避雷针(线)的保护范围
避雷针保护范围及其计算
避雷针保护范围及其计算避雷针，又名防雷针，是用来保护建筑物、高大树木等避免雷击的装置。
当雷云放电接近地面时它使地面电场发生畸变。
在避雷针的顶端，形成局部电场集中的空间，以影响雷电先导放电的发展方向，引导雷电向避雷针放电，再通过接地引下线和接地装置将雷电流引入大地，从而使被保护物体免遭雷击。
用折线法计算避雷针保护范围的方法：1、单支避雷针保护范围的计算2、双支等高避雷针保护范围的计算3、双支不等高避雷针保护范围的计算1、单支避雷针保护范围的计算hx平面上的保护范围避雷针在地面上的保护半径为r=1.5h o式中r――保护半径（米）；h――避雷针高度（米）。
在被保护物高度hx水平面上的保护半径为rx= （h-hx）p=hap ；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）0h< 30 米时，p=1 o2、双支等高避雷针保护范围的计算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0作一圆弧来确定。
h0 :两避雷针之间保护范围上部边缘最低点的高度（m）D:避雷针之间距离hx:被保护物高度bx:宽度其中bx=1.5 (hO —hx)hO=h —D/7P当D>7ph 时，h0=0, bx=0 3、双支不等高避雷针保护范围的计算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；内侧的保护范围：先做出较高避雷针的边界范围，再由较低针顶部做一条地面平行线，与较高边范围边界相交，过交点作垂线，以此为假想避雷针做保护范围hO=h1 —D1/7P。
避雷针保护范围
避雷针保护范围的计算r=1.5h。
式中r——保护半径（米）；h——避雷针高度（米）。
在被保护物高度hx水平面上的保护半径为rx=1.5（h-hx）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）；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）这里取p=1两针间的保护范围，上限最低高度：H0 =H-D/7PD---两避雷针之间的距离m井架上两支避雷针的高度为38米，天轮最高点位置按30米计算，两避雷针之间的距离为9.05米，变电所旁及主提绞车房旁的避雷针高均为18米，井架避雷针到两个绞车房的距离均按60米计算，井架到机厂的最远距离按50米计算，绞车房的高度为6米，机厂宿舍的高度为3米。
H0 =38-9.05/7=36.7＞30井架上避雷针在绞车房屋顶平面上的保护范围r1=1.5×（38-6）×1=48米主提绞车房旁的避雷针在绞车房屋顶平面上的保护范围r2=1.5×（18-6）×1=18米变电所旁的避雷针在绞车房屋顶平面上的保护范围r3=1.5×（18-6）×1=18米井架上避雷针在机厂屋顶平面上的保护范围r4=1.5×（38-3）×1=52.5米由以上计算与避雷针到各场所的实际距离相比较，可得出结论：各场所均在避雷针的保护范围之内。
生活区两个避雷针的高度均为15米，宿舍高度为3米，生活区到避雷针的最远距离为15米，两避雷针之间的距离为10米。
生活区避雷针在宿舍屋顶平面上的保护范围r5=1.5×（15-3）=18米两针的保护范围，上限最低高度H0= H-D/7P=15-10/7=13.57＞3米由以上计算与避雷针到各场所的实际距离相比较，可得出结论：生活区各场所均在避雷针的保护范围之内。
防雷装置的保护范围
第三节防雷装置的保护范围防雷装置的保护范围是指防雷装置保护其对象，被雷电击中的概率在0．1％以下的范围。
在防雷装置中，只对避雷针和避雷线确定其空间保护范围，而避雷网和避雷带，因为是直接设在建筑物表面上，已构成了确定的平面保护范围，不须要再计算确定。
避雷针、避雷线的保护范围与布局形式和高度有关。
避雷针、避雷线的布局形式取决于被保护物的结构尺寸(高度和面积)，通常有单支、双支、三支等高，双支不等高避雷针和单根、两根平行等高，两根平行不等高避雷线等布局形式。
避雷针和避雷线的保护范围确定方法有两种，一种是折线圆锥体法，另一种是滚球法。
对于同一结构的避雷针和避雷线，滚球法比折线圆锥体法核算的保护范围要小些，即滚球法比折线圆锥法对避雷针和避雷线的保护作用要求更严格一些。
一、避雷针的保护范围(一)单支避雷针的保护范围的确定1．单支避雷针折线圆锥体法保护范围的确定，按下式计算：r0＝1．5h(m)式中：h——避雷针的高度(m)。
r0——避雷针在地面上的保护半径高度为水平面上的保护半径当≥h时=k(h—)当≤h时=k(1．5h—2)式中：k——高度影响系数h≤30m，k=1；30m<h≤120m时，k=5．5/如图5—10所示，为单支避雷针的折线圆锥体确定保护范围，其作图方法是：作避雷针的水平底线，在底线中点作长度避雷针高度h的垂线；从针的项点向下，按避雷针保护物防雷要求角度(一般为45°)，作斜线至1/2h处。
即构成圆锥体的上半部分；在底线上取距避雷针1．5h的点，向上作斜线与前一斜线在1/2h处相交，即构成了折线圆锥体。
图5—10 单支避雷针折线圆锥体法的保护范围某一高度的保护半径．则作高度为的水平线共XX′相交于圆锥体母线，避雷针至交点的水平距离即为该高度的平面保护半径。
依据地面保护半径r=1．5h和水平面上的保护半径，可作出单支避雷针保护范围的俯视图。
通过上述作图可以看出，高度一定的单支避雷针随着保护平面的升高，避雷针的保护范围减少，要想增加其保护范围就必须增加避雷针的高度。
双支避雷针的保护范围计算
单支避雷针的保护范围计算：当针高度h小于或等于h r时：①距地面h r处作一平行于地面的平行线；②以针尖为圆心，h r为半径，作弧线交于平行线的A,B两点；③以A、B为圆心，h r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h r高度的xx/平面上和地面上的保护半径，按下列计算式确定：r=√h(2h r–h) –√h x(2h r–h x)r=√h(2h r–h)式中r避雷针在h r高度的xx/平面上的保护半径÷h r 滚球半径，按规范表确定（m）h x 被保护物的高度r避雷针在地面上的保护半径（m）双支避雷针的保护范围计算：在避雷针高度h小于或等于h r的情况下，当两支避雷针的距离D大于或等于2√h(2h r–h) 时，应各按单支避雷针的方法确定；当D小于2√h(2h r–h) 时，应按下列方法确定。
①AEBC外侧的保护范围，按照单支避雷针的方法确定。
②C、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b按下式计算：b＝CO=EO=√h(2h r–h) –(D/2)2在AOB轴线上，距中心线任以距离x处，其保护范围上边线上的保护高度h x按下式计算：h x＝h r —√(h r–h)2–(D/2)2–x2该保护范围上边线是以中心线距离地面h r的一点O｜为圆心，以√(h r–h)2＋(D/2)2为半径所作的圆弧AB。
hx③两针间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。
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xx/平面上保护范围截面的方法。
以单支避雷针的保护半径r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(r–r)为半径，以E、C为圆心作弧线与上述弧线相交。
避雷针保护范围及其计算
避雷针保护范围及其计算
避雷针，又名防雷针，是用来保护建筑物、高大树木等避免雷击的装置。
当雷云放电接近地面时它使地面电场发生畸变。
在避雷针的顶端，形成局部电场集中的空间，以影响雷电先导放电的发展方向，引导雷电向避雷针放电，再通过接地引下线和接地装置将雷电流引入大地，从而使被保护物体免遭雷击。
用折线法计算避雷针保护范围的方法：
1、单支避雷针保护范围的计算
2、双支等高避雷针保护范围的计算
3、双支不等高避雷针保护范围的计算
1、单支避雷针保护范围的计算。
国家规范中防雷保护范围变迁
《建筑防雷设计规范》GBJ57-83是我国第一版防雷规范, 根据原国家基本建设委员会[71]建革函字150号通知的要求，由原第一机械工业部主持，一机部第八设计院负责，会同西南工业建筑设计院、北京市建筑设计院、东北电力设计院、五机部第五设计院、一机部第一设计院（上述单位均为当时名称）于1972 年至 1974 年共同编制，由国家计划委员会以计标[1983]1659号通知批准颁发。
在这前后出现过多种防雷保护范围方法。
一、曲线法我国过去防雷保护范围沿用前苏联的做法,其中为电力系统防雷所用的是所谓曲线法。
根据这一方法，单支避雷针在一定的被保护物高度下的保护范围(半径)可以用下式表示:式( 1-1 )式中：r x—避雷针的保护半径；h—避雷针高度；h x—被保护物高度；h a=h-h x—避雷针的有效高度。
式( 1 )适用于h≤30米的避雷针。
当h＞30米时，式( 1-1 )的结果须乘以系数。
图1曲线法单支避雷针保护范围由公式可知，曲线法无论计算还是作图，都比较复杂繁琐；对于两支及多支避雷针的保护范围，则需要更复杂的计算，或者依靠复杂的曲线图表才能得出。
为了使计算和作图得以简化，前苏联提出了所谓折线法。
二、折线法折线法被引用于我国《民用建筑物防雷保护》（1962年版）中，图2折线法单支避雷针保护范围当≤2.67时，被保护物将位于下部的△COD和COD´中，此时避雷针的保护半径为：式（2-1）当≥2.67时，被保护物将位于上部的尖顶中，此时避雷针的保护范围较小：式（2-2）折线法虽然在某些方面要比曲线法简单一些，但仍有不少烦琐与不便之处，即使在前苏联，折线法也没有完全取代曲线法，从而形成两种防雷保护法方法长期并存的局面。
三、新折线法3.1 单支避雷针保护范围《建筑防雷设计规范》GBJ57-83部分采用了广西大学发配电教研组的研究成果，即新折线法。
图3新折线法单支避雷针保护范保护范围计算公式为：当≥时，式（2-1）当＜时，式（2-2）上面的结果应用于h≤30米的避雷针。
避雷针及避雷线保护范围
hx 水平面上的保护半径确定： 水平面上的保护半径确定： ①当 hx≥h/2时， r=(h- h)p （p为高度影响系数） 时 为高度影响系数） 为高度影响系数 x x
在被保护高度
rx =(1.5h-2 hx)P
针离设备至少5m 针离设备至少
二、两根等高针的保护范围的确定： 两根等高针的保护范围的确定： 采用两针后针的保护范围的外侧与单针保护范围的确 定方法相同，针的内侧部分的确定方法为： 定方法相同 ，针的内侧部分的确定方法为： 令 D为两 为两 针间距离； 针间距离；2 bx等于在高度为 hx水平面上保护范围的最 小宽度，它位于两针的连接线的中点， 小宽度，它位于两针的连接线的中点，即距每针的距 离为D/2。 离为 。
ha hx rx
D1 D2
四、三支或四支避雷针的保护范围 可以两两当作两只避雷针确定保护范围
四支等高避雷针
五、单根避雷线的保护范围 在hx水平面上避雷线每侧保护 hx水平面上避雷线每侧保护 范围的宽度的确定： 范围的宽度的确定： h/2时 当 hx ≥h/2时， rx=0.47( h- hx)p h/2时 当 hx＜h/2时，
D
rx
rx
习题：某厂有两个原油罐，一个高为12米 习题：某厂有两个原油罐，一个高为 米、 直径为6米 另一个高10米 直径10米 直径为 米 ， 另一个高 米 、 直径 米 ， 两 油罐的净距为16米 油罐的净距为 米。试设计采用单支避雷针 保护的最佳方案， 保护的最佳方案，并绘出避雷针的平面保护 范围。 范围。
b bx确定： x=1.5(h0-hx) 确定：
h0为两针保护范围上部边缘最低点的高度，计算如下： 为两针保护范围上部边缘最低点的高度，计算如下： 两针间距离与针高之比D/h不宜大于 。 不宜大于5。 两针间距离与针高之比 不宜大于 h0为两针间保护范围上部边缘最低点的高度 为两针间保护范围上部边缘最低点的高度(m) h0=h-D/7p 当D=7pha时，bx=0
避雷针及避雷线保护范围分析
避雷针和避雷线的保护范围
防止设备遭受直击雷的危害，使雷击中在针、线上 （不会击在被保护的电气设备上）从而起到保护作用。 针—集中设备、变压器等，如受雷面积不大的变电站、 线—架空线路（保护效果较差，但范围较大）
一、单支避雷针 避雷针在地面上的保护半径为:r=1.5h
ha h
hx
h/2
图中：h为避雷针
的高度（m）；hx
为被保护物体的高
度（m）； rx 为在
高度为 hx 的水平面
上的保护半径
（m）。
h 在被保护高度 x 水平面上的保护半径确定：
r ①当 hx≥h/2时， =x (h- h)xp （p为高度影响系数）
(h≤30m时，p=1 , 30＜h≤120m时，
p
5.5
)
②当hx ＜h/2时
两线之间各横截面的保护范围，应由通过两避雷线点
及保护范围上部边缘最低点O的圆弧确定。O点的高
度如下式计算：
D
h0 h 4P
h
避雷线一般用于输电线路的直击雷防 hx
D / 4P
O
h/2
h0
护，常用保护角的大小来表示其对导
h
D
线的保护程度。保护角是指避雷线和
边相导线的连线与经过避雷线的垂直
线之间的夹角。雷击导线的概率随保
h0为两针保护范围上部边缘最低点的高度，计算如下：
两针间距离与针高之比D/h不宜大于5。
h0为两针间保护范围上部边缘最低点的高度(m)
h0=h-D/7p
当D=7pha时，bx=0
D/7P
ha
h hx
rx h0
D
rx
bx
h0 hx
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A
B 各节 C 尺寸 （mm） D
1500
1500
1000
1500 1500
1500
1500 2000
1500
2000 2500
1500
1500 2000 2000
1500
1500 2000 3000
1500
1500 2000 2000
B+0.25 C+0.25 D+0.25
5
针管
钢管φ70mm
E
1、单根避雷针的保护范围
半高以上(hx≥h/2)：
rx (h hx ) p ha p
半高以下(hx＜h/2)：
rx (1.5h 2hx ) p
h—针高，hx—被保护物高，p— h≤30m，p＝1；30m＜h≤120m， p 5.5
h2
图9-5 两支不等高避雷针的保护范围
h1
当h2≥h1/2时： 当h2<h1/2时：
D D (h1 h2 ) p
D D (1.5h1 2h2 ) p
D
——化成等高避雷针间距离，m； ——两支不等高避雷针间距离，m。
D
（3）通过避雷针2、3顶点及保护范围上部边缘最低点的圆 弧，其弓高按下式计算 D
1500
1500 2000 2000
2000
2000 2000 2000
2000
2000 2000 3000
E
2000
3000
3000
3000
表2
序号 名称
避雷针各节材料
长度（m）
材料名称及规 格
1
2 3 4
针尖
针管 针管 针管
圆钢φ20mm
钢管φ25mm 钢管φ40mm 钢管φ50mm
A+0.25（搭接长度）
它包括接闪器、引下线和接地装置。 常用的钢管避雷针的结构如下图所示。针体由不同管径的钢 管焊接而成，针尖为圆钢。针尖部分一般应镀锌，针体应作 防锈处理。这种避雷针广泛用于建筑物、发电厂和变电站的 防雷。
E D H 图9-2 避雷针结构示意图 C B A
避雷针各节尺寸及材料分别见表1和表2。
表1 避雷针各节尺寸
注意事项：
(1) 在作防雷保护设计前，应到当地气象部门了解最新的当地 年平均雷暴日数和年平均雷暴次数，以便确定设计标准。
(2) 根据开关场布置形式，确定避雷针的个数、高度。如箱式 变电站，因占地面积较小，可采用高度较高的单支避雷针， 以求降低工程造价的目的。如35kV、10kV设备均在户外， 设备布置为水平排列，尽量选多个高度低些的等高的独立避 雷针，以求布置均称，整体美观的效果。
f
7p
4、多只BLZ保护范围
（1）将多支避雷针的多边形，划分成若干个三支避雷针的三 角形，划分时必须是相邻近的三支避雷针。
D23
（2）每三支避雷针，其相 邻两支保护范围的一侧最小 宽度 bx ≥0时，则全部面 积才能受到保护。 （3）多支避雷针的外侧保 护范围，应分别按不等高 （或等高）两针保护范围 方法确定。
1、避雷线的技术要求
避雷线应具有足够的截面和机械强度。一般采用镀锌钢绞线， 截面不小于35mm2，在腐蚀性较大的场所，还应适当增大截 面积或采取其它防腐措施。在200m以上档距，宜采用不小于 50mm2截面。 避雷线的布置，应尽量避免在断落时造成全厂（站）停电或 大面积停电事故。如尽量避免避雷线与母线互相交叉的布置 方式。
2、两等高避雷针保护范围
外侧：保护范围仍按单针计算方法确定。 斜间：h0=h-D/7P；
h0—两针间保护范围上部 边缘最低点高度（m）
两针间hx平面上保护范围一侧最小宽度bx： bx =1.5(h0-hx)
3、两不等高BLZ保护范围
（1）两针外侧的保护范围分别按单支避雷针的计算方法确定。 （2）两针间的保护范围应按单支避雷针的计算方法，先确定 D 较高避雷针1的保护范围，然 1 7p 后由较低避雷针2的顶点，作 2 3 水平线与避雷针1的保护范围 相交与3，取点3为等效等高 避雷针的顶点。再按两支等 高避雷针的计算方法确定避 D 雷针2和3的保护范围。 D
(3) 充分利用进线终端杆的高度，设计安装避雷针。
(4) 选择两支避雷针时，两针距离与针高度之比不宜大于5。
(5) 避雷针与主变压器应尽量保持15～20m的距离，避免对 主变压器的逆闪络和逆变换电压。
(6) 应充分考虑跨步电压的危险。建议避雷针距主控室的距 离不宜小于10m，独立避雷针距道路应在3m以上。 (7) 接地电阻必须符合各种规程、规范的要求。 (8) 在设计标准和设备选型应考虑留有适当的裕度。
情境二 避雷针（线）保护作用分析
基本防雷措施：避雷针、避雷线(BLX）、避雷器（BLQ）、 接地装置
一、避雷针的防雷作用
常用的防直击雷装置，用于发电厂、变电站的直击雷保护。
利用尖端放电的原理，当雷云使地面电场畸变，在针顶端形 成局部场强集中区以影响先导放电的发展方向，使雷云对其 放电并将雷电流泄入地中，保护附近电力设备和建筑物。
h
由模拟试验确定，只有相对的意义，不能认为在保护范围内 的物体就完全不受雷直击，在保护范围外的物体就完全不受 保护。 从h越高，修正系数p越小可知：为了增大BLZ的保护范围， 单靠提高其高度是不合适的；合适的办法是采用多支BLZ 作联合保护。 实际问题多是已知被保护物高度hx，又根据被保护物的宽 度和它与避雷针的相对位置确定所要求的保护半径rx，再 计算出所需要的避雷针高度h。
h
1
RO
O
D 4p
2
ha
D hO h 4p
h 2
h
hx
D
h
rx
rx
bx
rx
图9-9 两根避雷线保护范围
用BLX保护输线间的夹角。
作业：
6-5
课外作业参考步骤：
避雷针位置的确定，是变电所防雷设计的关键步骤。 首先应根据变电所设备平面布置图的情况而确定，避雷针 的初步选定安装位置与设备的电气距离应符合各种规程规 范的要求，初步确定避雷针的安装位置后，再根据计算公 式进行计算，校验是否在保护范围之中。
bx 23
3 2
D12
bx 24
bx 34
bx12
1
rx1
bx 41
4
D41
图9-7 四支等高避雷针1、2、3、4 在hx水平面上的保护范围
D34
二、避雷线的保护范围
BLX原理与BLZ相同，但引雷作用和保护宽度比避雷针要小。 主要用于输电线路保护，也可用来保护发电厂和变电所，近 年来许多国家都采用BLX保护500kV大型超高压变电所。
为降低雷击过电压，应尽量降低避雷线接地端的工频接地电 阻，一般不宜超过10Ω。
2、单根避雷线的保护范围
hx≥h/2： rx 0.47(h hx ) p
hx＜h/2： rx (h 1.53hx ) p
3、两等高避雷线的保护范围
（1）两避雷线外侧的保护范围按单根避雷线的计算方法确定。 （2）两避雷线间保护最低 高度按下式计算