立杆监控防雷方案.doc

1、立杆监控防雷方案问题：1.防雷器的安装位置是在立杆底部还是顶部好（三合一）？2.接地装置采用铜包钢棒和铜包钢绞线进行熔接，那铜包钢绞线和立杆怎么相连呢？3.防雷器的接地线该怎么接？是接在立杆上，还是要和接地体相连？如果和接地体相连是不是要破坏底座把接地线和地下的绞线相连？4. 等电位，雷电流（这里指的是立杆上的避雷针接收直击雷）泄放过程中产生的反击，而是感应雷，由于放电使其监控线路感应的过电压问题。5. 防雷器接在立杆下端的检线口。 现在该怎么接地才能达到最好？( 1).如果防雷器接地线和立杆内部的螺丝等相连接行不行?如果这样，那接地线就只能和立杆连接了。如果连接的话是直接焊接在底座上？( 2

2、).如果防雷器接地线直接和水平接地体连接的话该怎么连接呢？答：按照相关规范，立杆设备需要做防雷，接闪器应该装在设备立杆不小于 3 米范围外，接闪器应高于设备立杆。不过现在通常都不单独立避雷杆，而是在设备立杆上弄个金属针了事，当然必须要做接地的。避雷器是防止线路大电流大电压浪涌损坏设备的，它本身就以一个“防雷设备”，它的地应该远离接闪器的接地线。按规范要求和标准原则来看：问题 1：最好的设计方案是在摄像机 3 米处架设独立避雷针，把摄像机保护起来，防雷器的安装位置应该就近与摄像机安装；如果避雷针直接是架设在立杆上的，那就要区分立杆是水泥（木材）还是铁杆的，是水泥的就要设引下线，铁杆的可以利用杆体

3、。无论是水泥还是铁的杆，信号线、控制线、电源线就要用钢管屏蔽起来，在钢管两端要接地，且防雷接地线与引下线在接地网的距离要大于 5 米，防雷器接地线与信号线不能跟信号线、控制线与电源线布在同一根钢管里。问题 2：可以采取铜铁连接器（转换头）可以解决！ 问题 3：防雷器接地线不能与立杆或引下线相连！问题 4：雷击破坏途径：（1）直击雷：雷电直接击在露天的摄像机上造成设备损坏；雷电直接击在架空线缆上造成线缆熔断。(2) 雷电波侵入：电源线、信号传输或进入监控室的金属管线遭到雷击或被雷电感应时，雷电波沿这些金属导线侵入设备，造成电位差使设备损坏。 （3）雷电感应：当雷击中避雷针时，在引下线周围会产生很

4、强的瞬变电磁场。处在电磁场中的监控设备和传输线路会感应出较大的电动势。这种现象叫电磁感应。当有带电的雷云出现时，在雷云下面的建筑物和传输线路上都会感应出与雷云相反的电荷。这种感应电荷在低压架空线路上可达 100kv，信号线路上可 4060kv。这种现象叫静电感应。研究表明：静电感应方式引起的浪涌数倍于电磁感应引起的浪涌。电磁感应和静电感应称为感应雷，又叫二次雷击。它对设备的损害没有直击雷来的猛然，但它要比直击雷发生的机率大得多，按原邮电部的统计感应雷造成的雷击事故约占雷击事故总和的 80%。安装于监控立杆上方，用一根铜导线引到地下跟接地铜棒牢固焊接。措施：前端设备如摄像头应置于接闪器（避雷针或

5、其它接闪导体）有效保护范围之内。当摄像机独立架设时，原则上为了防止避雷针及引下线上的暂态高电位，避雷针最好距摄像机 34 米的距离。如有困难避雷针也可以架设在摄像机的支撑杆上，引下线可直接利用金属杆本身或选用 8 的镀锌圆钢。为防止电磁感应，沿电线杆引上的摄像机电源线和信号线应穿在金属管内以达到屏蔽作用，屏蔽金属管的两端均应接地。为防止雷电波沿线路侵入前端设备，应在设备前的每条线路上加装合适的避雷器，如电源线（DC24V 或 220V） 、视频线、信号线和云台控制线。信号线传输距离长，耐压水平低，极易感应雷电流而损坏设备，为了将雷电流从信号传输线传导入地，信号过电压保护器须快速响应，在设计信号

6、传输线的保护时必须考虑实际情况，根据信号的传输速率、信号电平，启动电压以及雷电通量等参数等选取正确的防雷设备。如图：问题 5：监控独立立杆接地，按规范，一般要求接地电阻小于 4 欧姆，沟深 80cm，单点带状接地要 20M、5 个地钳（2.5M） ，在地面挖 50CM-80CM 深的沟，水平长 9 米左右，水平放 40*4（mm)扁钢，9 米长，垂直打 50*50*5*2000（mm)的角钢，共三根，每根角钢距离大于 3 米，另外独立杆顶的避雷针不要和三合一（二合一）的接地线连接在一起。如图：但是要考虑实际情况考虑工程施工怎么实现。无论哪种杆，SPD 要装在什么位置？那么 SPD 的地线如果接

7、到地下接地体，导线长度多少？电感量多大？感应电压降会有多少？这些是要考虑和计算的。而且，SPD 地线或电源线、信号线沿杆敷设时，和杆顶避雷针的接地引下线间距怎么保证？穿屏蔽金属管，管子顶端接地和哪接？施工要求：室外交通监测设备机箱、摄像机立杆以及各类设备 具有防破坏、防振、防电磁干扰、防尘、防潮、防高温、防锈蚀、防雷击功能。机箱表面采用喷塑工艺处理，锁具、门轴坚实牢固，使用寿命在十年以上，所有锁具可由一把钥匙打开，机箱板材厚度不小于 2.0 毫米。 机箱具有良好的防水、防尘、防锈、散热、防盗、防寒、防曝晒的结构。同时，箱体内部布置有条理，接线有序整齐，并充分考虑机箱钥匙的统一性和实用性。 机箱

8、表面有防锈防腐蚀涂镀层，涂镀层无起泡、龟裂、脱落和磨损现象； 机箱带有电源插座和空气开关； 具有防水功能； 具有防鼠功能：即机箱安装好后，各种电缆可自如从箱体外手井管进入机箱，但老鼠不能进入机箱； 机箱座的固定机箱螺丝全部采用不锈钢螺丝。 摄像机立杆 基础钢板上配镀锌螺丝，平光垫圈和弹簧垫圈。 杆件基础结构件钢板不小于 3.5mm、钢筋不小于 20mm、混凝土标号 C30、PVVC 弯管不小于 2 英寸； 为确保安全，横挑杆立杆基础混凝土浇筑不应小于 1.5 立方米 机箱基础要求 基础钢板上钢筋配镀锌螺丝，平光垫圈和弹簧垫圈。 材料要求：杆件基础结构件钢板不小于 3.5mm、钢筋不小于 20m

9、m、混凝土标号C30、PVVC 弯管不小于 2 英寸； 加装接地体； 接地体安装点下方应无任何管道、线缆经过； 接地体要求接地电阻小于 4； 接地体材料为钢管（不小于 2.5 英吋）和扁钢，接地体距地面不少于 2 米 摄像机立杆安装 安装牢固； 摄像机立杆中心线应与水平面垂直； 横挑杆应与道路走向垂直； 机箱安装 根据现场实际情况选择机箱大门开启方向； 机箱安装平整，无倾斜或左右不对称现象。 主要规格 （1）横支臂中轴线与立杆相交处的净高度即横支臂的净高度为 H； （2）立杆部分的材料厚度不小于 10mm； （3）横支臂部分的材料厚度：当横支臂长度小于等于 5 米时，横支臂部分的材料厚度不小于

10、 3mm；当横支臂长度大于 5 米时，横支臂部分的材料厚度不小于 5mm； （4）横支臂部分的小端头外径为 90mm； （5）横支臂的仰角适当； （6）立杆部分上端外径不小于 120mm, 下端外径不小于 220mm。 3、保质期 1 年，设备安装杆的正常使用寿命不低于 15 年；终身负责维修。如有维修项目，在接到维修通知后 72 小时内要做出实质性响应。 （2）立杆部分的材料厚度：当横支臂长度小于 7 米时，立杆部分的材料厚度不小于5mm；当横支臂长度大于等于 7 米时，立杆部分的材料厚度不小于 6mm；（此点图纸的文字注释有不同，以图纸为准。 ） （3）横支臂部分的材料厚度：当横支臂长度小

11、于等于 5 米时，横支臂部分的材料厚度不小于 4mm；当横支臂长度大于 5 米小于 7 米时，横支臂部分的材料厚度不小于 3.5mm；当横支臂长度大于等于 7 米时，横支臂部分的材料厚度不小于 4.5mm； （4）横支臂部分的小端头外径为 150mm； （5）横支臂的仰角适当； （6）立杆部分上端外径不小于 120mm, 下端外径不小于 220mm。室外监控立杆要求：1、 一般的城市道路监控立杆均按照高米横臂 1 米，来进行制作。没有特殊情况所有监控立杆预埋件混凝土为 C25 砼，所配钢筋符合国标及受风要求。其中水泥为 425号普通硅酸盐水泥。混凝土的配比和最小水泥用量应符合 GBJ204-8

12、3 的规定； 2、监控杆必须有良好接地最好加引线导入地下（建议导电不走杆体） ，其接地电阻小于欧； 3、预埋件地脚螺栓法兰盘以上的螺纹包扎良好以防损坏螺纹。监控杆根据预埋件安装图正确放置监控立杆预埋件，保证支臂杆的伸出方向与行车道垂直（或按工程师要求）地脚螺栓作为主筋； 4、监控立杆基础的混凝土浇注面平整度小于 5mm/m 尽量保持立杆预埋件水平。监控杆预埋件法兰盘低出周围地面 mm ，再用 C25 细石砼把加强肋盖住，以防止积水； 5、杆旁、控制箱旁、电缆拐弯处、监控杆电缆管直线长度超过 50 米时或两端电缆管不在同一平面相距 100 mm 以上时，必须设置手孔井。手孔井的内围尺寸要求为 5

13、00（长）500（宽）600（深）MM ，用砾石铺层作为渗水用；手孔井四壁必须抹水泥沙浆。 6、控制箱由设备厂家根据所需容量配备，外壳采用优质冷轧钢板壁厚不小于.外表喷室外塑粉并做好防水防盗及散热。 7、结构用钢不得影响材料和机械性能的裂纹、分层、重皮、夹渣等缺陷麻点或划痕的深度不得大于钢材厚度负公差的 1/2，且不应大于 0.5mm。 8、设计依据：设计风载：/2，疲劳寿命：30 年，按国家最新标准版本碳素结构钢 、 电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范 、 钢结构工程施工及验收规范 、钢筋混凝土工程施工验收规范等相关规范进行施工。 焊接材料 1、监控杆符合现行国家标准的规定，并有合格证明

14、文件。监控杆碳素钢采用 E43 型焊条，焊条质量应符合最新国标的规定，绝不使用药皮脱落、焊芯生锈或受潮的焊条，以及带锈的焊丝。焊接尺寸符合设计要求，焊缝金属表面的焊波均匀，不得影响强度的裂纹、夹渣、焊瘤、烧穿、未溶合、弧坑和针状气孔，并且无褶皱和中断等缺陷。焊缝区咬肉深度不允许超过 0.5mm，累计总长不得超过焊缝总长的 10%。焊缝宽度小于 20mm，焊角余高为 1.5mm2.5mm，角焊缝的焊角高度应为 6mm8mm，焊角尺寸不允许小于设计尺寸。 2、防腐处理采用热浸锌，在进行防腐处理前，应对钢构件进行有效的除锈，热浸锌厚度不小于 85um，锌层应均匀，用硫酸铜液作浸蚀试验时，4 次以上不

15、露铁，锌层应与金属本体结合牢固，经锤击试验，锌层不剥离，不凸起。浸锌完毕后应进行钝化处理，并且48h 盐雾试验合格。每 100 m 杆，其轴线测量的直线度误差不超过 0.5，杆全长直线误差不超过 1。监控立杆的预埋件基础施工 1、监控杆基础的钢筋笼应临时固定，同时确保钢筋宠的基础顶板平面水平，即用水平尺在基础顶板垂直两个方向测量，观察其气泡必须居中；监控立杆预埋件基础混凝土浇捣必须密实，禁止混凝土有空鼓； 2、监控杆施工时要在预埋管口预先用塑料纸或其它材料封口，以防止混凝土浇捣时混凝土漏入预埋管中，造成预埋管堵塞；基础浇捣后，基础面必须要高于地平面5MM10MM；混凝土必须要养护一段时间，以确

16、保混凝土能达到一定的安装强度。 3、每一根金属立杆都必须接地，其接地电阻小于欧；各立杆基础具体数据视现场施工需要为准。 路口窨井施工 1、道路监控立杆一般只要求使用小规格窨井，为了设备安装方便窨井宜设置在监控杆附近；当地下水位不高时，窨井井底只铺砾石（沙子）垫层，以便雨天在窨井中积水渗入地下，但井壁下则须有混凝土基础垫层，井壁粉水泥沙浆；当地下水位很高时，窨井井底加一层 10CM 的混凝土垫层，井壁和井底要粉刷防水沙浆； 2、净尺寸 500500600（长宽高），采用 Mu10 砖 M5 水泥沙浆 240 厚砌筑，盖板用 8150双向配置 C20 砼预制板厚为 60 厚，标高同人行道面或绿化带

17、，板面须光滑，设提孔，按国标制作盖板。各窨井土建具体数据视现场施工需要为准。 安装立杆的要求 挑臂长度以实际场地情况为准。 以下为具体工艺要求的详细阐述。 1. 基础施工 1.1. 立杆基础 A 用途：固定摄像杆； B 基础结构、尺寸：如图所示； C 基础型号：由所需固定的摄像杆型号确定； D 制作位置：在设备平面布置图 所标注摄像杆位置处制作基础； E 制作要求：1、应符合现行国家标准电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范的有关规定； 2、基础与窨井之间应有穿线管，且放置铁丝； 3、基础钢板上钢筋按 M20 标准攻丝，配镀锌螺丝两个、平光垫圈和弹簧垫圈各一个。F 材料：8mm 钢板、20mm

18、 钢筋、C25 混凝土、碎石、2.5 英寸 PVVC 弯管； 1.2. 窨井制作 A 用途：方便线缆敷设及系统检测维修； B 基础结构、尺寸：如图所示。图中仅标明井深、井高和井宽，其它尺寸由施工方根据现场情况决定； C 制作位置：在设备平面布置图 标注窨井位置处制作； D 制作要求：1、应符合现行国家标准 电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范的有关规定； 2、窨井密封性能和防水性能良好。 E 材料：砖石、水泥、钢板； 1.3. 线缆管敷设 A 用途：敷设线缆，防止线缆损伤； B 管道路由：按设备平面布置图 标注的类型和路由敷设明管、暗管。注意图中所标明的管径； C 制作要求：1、应符合现行国

19、家标准 电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范的有关规定； 2、线缆管密封好，防水性能良好； 3、线缆管离地面应不小于 0.7 米； 4、线缆管管口应无毛刺和尖锐棱角； 5、线缆管内放置穿线铁丝。 D 材料：1、暗管敷设使用钢管； 2、明管敷设使用 PVC 管。 1.4. 接地体安装 A 用途：防止外界电压危害人身安全和对设备的损害，抑制电气干扰，保证设备正常工作； B 接地体结构、尺寸：如 接地体结构示意图所示； C 安装位置：按设备平面布置图 标注接地体位置安装。图号： ； D 安装要求：1、应符合现行国家标准 电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范的有关规定； 2、接地体的焊接应采用搭焊

20、，搭焊长度为圆钢直径的 6 倍； 3、接地体安装点下方应无任何管道、线缆经过； 4、接地体安装深度如接地体安装示意图所示； 5、接地体安装完成后，应使用接地摇表测量接地电阻大小，要求接地电阻小于 4。注意雨后不应立即测量电阻。 D 材料：2.5 英吋钢管和 30*5 扁钢。 2. 杆件制作与安装 2.1. 杆件制作与安装 A 用途：安装摄像机云台； B 摄像杆结构、尺寸：见 摄像杆图； C 制作要求：见摄像杆图 文字说明； E 安装方式：通过基础螺杆与摄像杆基础连接固定，如摄像杆安装场景示意图 F 安装工具：活动扳手； G 安装要求：1、安装牢固； 2、摄像杆中心线应与水平面垂直； 3、摄像杆

21、上成 180o 角两腰形孔的中心连线应与道路走向平行； 4、在摄像杆底部窨井到各腰形孔之间放置穿线用铁丝。 2.2. 摄像机云台制作与安装 A 用途：安装摄像机防雨罩； B 结构：见摄像头云台图 ； C 尺寸：见摄像头云台图 ； D 制作要求：见摄像头云台图 图中文字说明； E 安装方式：通过抱箍将云台部件 1 固定于摄像杆上，如摄像机云台安装示意图； F 安装工具：活动扳手、扶梯或登高车； G 安装要求：1、安装牢固； 2、对摄像机云台部件 1，走线孔应正对摄像杆腰形孔； 土建施工及安装立杆的要求 1、投标方应实地测量技术数据，以便估算工程量。 2、线缆埋地的沟槽尺寸：人行道为 0.20.6

22、 米（宽深），车行道为 0.20.8 米（宽深）。沟底先铺 C20 砼垫层，线缆敷设后，用细砂回填、夯实，再根据实际情况复原路面。 3、敷设的线缆除埋在花坛的或有特别说明的用 PVC 管保护，其他部分要用镀锌钢管进行保护；裸露在外的线缆（架空的除外）全部采用镀锌钢管加以保护。 4、说明: 出处及联系方式: 公司生产的主要产品有各种规格的摄像机立杆监控立杆摄像机支架控制台、电视屏幕、 标准机柜、非标机柜机箱、多媒体讲台和各式机架。监控立杆防风防雷计算设计方法：1 设计资料1.1 支臂数据臂长：0.6(m)2)支臂外径 D=60(mm)3)支臂壁厚 T=3.75（mm）1.2 立柱数据1)立柱外径

23、 D=(200.00+140.00)/2=170.00(mm)2)立柱壁厚 T=6.00(mm)2 计算简图见 Dwg 图纸3 荷载计算3.1 永久荷载1)支臂重量计算此支臂用 LD2 型铝合金板制作，其密度为 2800.00(kg/m3)计算公式G1= L1g式中：支臂总长度 L=0.6(m)立柱单位长度重量 1=0.00(kg/m)G1= L1g=0.00(N)2)立柱重量计算计算公式G2=L1g式中：立柱总长度 L=5(m)立柱单位长度重量 1=0.00(kg/m)g=9.8G2=L1g=0.00(N)3)监控重量计算G3=4)上部总重计算标志上部结构的总重量 G 按支臂、监控设备和立柱

24、总重量的 110.00%计(考虑有关连接件及加劲肋等的重量)，则计算公式G=(G1+G2+G3)*K=54.90(N)3.2 风荷载1)计算支臂所受风荷载计算公式F=0*q*(1/2*C*V2)*A式中：结构重要性系数 0=1.00可变荷载分项系数 q=1.10空气密度 =1.205风力系数 C=1.20风速 V=24.4m/s)面积 A=0.036(m2)Fwb1=0*q*(1/2*C*V2)*A=0.017(KN)2)计算立柱所受风荷载计算公式F=0*q*(1/2*C*V2)*A式中：结构重要性系数 0=1.00可变荷载分项系数 q=1.10空气密度 =1.205风力系数 C=1.20风速

25、 V=24.4(m/s)面积 A=0.85(m2)Fwp1=0*q*(1/2*C*V2)*A=0.4025(KN)4 强度验算4.1 计算截面数据1)立柱截面面积A=0.11(m2)2)立柱截面惯性矩I=*d 3*0.006/4=3.46x10-3 (m4)3)立柱截面抗弯模量W=*d2 *0.006/4=2.11*10-2 (m3)4.2 计算立柱底部受到的弯矩计算公式M=Fwihi式中：Fwi 为支臂或立柱的所受的风荷载hi 为支臂或立柱受风荷载集中点到立柱底的距离支臂受风荷载 Fwb1=0.017(KN)支臂受风荷载高度 hwb1=4.8(m)立柱受风荷载 Fwp1=0.4025(KN)

26、立柱受风荷载高度 hwp1=5(m)M =Fwihi=2.094(KN*m)4.2 计算立柱底部受到的剪力计算公式F=Fwi式中：Fwi 为支臂或立柱的所受的风荷载支臂受风荷载 Fwb1=0.017(KN)立柱受风荷载 Fwp1=0.4025(KN)F=Fwi=0.4195(KN)4.3 最大正应力验算计算公式=M/W式中：抗弯截面模量 W=2.11*10-2 (m3)弯矩 M=2.094(KN*m)m=M/W=99.242(MPa) 0.82(KN), 满足设计要求。6.1.7 地脚螺栓支撑加劲肋由混凝土的分布反力得到的剪力：V = Ari * Lri * c = 16.20(KN) Ta/

27、2 = 3.48, 满足设计要求。地脚螺栓支撑加劲肋的高度和厚度为：高度 Hri = 0.2(m), 厚度 Tri = 0.006(m)剪应力为 = Vi / (Hri * Tri) = 10.80(MPa) 0, 满足设计要求。7.2 基底合力偏心距验算e = M / N = 0.1295 1.2, 满足设计要求。7.4 基础滑动稳定性验算Kc = 24.05 * 0.30 / 0.82 = 8.795 1.2, 满足设计要求。监控立杆防雷设计：常用避雷针(这里仅指单针)保护范围的计算方法主要有折线法和滚球法，为此，就 “折线法”和“滚球法” 的计算进行了初步的分析和探讨，得出：“折线法”

28、的主要特点是设计直观，计算简便，节省投资，但建筑物高度大于 20 m 以上不适用；“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，但计算相对复杂，投资成本相对大。在避雷针保护范围的计算方法中， “折线法”是比较成熟的方法。近几年来,国标中规定的“滚球法”也开始得到同行的认同，但在实际运用中， “滚球法”也碰到一些问题，特别是在计算天面避雷针保护范围的时候。因此有必要对电力系统常用的“折线法”和国标的“滚球法”进行比较分析，发现其中存在的问题。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/ 6209

29、97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， 1.1 避雷针在地面上保护半径的计算计算避雷针在地面上的保护半径可用公式式中：Rp保护半径；h避雷针的高度；P高度影响因数。其中，P 的取值是：当 h30 m，P1；当 30 m 的 h 的纯数值；当 h20 m 时，只能取 h=120 m。1.2 被保护物高度 hp 水平面上保护半径的计算a)当 hp0.5h时，被保护物高度 hp 水平面上的保护半径式中： Rp避雷针在 hp 水平面上的保护半径；hp被保护物的高度；2010-6-17 13:22 回复 114.246.252.* 5 楼ha避雷针的有效高度。b)当 h

30、p0.5h 时，被保护物高度 hp 水平面上的保护半径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 50057994(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。滚球法确定接闪器保护范围应符合规范规定，应用滚球法，避雷针在地面上的保护半径的计算可见以下方法及图 2。a)避雷针高度 h

31、hR时的计算距地面 hR 处作条平行于地面的平行线。以针尖为圆心、hR 为半径作弧线交于平行线 A，两点。以 A，为圆心，hR 为半径作弧线，该弧线与针尖相交并与地面相切，这样，从弧线起到地面就是保护范围。保护范围是一个对称的锥体。避雷针在 hP 高度的 xx平面上和在地面上的保护半径，按公式2(4)计算确定式中： Rp避雷针保护高度 xx平面上的保护半径；hR滚球半径，按表确定；hp被保护物的高度；R0避雷针在地面上的保护半径。b)当避雷针高度 hhR 时的计算 在避雷针上取高度 hp 的一点代替单支避雷针针尖并作为圆心，3“滚球法”计算天面避雷针保护范围存在的问题3.1 存在问题用 “滚球

32、法”计算避雷针在地面上的保护，保护范围可以很好地得到确认，但用“滚球法”计算天面避雷针保护范围时却存在较大的误差。 “滚球法”是以避雷针和被保护物所在平面为一无限延伸的平面作为前提的，当被保护物位于屋顶天面时，天面不是一个无限延伸的平面，况且，当滚球同时与避雷针尖和天面避雷带接触时，滚球和天面之间不存在确定的相切关系。因此建筑物防雷设计规范中给出的计算公式将不能直接运用。在这种情况下，我们怎样计算其保护范围呢？由于天面不可延伸且形状不规则，因此，根据滚球法计算保护范围的原理，当避雷针位置确定后，滚球在以避雷针尖作为一个支点，以避雷带上任一点作为另一支点滚动时，它在一定高度的保护范围也将是一个不

33、规则的图形。从理论上讲，要想知道被保护物体能否得到全面保护，我们需要计算出以避雷针尖为一个滚球支点，以避雷带上的所有点作为另一个滚球支点时，用避雷针在一定高度的所有保护半径来确定被保护物体能否完全得到保护。这种计算方法在实际应用中有一定的偏差。因此，我们需要寻找一种简便的方法来计算被保护物体能否得到避雷针的完全保护。从滚球法计算保护范围的原理中，我们可以得出如下推论：a)以避雷针的顶点为一个支点，另一个支点距避雷针基点的垂直距离越近时，其在一定高度的保护半径越小，反之，另一个支点距避雷针的基点垂直的距离越远(不能超过滚球半径) 时，其在一定高度的保护半径越大。b)当被保护物体最高点垂直于避雷针

34、的平面上，计算出的保护半径大于被保护物体上最远点距避雷针的垂直距离时，该被保护物体可得到避雷针的全面保护。根据以上推论，我们只要计算出避雷带上距避雷针基点最近(指以避雷针基点作为起点，经被保护物体在天面上的正投影与避雷带上各点连线中的最短距离)的点作为支点时，一定高度的保护距离，即可判断出该物体能否得到全面保护( 当计算出的保护距离大于该被保护物体到避雷针的垂直距离的最大值时，被保护物体得到全面保护，反之，则相反)。3.2 举例说明假设天面有一物体，物体的高度为 3 m，其最远点距避雷针基点的垂直距离为 7 m，避雷带上距避雷针基点最近的点(该支点与避雷针基点的连线经过被保护物体在天面的正投影

35、)距避雷针的垂直距离为 5 m。避雷针设多高才能对该物体进行全面保护？根据以上条件，假设避雷针的基点为 O 点，被保护物体上距避雷针的最远点设为A 点，滚球的另一个支点为点，依据滚球法的原理。a)分别以 A，两点为圆心，以 hR 为半径划圆弧,则圆弧相交于 E 点，E 点即为滚球的圆心。b)以 E 点为圆心，以 hR 为半径划圆，则该圆一定经过 A，两点且与避雷针相交于 C 点(当 E 点距避雷针的垂直距离大于 hR 时，无交点)，OC 即为所求避雷针的高度。c)经过滚球中心点 E 点作垂直于 O 的直线，与 O 的延长线相交于 F 点。连接EA，EB ，EC，则线段 EA，EB ，EC 相等

36、且等于滚球半径。经 A，C 两点作垂直于 EF 的直线，与 EF 相交于 I，H 两点。d)设 F=x，EF=y，避雷针高度 OC=h，滚球半径取 45m,则可得方程组y=43.95 m。避雷针的高度应取一定的裕量，所以取高度为 7.5m，可对物体进行全面保护。如果用 G50057994 标准给出的滚球法计算公式进行计算，所得结果为 h= 6.4m，被保护对象可能得不到全面保护，存在一定雷电绕击概率。4 实例比较下面以发电厂一些常见建筑物的保护面积来比较两种计算方法(由于电厂的建筑物多数属于第三类防雷建筑物，所以滚球半径按第三类防雷建筑物选择，即 hR=60 m)。某电厂油区有两种规格的油罐，

37、油罐保护高度 hP 分别为 8 m 和 25 m,都设置了同样高度的避雷针，避雷针高度 h=40 m,油罐保护半径分别以折线法和滚球法进行计算。4.1 折线法根据公式(1)，油罐保护高度 8m 的地面保护半径等于油罐保护高度 25 m 的地面保护半径，R=5hP=52.2 m。这是因为保护高度 hP=8 m0.5h=20 m，而保护高度 hP=25 m0.5h=20 m 。油罐保护高度 8 m 水平面上的保护半径 Rp(1.5h2hp)P=20.88 m。油罐保护高度 25 m 水平面上的保护半径 Rp(h hp)P= 13.05 m。4.2 滚球法因为避雷针高度 h=40 m，滚球半径 hR

38、= 60m，hhR,根据公式 2(4)，油罐保护高度 8 m 的地面保护半径等于油罐保护高度 25 m 的地面保护对比以上数据，可以看出 ,在相同的条件下(滚球半径按第三类防雷建筑物选 ),用“滚球法” 计算出来的建筑物高度水平面的保护半径(13.72 m 和 7.84 m)要比 “折线法” 计算出来的保护半径(20.88 m 和 13.05 m)要小，换言之，要达到相同的保护半径，用“滚球法”计算出的避雷针高度要比“折线法”计算出来的高度要高，可见“滚球法” 要比 “折线法”对独立避雷针的要求略高一些。只有第三类防雷建筑物的高度低于 20 m 时， “滚球法”算出的避雷针保护范围才与“折线法

39、”算出的保护范围相似。5 结论综上所述，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

40、出不同的避雷针组合，对天面上的重要设施进行保护。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。