監(jiān)控立桿防雷設計方案簡介
閱讀：4006發(fā)布時間：2013-07-02
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監(jiān)控立桿生產廠家
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監(jiān)控立桿防雷設計
常用避雷針（這里僅指單針）保護范圍的計算方法主要有折線法和滾球法，為此，就“折線法”和“滾球法”的計算進行了初步的分析和探討，得出：“折線法”的主要特點是設計直觀，計算簡便，節(jié)省投資，但建筑物高度大于20m以上不適用;“滾球法”的主要特點是可以計算避雷針（帶）與網格組合時的保護范圍，但計算相對復雜，投資成本相對大。在避雷針保護范圍的計算方法中，“折線法”是比較成熟的方法。近幾年來,國標中規(guī)定的“滾球法”也開始得到同行的認同，但在實際運用中，“滾球法”也碰到一些問題，特別是在計算天面避雷針保護范圍的時候。因此有必要對電力系統(tǒng)常用的“折線法”和國標的“滾球法”進行比較分析，發(fā)現其中存在的問題。
1、“折線法”避雷保護計算
“折線法”在電力系統(tǒng)又稱“規(guī)程法”，即單支避雷針的保護范圍是一個以避雷針為軸的折線圓錐體。L/620—997《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合》標準就規(guī)定了單支避雷針的保護范圍。
1.1避雷針在地面上保護半徑的計算
計算避雷針在地面上的保護半徑可用公式
式中：Rp——保護半徑;
h——避雷針的高度;
P——高度影響因數。
其中，P的取值是：當h≤30m，P=1;當30m的h的純數值;當h>20m時，只能取h=120m。
1.2被保護物高度hp水平面上保護半徑的計算
a）當hp≥0.5h時，被保護物高度hp水平面上的保護半徑式中：Rp——避雷針在hp水平面上的保護半徑;
hp——被保護物的高度;
ha——避雷針的有效高度。
b）當hp<0.5h時，被保護物高度hp水平面上的保護半徑
2、“滾球法”避雷保護計算
“滾球法”是電工委員會（IEC）推薦的接閃器保護范圍計算方法之一。我國建筑防雷規(guī)范G50057—994（2000年版）也把“滾球法”強制作為計算避雷針保護范圍的方法。滾球法是以hR為半徑的一個球體沿需要防止擊雷的部位滾動，當球體只觸及接閃器（包括被用作接閃器的金屬物）或只觸及接閃器和地面（包括與大地接觸并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。滾球法確定接閃器保護范圍應符合規(guī)范規(guī)定，應用滾球法，避雷針在地面上的保護半徑的計算可見以下方法及圖2。
a）避雷針高度h≤hR時的計算
距地面hR處作條平行于地面的平行線。以針尖為圓心、hR為半徑作弧線交于平行線A，兩點。以A，為圓心，hR為半徑作弧線，該弧線與針尖相交并與地面相切，這樣，從弧線起到地面就是保護范圍。保護范圍是一個對稱的錐體。避雷針在hP高度的xx’平面上和在地面上的保護半徑，按公式[2]（4）計算確定式中：Rp——避雷針保護高度xx’平面上的保護半徑;
hR——滾球半徑，按表確定;
hp——被保護物的高度;
R0——避雷針在地面上的保護半徑。
b）當避雷針高度h>hR時的計算
在避雷針上取高度hp的一點代替單支避雷針針尖并作為圓心，
3、“滾球法”計算天面避雷針保護范圍存在的問題
3.1存在問題
用“滾球法”計算避雷針在地面上的保護，保護范圍可以很好地得到確認，但用“滾球法”計算天面避雷針保護范圍時卻存在較大的誤差。“滾球法”是以避雷針和被保護物所在平面為一無限延伸的平面作為前提的，當被保護物位于屋頂天面時，天面不是一個無限延伸的平面，況且，當滾球同時與避雷針尖和天面避雷帶接觸時，滾球和天面之間不存在確定的相切關系。因此《建筑物防雷設計規(guī)范》中給出的計算公式將不能直接運用。
在這種情況下，我們怎樣計算其保護范圍呢?由于天面不可延伸且形狀不規(guī)則，因此，根據滾球法計算保護范圍的原理，當避雷針位置確定后，滾球在以避雷針尖作為一個支點，以避雷帶上任一點作為另一支點滾動時，它在一定高度的保護范圍也將是一個不規(guī)則的圖形。從理論上講，要想知道被保護物體能否得到全面保護，我們需要計算出以避雷針尖為一個滾球支點，以避雷帶上的所有點作為另一個滾球支點時，用避雷針在一定高度的所有保護半徑來確定被保護物體能否*得到保護。這種計算方法在實際應用中有一定的偏差。因此，我們需要尋找一種簡便的方法來計算被保護物體能否得到避雷針的*保護。
從滾球法計算保護范圍的原理中，我們可以得出如下推論：
a）以避雷針的頂點為一個支點，另一個支點距避雷針基點的垂直距離越近時，其在一定高度的保護半徑越小，反之，另一個支點距避雷針的基點垂直的距離越遠（不能超過滾球半徑）時，其在一定高度的保護半徑越大。
b）當被保護物體zui高點垂直于避雷針的平面上，計算出的保護半徑大于被保護物體上zui遠點距避雷針的垂直距離時，該被保護物體可得到避雷針的全面保護。
根據以上推論，我們只要計算出避雷帶上距避雷針基點zui近（指以避雷針基點作為起點，經被保護物體在天面上的正投影與避雷帶上各點連線中的zui短距離）的點作為支點時，一定高度的保護距離，即可判斷出該物體能否得到全面保護（當計算出的保護距離大于該被保護物體到避雷針的垂直距離的zui大值時，被保護物體得到全面保護，反之，則相反）。
3.2舉例說明
假設天面有一物體，物體的高度為3m，其zui遠點距避雷針基點的垂直距離為7m，避雷帶上距避雷針基點zui近的點（該支點與避雷針基點的連線經過被保護物體在天面的正投影）距避雷針的垂直距離為5m。避雷針設多高才能對該物體進行全面保護?
根據以上條件，假設避雷針的基點為O點，被保護物體上距避雷針的zui遠點設為A點，滾球的另一個支點為點，依據滾球法的原理。
a）分別以A，兩點為圓心，以hR為半徑劃圓弧,則圓弧相交于E點，E點即為滾球的圓心。
b）以E點為圓心，以hR為半徑劃圓，則該圓一定經過A，兩點且與避雷針相交于C點（當E點距避雷針的垂直距離大于hR時，無交點），OC即為所求避雷針的高度。
c）經過滾球中心點E點作垂直于O的直線，與O的延長線相交于F點。連接EA，EB，EC，則線段EA，EB，EC相等且等于滾球半徑。經A，C兩點作垂直于EF的直線，與EF相交于I，H兩點。
d）設F=x，EF=y，避雷針高度OC=h，滾球半徑取45m,則可得方程組y=43.95m。
避雷針的高度應取一定的裕量，所以取高度為7.5m，可對物體進行全面保護。如果用G50057—994標準給出的滾球法計算公式進行計算，所得結果為h=6.4m，被保護對象可能得不到全面保護，存在一定雷電繞擊概率。
4、實例比較
下面以發(fā)電廠一些常見建筑物的保護面積來比較兩種計算方法（由于電廠的建筑物多數屬于第三類防雷建筑物，所以滾球半徑按第三類防雷建筑物選擇，即hR=60m）。
某電廠油區(qū)有兩種規(guī)格的油罐，油罐保護高度hP分別為8m和25m,都設置了同樣高度的避雷針，避雷針高度h=40m,油罐保護半徑分別以折線法和滾球法進行計算。
4.1折線法
根據公式（1），油罐保護高度8m的地面保護半徑等于油罐保護高度25m的地面保護半徑，R=5hP=52.2m。這是因為保護高度hP=8m<0.5h=20m，而保護高度hP=25m>0.5h=20m。油罐保護高度8m水平面上的保護半徑Rp=（1.5h-2hp）P=20.88m。油罐保護高度25m水平面上的保護半徑Rp=（h-hp）P=13.05m。
4.2滾球法
因為避雷針高度h=40m，滾球半徑hR=60m，h
對比以上數據，可以看出,在相同的條件下（滾球半徑按第三類防雷建筑物選）,用“滾球法”計算出來的建筑物高度水平面的保護半徑（13.72m和7.84m）要比“折線法”計算出來的保護半徑（20.88m和13.05m）要小，換言之，要達到相同的保護半徑，用“滾球法”計算出的避雷針高度要比“折線法”計算出來的高度要高，可見“滾球法”要比“折線法”對獨立避雷針的要求略高一些。只有第三類防雷建筑物的高度低于20m時，“滾球法”算出的避雷針保護范圍才與“折線法”算出的保護范圍相似。
5、結論
綜上所述，可以得出以下幾點結論：
a）“折線法”的主要特點是設計直觀、計算簡便、節(jié)省投資,但只適用于20m以下的避雷高度，不能計算高度20m以上建筑物的保護范圍,而且計算結果與雷電流大小無關。
b）“滾球法”的主要特點是可以計算避雷針（帶）與網格組合時的保護范圍。凡安裝在建筑物上的避雷針、避雷線（帶），不管建筑物的高度如何，都可采用滾球法來確定保護范圍，并且保護范圍與雷電流大小有關，但獨立避雷針、避雷線受相應的滾球半徑限制（60m），其高度和計算相對復雜，比“折線法”要增大投資。
c）天面避雷針保護范圍的計算必須具體情況具體分析，用滾球法的原理設計出不同的避雷針組合，對天面上的重要設施進行保護。
由于對大氣電學特別是閃電規(guī)律的認識，現在還處在很不成熟的階段，主要原因之一是由于閃電現象的隨機性，而且大氣現象還與地理位置，地貌等有關。所以無論在國內還是在國外，對防雷技術的看法還有很多意見。目前電力系統(tǒng)的電氣設備直擊雷防護都是根據現行行業(yè)標準設計的，而按照現行行業(yè)標準進行的電力設備直擊雷防護設計，從949年至今已經歷了半個多世紀的安全運行經驗的考驗，沒有出現重大問題。在對建筑物防雷設計國標送審稿審查時，電力系統(tǒng)過電壓方面的專家已經指出，電力設備不同一般建筑物，因此該國標不一定適用于電力系統(tǒng)中電力設備的直擊雷防護。但“滾球法”對于結構復雜的高層建筑保護有很大的優(yōu)勢，了解規(guī)程中“折線法”和“滾球法”的各自特點，具體工程具體分析，才能制訂出一套安全經濟的保護方案。
