 A Ae4e4 = = （61.3 + 1261.3 + 12）（29.1 + 16.5 29.1 + 16.5 ）2 = 6685 2 = 6685 A Ae e = = A Ae1e1+ + A Ae2e2 + + A Ae3e3 + + A Ae4e4 = 58825.6= 58825.6 = 0.0588 km= 0.0588 km2 2 、预计雷击次数、预计雷击次数 N Ng g = = 0.024Td0.024Td1.3 1.3 = 0.024= 0.02435.135.11.31.3 = 2.45= 2.45（d/ad/a） N N =

52、 = kNkNg gA Ae e= 2 = 2 2.45 2.45 0.0588 = 0.288 0.0588 = 0.288 （次（次/a/a） 经计算综合教学大楼预计雷击次数大于经计算综合教学大楼预计雷击次数大于0.060.06次次a a，且属人员密，且属人员密集的公共建筑物，所以将该综合教学大楼划为第二类防雷建筑物。采集的公共建筑物，所以将该综合教学大楼划为第二类防雷建筑物。采用第二类防雷建筑物的防雷措施。用第二类防雷建筑物的防雷措施。 、确定滚球半径和接闪器的布置方式。、确定滚球半径和接闪器的布置方式。 由于该综合教学大楼确定为第二类防雷建筑物，所以布置接闪器由于该综合教学大楼确定为第

53、二类防雷建筑物，所以布置接闪器采用采用45m的滚球半径。接闪器全部采用避雷针塔与屋面避雷带的组合的滚球半径。接闪器全部采用避雷针塔与屋面避雷带的组合方式。方式。图图3-29 综合教学大楼等效平面图综合教学大楼等效平面图四、设计思路。四、设计思路。 教学大楼由五层的南北楼，六层的中楼三大部分组教学大楼由五层的南北楼，六层的中楼三大部分组成，它们中间有二个不锈钢装饰球，是综合教学大楼的成，它们中间有二个不锈钢装饰球，是综合教学大楼的制高点，南北楼和中楼之间各有一条沉降缝。中楼既是制高点，南北楼和中楼之间各有一条沉降缝。中楼既是整座建筑物的主体，又是制高点整座建筑物的主体，又是制高点(有两个有两个3

54、0m高的装饰高的装饰球球)，屋面的结构又比较复杂，所以我们先解决中楼；其，屋面的结构又比较复杂，所以我们先解决中楼；其次，根据中楼的接闪器情况，再分别设计南楼和北楼，次，根据中楼的接闪器情况，再分别设计南楼和北楼，将南北楼和中楼三部分的接闪器合成一个整体，使整幢将南北楼和中楼三部分的接闪器合成一个整体，使整幢综合大楼及屋面上中央空调设备处于接闪器的保护范围综合大楼及屋面上中央空调设备处于接闪器的保护范围之内。之内。 1、防雷装置布置的方案分析、防雷装置布置的方案分析 屋面可以利用作为接闪器的金属构件为不屋面可以利用作为接闪器的金属构件为不锈钢球塔上的避雷针、金属挑檐、屋面水冷机锈钢球塔上的避雷针、金属挑檐、屋面水冷机组的金属体。组的金属体。 引下线：引下线：除屋面连接接闪器的引下线外，除屋面连接接闪器的引下线外，在相应的电缆竖井、电梯竖井、玻