摘 要:避雷针是一种简单的防直击雷的装置。就国际电工委员会(iec)推荐的滚球法对避雷针的保护范围进行了精确的计算。
关键词:避雷针;保护范围;计算
雷电是一种大自然放电现象,但它具有巨大的破坏性。雷电的破坏作用表现在:强大的电流,炽热的高温,猛烈的冲击波,剧变的电磁场以及强烈的电磁辐射等物理效应。因此它给人类社会带来的危害也是巨大的。
1 避雷针
避雷针是一种简单的防直击雷装置。其最大优点是结构简单,安装方便,成本低廉,便于维护。避雷针经过两百多年来在全世界千百万座建筑物上的防雷实践,证明它是一种可靠而有效的避雷装置。
2 避雷针保护范围的计算
关于避雷针保护范围的计算方法,中国防雷规范现已与国际接轨,即采用国际电工委员会(iec)推荐的滚球法。该法比过去中国防雷规范中采用的折线法更加准确。所谓滚球法是以hr为半径的一个球体,沿需要防直击雷的部位滚动,当球体只触及接闪器(包括被利用作为接闪器的金属物)或接闪器和地面(包括与大地接触能承受雷击的金属物),而不触及需要保护的部位时,则该部分就得到接闪器的保护。不同类别的防雷建筑物的滚球半径如表1所示。
2.1 1根避雷针的保护范围
当避雷针的高度h≤hr时
距地面hr处作一条平行于地面的平行线,以避雷针的针尖为圆心,hr为半径画弧,交水平线于a、b两点,又分别以a、b两点为圆心,hr为半径,从针尖向地面画弧。如图1所示,则图中曲线就是避雷针保护范围的边界,保护范围是一个对称的锥体。
以图1中o点为原点,地面为x轴,避雷针为y轴,建立直角坐标系。那么b点的坐标为
当避雷针的高度h≥hr时:在避雷针上取高度为hr的一点代替单根避雷针针尖作圆心,其余做法同上。
2.2 两根等高避雷针的保护范围
1)在aebc外侧的保护范围,按单根避雷针的方法确定。
2)在地面每侧的最小保护宽度b0为
在aob轴线上,如图2,o′距地面高度为hr,以o′为圆心,o′a(o′a=o′b)为半径,在a、b两点间画弧。若以中心线oo′为y轴,地面为x轴,建立直角
坐标系,则o′的坐标为(0,hr),弧所在的圆方程为
那么,距中心线任一距离x处,其保护范围边缘上的保护高度hr可以由(1)式求得,即
2.3 两根不等高避雷针的保护范围
2)在地面上以避雷针a为圆心为半径所作的弧与以b为圆心径作的弧相交于e、c两点,如图5,则在aebc外侧的保护范围,按单根避雷针方法确定:在地面每侧的最小保护宽度b0为
弧,如图4,若以oo′为y轴,地面为x轴,建立直角坐标系,则o′坐标为(0,hr),该弧所在的圆方程为
2.4 矩形布置的四根等高避雷针的保护范围
1)四根避雷针外侧的保护范围各按两根等高避雷针的方法确定。
2)b、e避雷针连线上的保护范围分别以b、e为圆心,hr为半径作弧线相交于o′点,如图7。又以o′为圆心,hr为半径,在b、e间作弧,这段弧即为针尖的保护范围。
若以b、e垂直平分线为y轴,地面为x轴,建立
3)分别以a、b两针之间的垂直平分线上的o点(距地面高度hr+h0)为圆心,hr为半径作弧,如图8。与b、c和a、e两根避雷针所作出的该剖面的外侧保护范围延长圆弧相交于f、h点。若以避雷针a所在的直线为y轴,地面为x轴,建立直角坐标系,则o点的坐标为
弧fh所在的圆方程为