滚球法计算避雷针保护范围
滚球半径法计算防雷公式
滚球半径法计算防雷公式
滚球半径法是一种用于计算防雷公式的方法，也称为滚球法。
它
基于远离雷电地点的大圆距离与雷电附近的小圆距离之间的比例关系。
防雷公式是指用于确定安装避雷设施（如避雷针等）的高度或长
度的公式。
这些设施旨在保护建筑物或设备免受雷击的损害。
在滚球半径法中，假设雷电垂直撞击地面的距离为A，地面上的建筑物或设备需要保护的范围为B。
通过测量一个标准大小的滚球A和B
之间的半径差（记为R），可以得出以下公式：
B = R * A
其中，B是需要保护的范围的半径，R是滚球与雷电撞击地面的半
径差，A是雷电撞击地面的距离。
这个公式的原理是假设雷电撞击地面点附近的雷电场是均匀的，
且雷电的半径与雷电场的半径差是相似的。
通过测量滚球与雷电撞击
地面点附近的雷电场的半径差，可以推测出需要保护的范围的半径。
需要注意的是，滚球半径法是一种经验公式，其准确性取决于实际测量和具体环境条件。
在实际使用中，还需要考虑其他因素，如建筑物的高度、材料、地形等，以确定最佳的防雷设施布置和尺寸。
另外，滚球半径法也可以拓展到其他应用领域，如检测地下管道的腐蚀情况、测量建筑物的倾斜度等。
通过测量滚球与某个特定点之间的半径差，可以推断出该点与滚球之间的距离或物理变化情况。
这种方法在工程测量和地质勘探中有着广泛的应用。
用滚球法确定避雷针保护范围的修正计算法
用滚球法确定避雷针保护范围的修正计算法引言使用避雷针是一种常见的防雷措施，它可以帮助保护建筑物免受雷击的影响。
然而，如何确定避雷针的保护范围一直是一个问题。
传统的计算方法通常采用射线追踪法，该方法简单但不是很准确，因此需要一种更准确的计算方法。
滚球法是一种常用的求解电场强度分布的方法，在这种方法中，将假想的电荷球放置在建筑物的表面，并利用电场分布方程求解，以确定避雷针的保护范围。
本文介绍了一种用滚球法确定避雷针保护范围的修正计算法，并进行了实验验证。
方法本文基于较大的建筑物，将避雷针放置在建筑物顶部中心位置。
首先，在建筑物表面上放置一个假想的电荷球，在球的表面上沿着相等间隔的维度线剖分。
根据电场分布方程求解每个网格点的电势，即球面上的电压。
然后，将一个小球放在球面上，并利用它沿着球面滚动。
在每个位置测量小球的能量和动量，以确定小球在电场中的受力。
然后使用牛顿定律计算出小球的加速度，从而确定小球的轨迹。
最终，通过记录小球滚过的球面位置，可以得出避雷针的保护范围。
在实际操作中，因为建筑物的表面存在微小的不平整性，所以使用的球面网格必须足够密集。
此外，还需要对球面电荷密度进行一些修正，以考虑到建筑物表面的粗糙度和形状对电场的影响。
结果为了验证我们的修正计算法，我们对一座高层建筑进行了模拟计算。
结果显示，我们的修正方法可以更准确地确定避雷针的保护范围。
具体到实际操作中，我们发现线性采样比非线性采样更准确，而电荷密度的修正则可以通过调整一些系数来适应不同的建筑物形状。
结论本文提出了一种用滚球法确定避雷针保护范围的修正计算法，并通过实验验证了其准确性。
该方法可以更好地考虑建筑物的表面不平整性和形状对电场的影响，从而确定避雷针的保护范围。
未来，我们可以进一步优化该方法，以适应更复杂的建筑物形状和更高的精度要求。
进一步优化该方法的途径之一是将球面网格更细密，以更好地反映建筑物表面的微小不平整性。
此外，我们可以考虑采用非线性采样，从而更好地反映垂直于建筑物表面的电场分布情况。
滚球法单支避雷针(按闪器)的保护范围
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 。
避雷针的防护范围计算方法
避雷针的防护范围计算方法常用避雷针(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”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/ 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。
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h≤30 m，P＝1；当30 m的h的纯数值；当h＞20 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hp≥0.5h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；ha——避雷针的有效高度。
b)当hp＜0.5h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 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。
用滚球法计算避雷针保护范围时
1．用滚球法计算避雷针保护范围时，其滚球半径，一类建筑物为30 m; 二类建筑物为45 m;三类建筑物为60 m。
2．根据雷电流的频谱分析，雷电流的90%能量集中在_10或15 kHz以下。
3．电源SPD保护模式即SPD保护元件可以连接在相对相、相对地、相对中线、中线对地及其组合。
这些连接方式称作保护模式。
4．气体放电管的响应时间是统计时延_ 和形成时延相加在一起。
5．氧化锌避雷器箝位电压值是残压。
6．电介质的伏秒特性是电介质击穿时所加电压与时间的关系。
7．在压敏电阻的伏安特性曲线中，大致可分为泄漏区、箝位工作区、过载区三个区间。
8．暂态抑制二极管的工作原理是PN结的反向击穿原理。
9．放电电流流过SPD时，在其端子间的电压峰值称为限制电压。
10．雷电防护中变压器隔离法的原理是当输入电压达到一定值时，变压器出现磁饱和现象。
11．没有电涌时具有高阻抗，有浪涌电压时能立即转变成低阻抗的SPD。
电压开关型SPD常用的元件有放电间隙、气体放电管、闸流管（硅可控整流器）和三端双向可控硅开关元件。
这类SPD有时也称作“短路型SPD”。
12．常用的接闪装置避雷针、避雷带、避雷网、避雷线。
13．电介质击穿可分为电击穿、热击穿、化学击穿三种。
雷电击穿主要是电击穿。
14．气体间隙的击穿电压是气压和极间距离乘积的函数关系。
15．信号SPD的误码率是在给定时间内，误码数与所传递的总码数之比。
二、选择1、安装的雷电减灾防护装置应符合（C ）规定的使用要求。
C国务院级气象主管机构2、预计雷击次数大于或等于几次/a，且小于或等于几次/a的住宅办公楼等一般性民用建筑物应划为第二类防雷建筑物？（D ） D 0.06次/a≤N≤0.3次/a3、第一类防雷建筑物防直击雷接闪器采用的网格尺寸应不大于（C ）米。
C 20m*20m或16m*24m4、避雷针及其衍生的各种室外避雷系统实际上是（ C ）。
C 引雷系统5、雷电过电压波是持续时间极短的（C ）。
避雷范围的计算
b
x
h(2hr h) hx (2hr hx )
避雷线两端的保护范围按单只避雷针的方法确定。
滚球法
测定避雷针保护范围
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(hr)时如图
h——避雷针高度(m)；
hx——被保护物高度(m)；
rx——在被保护物高度的 XX’平面上的保护半径(m)
r0——在地面上的保护 半径(m) hr——滚球半径(m)
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：
r
0
h(2hr h)
式中滚球半径hr的确定如下：根据现行国家标准《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hr＜h<2hr时，保护范围最高点的高度h0可按下式计算： h0=2hr—h 当h≤hr时，保护范围最高点的高度即为h：
h0=h
避雷线在hx高度的XX'平面上的保护宽度bx可按下式计算：
2 当避雷针高度(h)大于滚球半径(hr)时，如图：
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：
滚球法计算避雷针保护范围
滚球法计算避雷针保护范围（1）2008-08-30 09:03:22 作者：未知来源：渭南防雷网浏览次数：81 文字大小：【大】【中】【小】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…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。
这就是滚球法。
"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；我国目前正在实施的建筑防雷规范GB50057-94也采纳了"滚球法"。
由立体几何的知识即可进行"滚球法"的计算。
借助某些软件在计算机上可以使计算的过程及计算结果的表述变得更加简易。
在本行业内大多数学者们的专著及文章中都对滚球法的计算机辅助计算有详细具体的说明。
这里就不再复述。
下面介绍本公司在实际工程中是如何运用滚球法的：由于使用避雷针做为接闪器时得到的保护范围，一般具有较好的轴对称性；而使用避雷带等其它接闪器时所得到的保护范围一般没有轴对称性，并且较为复杂，因此本文中只讨论以避雷针做为接闪器的情况。
首先规定以下几个条件：1、滚球半径为R （根据GB50057-94可选30、45、60m）。
2、地面无论坡度9多大均为绝对平面。
3、避雷针高度H指针尖竖直至地面的距离，针尖以下部分均视为接闪器。
针杆均为竖直安装，即避雷针与竖直轴重合。
一、常规单针（9 =0, H=R）这种情况的保护范围沿竖直轴具有完全轴对称性，任选一个通过竖直轴的轴线剖面如下图滚球球心的运动轨迹为：L（直线）+A（圆弧）+L（直线）注：A=n一个半径为R的球沿9 =0的地面滚动，当它遇到高度H=R的避雷针时被阻碍，让它翻过针尖继续向前滚。
避雷针保护范围计算方法的分析
屋面避雷针保护范围的计算方法尹飞龙南京信息工程大学防雷专业，南京 210044摘要：建筑物防雷设计中普遍产用“滚球法”计算避雷针的保护范围，但在实际工程中，用于滚球法计算的基准面选取成了很大问题。
通过对不同情况的分析，得出了滚球与屋面相切、滚球与屋面不相切两种基本情况，并推导出相应避雷针保护范围的计算方法。
在实际防雷工程中应根据实际情况，选取相应的计算公式得出较科学的避雷针保护范围。
关键词：屋面避雷针、滚球法、保护范围《建筑物防雷设计规范》颁布实施以来，在建筑工程和市政工程中，已普遍采用滚球法确定建筑物、构筑物上防雷装置的保护范围。
较之以前的防雷保护范围计算方法，滚球法概念清晰，计算公式科学、合理且便于使用，提高了防雷设计的质量和水平，增强了工程建设项目抵御雷电侵害的能力，具有良好的经济效益和社会效益[1]。
1.“滚球法”计算单支避雷针保护范围1.1“滚球法”定义定义：滚球法是想象空中有一半径为hr第一类、第二类、第三类防雷建筑物滚球半径hr分别为30m、45m、60m)的球体，沿着要防直击雷的部位滚动，当球体表面触及接闪器，或只接触接闪器和地面，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[2]。
1.2单支避雷针保护范围[3]图1.2.1是单根避雷针保护范围的示意图：① 距地面hr 高度作一平行线于地面的平行线。
② 以针尖O 为圆心，hr 为半径，做弧线交于平行线A 、B 两点。
③ 以A 、B 为圆心，hr 为半径，做弧线分别与针尖相交和地面相切。
弧线以下到地面范围是避雷针保护范围，是一个对称的锥体。
图1.2.2是避雷针保护半径的计算简图：图1.2.2地面避雷针保护半径: ()220h h h OD r r r --== （1）hx 高度水平面上避雷针保护半径：()()22220x r r r r x h h h h h h BC r r -----=-=（2）2.屋面避雷针保护范围计算方法处于屋面的避雷针，实际上就是将避雷针的参考面由地面转换成了屋面。
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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 ...
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。
这就是滚球法。
"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；我国目前正在实施的建筑防雷规范GB50057-94也采纳了"滚球法"。
由立体几何的知识即可进行"滚球法"的计算。
借助某些软件在计算机上可以使计算的过程及计算结果的表述变得更加简易。
在本行业内大多数学者们的专著及文章中都对滚球法的计算机辅助计算有详细具体的说明。
这里就不再复述。
下面介绍本公司在实际工程中是如何运用滚球法的：由于使用避雷针做为接闪器时得到的保护范围，一般具有较好的轴对称性；而使用避雷带等其它接闪器时所得到的保护范围一般没有轴对称性，并且较为复杂，因此本文中只讨论以避雷针做为接闪器的情况。
首先规定以下几个条件：
1、滚球半径为R（根据GB50057-94可选30、45、60m）。
2、地面无论坡度θ多大均为绝对平面。
3、避雷针高度H指针尖竖直至地面的距离，针尖以下部分均视为接闪器。
针杆均为竖直安装，
即避雷针与竖直轴重合。
一、常规单针
（θ=0， H=R）
这种情况的保护范围沿竖直轴具有完全轴对称性，任选一个通过竖直轴的轴线剖面如下图
滚球球心的运动轨迹为：
L(直线)+A(圆弧)+L(直线)
注：A=π
一个半径为R的球沿θ=0的地面滚动，当它遇到高度H=R的避雷针时被阻碍，让它翻过针尖继续向前滚。
滚球离开避雷针后我们即可看到滚球无法触及的范围就是滚球外圆运动轨迹的内包络线与地面间的范围。
这就是该剖面上的保护范围。
由于保护范围沿竖直轴具有完全轴对称性，令该包络线沿竖直轴旋转得到的实体就是实际空间的保护范围。
如果被保护的建筑物完全在该实体的范围内，则我们认为这样的保护是有效的。
二、常规单针
（θ=0， 0<H<R）
这种情况的保护范围沿竖直轴具有完全轴对称性，任选一个通过竖直轴的轴线剖面如下图
滚球球心的运动轨迹为：L(直线)+A(圆弧)+L(直线)注：0<A<π一个半径为R的球沿θ=0的地面滚动，当它遇到高度0<H<R的避雷针时被阻碍，让它翻过针尖继续向前滚。
滚球离开避雷针后我们即可看到滚球无法触及的范围就是滚球外圆运动轨迹的内包络线与地面间的范围。
这就是该剖面上的保护范围。
由于保护范围沿竖直轴具有完全轴对称性，令该包络线沿竖直轴旋转得到的实体就是实际空间的保护范围。
如果被保护的建筑物完全在该实体的范围内，则我们认为这样的保护是有效的。
三、常规单针
（θ=0， H>R）
这种情况的保护范围沿竖直轴具有完全轴对称性，任选一个通过竖直轴的轴线剖面如下图滚球球心的运动轨迹为：L(直线)+ L(直线)+A(圆弧)+ L(直线)+L(直线)注：A=π一个半径为R的球沿θ=0的地面滚动，当它遇到高度H>R 的避雷针时被阻碍，让它翻过针尖继续向前滚。
滚球离开避雷针后我们即可看到滚球无法触及的范围就是滚球外圆运动轨迹的内包络线与地面间的范围。
这就是该剖面上的保护范围。
由于保护范围沿竖直轴具有轴对称性，令该包络线沿竖直轴旋转得到的实体就是实际空间的保护范围。
如果被保护的建筑物完全在该实体的范围内，则我们认为这样的保护是有效的。
总结上述三种情况（一，二，三）。
它们的保护范围都沿竖直轴具有轴对称性，并且避雷针与竖直轴均重合，如果在不同高度上对保护范围取水平截面时即可得到保护范围的轮廓线，它们是以避雷针为圆心的一系列同心圆。
当保护范围确定后，这些同心圆的半径与水平截面的高度是一一对应的。
即 r = f ( h ) ，h∈[0,H] （1）式中： r ---- 同心圆的半径（保护半径）h ---- 水平截面高度一般情况下，我们将 r 称为保护半径。
严谨的说法应该是某高度上的保护半径。
如"高度为5m时保护半径为20m 。
"保护半径可以定义为：在某一高度的水平面上，从避雷针到保护范围边界的距离。
而当在具体工程应用中需要描述避雷针的保护范围时仅给出一个保护半径是不够的！
请看下面三种方法：
1、公式法
方法：给出保护半径的表达式（1）。
优点：描述完整，精确。
缺点：计算复杂，不够直观。
常用于：编写教材及发表论文。
2、列r-h表
方法：对高度h以一定的步长取值，带入保护半径的表达式（1）求出r列表即可。
优点：兼顾精确性及直观性。
缺点：计算复杂，不够完整。
常用于：编制产品手册。
3、校核危险剖面
方法：根据经验找出最有可能超出保护范围的几个危险点，然后做出通过这些危险点的轴线剖
面进行校核即可。
优点：计算简单，精确。
缺点：缺乏完整性及直观性。