簡易避雷設(shè)施的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

王國祥

重慶三峽水利電力集團(tuán)股份有限公司，重慶 404100

防雷包括電力系統(tǒng)的防雷和建筑物與其它設(shè)施的防雷。根據(jù)不同保護(hù)對(duì)象的危險(xiǎn)程度和重要性，對(duì)于直擊雷、雷電感應(yīng)、雷電侵入波均應(yīng)采取各自相應(yīng)的防雷措施。

避雷針、避雷線、避雷帶是防護(hù)直擊雷的主要措施。這些避雷裝置由接閃器、引下線和接地裝置組成。高聳的針、線、網(wǎng)、帶都是接閃器。它們比被保護(hù)設(shè)施更接近雷云，在雷云對(duì)地面放電前，接閃器在電場的影響下，上面積累了大量的異性電荷，它們與雷云之間的電場強(qiáng)度超過附近地面被保護(hù)設(shè)施與雷云之間的電場強(qiáng)度。放電時(shí)，接閃器承受直接雷擊，強(qiáng)大的雷電流通過阻值很小引下線、接地體泄入大地，以此使被保護(hù)設(shè)施免受直接雷擊。

避雷針（線、帶、網(wǎng)）都有一定的保護(hù)范圍。保護(hù)范圍是指保證被保護(hù)物不受雷擊的空間。被保護(hù)物應(yīng)完全置于避雷針（線、網(wǎng)、帶）的保護(hù)范圍內(nèi)才能避免遭受直擊雷。

圖1 單根避雷針的保護(hù)范圍

1 避雷針

單根避雷針的保護(hù)范圍如圖1所示，是一個(gè)折線圓錐形。圓錐形的輪廊線可由圖中注明的尺寸關(guān)系畫出。避雷針在地面上的保護(hù)半徑。

式中h是避雷針的高度。從針的頂點(diǎn)向下作45°的斜線，構(gòu)成圓錐形的上半部；從距離針腳1.5h處向上再作斜線與前一斜線在高處相交，交點(diǎn)以下構(gòu)成圓錐形的下半部。在任一高度hx的平面上，保護(hù)半徑也可由下式確定：

式中P是由運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)確定的修正系數(shù)。當(dāng)h≤30米時(shí)，P=1，當(dāng) h＞30時(shí) ，

雙根等高避雷針的保護(hù)范圍如圖2所示。兩針外側(cè)的保護(hù)范圍按單支避雷針的確定；兩針之間的保護(hù)范圍按連接兩針頂點(diǎn)A、B及中O點(diǎn)的圓弧確定。O點(diǎn)的高度h0由下式確定：

式中a是兩針之間的距離；系數(shù)P仍按上述原則規(guī)定。

顯然，當(dāng)兩針的距離增大至a=7hp時(shí)，h0=0，兩針之間不能枸成聯(lián)合的保護(hù)范圍。由O-O截面（見圖）可知，兩針之間最小保護(hù)寬度的一半為：

圖2 雙支等高避雷針的保護(hù)范圍

應(yīng)當(dāng)指出，在所有情況下，bx〈rx。

三支避雷針在某一高度上的保護(hù)范圍，如圖3所示。其外側(cè)保護(hù)范圍按單支雙支避雷針確定；其內(nèi)側(cè)也按雙針聯(lián)合保護(hù)范圍確定；如果每兩針之間能滿足bx≥0的條件，則認(rèn)為三角形全部面積在三針聯(lián)合保護(hù)范圍之內(nèi)。

圖3 三支等高避雷針的保護(hù)范圍

多支避雷針都可以分成若干組相鄰的三支避雷針、依次按上述方法確定其保護(hù)范圍。

避雷針分獨(dú)立避雷針和附高避雷針。獨(dú)立避雷針是離開建筑物單獨(dú)裝設(shè)的，接地電阻一般不超過10歐。附設(shè)避雷針是裝置在建筑物或構(gòu)筑物上的，允許與電器設(shè)備其它接地其用接地體。

2 避雷線

避雷線的功用和避雷針相似，主要用來保護(hù)電力線路，這時(shí)的避雷線也叫架空地線。避雷線也可用來保護(hù)狹長的設(shè)施。

單要避雷線的保護(hù)范圍如圖4所示。圖中，h是避雷線最大弧垂點(diǎn)的高度，同避雷針相似，保護(hù)范圍由折線分成上、下兩部分。地面上保護(hù)寬度的一半為h。其任一高度hx上的保護(hù)寬度bx由下式確定：

式中系數(shù)P同前。

圖4 單根避雷線的保護(hù)范圍

關(guān)于避雷的保護(hù)范圍，經(jīng)常吲進(jìn)保護(hù)角的概念。圖中a是避雷線的最大保護(hù)角，按上述方法確定保護(hù)范圍時(shí)，保護(hù)角a=25°。

兩根平行避雷線的保護(hù)范圍，如圖5所示。

圖5 兩根平行避雷線

其外側(cè)按單根避雷線確定；內(nèi)側(cè)由通過兩避雷線最大弧垂及O點(diǎn)的圓弧確定。O點(diǎn)在兩避雷線中間，所在高度為：

式中系數(shù)P同前。

3 避雷網(wǎng)和避雷帶

避雷網(wǎng)和避雷帶主要用于工業(yè)和民用建筑物對(duì)直擊物的防護(hù)，其保護(hù)范圍無需進(jìn)行計(jì)算。避雷網(wǎng)的網(wǎng)格大小可根據(jù)具體情況選擇。對(duì)于工業(yè)建筑物，根據(jù)防雷的重要性可采用6m×6m～6m×10m的網(wǎng)格或適當(dāng)距離的避雷帶。對(duì)于民用建筑物，可采用6m～10m的網(wǎng)格。應(yīng)當(dāng)注意事項(xiàng)，不論是什么建筑物，對(duì)其屋角、屋和屋攀檐等易受雷擊的突出部位都應(yīng)裝設(shè)避雷帶。

下列設(shè)施必須采取防直接雷措施：

1）使用或貯存有爆炸危險(xiǎn)物質(zhì)的工業(yè)建筑物或構(gòu)筑物；

2）重要的民用建筑物，如國家重要機(jī)關(guān)、大會(huì)堂、機(jī)場、車站、大型體育館、展覽館等；

3）易受雷擊的建筑物和構(gòu)筑物，如曠野孤立或高于20m的建筑物和構(gòu)筑物，建筑物群中高于25m的建筑物和構(gòu)筑物，突出的土山頂部或特別潮濕處或其它土壤電阻系數(shù)較周圍小的地方的建筑物，還有地下有導(dǎo)電礦藏處的建筑物等。

4）電力系統(tǒng)，如主控制室、機(jī)房、35kV以上變配電站、高壓送電線路等。

按統(tǒng)計(jì)，我國最大的雷電流幅值約為300kA，相應(yīng)的雷擊高度是408m。當(dāng)設(shè)定雷擊定位高度為400m時(shí)，可以得到不同高度避雷針的保護(hù)區(qū)和散擊區(qū)的地表半徑。我國舊式民房高度一般低于10m，在避雷帶和避雷網(wǎng)的高度與房高相同的條件下，安裝高度為1m～2m的短針防雷，它們引起的散擊現(xiàn)象不是很突出；高聳建筑物和高架避雷針引雷招致雷擊率增高和存在散擊區(qū)。我國防雷學(xué)者一直都不主張用高架避雷針保護(hù)建筑物，偏向于選擇用屋頂短針和避雷帶防雷。這是考慮了其既具有引雷作用，又避免了增加散雷區(qū)的功效。

[1]王振，等編.防雷設(shè)施安裝圖集[M].科技出版社，1996.

[2]建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范[M].人民教育出版社，1990.