簡易避雷設施的設計及應用

王國祥

重慶三峽水利電力集團股份有限公司，重慶 404100

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

避雷針、避雷線、避雷帶是防護直擊雷的主要措施。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。它們比被保護設施更接近雷云，在雷云對地面放電前，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度超過附近地面被保護設施與雷云之間的電場強度。放電時，接閃器承受直接雷擊，強大的雷電流通過阻值很小引下線、接地體泄入大地，以此使被保護設施免受直接雷擊。

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

圖1 單根避雷針的保護范圍

1 避雷針

單根避雷針的保護范圍如圖1所示，是一個折線圓錐形。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半徑。

式中h是避雷針的高度。從針的頂點向下作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，交點以下構(gòu)成圓錐形的下半部。在任一高度hx的平面上，保護半徑也可由下式確定：

式中P是由運行經(jīng)驗確定的修正系數(shù)。當h≤30米時，P=1，當 h＞30時 ，

雙根等高避雷針的保護范圍如圖2所示。兩針外側(cè)的保護范圍按單支避雷針的確定；兩針之間的保護范圍按連接兩針頂點A、B及中O點的圓弧確定。O點的高度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，當兩針的距離增大至a=7hp時，h0=0，兩針之間不能枸成聯(lián)合的保護范圍。由O-O截面（見圖）可知，兩針之間最小保護寬度的一半為：

圖2 雙支等高避雷針的保護范圍

應當指出，在所有情況下，bx〈rx。

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

圖3 三支等高避雷針的保護范圍

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范圍。

避雷針分獨立避雷針和附高避雷針。獨立避雷針是離開建筑物單獨裝設的，接地電阻一般不超過10歐。附設避雷針是裝置在建筑物或構(gòu)筑物上的，允許與電器設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，主要用來保護電力線路，這時的避雷線也叫架空地線。避雷線也可用來保護狹長的設施。

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

式中系數(shù)P同前。

圖4 單根避雷線的保護范圍

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

兩根平行避雷線的保護范圍，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點的圓弧確定。O點在兩避雷線中間，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)和民用建筑物對直擊物的防護，其保護范圍無需進行計算。避雷網(wǎng)的網(wǎng)格大小可根據(jù)具體情況選擇。對于工業(yè)建筑物，根據(jù)防雷的重要性可采用6m×6m～6m×10m的網(wǎng)格或適當距離的避雷帶。對于民用建筑物，可采用6m～10m的網(wǎng)格。應當注意事項，不論是什么建筑物，對其屋角、屋和屋攀檐等易受雷擊的突出部位都應裝設避雷帶。

下列設施必須采取防直接雷措施：

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

2）重要的民用建筑物，如國家重要機關(guān)、大會堂、機場、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，還有地下有導電礦藏處的建筑物等。

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

按統(tǒng)計，我國最大的雷電流幅值約為300kA，相應的雷擊高度是408m。當設定雷擊定位高度為400m時，可以得到不同高度避雷針的保護區(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)。我國防雷學者一直都不主張用高架避雷針保護建筑物，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.防雷設施安裝圖集[M].科技出版社，1996.

[2]建筑物防雷設計規(guī)范[M].人民教育出版社，1990.