滚球法计算接闪器防护范围

附录B 滚球法单支避雷针(按闪器)的保护范围B.0.1 按照滚球法，单支避雷针(按闪器)的保护范围应按下列方法确定：1 当避雷针高度(h )小于或等于滚球半径(r h )时(图B ．0．1-1)，避雷针在被保护物高度的XX ＇，平面上的保护半径和在地面上的保护半径可按下列公式确定：图B.0.1-1单支避雷针的保护范围（h ≤r h)x b = （B.0.1-1）0r（B.0.1-2）式中h ——避雷针高度(m)；x h ——被保护物高度(m)；x r ——在被保护物高度，平面上的保护半径(m)； 0r ——在地面上的保护半径(m)；r h ——滚球半径(m)。

在现行国家标准《建筑物防雷设计规范》GB 50057中，对于第一、二、三类防雷建筑物的滚球半径分别确定为30m 、45m 、60m 。

对一般施工现场，在年平均雷暴日大于15d ／a 的地区，高度在15m 及以上的高耸建构筑物和高大建筑A BOrxh rhrh rMA Bh xhh rr 0保护范围XX机械；或在年平均雷暴日小于或等于15d ／a 的地区，高度在20m 及以上的高耸建构筑物和高大建筑机械，可参照第三类防雷建筑物。

2 当避雷针高度(h )大于滚球半径(r h )时(图B.0.1-2)，避雷针在被保护物高度的XX ＇平面上的保护半径和在地面上的保护半径可按下列公式确定：x r r h =（B.0.1-3） 0rr h =（B.0.1-4）B.0.2 按照滚球法，单根避雷线(接闪器)的保护范围应按下列方法确定：当避雷线的高度大于或等于2倍滚球半径时，无保护范围；当避雷线的高度小于2倍滚球半径时(图B.0.2)，滚球半径的2圆弧线(柱面)与地面之间的空间即是保护范围。

当2r r h h h <<时，保护范围最高点的高度h 0可按下式计算：02r h h h=- （B.0.2-1）当h ≤r h 时，保护范围最高点的高度即为h ：0h h= （B.0.2-2）避雷线在x h 高度的XX ＇平面上的保护宽度x b 可按下式计算：x b（B.0.2-3）图B.0.1-2单支避雷针的保护范围（h >r h ）(a)2r r h h h <<时 (b) h ≤r h 时图B.0.2 单根架空避雷线的保护范围避雷线两端的保护范围按单只避雷针的方法确定r h 。

附录四滚球法确定接闪器的保护范围1．单只避雷针的保护范围应按下列方法确定（附图4．1）。

（1）当避雷针高度h小于或等于hr时：①距地面hr处作一平行于地面的平行线；②以针尖为圆心，hr为半径，作弧线交于平行线的A、B两点；③以A、B为圆心，hr为半径作弧线，该弧线与针尖相交并与地面相切。

从此弧线起到地面止就是保护范围。

保护范围是一个对称的锥体；④避雷针在hx高度的xxˊ平面上和在地面上的保护半径，按下列计算式确定：（附4．1）（附4．2）式中：rx——避雷针在hx高度的xx′平面上的保护半径（m）；hr——滚球半径，按本规范表5．2．1确定（m）；hx——被保护物的高度（m）；r0——避雷针在地面上的保护半径（m）。

（2）当避雷针高度h大于hr时，在避雷针上取高度hr的一点代替单支避雷针针尖作为圆心。

其余的做法同本款第（1）项。

（附4．l）和（附4．2）式中的h用hr代人。

2．双支等高避雷针的保护范围，在避雷针高度h小于或等于hr的情况下，当两支避雷针的距离D大于或等于时，应各按单支避雷针的方法确定；当D小于时，应按下列方法确定（附图4．2）。

（1）AEBC外侧的保护范围，按照单支避雷针的方法确定。

（2）C、E点位于两针间的垂直平分线上。

在地面每侧的最小保护宽度b0按下式计算：（附4．3）在AOB轴线上，距中心线任一距离x处，其在保护范围上边线上的保护高度hx 按下式确定：（附4．4）该保护范围上边线是以中心线距地面的hr一点O’为圆心，以为半径所作的圆弧AB。

（3）两针间AEBC内的保护范围，ACO部分的保护范围按以下方法确定：在任一保护高度hx 和C点所处的垂直平面上，以hx作为假想避雷针，按单支避雷针的方法逐点确定（见附图4．2的1—1剖面图）。

确定BCO、AEO、BEO 部分的保护范围的方法与ACO部分的相同。

（4）确定xxˊ平面上保护范围截面的方法。

以单支避雷针的保护半径rx 为半径，以A、B为圆心作弧线与四边形AEBC相交；以单支避雷针的（r0－rx）为半径，以E、C为圆心作弧线与上述弧线相接。

附录B 滚球法单支避雷针(按闪器)的保护范围B.0.1 按照滚球法，单支避雷针(按闪器)的保护范围应按下列方法确定：1 当避雷针高度(h )小于或等于滚球半径(r h )时(图B ．0．1-1)，避雷针在被保护物高度的XX ＇，平面上的保护半径和在地面上的保护半径可按下列公式确定：图B.0.1-1单支避雷针的保护范围（h ≤r h)x b = （B.0.1-1）0r（B.0.1-2）式中h ——避雷针高度(m)；x h ——被保护物高度(m)；x r ——在被保护物高度，平面上的保护半径(m)； 0r ——在地面上的保护半径(m)；r h ——滚球半径(m)。

在现行国家标准《建筑物防雷设计规范》GB 50057中，对于第一、二、三类防雷建筑物的滚球半径分别确定为30m 、45m 、60m 。

对一般施工现场，在年平均雷暴日大于15d ／a 的地区，高度在15m 及以上的高耸建构筑物和高大建筑A BOrxh rhrh rMA Bh xhh rr 0保护范围XX机械；或在年平均雷暴日小于或等于15d ／a 的地区，高度在20m 及以上的高耸建构筑物和高大建筑机械，可参照第三类防雷建筑物。

2 当避雷针高度(h )大于滚球半径(r h )时(图B.0.1-2)，避雷针在被保护物高度的XX ＇平面上的保护半径和在地面上的保护半径可按下列公式确定：x r r h =（B.0.1-3） 0rr h =（B.0.1-4）B.0.2 按照滚球法，单根避雷线(接闪器)的保护范围应按下列方法确定：当避雷线的高度大于或等于2倍滚球半径时，无保护范围；当避雷线的高度小于2倍滚球半径时(图B.0.2)，滚球半径的2圆弧线(柱面)与地面之间的空间即是保护范围。

当2r r h h h <<时，保护范围最高点的高度h 0可按下式计算：02r h h h=- （B.0.2-1）当h ≤r h 时，保护范围最高点的高度即为h ：0h h= （B.0.2-2）避雷线在x h 高度的XX ＇平面上的保护宽度x b 可按下式计算：x b（B.0.2-3）图B.0.1-2单支避雷针的保护范围（h >r h ）(a)2r r h h h <<时 (b) h ≤r h 时图B.0.2 单根架空避雷线的保护范围避雷线两端的保护范围按单只避雷针的方法确定r h 。

滚球法的概念及确定保护范围的优点
1．用半径为hr后个球体滚过许多防雷导体（通常是垂直和水平导体）时，不会触及需要防雷的空间和被保护物，这种方法称为滚球法。

使用防雷导体防直击雷时，可将上述半径的球体沿需要防直击雷的部位滚动，当球体只触及接闪器或只触及接闪器和地面（包括与在地接触并能承受雷击的金属物）而不触及需要保护的部位时，则该部位就得到接闪器的保护。

这种方法是基于雷闪数学模型（电气一几何模型）提出的。

2．用滚球法确定保护范围有以下优点：
（1）除独立避雷针和避雷线受相应的滚球半径限制其高度外，凡装在建筑物上的避雷针和避雷线带，不管建筑物的高度如何，都可采用滚球法来确定保护范围。

例如，首先在屋顶四周敷设一避雷带，然后在屋顶中部根据其形状任意组合避雷针和避雷带，取相应的滚球半径的一个球体，在屋顶滚动，只要球体接触避雷针或避雷线，而未接触要保护的部分，就达到了要保护的目的。

这是以前使用的确定避雷针和避雷线保护范围的方法所无法比拟的。

（2）可以根据不同类别的建筑物分别选用不同的滚球半径，这比以前只有一种保护范围要合理得多。

（3）避雷针、避雷线、避雷带采用同一种保护范围（即同一种滚球半径），给设计工作带来许多方便，因为可同时采用其中任何两种保护方法。

例如，在建筑物屋顶上采用避雷网进行布置后，发现有一突出物高出避雷网，保护该突出物的方法之一是采用避雷针，此时可用滚球法确定突出物是否处于避雷针的保护范围内。

因此，滚球法可在各种复杂情况下用来确定接闪器的保护范围。

绘出接闪器的保护范围时，将已知的参数代入计算式求出有关的数值后，用一把尺和一只圆规就可按比例绘出所需要的保护范围。

1 保护范围计算一、避雷针的保护范围1．单支避雷针滚球法保护范围的确定：滚球法是以r h 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)或只触及接闪器和地面(包括与大地接触并能承受雷击的金属物)而不触及需要保护的部件时，则该部件就得到接闪器的保护，见图5—11。

图5—11 单支避雷针滚球法的保护范围滚球半径r h 的取值与建筑物防雷类别有关，第一类防雷建筑物的滚球半径r h 规定为30m ，第二类防雷建筑物的滚球半径r h 规定为45m ，第三类防雷建筑物的滚球半径r h 规定为60m.(1)避雷针高度h ≤r h 时；①距地面r h 处作一平行于地面的平行线；②以针尖为圆心，r h 为半径，作弧线交于平行线的A 、B 两点； ③以A 、B 为圆心，r h 为半径作弧线，该弧线与针尖相交并与地面相切。

从此弧线起到地面止就是保护范围。

保护范围是一个对称的锥体； ④避雷针在r h 高度为XX ′平面上的保护半径x r 为避雷针轴线至锥体母线交点的水平距离，可按下列公式计算：)2()2(x r x r x h h h h h h r ---=1 避雷针在地面上的保护范围：)2(0h h h r r -= 该建筑物单支避雷针的保护范围的确定我们把此类建筑物划为三类防雷范围，滚球半径选60米，当避雷塔高度h=31.5m 时，其在13米高度平面的保护半径计算如下：)1360*2(*13)51.360*2(*51.3---=x r)51.360*2(*51.30-=r式中：x r ——避雷针在x h 高度的XX ′平面上的保护半径(m)； r h ——滚球半径(m)；r h = 60米x h ——被保护物的高度(m)；13米r 0——避雷针在地面的保护半径；计算可得：避雷针在13米高度平面x r =16.3579m避雷针在地面上r 0=53.6540m算依据：建筑物防雷设计规范 GB5057-2010。

滚球法是一种计算接闪器保护范围的方法。

它的计算原理为以某一规定半径的球体，在装有接闪器的建筑物上滚过，滚球体由于受建筑物上所安装的接闪器的阻挡而无法触及某些范围，把这些范围认为是接闪器的保护范围。

弧垂是指在平坦地面上，相邻两基电杆上导线悬挂高度相同时，导线最低点与两悬挂点间连线的垂直距离。

1.平顶库房长12米、宽5米、高5米，设为二类防雷建筑，计划采用独立避雷针保护，避雷针设在距库房中心轴线上，距离库房边3米（如图），避雷针的高度为10米，问避雷针是否能对库房提供完全直击雷击保护？解：如图所示为库房在5m 高度上的平面示意图，在A 点设置的避雷针在房顶的最大保护半径 为直角三角形ABC 中的AC AC=22AB +BC =2286+ =1001/2=10（m ）库房为二类防雷建筑，滚球半径h r =45米，10米高的避雷针在5米高度上，避雷针A 的保护半径为：r 5=0055(2)(2)r r h h h h h h --- =10(24510)5(2455)⋅--⋅-=8001/2-4251/2 =28.3-20.6=7.7（m ）＜AC=10米答：r 5=7.7（m ）＜AC=10m ，避雷针不能对库房提供完全直击雷保护。

2、如图所示为某平顶炸药库房，长20米、宽8米、高5米，在距平顶炸药库房两边分别为３米的A 、B 点安装15米等高避雷针，问A 、B 避雷针是否能完全保护炸药库？答：炸药库为一类防雷建筑，根据《建筑物防雷设计规范》滚球半径h r =30ｍ，A 、B 避雷针 针间距为ｄ=３+20+３=26ｍ,应符合d<2r 0 两针相关距离为： 2r 0=2(2)r h h h -=2)15302(15-⨯⨯=2675 ≈2⨯25.98 ≈52（m ）>d12m5m3mCA B 20m 3mAB3m8m图1C D所以两针相关，有共同保护区域。

从任一支避雷针到炸药库中心两侧 （宽度方向）的距离22134AC =+=1851/2=13.6（m ）AC<r 0炸药库底面能得到避雷针的保护，如图2所示。

防雷接地检测概念学习资料防雷装置基本知识宜昌市建夷建设工程质量检测中心技术室2017年6月防雷设计--滚球法确定接闪器的保护半径滚球法确定接闪器的保护范围(m)一、单支避雷针保护半径(m)Rx：避雷针在Hx高度的平面上的保护半径(m)；Ro：避雷针在地面的保护半径(m)；Hr：滚球半径(m)：Ⅰ类建筑物，30m；Ⅱ类建筑物，45m；Ⅲ建筑物，60m。

Hx：被保护物的高度(m)H：避雷针高度(m)当H≤Hr，Ro＝√H（2 Hr－H）Rx＝Ro －√Hx（2 Hr－Hx）(开平方)当H＞Hr，H＝Hr，Ro＝Hr Rx＝Hr －√Hx（2 Hr－Hx）(开平方)防雷器技术参数的选择1一、最大持续工作电压值(Uc)的选择氧化锌压敏电阻防雷器(如OBOV25-B+C,V20-C)的最大工作电压值(Uc)，是关系到防雷器运行稳定性的关键参数。

在选择防雷器的最大持续工作电压值时,除了符合相关标准要求外,还应考虑到安装电网可能出现的正常波动及可能出现的最高持续故障电压。

按照IEC61643-2的说明，在IT交流供电系统中,相线对地线的最高持续故障电压可能到达标称电压(Un) (交流电压220Urms)的1.5倍，既可能达到330Urms.故此在电流不稳定的的地方，建议选择电源防雷器的最大持续工作电压值(Uc)为385Urms的模块.在直流系统中，并没有一个统一的最大持续工作电压值与正常工作电压的比例，但经验上该比例一般可取1.5-2倍之间。

二、残压(Ures)的选择:单纯考虑防雷器残压越低越好并不全面，并且容易引起误导.首先，不同产品标称的残压数值必须注明测试电流的大小和波形，才能有一个共同的比较基础。

一般惯常以20KA(8/20us)测试电流记录残压，作为比较。

其次，过分强调残压低,是需要付出最大持续工作电压(Uc)换来的后果可能是在市电不稳定地方，防雷器容易因长时间持续电压而损坏。

其实在压敏电阻型的防雷器，如OBO的V20-C及V25-B+C，选择最合适的最大持续工作电压(Uc)和最合适的残压就好象天平的两边，不可能侧重任何一方，按照以往的经验,残压在2KVA以下(20KA 8/20us)j就能对用户设备提供足够的保护。

接闪器保护范围的计算方法对于建筑物，接闪器的保护范围按滚球法计算；对于电力装置，接闪器的保护范围按折线法计算。

（1）滚球法滚球法是设想一定直径的球体沿地面（或与大地接触且能承受雷击的导体）由远及近向被保护设施滚动。

如该球体触及接闪器或其引下线之后才能触及被保护设施，则该球体触及接闪器保护范围之内，球面线即保护范围的轮廓线。

滚球的半径按防雷级别确定：第一类防雷建筑物、滚球半径为30m；第二类防雷建筑物，滚球半径为45m；第三类防雷建筑物，滚球半径为60m。

①单支避雷针的保护范围如图1所示确定。

保护范围是一个圆锥体，先在距地面高度hr 上作一条地面的平行线，再以避雷针针尖（h≤hr）或从避雷针正下方hr 高度点（h >hr）为圆心，以hr为半径作圆弧与避雷针和地面相接，弧线以下即单支避雷针的保护范围。

在hx 高度上和地面上的保护半径为式中rx———在hx 高度上和地面上的保护半径，m；h———避雷针高度，m；hr———滚球半径，m；hx———被保护物高度，m。

h—避雷针高度；hr—滚球半径；hx—被保护物高度；在hx 高度上和地面上的保护半径；1—在xx′平面上保护范围的截面两支等高避雷针的保护范围如图2所示确定。

当时，分别按两支单针计算其保护范围；当时，按以下方法计算其保护范围。

1—AOB 轴线的保护范围；2—地面上保护范围的截面；3—xx′平面上保护范围的截面；d—两避雷针之间的水平距离·ACBE 外侧保护范围按单支避雷针计算。

·A、B 连线垂直面上的保护高度线为圆心（O′）高度hr、半径的居中圆弧，弧线高度为式中hx———弧线高度，m；hr———滚球半径，m；h———避雷针高度，m；d———两避雷针之间的水平距离，m；x———距两针中心点的水平距离，m。

地面上每侧最小保护宽度为ACBE 范围内，圆弧两侧的保护范围是将弧线顶点作为假想单支避雷针针尖按滚球法确定，如图2中1—1 剖面所示。