两种直击雷保护范围计算方法探讨

周雪君　李建粮

【摘 要】本文以多支接闪杆为例，分别采用折线法和滚球法，对直击雷保护范围进行分析计算。认为：当接闪杆高度较低（h<0.4hr），且双杆之间的距离较近时，使用折线法计算的保护范围小于滚球法计算的保护范围，设计或技术评价时，宜采用折线法计算。反之，则宜采用滚球法计算。在防雷工程设计或技术评价时，应用此方法对提高建筑物的理论防雷安全系数有重要参考意义。

【关键词】防雷设计；保护范围；计算方法；探讨

引言

在建设项目防雷设计及技术评价工作中，直击雷保护范围的确定和校核是一项首要和基本环节。直击雷保护范围的计算方法主要有折线法和滚球法两种，不同的计算方法所得到的保护范围不尽相同。但在实际设计和评价中如何决择，对提高建筑物防雷的理论安全系数却是一个不容忽视的问题。本文以高度相同的多支接闪杆为例，就以上两种计算方法作一分析对比，供大家参考。

1.两种计算方法分析比较

1.1单支接闪杆保护范围的分析比较

1.3.2滚球法

下面由例子来求证两种计算方法所得保护范围的差异。有一半径R=20米的圆形堆场，周边等距离分布三支高度25 m的接闪杆，接闪杆间的距离D=56 m，堆物的最大高度hx=11.7 m，校验此堆场中的物体是否处在直击雷保护范围内？

当采用折线法时，由三支接闪杆组成的三角形顶点处在11.7m高度的保护半径按单支计算， rx=（1.5h-2hx）P=14.1m， 两杆间的保护范围按双支计算，其最低保护高度h0=h-=17 ≥hx ，相邻两接闪杆间hx水平面上保护范围的一侧最小宽度bx，由查bx曲线表求得bx=8.6m，两杆连线的外侧堆物所需保护的最大宽度W=20-=3.84 m，由上可知bx>W，即在两杆连线外侧的堆物也处在直击雷保护范围内。

根据折线法三支接闪杆保护范围的确定规则，只要bx≥0，则三支接闪杆所确定的三角形内部均处于直击雷保护范围内。采用折线法计算时，堆场中的物体处在直击雷保护范围内，其在hx水平面上保护范围如图5所示。

但事实并非如此，从保护范围平面图中可以看出三支接闪杆所确定的三角形中心部位并没有处在保护范围内即图5的阴影部分。因此，折线法所确定的三支等高接闪杆保护范围存在保护空隙。

当采用滚球法时，每支杆外侧三角形顶点处， hx水平面上的保护半径rx=10.04 m，两杆间保护宽度，三支接闪杆所确定的三角形中心部位保护范围按以下方法确定。当滚球从上空下落 （滚球半径hr=45m） ，球体同时触及三支接闪杆时，球体与三支接闪杆顶端所形成的圆面的半径R1==32.33 m，接闪杆保护的最低保护高度=11.3 m，从以上计算得：三支接闪杆所确定的三角形中心部位的最低保护高度小于被保护物的高度即h0

以上例子说明，当接闪杆高度h=0.56hr（h>0.4hr），两杆距离D=56（D>hr）时，采用折线法得出保护范围大于采用滚球法得出的保护范围。

3.结论

折线法和滚球法是防雷设计和评价过程中两种常用的计算方法，但在实际应用中，以提高理论安全系数为原则而有所选择，本文通过计算比较，得出以下四点初步结论：

（1）从保护范围的大小来看，当接闪杆高度较低（h<0.4hr）、两杆的距离较近（D

（2）从保护范围的严密性来看，当采用三支以上接闪杆作联合接闪器时，折线法所确定的保护范围存在保护空隙。而滚球法则可以全面保护。

（3）滚球法中的滚球半径hr=10I0.65，其中I为雷电流幅值，它与雷电流幅值有关，由滚球法得出的保护范围反映了雷电流的大小。而折线法没有考虑雷电流的大小。

（4）滚球法指出物体高于滚球半径部分将有可能遭受雷击。而折线法只是当高度大于30m时，考虑了高度对保护范围的影响。

综上所述，在防雷设计和技术评价中，对于大型建筑物接闪器的保护范围宜采用滚球法计算，对于小型物体可采用折线法计算其保护范围。接闪器的高度不能单一地采用折线法或滚球法来确定，而是要从实际出发，具体工程具体分析，才能制订出一套安全合理的保护方案。

参考文献：

[1] 中国机械工业联合会.建筑物防雷设计规范GB50057-2010.北京：中国计划出版社，2011

[2] 电力工业部科学技术司.交流电气装置的过电压保护和绝缘配合DL/T620-1997.