羅燁泓，劉艷群，陳曉旸，余冬文，郭 馨

(1.廣東省韶關(guān)市氣象局，廣東 韶關(guān) 512028;2.成都信息工程大學(xué)，四川 成都 610225;3.廣東省乳源瑤族自治縣氣象局，廣東 乳源 512700)

0 引言

防雷工程的設(shè)計是建筑物、易燃易爆場所等進(jìn)行綜合雷電防護(hù)的根本，近年來，隨著防雷技術(shù)的不斷提高，防雷工程設(shè)計也更加規(guī)范、科學(xué)。按照國家現(xiàn)行的防雷設(shè)計規(guī)范[1-3],將防雷工程由手工繪制提升為繪圖工具制圖。作者在日常工作中，發(fā)現(xiàn)復(fù)核獨立接閃桿和架空接閃線的保護(hù)范圍，不僅非常繁瑣，還容易計算錯誤。天正電氣TElec是以autocad為平臺的電氣設(shè)計軟件，可以高效地解決上述問題。天正電氣利用滾球法計算接閃桿、線的保護(hù)范圍，結(jié)合建筑物可生成兩支或多支接閃桿和架空接閃線的平面、三維效果圖，直接輸出計算表和計算書，繪制防雷建筑三維保護(hù)范圍。對此，國內(nèi)不少專家學(xué)者也提出一些探討[4-7]，作者根據(jù)多年的工作經(jīng)驗，介紹獨立接閃桿、架空接閃線的平面和三維保護(hù)范圍圖的繪制方法。

1 接閃桿、接閃線保護(hù)范圍的計算方法

關(guān)于接閃桿、接閃線的保護(hù)范圍，我國現(xiàn)行的電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和國家標(biāo)準(zhǔn)分別有兩種計算方法，《交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合》GB/T50064-2014規(guī)定采用折線法，而《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》GB50057-2010規(guī)定采用滾球法。本文采取《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》GB50057-2010附錄D給出的滾球法確定接閃器保護(hù)范圍的方法[1]。本文僅就具有代表性的單支接閃桿、雙支等高接閃桿、雙支不等高接閃桿、接閃線保護(hù)范圍為例進(jìn)行討論，采用的參數(shù)主要有：

Rx為接閃桿在Hx高度的平面上的保護(hù)半徑；H為接閃桿高度；Hr為滾球半徑；Hx為被保護(hù)物的高度；D為兩支接閃桿距離；X為某點距離兩支接閃桿中心點的距離。

1.1 單支接閃桿的保護(hù)范圍Rx

(1)

1.2 兩支等高接閃桿的保護(hù)范圍Hx

(2)

1.3 兩支不等高接閃桿的保護(hù)范圍Hx

假設(shè)接閃桿A高度為H1, 接閃桿B高度為H2，且A、B高度均小于Hr。

(3)

其中D1=[(Hr-H2)2-(Hr-H1)2+D2]/2D。

1.4 以單根接閃線為接閃器的保護(hù)范圍Bx

假設(shè)Bx為接閃線在Hx高度的保護(hù)寬度。

(4)

2 操作過程

2.1 軟件運行環(huán)境及應(yīng)用范圍

使用操作系統(tǒng)為Win7的電腦，先下載安裝autocad軟件，再下載安裝天正電氣軟件，軟件安裝完畢即可正常使用。本系統(tǒng)可應(yīng)用在各類第一類防雷建筑物，特別是制造、存儲炸藥的危險建筑物，容易造成巨大破壞或人身傷亡。也可應(yīng)用在第二類防雷建筑，如加油站、加氣站的定期防雷檢測等。

2.2 接閃桿的保護(hù)范圍應(yīng)用舉例

繪制一個第一類防雷建筑，以某炸藥倉庫A為例，先畫出該炸藥庫的平面二維圖。

如某雷管庫A，庫區(qū)周圍平坦，庫房長20 m，寬12 m，高度5 m，入口處長6 m，寬3 m，高度也為5 m，四周布置，編號為#1、#2，左右兩支獨立接閃桿的高度均為14 m，#1距庫房為4 m，繪圖比例為1∶100，啟動天正電氣繪制平面圖(圖1)。

圖1 雷管庫A平面圖Fig.1 Plan of detonator warehouse A

2.2.1 繪制兩支獨立接閃桿平面保護(hù)范圍圖 在天正電氣的一級菜單上，依次點擊接地防雷→滾球避雷→插接閃桿，輸入滾球半徑30 m，按照上面設(shè)定的針高在1#、2#位置繪制兩支獨立接閃桿，馬上實時顯示雷管庫A獨立接閃桿平面保護(hù)范圍(圖2)，在接閃桿的位置雙擊還可以更改針高、移動接閃桿的位置，保護(hù)范圍也實時更改。

圖2 獨立接閃桿平面保護(hù)范圍圖Fig.2 Plane protection range of independent lightning rod

2．2．2 繪制兩支獨立接閃桿三維保護(hù)范圍圖 繪制3D圖較繪制平面圖復(fù)雜，需要設(shè)置一些參數(shù)，并依照如下步驟，為了方便，以圖2為例。依次點擊接地防雷→滾球避雷→建筑高度，輸入高度值5 m，選取雷管庫A，點擊查看三維，提示是否顯示所有的接閃線，直接回車默認(rèn)選擇所有，得到接閃桿三維保護(hù)圖(圖3)，如果圖中出現(xiàn)深色區(qū)域，表明接閃桿不能完全保護(hù)建筑物。此處需要注意：繪制雷管庫的平面圖，必須是一個閉合的多線段的圖型。

圖3 接閃桿三維保護(hù)圖Fig.3 Three dimensional protection diagram of lightning rod

2．2．3 運用數(shù)學(xué)公式核算驗證 從圖3可以看出，兩支等高雙針為14m的獨立接閃桿不能完全保護(hù)雷管庫A，我們通過數(shù)學(xué)公式運算進(jìn)行驗證。假設(shè)圖2中左右兩側(cè)接閃桿連線的中心位置為B點，則在B點處，X=0，把Hr=30，Hx=5，H=14，代入(2)式，通過運算可以得出Hx=8.74 m，即位于B點的位置，兩支等高雙針的保護(hù)高度為8.74 m，再假設(shè)雷管庫A底邊中心點為C點，把Hr=30，Hx=5，H=8.74代入(1)式，通過運算得出Rx=4.58 m,從圖2我們可以看出，獨立接閃桿與雷管庫底邊距離為8.773 m，由于8.773>4.58，所以C點位置沒有處于被保護(hù)范圍內(nèi)。從圖3我們也可以明顯看出C點為深色區(qū)域，所以通過數(shù)學(xué)運算，可以得出當(dāng)雙針為14 m時，無法完全保護(hù)雷管庫A，對比而言，使用本文介紹的方法，更加一目了然地得到驗證。

2．2．4 調(diào)整接閃桿高度再次核算驗證 當(dāng)我們將兩支等高接閃桿高度調(diào)整為23 m時，我們可以得到圖4，采用與2.2.3一致的數(shù)學(xué)驗證方法。把X=0，Hr=30，Hx=5，H=14，代入(2)式，通過運算可以得出Hx=14.348 m，即B點的位置，兩支等高接閃桿的保護(hù)高度為14.348 m，再把Hr=30，Hx=5，H=14.348代入(1)式，通過運算得出Rx=9.01 m,從圖4我們可以看出，獨立接閃桿與雷管庫底邊距離為8.773 m，由于9.01>8.773，所以C點位置處于被保護(hù)范圍內(nèi)。從圖5我們也可以明顯看出沒有深色區(qū)域出現(xiàn)，所以通過數(shù)學(xué)運算可以得出當(dāng)雙針為23 m時，可以完全保護(hù)雷管庫A。綜上所述，通過軟件計算得出的獨立接閃桿的保護(hù)范圍與數(shù)學(xué)公式運算結(jié)果一致。

圖4 獨立接閃桿平面保護(hù)范圍圖Fig.4 Plane protection range of independent lightning rod

圖5 接閃桿三維保護(hù)圖Fig.5 Three dimensional protection diagram of lightning rod

2.3 接閃線的保護(hù)范圍應(yīng)用舉例

2.3.1 繪制接閃線的平面保護(hù)范圍圖 還以雷管庫A為例，在1#、2#位置設(shè)有一根接閃線，操作步驟:依次點擊接地防雷→滾球避雷→繪接閃線，彈出一個窗口，選擇滾球半徑30 m，輸入線高13 m，輸入保護(hù)高度5 m，確定接閃線位置后，得出接閃線的平面保護(hù)范圍圖(見圖6)。

圖6 接閃線的平面保護(hù)范圍圖Fig.6 Plane protection range of lightning receiving line

2.3.2 繪制接閃線的三維保護(hù)范圍圖 接閃線的三維保護(hù)范圍圖操作較為簡單些， 依次點擊接地防雷→滾球避雷→查看三維，提示是否顯示所有的接閃線，直接回車默認(rèn)選擇所有，得出接閃線的三維保護(hù)范圍圖(圖7)，如果有深色區(qū)域出現(xiàn)，表明接閃線不能完全保護(hù)建筑物。

圖7 接閃線的三維保護(hù)范圍圖Fig.7 Three dimensional protection range of lightning receiving line

2.3.3 運用數(shù)學(xué)公式核算驗證 假設(shè)Bx為接閃線在Hx高度上的保護(hù)寬度，把Hr=30，Hx=5，H=13，代入(4)式，通過運算可以得出Bx=8.135 3 m，由圖6可以看出接閃線與雷管庫A頂部最大距離為6.227 m, 因為接閃線保護(hù)寬度Bx=8.135 3>6.227，所以該接閃線能保護(hù)雷管庫A中接閃線的上方部分。接閃線與雷管庫A底邊距離為8.773 m，由于接閃線保護(hù)寬度Bx=8.135 3<8.773，所以該接閃線不能保護(hù)雷管庫A中接閃線的下方部分。綜上所述，通過軟件計算得出的接閃線的保護(hù)范圍與數(shù)學(xué)公式運算結(jié)果一致。

3 總結(jié)應(yīng)用

經(jīng)過一段時間的使用，可發(fā)現(xiàn)該軟件操作簡單、結(jié)果直觀明了，工作效率也大大提高。軟件輸出的結(jié)果與人工計算經(jīng)過對比驗證，結(jié)果一致?？稍诜览捉ㄖz測、防雷工程設(shè)計、雷電災(zāi)害調(diào)查等工作中得到廣泛應(yīng)用。

①在防雷建筑檢測中大展身手。對易燃易爆場所的定期檢測，當(dāng)無法確定獨立接閃桿的有效保護(hù)范圍時，可利用該軟件進(jìn)行復(fù)核，特別是多支獨立接閃桿、多棟建筑物，運用數(shù)學(xué)驗證不方便時，采用該軟件特別有效。其操作方法與本文所介紹的步驟一致。假如當(dāng)兩支接閃桿不等高時，采取與兩針等高一致的做法，在數(shù)學(xué)驗證時，采取(3)式即可。

②在防雷工程的設(shè)計階段提前介入。對于設(shè)計防雷建筑具有重大意義，特別是易燃易爆場所，不合格的設(shè)計圖紙會留下重大安全隱患，必須做好防雷設(shè)計工作。使用該軟件既可直觀、高效完成設(shè)計工作，又方便施工單位自我核查，指導(dǎo)實踐工作。

③在雷電災(zāi)害調(diào)查時出具鑒定報告。當(dāng)雷電災(zāi)害不幸發(fā)生后，氣象主管部門在進(jìn)行雷電災(zāi)害調(diào)查鑒定時，可采用本文介紹的操作方法，將原數(shù)據(jù)代入該軟件，得出三維圖，便可直觀明了地證明受災(zāi)建筑物是否在有效的保護(hù)范圍內(nèi)，從而出具有說服力、公證力的鑒定報告。在提出整改建議時，也可采用該方法，提出有效地整改措施。