避雷针尖端放电原理 浅谈避雷针保护范围的计算\工作原理\,接地要求需注意问题
时间：2019-04-10 03:23:48 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要：众所周知，雷是一种常见的自然现象，雷电击中物体会产生强烈的破坏作用。防雷是人类同自然斗争的一个重要课题，安装避雷针是人们行之有效的防雷措施之一。
关键词：避雷针， 保护范围 ，工作原理
Abstract: as we all know, ray is a common natural phenomenon, lightning struck body can produce strong damage. Lightning protection is human natural struggle with an important topic in the lightning rod is people effective installed one of lightning protection measures.
Keywords: lightning rod, the scope of protection, principle of work
中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：
一、避雷针保护范围计算
1“折线法”避雷保护计算
“折线法”在电力系统又称“规程法”，即单支避雷针的保护范围是一个以避雷针为轴的折线圆锥体。L/ 620—997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》标准就规定了单支避雷针的保护范围，见图。
避雷针在地面上的保护半径为
r=1.5h。
式中r——保护半径（米）；h——避雷针高度（米）。
当hp≥0.5h时，在被保护物高度hx水平面上的保护半径
rx=（h-hx）p=hap
当hp≤0.5h时，在被保护物高度hx水平面上的保护半径
rx=（1.5h-2hx）p
式中rx—避雷针在hx水平面上的保护半径（米）；
hx—被保护物的高度（米）；
ha—避雷针的有效高度（米）；
p——高度影响系数（考虑避雷针太高时，保护半径不按正比例增大的系数）。
h≤30米时，p=1。
图1中顶角α称为避雷针的保护角．对于平原地区α取45°；对于山区，保护角缩小，α取37°。
我们通过一个具体例子来计算单支避雷针的保护范围。如一座烟囱高hx=29m，避雷针尖端高出烟囱1m。那么避雷针高度h=30m,
避雷针在地面上的保护半径
r=1.5h=1.5×30=45（m），
避雷针对烟囱顶部水平面的保护半径
rx=（h-hx）p=（30-29）×1=1（m）。
随着所要求保护的范围增大。单支避雷针的高度要升高，但如果所要求保护的范围比较狭长（如长方形），就不宜用太高的单支避雷针，这时可以采用两支较矮的避雷针。两支等高避雷针的保护范围如图2所示。
每支避雷针外侧的保护范围和单支避雷针的保护范围相同；两支避雷针中间的保护范围由通过两避雷针的顶点以及保护范围上部边缘的一最低点O作一圆弧来确定。这个最低点O离地面的高度为
h0=h-
式中h0——两避雷针之间保护范围上部边缘最低点的高度（m）；
h——避雷针的高度（m）；
D——两避雷针之间的距离（m）；
p——高度影响系数。
当h≥30m时，P=1；
当h<30m时，P=
两避雷针之间高度为hx水平面上保护范围的一侧的最小宽度函数关系
可简化计算为
bx=1.5（h0—hx）．
当两避雷针间距离D=7hp时，h0=0，这意味着此时两避雷针之间不再构成联合保护范围。
当单支或双支避雷针不足以保护全部设备或建筑物时，可装三支或更多支形成更大范围的联合保护，其保护范围在此不再赘述。
需要注意的是，雷电时期内，在避雷针接地装置附近，由于跨步电压甚高，人员接近时有触电的危险，一般在避雷针接地装置附近约10米的范围内是比较危险的。
2“滚球法”避雷保护计算
“滚球法”是国际电工委员会(IEC)推荐的接闪器保护范围计算方法之一。我国建筑防雷规范G 50057—994(2000年版)也把“滚球法”强制作为计算避雷针保护范围的方法。滚球法是以hR为半径的一个球体沿需要防止击雷的部位滚动，当球体只触及接闪器(包括被用作接闪器的金属物)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位时，则该部分就得到接闪器的保护。由于“滚球法”计算涉及到的公式、计算量都比较大，计算起来比较复杂，在这里就不介绍了。
综上所述，可以得出以下几点结论：
a)“折线法”的主要特点是设计直观、计算简便、节省投资,但只适用于20 m以下的避雷高度，不能计算高度20 m以上建筑物的保护范围,而且计算结果与雷电流大小无关。
b)“滚球法”的主要特点是可以计算避雷针(带)与网格组合时的保护范围。凡安装在建筑物上的避雷针、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，并且保护范围与雷电流大小有关，但独立避雷针、避雷线受相应的滚球半径限制(60 m)，其高度和计算相对复杂，比 “折线法”要增大投资。
c)天面避雷针保护范围的计算必须具体情况具体分析，用滚球法的原理设计出不同的避雷针组合，对天面上的重要设施进行保护。
二、避雷针是如何动作的
当雷暴来临时，所产生的能量是相当巨大的（每米达到几千伏）， 而早期预放电防雷器的空气终端从自然界的电场中吸收能量，下端能量收集电极把电能量贮存在防雷器触发装置内。每当闪电发生前，场强度会迅速增强，当防雷器贮存的能量达到某一水平，空气终端便会把信息输送往防雷器电触发装置，在空气终端的尖端便会产生火花，并使尖端周围的空气离子化，形成尖端放电现象。
三、避雷针原理
在空气终端的尖端的离子化可被表征为：控制离子的释放：防雷器的触发装置容许离子在极短的时间内放电，防雷器触发系统极度的准确性意味着离子可在极准确的时间被释放，换句话说，在主闪电发生前的刹那间。避雷针效应的触发：大量初始电子的存在，连同迅速增强的电场令自然的避雷针效应触发时间减少。 预期上引放电通道：避雷针被设计成从其尖端产生一预期上引放电通道，并早于那些邻近高点产生，这就表示早期预放电避雷针成为了在其保护范围内最有影响力的一点。在实验室测量时，这个触发时间的提前时间被定义为△T，代表了与单一棒比较起来，避雷针空气终端的有效性测量更理想。
四、避雷针与设备间安装距离要求
避雷针与易燃油贮罐和氢气、天然气等罐体及其呼吸阀等之间的空气中距离，避雷针及其它接地装置与罐体、罐体的接地装置和地下管道的中距离应符合设计要求。避雷针与呼吸阀的水平距离应不小于3m，避雷针尖高出呼吸阀不应小于3m，避雷针尖的保护范围边缘高出呼吸阀顶部不应小于2m。在空气中的距离和地中距离必须符合设计要求。避雷针与5000m3以上贮罐呼吸阀的水平距离，不应小于5米，避雷针针高于呼吸阀不应小于5m。
五、避雷针的接地要求
独立避雷针和优化避雷针必须设立独立的接地装置，在非高土壤电阻率地区，其工频接地电阻不宜超过10Ω。接地体长度不得小于15m，独立式避雷针接地体采用渡锌圆钢材料时直径不得小于Φ8mm,采用扁钢材料截面积不得小于48mm,厚度不得小于4mm。接地体的连接要求焊接牢固，优化避雷针的接地厂家设有专用线和要求。避雷针不应设在经常行走的地方，避雷针及其接地装置与出口等的距离不宜小于3m，否则应采取均压措施或铺设砾石或沥青地面。
由于对大气电学特别是闪电规律的认识，现在还处在很不成熟的阶段，主要原因之一是由于闪电现象的随机性，而且大气现象还与地理位置，地貌等有关。所以无论在国内还是在国外，对防雷技术的看法还有很多意见。目前电力系统的电气设备直击雷防护都是根据现行行业标准设计的，而按照现行行业标准进行的电力设备直击雷防护设计，从949年至今已经历了半个多世纪的安全运行经验的考验，没有出现重大问题。在对建筑物防雷设计国标送审稿审查时，电力系统过电压方面的专家已经指出，电力设备不同一般建筑物，因此该国标不一定适用于电力系统中电力设备的直击雷防护。但 “滚球法”对于结构复杂的高层建筑保护有很大的优势，了解规程中“折线法”和“滚球法”的各自特点，具体工程具体分析，才能制订出一套安全经济的保护方案。
参考文献
1.《建筑物防雷设计规范》G 50057—994
2.《民用建筑电气设计手册》
3.《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》L/ 620—997
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
