| 解 決 方 案 | |
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◆直擊雷防護方案 ◆感應雷防護方案 ◆接地方案 ◆航空障礙燈方案 |
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| 試論接閃器的保護範圍及其應用 | |||
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試論接閃器的保護範圍及其應用 盧 敏1 ， 付智斌2 ， 陳 力1 (1.江西省防雷中心，江西 南昌 330046；2.江西省氣象局政策法規處，江西 南昌 330046) 摘 要：討論了接閃器的佈置方法及其保護範圍的確定方法，並針對應用中出現的一些問題提出了具體的解決方案。 關鍵字：接閃器 保護 應用 接閃器是指直接截受雷擊的避雷針、避雷帶、避雷線、避雷網，以及用作接閃的金屬屋面和金屬構件等。接閃器的保護範圍是雷電防護工作中應用廣泛，重要而又較難掌握的概念之一。筆者在長期學習和實踐的基礎上，試圖通過本文對這一概念進行綜述，並對其應用中容易混淆和忽視的一些問題進行闡述，以期更好地掌握和應用好這一概念。 1 接閃器的佈置方法 1.1 IEC61024－1標準佈置 IEC61024－1《建築物防雷》的相關內容為：當符合表1的要求時，接閃器的佈置就是合適的。在設計接閃器時，可單獨或任意組合地採用以下方法:(1) 保護角法；(2) 滾球法；(3) 網格法。 保護角法是以滾球法作為基礎，以等效法計算而得，使保護角保護的空間等於滾球法保護的空間。它適用於簡單建築物或較大建築物的小部分，但其有幾何學上的局限性，不適合於高度超過所選防雷裝置保護級別對應的滾球半徑的建築物。當根據IEC61024－1和表1排除了採用保護角法進行接閃器設計時，應採用滾球法確定建築物的各個部分及區域的被保護空間。滾球法適合於複雜形狀的建築物。網格法是用防雷網格形導體以給定的網格寬度和給定的引下線間距蓋住需要防雷的空間。它是一種老的通用方法，即法拉第保護型式，特別適用於平面的保護。 1.2 GB50057－94標準佈置 GB50057－94國家防雷標準的相關內容為：接閃器的佈置應符合表2的規定。可單獨或任意組合採用滾球法、避雷網。 表2是參考IEC61024－1國際防雷標準的2.1.2款及表1，並結合我國具體情況和以往的習慣做法而定的。 2 接閃器保護範圍的確定方法 接閃器保護範圍的確定，有許多種方法，如直線法、折線法和滾球法等。但只有滾球法為GB50057－1994國家強制性執行標準，所以下面我們只討論滾球法。 2.1 模型 滾球法是以hr為半徑的1個球體，沿需要防直擊雷的部位滾動，當球體只觸及接閃器（包括被利用作為接閃器的金屬物），或只觸及接閃器和地面（包括與大地接觸並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。 滾球法基於以下的雷閃數學模型（電氣—幾何模型）： hr=2I＋30（1-e-I/6.8） (1) 或簡化為： hr=10*I0.65 (2) 式中hr為雷閃的最後閃絡距離（擊距），也就是滾球半徑（m）；I為與hr相對應的得到保護的最小雷電流幅值（kA），即比該電流小的雷電流可能擊到被保護的空間。 2.2 優點 (1) 除獨立避雷針、避雷線受相應的滾球半徑限制其高度外，凡安裝在建築物上的避雷針、避雷線（帶），不管建築物的高度如何，都可採用滾球法來確定保護範圍。這是以前（GBJ57—83）的避雷針、線保護範圍方法無法比擬的優點。 (2) 根據不同類別選用不同的滾球半徑，區別對待。它比以前只有一種保護範圍合理。 (3) 對避雷針、避雷線（帶）採用同一種保護範圍（即同一種滾球半徑），這給設計工作帶來種種方便，可使兩種形式任意組合成為可能。 3 應用中的一些問題 3.1 較小的雷電流(弱雷)可能擊到被保護的空間 在前述電氣—幾何模型中，雷先導的發展起初是不確定的，直到先導頭部電壓足以擊穿它與地面目標間的間隙時，也即先導與地面目標等於擊距時，才受地面影響而開始定向。以表2中的hr值代入整理後的模型I=（hr/10)1.54中，可以發現，對第一類防雷建築物，I=5.4 kA；對第二類防雷建築物，I=10.1 kA；對第三類防雷建築物，I=15.8 kA。當雷電流小於上述數值時，雷閃有可能穿過接閃器擊於被保護物上；而等於和大於上述數值時，雷擊將擊於接閃器上。< /FONT> 3.2 特殊場合滾球半徑hr的選取 如糧、棉及易然物大量集中的露天堆場，當其年計算雷擊次數≥0.06時，宜採用獨立避雷針和架空避雷線防直擊雷。獨立避雷針和架空避雷線保護範圍的滾球半徑hr可取100 m。在計算雷擊次數時，建築物的高度可按堆放物可能堆放的高度計算，其長度和寬度可按可能堆放面積的長度和寬度計算。 3.3 接閃器高度h的確定 當獨立避雷針或架空避雷線支柱所處的地面與被保護平面不在同一高度時，接閃器高度h必須按接閃器高出被保護平面的高度來確定；在建築物屋頂已採用避雷帶（網）保護後，對高出避雷帶（網）的突出物採用避雷針保護時，接閃器高度h應按避雷針高出屋面的高度來確定。 3.4 雙支等高避雷針間保護範圍的確定 當雙支等高避雷針的水準距離D<2[h(2hr-h)]1/2時，2針形成聯合保護。其間的保護範圍可按下列方法確定：在圖1 AOB軸線上，找出任意一點F（與中心線距離為x）作為假想針的針尖，然後按單支避雷針的方法逐點確定。假想針高度為hF=hr－[(hr－h)2＋(D/2)2－x2]1/2。雙支不等高避雷針及2根等高避雷線間保護範圍的確定可參照進行。 3.5 工作經驗總結 3.5.1 女兒牆上避雷帶支撐高度的計算 當女兒牆較寬大時，會因避雷帶支撐高度不夠造成女兒牆遭受雷擊。因此在設計避雷帶時，必須計算其支撐高度。其計算方法如下： 設建築物高度為h1，避雷帶支撐高度為h2，女兒牆的寬度為w，滾球半徑為hr。根據GB50057－94的要求，當（h1＋h2）<hr時，在平面高h=h1上，避雷帶的外側保護半徑應滿足rx≥w/2。將以上資料代入保護半徑計算公式（略），經整理後得： h2=(hr－h1)－{(hr－h1)2－w2/4－w[h1(2hr－h1)]1/2}1/2 (3) 3.5.2 保護範圍裕量的選取 在建築物的圖紙上採用滾球法時，應從各個方面來考慮建築物，以保證沒有任何一部分的建築物凸入未保護區域，這樣的部分在只考慮正視圖、側視圖及俯視圖時很可能被忽視。在實際工作中，主要從2個參數來把握：(1) 建築物的最高高度；(2) 建築物任一高度平面上離避雷針的最大水準距離，對球形建築物尤其要注意。 從安全角度來看，僅達到上述要求是不夠的，在設計和檢測接閃器的保護範圍時還必須留有裕量，一般情況下裕量Δ不得小於1 m。在設計時可根據圖紙比例選取，範圍為1∼2 m。 3.5.3 磁感應強度的估算 當獨立避雷針與建築物的安全距離為r(不得<3 m)時，設雷擊單針雷電流I=10 kA，可對r處的磁感應強度Br進行估算：< /FONT> Br=μ0I/2πr=4π×10－7×104×104/2πr (4) 也可根據要求的B值計算安全距離Sr： Sr=μ0I/2πB=4π×10－7×104/（2πB×10－4） (5) ＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ 第一作者簡介：盧 敏(1966－)，男，助理工程師，主要從事防雷檢測工作.
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