罗烨泓，刘艳群，陈晓旸，余冬文，郭 馨

(1.广东省韶关市气象局，广东 韶关 512028;2.成都信息工程大学，四川 成都 610225;3.广东省乳源瑶族自治县气象局，广东 乳源 512700)

0 引言

防雷工程的设计是建筑物、易燃易爆场所等进行综合雷电防护的根本，近年来，随着防雷技术的不断提高，防雷工程设计也更加规范、科学。按照国家现行的防雷设计规范[1-3],将防雷工程由手工绘制提升为绘图工具制图。作者在日常工作中，发现复核独立接闪杆和架空接闪线的保护范围，不仅非常繁琐，还容易计算错误。天正电气TElec是以autocad为平台的电气设计软件，可以高效地解决上述问题。天正电气利用滚球法计算接闪杆、线的保护范围，结合建筑物可生成两支或多支接闪杆和架空接闪线的平面、三维效果图，直接输出计算表和计算书，绘制防雷建筑三维保护范围。对此，国内不少专家学者也提出一些探讨[4-7]，作者根据多年的工作经验，介绍独立接闪杆、架空接闪线的平面和三维保护范围图的绘制方法。

1 接闪杆、接闪线保护范围的计算方法

关于接闪杆、接闪线的保护范围，我国现行的电力行业标准和国家标准分别有两种计算方法，《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》GB/T50064-2014规定采用折线法，而《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010规定采用滚球法。本文采取《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010附录D给出的滚球法确定接闪器保护范围的方法[1]。本文仅就具有代表性的单支接闪杆、双支等高接闪杆、双支不等高接闪杆、接闪线保护范围为例进行讨论，采用的参数主要有：

Rx为接闪杆在Hx高度的平面上的保护半径；H为接闪杆高度；Hr为滚球半径；Hx为被保护物的高度；D为两支接闪杆距离；X为某点距离两支接闪杆中心点的距离。

1.1 单支接闪杆的保护范围Rx

(1)

1.2 两支等高接闪杆的保护范围Hx

(2)

1.3 两支不等高接闪杆的保护范围Hx

假设接闪杆A高度为H1, 接闪杆B高度为H2，且A、B高度均小于Hr。

(3)

其中D1=[(Hr-H2)2-(Hr-H1)2+D2]/2D。

1.4 以单根接闪线为接闪器的保护范围Bx

假设Bx为接闪线在Hx高度的保护宽度。

(4)

2 操作过程

2.1 软件运行环境及应用范围

使用操作系统为Win7的电脑，先下载安装autocad软件，再下载安装天正电气软件，软件安装完毕即可正常使用。本系统可应用在各类第一类防雷建筑物，特别是制造、存储炸药的危险建筑物，容易造成巨大破坏或人身伤亡。也可应用在第二类防雷建筑，如加油站、加气站的定期防雷检测等。

2.2 接闪杆的保护范围应用举例

绘制一个第一类防雷建筑，以某炸药仓库A为例，先画出该炸药库的平面二维图。

如某雷管库A，库区周围平坦，库房长20 m，宽12 m，高度5 m，入口处长6 m，宽3 m，高度也为5 m，四周布置，编号为#1、#2，左右两支独立接闪杆的高度均为14 m，#1距库房为4 m，绘图比例为1∶100，启动天正电气绘制平面图(图1)。

图1 雷管库A平面图Fig.1 Plan of detonator warehouse A

2.2.1 绘制两支独立接闪杆平面保护范围图 在天正电气的一级菜单上，依次点击接地防雷→滚球避雷→插接闪杆，输入滚球半径30 m，按照上面设定的针高在1#、2#位置绘制两支独立接闪杆，马上实时显示雷管库A独立接闪杆平面保护范围(图2)，在接闪杆的位置双击还可以更改针高、移动接闪杆的位置，保护范围也实时更改。

图2 独立接闪杆平面保护范围图Fig.2 Plane protection range of independent lightning rod

2．2．2 绘制两支独立接闪杆三维保护范围图 绘制3D图较绘制平面图复杂，需要设置一些参数，并依照如下步骤，为了方便，以图2为例。依次点击接地防雷→滚球避雷→建筑高度，输入高度值5 m，选取雷管库A，点击查看三维，提示是否显示所有的接闪线，直接回车默认选择所有，得到接闪杆三维保护图(图3)，如果图中出现深色区域，表明接闪杆不能完全保护建筑物。此处需要注意：绘制雷管库的平面图，必须是一个闭合的多线段的图型。

图3 接闪杆三维保护图Fig.3 Three dimensional protection diagram of lightning rod

2．2．3 运用数学公式核算验证 从图3可以看出，两支等高双针为14m的独立接闪杆不能完全保护雷管库A，我们通过数学公式运算进行验证。假设图2中左右两侧接闪杆连线的中心位置为B点，则在B点处，X=0，把Hr=30，Hx=5，H=14，代入(2)式，通过运算可以得出Hx=8.74 m，即位于B点的位置，两支等高双针的保护高度为8.74 m，再假设雷管库A底边中心点为C点，把Hr=30，Hx=5，H=8.74代入(1)式，通过运算得出Rx=4.58 m,从图2我们可以看出，独立接闪杆与雷管库底边距离为8.773 m，由于8.773>4.58，所以C点位置没有处于被保护范围内。从图3我们也可以明显看出C点为深色区域，所以通过数学运算，可以得出当双针为14 m时，无法完全保护雷管库A，对比而言，使用本文介绍的方法，更加一目了然地得到验证。

2．2．4 调整接闪杆高度再次核算验证 当我们将两支等高接闪杆高度调整为23 m时，我们可以得到图4，采用与2.2.3一致的数学验证方法。把X=0，Hr=30，Hx=5，H=14，代入(2)式，通过运算可以得出Hx=14.348 m，即B点的位置，两支等高接闪杆的保护高度为14.348 m，再把Hr=30，Hx=5，H=14.348代入(1)式，通过运算得出Rx=9.01 m,从图4我们可以看出，独立接闪杆与雷管库底边距离为8.773 m，由于9.01>8.773，所以C点位置处于被保护范围内。从图5我们也可以明显看出没有深色区域出现，所以通过数学运算可以得出当双针为23 m时，可以完全保护雷管库A。综上所述，通过软件计算得出的独立接闪杆的保护范围与数学公式运算结果一致。

图4 独立接闪杆平面保护范围图Fig.4 Plane protection range of independent lightning rod

图5 接闪杆三维保护图Fig.5 Three dimensional protection diagram of lightning rod

2.3 接闪线的保护范围应用举例

2.3.1 绘制接闪线的平面保护范围图 还以雷管库A为例，在1#、2#位置设有一根接闪线，操作步骤:依次点击接地防雷→滚球避雷→绘接闪线，弹出一个窗口，选择滚球半径30 m，输入线高13 m，输入保护高度5 m，确定接闪线位置后，得出接闪线的平面保护范围图(见图6)。

图6 接闪线的平面保护范围图Fig.6 Plane protection range of lightning receiving line

2.3.2 绘制接闪线的三维保护范围图 接闪线的三维保护范围图操作较为简单些， 依次点击接地防雷→滚球避雷→查看三维，提示是否显示所有的接闪线，直接回车默认选择所有，得出接闪线的三维保护范围图(图7)，如果有深色区域出现，表明接闪线不能完全保护建筑物。

图7 接闪线的三维保护范围图Fig.7 Three dimensional protection range of lightning receiving line

2.3.3 运用数学公式核算验证 假设Bx为接闪线在Hx高度上的保护宽度，把Hr=30，Hx=5，H=13，代入(4)式，通过运算可以得出Bx=8.135 3 m，由图6可以看出接闪线与雷管库A顶部最大距离为6.227 m, 因为接闪线保护宽度Bx=8.135 3>6.227，所以该接闪线能保护雷管库A中接闪线的上方部分。接闪线与雷管库A底边距离为8.773 m，由于接闪线保护宽度Bx=8.135 3<8.773，所以该接闪线不能保护雷管库A中接闪线的下方部分。综上所述，通过软件计算得出的接闪线的保护范围与数学公式运算结果一致。

3 总结应用

经过一段时间的使用，可发现该软件操作简单、结果直观明了，工作效率也大大提高。软件输出的结果与人工计算经过对比验证，结果一致。可在防雷建筑检测、防雷工程设计、雷电灾害调查等工作中得到广泛应用。

①在防雷建筑检测中大展身手。对易燃易爆场所的定期检测，当无法确定独立接闪杆的有效保护范围时，可利用该软件进行复核，特别是多支独立接闪杆、多栋建筑物，运用数学验证不方便时，采用该软件特别有效。其操作方法与本文所介绍的步骤一致。假如当两支接闪杆不等高时，采取与两针等高一致的做法，在数学验证时，采取(3)式即可。

②在防雷工程的设计阶段提前介入。对于设计防雷建筑具有重大意义，特别是易燃易爆场所，不合格的设计图纸会留下重大安全隐患，必须做好防雷设计工作。使用该软件既可直观、高效完成设计工作，又方便施工单位自我核查，指导实践工作。

③在雷电灾害调查时出具鉴定报告。当雷电灾害不幸发生后，气象主管部门在进行雷电灾害调查鉴定时，可采用本文介绍的操作方法，将原数据代入该软件，得出三维图，便可直观明了地证明受灾建筑物是否在有效的保护范围内，从而出具有说服力、公证力的鉴定报告。在提出整改建议时，也可采用该方法，提出有效地整改措施。