避雷針的保護范圍
避雷針由接受器、接地引下線和接地體(接地極)三部分串聯(lián)組成。避雷針的接受器是指避雷針頂端部分的金屬針頭。接受器的位置都高于被保護的物體。接地引下線是避雷針的中間部分,是用來連接雷電接受器和接地體的。接地引下線的截面積不但應根據(jù)雷電流通過時的發(fā)熱情況計算,使其不會因過熱而熔化,而且還要有足夠的機械強度。接地體是整個避雷針的最底下部分。它的作用不僅是安全地把雷電流由此導入地中,而且還要進一步使雷電流在流入大地時均勻地分散開去。避雷針的工作原理就其本質而言,避雷針不是避雷,而是利用其高聳空中的有利地位,把雷電引向自身,承受雷擊。同時把雷電流泄入大地,起著保護其附近比它矮的建筑物或設備免受雷擊的作用。避雷針保護其附近比它矮的建筑物或設備免受雷擊是有一定范圍的。這范圍像一頂以避雷針為中心的圓錐形的帳篷,罩在帳篷里面空間的物體,可以免遭雷擊,這就是避雷針的保護范圍。單支避雷針的保護范圍如圖1所示,它的具體計算通常采取下列方法(這種方法是從實驗室用沖擊電壓發(fā)生器作模擬試驗獲得的)。避雷針在地面上的保護半徑為r=1.5h。式中r——保護半徑(米);h——避雷針高度(米)。在被保護物高度hx水平面上的保護半徑為rx=(h-hx)p=hap;rx=(1.5h-2hx)p。式中rx—避雷針在hx水平面上的保護半徑(米);hx—被保護物的高度(米);ha—避雷針的有效高度(米);p——高度影響系數(shù)(考慮避雷針太高時,保護半徑不按正比例增大的系數(shù))。h≤30米時,p=1。圖1中頂角α稱為避雷針的保護角.對于平原地區(qū)α取45°;對于山區(qū),保護角縮小,α取37°。我們通過一個具體例子來計算單支避雷針的保護范圍。一座煙囪高hx=29m,避雷針尖端高出煙囪1m。那么避雷針高度=30m,避雷針在地面上的保護半徑r=1.5h=1.5×30=45(m),避雷針對煙囪頂部水平面的保護半徑rx=(h-hx)p=(30-29)×1=1(m)。隨著所要求保護的范圍增大。單支避雷針的高度要升高,但如果所要求保護的范圍比較狹長(如長方形),就不宜用太高的單支避雷針,這時可以采用兩支較矮的避雷針。兩支等高避雷針的保護范圍如圖2所示。每支避雷針外側的保護范圍和單支避雷針的保護范圍相同;兩支避雷針中間的保護范圍由通過兩避雷針的頂點以及保護范圍上部邊緣的一最低點O作一圓弧來確定。這個最低點O離地面的高度為式中h0——兩避雷針之間保護范圍上部邊緣最低點的高度(m);h——避雷針的高度(m);D——兩避雷針之間的距離(m);p——高度影響系數(shù)。兩避雷針之間高度為hx水平面上保護范圍的一側的最小寬度bx=1.5(h0—hx).當兩避雷針間距離D=7hp時,h0=0,這意味著此時兩避雷針之間不再構成聯(lián)合保護范圍。當單支或雙支避雷針不足以保護全部設備或建筑物時,可裝三支或更多支形成更大范圍的聯(lián)合保護,其保護范圍在此不再贅述。需要注意的是,雷電時期內,在避雷針接地裝置附近,由于跨步電壓甚高,人員接近時有觸電的危險,一般在避雷針接地裝置附近約10米的范圍內是比較危險的。
避雷針保護范圍計算公式??
Rx=√H(2Hr-H)-√Hx(2Hr-Hx)?Rd=√H(2Hr-H)?其中:?
Rx-----避雷針在Hx高度平面上的保護半徑M?Hr-----滾球半徑M?
Hx――被保護物體高度M?H―――避雷針的計算高度M?
Rd―――避雷針在地面上的保護半徑M???
Rx=1.6Ha/(1+?Hx/H)?
Rx-----避雷針在Hx高度平面上的保護半徑M?Hx――被保護物體高度M?H―――避雷針的計算高度M?
Ha=H-Hx―――避雷針的有效高度
避雷針在地面上的保護半徑為
r=1.5h。
式中r——保護半徑(米);h——避雷針高度(米)。在被保護物高度hx水平面上的保護半徑為
rx=(h-hx)p=hap;
rx=(1.5h-2hx)p。
式中rx—避雷針在hx水平面上的保護半徑(米);
hx—被保護物的高度(米);
ha—避雷針的有效高度(米);
p——高度影響系數(shù)(考慮避雷針太高時,保護半徑不按正比例增大的系數(shù))。
h≤30米時,p=1。
保護范圍的計算 摘 要:避雷針是一種簡單的防直擊雷的裝置。就國際電工委員會(IEC)推薦的滾球法對避雷針的保護范圍進行了精確的計算。 關鍵詞:避雷針;保護范圍;計算 雷電是一種大自然放電現(xiàn)象,但它具有巨大的破壞性。雷電的破壞作用表現(xiàn)在:強大的電流,熾熱的高溫,猛烈的沖擊波,劇變的電磁場以及強烈的電磁輻射等物理效應。因此它給人類社會帶來的危害也是巨大的。 1 避雷針 避雷針是一種簡單的防直擊雷裝置。其最大優(yōu)點是結構簡單,安裝方便,成本低廉,便于維護。避雷針經(jīng)過兩百多年來在全世界千百萬座建筑物上的防雷實踐,證明它是一種可靠而有效的避雷裝置。 2 避雷針保護范圍的計算 關于避雷針保護范圍的計算方法,中國防雷規(guī)范現(xiàn)已與國際接軌,即采用國際電工委員會(IEC)推薦的滾球法。該法比過去中國防雷規(guī)范中采用的折線法更加準確。所謂滾球法是以hr為半徑的一個球體,沿需要防直擊雷的部位滾動,當球體只觸及接閃器(包括被利用作為接閃器的金屬物)或接閃器和地面(包括與大地接觸能承受雷擊的金屬物),而不觸及需要保護的部位時,則該部分就得到接閃器的保護。不同類別的防雷建筑物的滾球半徑如表1所示。 2.1 1根避雷針的保護范圍 當避雷針的高度h≤hr時 距地面hr處作一條平行于地面的平行線,以避雷針的針尖為圓心,hr為半徑畫弧,交水平線于A、B兩點,又分別以A、B兩點為圓心,hr為半徑,從針尖向地面畫弧。如圖1所示,則圖中曲線就是避雷針保護范圍的邊界,保護范圍是一個對稱的錐體。 以圖1中O點為原點,地面為X軸,避雷針為Y軸,建立直角坐標系。那么B點的坐標為 當避雷針的高度h≥hr時:在避雷針上取高度為hr的一點代替單根避雷針針尖作圓心,其余做法同上。 2.2 兩根等高避雷針的保護范圍 1)在AEBC外側的保護范圍,按單根避雷針的方法確定。 2)在地面每側的最小保護寬度b0為 在AOB軸線上,如圖2,O′距地面高度為hr,以O′為圓心,O′A(O′A=O′B)為半徑,在A、B兩點間畫弧。若以中心線OO′為y軸,地面為x軸,建立直角 坐標系,則O′的坐標為(0,hr),弧所在的圓方程為 那么,距中心線任一距離x處,其保護范圍邊緣上的保護高度hr可以由(1)式求得,即 2.3 兩根不等高避雷針的保護范圍 2)在地面上以避雷針A為圓心為半徑所作的弧與以B為圓心徑作的弧相交于E、C兩點,如圖5,則在AEBC外側的保護范圍,按單根避雷針方法確定:在地面每側的最小保護寬度b0為 弧,如圖4,若以OO′為y軸,地面為x軸,建立直角坐標系,則O′坐標為(0,hr),該弧所在的圓方程為 2.4 矩形布置的四根等高避雷針的保護范圍 1)四根避雷針外側的保護范圍各按兩根等高避雷針的方法確定。 2)B、E避雷針連線上的保護范圍分別以B、E為圓心,hr為半徑作弧線相交于O′點,如圖7。又以O′為圓心,hr為半徑,在B、E間作弧,這段弧即為針尖的保護范圍。 若以B、E垂直平分線為y軸,地面為x軸,建立 3)分別以A、B兩針之間的垂直平分線上的O點(距地面高度hr+h0)為圓心,hr為半徑作弧,如圖8。與B、C和A、E兩根避雷針所作出的該剖面的外側保護范圍延長圓弧相交于F、H點。若以避雷針A所在的直線為y軸,地面為x軸,建立直角坐標系,則O點的坐標為 弧FH所在的圓方程為 圖片復制不下來
根據(jù)安防方面資料顯示避雷針在地面上的保護半徑為r=1.5h,也就是避雷針的保護范圍是其高度的1.5倍距離。