"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GB50057-2010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。
滚球法
下面介绍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GB50057-2010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图1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。 图1
而此时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远不够的!请看下面四种方法:
1、公式法方法:给出保护半径的表达式(2)。优点:描述完整,精确。缺点:计算较复杂,不够直观。2、列r-β, h表方法:对方向β,高度h以一定的步长取值,带入保护半径的表达式(2)求出r列表即可。优点:描述精确。缺点:计算较复杂,不够完整,不够直观。
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。
4、计算机辅助设计方法:使用三维绘图软件显示计算结果。优点:非常完整,精确,直观。缺点:计算较复杂。在四,五,六,七,八中,第1,2,4种方法存在计算较复杂的问题,都要上机编程计算。我们认为第3种方法较适用。
总结上述八种情况(一~八)。对坡度θ有变化的地形,或者安装一只以上的避雷针时,可以用以上八种情况组合而成进行分析,此时保护半径的表达式会相当复杂。当使用我们推荐的第3种方法时,虽然需要一定的经验,但是计算过程将变得简单。通用的滚球法计算步骤一、 适用范围说明 1、 任意形式的常规接闪器,包括避雷针,避雷带,避雷线,避雷网。2、 接闪器的安装数量不受限制。3、 地形起伏不受限制。4、 除保护对象外,其他建筑物均视为大地。 滚球法