确定避雷针 (线 ) 保护范围的滚球法与折线法的比较
核工业第七研究设计院 刘文正
摘要 我 国新编制的 《建筑物防雷设计规范 》G BJ57 一 x x 报批稿中采用的滚
球法与现行国家标准 《建筑物防雷设计规范 》G BJ57 一83 (试行 ) 中所 用的折线法
所确定避雷针 ( 线 ) 的保护 范围有很大差别, 文章时两种方法的理论依据及相同条
件下所确定的避雷针 (线 ) 保护 范围的大小进行 了比较和分析, 并提 出了今后进行
防雷设计中应 注意的几个问题。
关键词 滚球法 折 线法 保护 范围 防雷 避雷针 ( 线 )
在防雷设计中, 经常采用避雷针 ( 线 ) 护范围一般是指雷击概率为0. 1%左右 的 空
作为防雷装置, 虽然雷云放电过程具有很大 间区域。
的随机性, 一根独立的避雷针 (线 ) 根本无 1. 滚球法确定保护范围的理论依据
法获得一个可以绝对免遭雷击的区域, 但是 滚球法是以击距理论为基础, 根据闪击
雷云对避雷针 (线 ) 的放电, 又确实具有一 距离 ( 即放电距离 ) 的大小确定避雷针(线)
定的统计规律, 存在着一个具有较低绕击率 的保护范围。 这种方法的保护机理是: 当雷
的空间范围。 因此, 合理确定避雷针 (线 ) 电先导达到对避雷针或被保护建筑物的闪击
的保护范围, 对经济可靠地设计防雷装置是 距离以前, 击中点是不确定的, 而达到闪击
十分重要的。 距离时, 避雷针或被保护建筑物就产生向上
我国新编制的 《建筑物防雷设计规范 》 的迎面先导, 雷电先导与迎面先导会合时就
G BJ57 一x x 报批稿提出, 利用国际电工委 形成雷电的主放电, 如果避雷针比被保护建
员会IE C标准推荐的滚球法确定避雷针(线) 筑先达到雷电的闪击距离, 就能实现对建筑
的保护范围, 而现行国家标准 《建筑物防雷 物的保护。
设计规范 》G BJ57, 83 (试行 )却规定 用 折 这种理论通过了假定雷电极在不同高度
线法确定避雷针 ( 线 ) 的保护范围, 两者有 并相对避雷针变化位置时的人工模拟放电实
很大差别, 这势必对新旧工程的防雷设计有 验的验证。 滚球法确定的保护范围如图 1 所
很大影响。 示, 圆弧下的面积为避雷针 ( 线 ) 保护范围
本文简单介绍了滚球法与折线法确定避 的截面。 滚球法确定保护范围的特点是保护
雷针 (线 )保护范围的理论依据, 并对它们 范围 由闪击距离R 决定, 不同等级的防雷 建
所确定的保护范围做了较详细的比较。 在此 筑物有不同的保护范围。
基础上, 通过对滚球法与折线法保护范围的 2. 折线法确定避雷针 ( 线 )保护范围的
分析, 提出了在进行防雷设计时应注意的儿
奋电乡七导
个问题。
一、 滚球法与折线法确定避雷针(线)保
护范围的理论依据
避雷针 ( 线 ) 是将雷电吸引到自身并安
全地将雷电流引入大地, 对被保护建筑物等
起到保护作用。 避雷针 (线 )对建筑物的保 图 1 滚球法确 定的保护 范围
· 8 · (8 ) 建筑电气 1993年 第1期理论依据
折线法是以经验和小雷电冲击电流下的
模拟试验为基础, 确定避雷针 (线 ) 的保护
范围的。 这种方法的保护机理是: 雷电先导
发展初期, 随机地向任意方向发展。 但当雷
电先导到达某一地面高度时, 避雷针将会影
响先导的发展方向, 使先导放电电场发生形
变, 并将先导的发展方向引到避雷针上, 实
现对建筑物的保护。
我 国现行防雷标准确定的保护范围是在
雷电冲击小电流的情况下 (不考 虑 具 体 数
(二
值 ) , 假定雷电距离为避 雷 针 的 5 ~ 10 倍 单位: m 闪
时, 经模拟试验研究确定的, 并用运行经验
作了校验, 保护范围的保护概率为99 . 9肠。
避雷针及避雷线的保护 范 围 如 图 2 所
示, 折线下的面积为避雷针 ( 线 )保护范围 图3 第一类防雷建筑物避雷针
的截面。 当避雷针 ( 线 ) 的高度 超 过 30 m (线 ) 保护 范围的比较
时, 应计入高度影响系数尸(尸一5. 5/ 训h )。 从图3 可 以看出: 当避雷针高度为 10 m
山坡上避雷针 ( 线 ) 的保护范围也宜相应减 以下时, 相同高度的避雷针用滚球法和折线
小25肠。 法确定的保护范围基本相同; 避雷针为30 m
以下时, 折线法比滚球法的保护范围大很多;
卫 避雷针的高度超过30 m 时, 折线法的保护范
围随着避雷针高度的增加(最高可达 120 m )
卜」句上一 继续增大, 但滚球法的保护范围不再增大。
避雷牛于 三壁雷线 对于避雷线, 高度为10 m 以下时, 滚球
图2 折线法确定的保护 范围 法比折线法确定的保护范围大; 高度为 20 m
折线法反映了具体统计规律 的雷 电 流 以下时, 滚球法与折线法的保护范围基本相
(大、 中、 小 ) 的屏蔽效果的总和, 其特点 同; 高度为30 m 以下时, 折线法比滚球法 的
是避雷针与避雷线、 山区与平地的屏蔽效果 保护范围大; 避雷线的高度超过30 m 时, 折
不 同。 线法的保护范围随着避雷线高度的增加继续
二、 滚球法与折线法确定的保护范围的 增大, 但滚球法的保护范围则减小; 当避雷
比较 线的高度为60 m 时, 折线法的保护范围达 到
对于不同类别的防雷建筑物, 即使独立 最大值, 而滚球法的保护范围减小到。。
避雷针 ( 线 ) 的高度相同, 滚球法和折线法 2. 第二类防雷建筑物
确定的保护范围也差别很大。 对第二类防雷建筑物, 滚球法规定其滚
1. 第一类防雷建筑物 球半径为45 m , 滚球法和折线法确定的保 护
对于第一类防雷建筑物, 滚球法规定其 范围如图4 所示。
滚球半径为30 m 。 滚球法和折线法确定的保 从图 4 可以看出: 当避雷针高度为 10 m
护范围如图 3 所示。 以下时, 相同高度的避雷针用滚球法比折线
确定避雷针 (线) 保护范围的滚球法与折线法的比较一一刘文正 (9 ) · 9 ·
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图 4 第二类防雷建筑 物避雷针 图 5 第三类防雷建筑物避雷针
( 线 ) 保护范围的比较 ( 线 ) 保护 范围的比较
法确定的保护范围大, 避雷 针为 20 m 以 下 度的增加 ( 最高可达120 m ) 继续增大 , 但
时, 折线法与滚球法的保护范围基本相同, 滚球法的保护范围不再增大。
避雷针为40 m 以下时, 折线法比滚球法的 保 对于避雷线, 高度为30 m 以下时, 滚球
护范围大很多; 折线法的保护范围随着避雷 法比折线法确定的保护范围大 ; 40 m 以 下
针高度的增加 ( 最高可达120 m ) 继续增大, 时, 折线法与滚球法的保护范围基本相同,
但滚球法的保护范围不再增大。 60 m 以下时, 折线法比滚球法的保护范 围稍
对于避雷线, 高度为20 m 以下时, 滚球 大, 避雷线高度超过60 m 时, 折线法没有保
法比折线法确定的保护范围大, 高度为 40 m 护范围, 滚球法的保护范围将减小。