
一、基本原理:
将一个半径为 Hr(滚球半径)的假想球体,沿着装有避雷针的区域“滚动”。这个球体在运动过程中,会被避雷针(接闪器)撑起。 凡是球体无法接触到,而是被避雷针及其引下线“保护”在下面的空间,就认为是处于避雷针的保护范围之内。
二、依据规范
滚球半径的大小取决于建筑物的防雷等级。根据国家标准 《GB50057-2010 建筑物防雷设计规范》,防雷等级与滚球半径的对应关系如下:
三、计算步骤
Rx:在高度Hx的水平面上的保护半径。
H:避雷针的高度。
Hr:滚球半径。
Hx:被保护物的高度。
展开剩余68%计算公式如下:
1、当 Hx ≥ Hr 时:
因为被保护物已经高于或等于滚球半径,此时避雷针无法提供有效的侧面保护。公式不再适用,需要其他措施。
Rx = 0
2、当 Hx < Hr 时:
这是最常见的情况。保护半径 Rx 由以下公式计算:
Rx = √( H * ( 2 * Hr - H ) ) - √( Hx * ( 2 * Hr - Hx ) )
举例说明:一个属于第二类防雷建筑物的厂房屋顶,安装了一支高度H = 20m的避雷针。我们需要知道在屋顶上方Hx = 10m高的一个设备是否在保护范围内。
计算过程:
确定滚球半径Hr:第二类防雷建筑,查表得Hr = 45m。
检查Hx与Hr的关系:Hx (10m) < Hr (45m),可以使用公式。
代入公式计算Rx:
首先计算避雷针本身的保护半径(在地面高度,即Hx=0):
R0 = √(20 * (2*45 - 20)) = √(20 * 70) = √1400 ≈ 37.42m
然后计算在10m高处的保护半径:
Rx = √(20 * (2*45 - 20)) - √(10 * (2*45 - 10))
Rx = √(20 * 70) - √(10 * 80)
Rx = √1400 - √800
Rx ≈ 37.42 - 28.28
Rx ≈ 9.14m
结论:
在离地10米高的水平面上,这支20米高的避雷针可以提供半径约9.14米的保护范围。如果那个设备位于以避雷针为圆心、9.14米为半径的圆形区域内,那么它就在避雷针的保护之下。
注:当避雷针过高时,其保护范围不再随高度无限增大,此时保护半径 R 等于滚球半径 r,即 R = r。这是因为超过滚球半径的部分无法通过滚球覆盖形成有效保护,多余高度属于无效高度。例如,三类防雷建筑物中,高度为70m的避雷针,因70m>60m,其保护半径仍为60m。
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