最新“滚球法”计算接闪器保护范围
滚球法单支避雷针(按闪器)的保护范围
附录B 滚球法单支避雷针(按闪器)的保护范围B.0.1 按照滚球法，单支避雷针(按闪器)的保护范围应按下列方法确定：1 当避雷针高度(h )小于或等于滚球半径(r h )时(图B ．0．1-1)，避雷针在被保护物高度的XX ＇，平面上的保护半径和在地面上的保护半径可按下列公式确定：图B.0.1-1单支避雷针的保护范围（h ≤r h)x b = （B.0.1-1）0r（B.0.1-2）式中h ——避雷针高度(m)；x h ——被保护物高度(m)；x r ——在被保护物高度，平面上的保护半径(m)； 0r ——在地面上的保护半径(m)；r h ——滚球半径(m)。
在现行国家标准《建筑物防雷设计规范》GB 50057中，对于第一、二、三类防雷建筑物的滚球半径分别确定为30m 、45m 、60m 。
对一般施工现场，在年平均雷暴日大于15d ／a 的地区，高度在15m 及以上的高耸建构筑物和高大建筑A BOrxh rhrh rMA Bh xhh rr 0保护范围XX机械；或在年平均雷暴日小于或等于15d ／a 的地区，高度在20m 及以上的高耸建构筑物和高大建筑机械，可参照第三类防雷建筑物。
2 当避雷针高度(h )大于滚球半径(r h )时(图B.0.1-2)，避雷针在被保护物高度的XX ＇平面上的保护半径和在地面上的保护半径可按下列公式确定：x r r h =（B.0.1-3） 0rr h =（B.0.1-4）B.0.2 按照滚球法，单根避雷线(接闪器)的保护范围应按下列方法确定：当避雷线的高度大于或等于2倍滚球半径时，无保护范围；当避雷线的高度小于2倍滚球半径时(图B.0.2)，滚球半径的2圆弧线(柱面)与地面之间的空间即是保护范围。
当2r r h h h <<时，保护范围最高点的高度h 0可按下式计算：02r h h h=- （B.0.2-1）当h ≤r h 时，保护范围最高点的高度即为h ：0h h= （B.0.2-2）避雷线在x h 高度的XX ＇平面上的保护宽度x b 可按下式计算：x b（B.0.2-3）图B.0.1-2单支避雷针的保护范围（h >r h ）(a)2r r h h h <<时 (b) h ≤r h 时图B.0.2 单根架空避雷线的保护范围避雷线两端的保护范围按单只避雷针的方法确定r h 。
CAD三维图解读滚球法确定接闪器的保护范围
CAD三维图解读滚球法确定接闪器的保护范围——两支、四支接闪杆的保护范围摘 要：在学习《建筑物防雷设计规范》ＧＢ ５００５７－２０１０里滚球法确定接闪器的保护范围时发现，接闪杆的保护范围示意图都使用单侧平面视图和局部剖切图加以说明，规范部分条款又具有三维说明，但却是使用二维的作图法。
为加深对滚球法确定接闪器的保护范围的理解与计算，将个人在Ａｕｔｏ ＣＡＤ中建立的滚球法三维模型的作图过程与对规范条款的理解同初学者分享。
关键词：Ａｕｔｏ ＣＡＤ 三维图 两支接闪杆 四支接闪杆 保护范围 引 言 《建筑物防雷设计规范》ＧＢ ５００５７－２０１０（以下简称规范）中附录Ｄ（滚球法确定接闪器的保护范围），介绍了单支、两支等高、两支不等高、四支等高接闪杆；单根、两根等高接闪线的保护范围的确定方法和计算方式。
但使用的都是二维图来解读的，部分条款上的说明，在二维图上没有办法将其直观的展现出来，所以在此利用Ａｕｔｏ ＣＡＤ软件将两支和四支接闪杆的保护范围三维展示并解读。
１、两支等高接闪杆的保护范围 根据规范附录Ｄ．０．２条，建立两支等高接闪杆的保护范围三维模型如图一，其中滚球半径ｈｒ＝４５ｍ，接闪杆高ｈ＝２０ｍ，接闪杆间距Ｄ＝５０ｍ，在两支接闪杆轴线之间距中线点Ｏ任一距离ｘ＝１８．０５６ｍ处，及ＦＦ’所在位置（建立模型时任意取的距离ｘ）。
图一 两支等高接闪杆的保护范围 绿色线条一下部位为接闪杆的保护范围；ＡＡ’、ＢＢ’为两支等高接闪杆； Ｌ－地面上保护范围的截面；Ｍ－某以高度ｈｘ（ＦＦ’）平面上保护范围的截面； Ｎ－接闪杆间轴线的保护范围（ＡＥＢＣ外侧由单支接闪杆的方法确定） １．１、规范Ｄ．０．２条第２款两支接闪杆ＡＡ’、ＢＢ’之间，在地面每侧的最小保护宽度ｂ０计算如下： １．２、规范Ｄ．０．２条第３款在两支接闪杆轴线上，距离中心点Ｏ任一距离ｘ处，其在保护范围上边线上的保护高度ｈｘ计算如下： 该保护范围上边线是以中心线距离地面ｈｒ的一点Ｏ’为圆心，以为半径所作的圆弧Ａ’ＧＢ’。
“滚球法”计算接闪器保护范围
（3-2）
○ 式中：rx 避雷针在hx高度x-x’平面的保护半径； ○ hr 为滚球半径； ○ hx 被保护物的高度（m）； ○ r0 避雷针在地面上的保护半径 。
单支避雷针 在hx高度的保护范围 单支避雷针 的保护范围立体图
单支避雷针的保护范围剖面立体图
例一：第二类防雷建筑物，计算 单支避雷针的保护范围时，滚球 半径为45m，若避雷针离地高度 为45m，代入公式得避雷针在地 面上的保护半径为45m；若避雷 针的高度为8m，代入公式得：
（3）分别以A、B为圆心，hr为半径作弧线，该
弧线与针尖相交并与地面相切。从此弧线起到地面上 就是保护范围。图2-5、2-6为单支避雷针保护范围立 体图。
（4）避雷针在hx高度的x x’平面和地面上的保护
半径按下列方法确定：
单支避雷 针的保护 范围计算 简图
hr-h
由计算推导，单支避雷针的保护范围的计算式确定如下：
部门 / 时间 / 姓名
滚球法：滚球法的物理图象是，是以hr为半径的一个 球体，沿需要防直击雷的部位滚动，当球体只触及接闪器 （包括被利用作为接闪器的金属物），或只触及接闪器和 地面（包括与大地接触并能承受雷击的金属物），而不触 及需要保护的部位时，则该部分就得到接闪器的保护。
接闪器的布置
建筑物的防雷类 别
的距离D≥
时，应按单
支避雷针的
方法确定；
hx
hr
hr
h2D2x2
2
当D＜
时，应按下列方法
确定（见图）：
ABCD外侧的保
护范围，按照单支
避雷针的方法确定；
C、E点位于两针
间的垂直平分线上。
在地面每侧的最小
保护宽度bo按下
滚球法计算接闪器保护范围
第一类防雷建筑物
30
≤5×5或≤6×4
第二类防雷建筑物
45
≤10 ×10 或≤12 ×8
第三类防雷建筑物
60
≤20 ×20 或 ≤24 ×16
半径为45米的滚球在建筑物上的移动轨迹
1992年颁布的英国标准《构筑物避雷的实用 规程》BS6651中明确指出:
对高度超过 20米的构筑物而言，高度在 20米 以下的任何避雷针的保护角均会是与较低的构 筑物相同的。然而对于 20米以上的构筑物而言， 有这样建筑物在侧面上遭闪击的可能性，可推 荐的是，被保护的空间应采用滚球方法予以测 定。
单支避雷针 的保护范围立体图
单支避雷针的保护范围剖面立体图
接闪器保护范围
滚球法：滚球法的物理图象是，是以 hr为半径的
一个球体，沿需要防直击雷的部位滚动，当球体只 触及接闪器（包括被利用作为接闪器的金属物）， 或只触及接闪器和地面（包括与大地接触并能承受 雷击的金属物），而不触及需要保护的部位时，则 该部分就得到接闪器的保护。
接闪器的布置
建筑物的防雷类别 滚球半径hr（m） 避雷网格尺寸（m）
?
e
I 6.8
????
简化为：
hr ? 10I 0.65
(2)雷电先导对大地、导线及针形物体的雷击距离是
一致的。
(3)雷电先导是斜向入射的，其入射角呈概率分布，
即g(Ф)=2cos2Ф/п 。
与hr相对应的雷电流按公式整理后，为：
I＝
?? hr ??1.54
?10 ?
以hr值代入，由于第一类防雷建筑物确立 I=5.4kA ， 二类为 I=10.1kA ，三类为 I=15.8kA ，由此计算出第 一类防雷建筑物的 hr=30m；第二类hr=45m；第三类 hr=60m 。
滚球法确定接闪器的保护范围
附录四滚球法确定接闪器的保护范围1．单只避雷针的保护范围应按下列方法确定（附图4．1）。
（1）当避雷针高度h小于或等于hr时：①距地面hr处作一平行于地面的平行线；②以针尖为圆心，hr为半径，作弧线交于平行线的A、B两点；③以A、B为圆心，hr为半径作弧线，该弧线与针尖相交并与地面相切。
从此弧线起到地面止就是保护范围。
保护范围是一个对称的锥体；④避雷针在hx高度的xxˊ平面上和在地面上的保护半径，按下列计算式确定：（附4．1）（附4．2）式中：rx——避雷针在hx高度的xx′平面上的保护半径（m）；hr——滚球半径，按本规范表5．2．1确定（m）；hx——被保护物的高度（m）；r0——避雷针在地面上的保护半径（m）。
（2）当避雷针高度h大于hr时，在避雷针上取高度hr的一点代替单支避雷针针尖作为圆心。
其余的做法同本款第（1）项。
（附4．l）和（附4．2）式中的h用hr代人。
2．双支等高避雷针的保护范围，在避雷针高度h小于或等于hr的情况下，当两支避雷针的距离D大于或等于时，应各按单支避雷针的方法确定；当D小于时，应按下列方法确定（附图4．2）。
（1）AEBC外侧的保护范围，按照单支避雷针的方法确定。
（2）C、E点位于两针间的垂直平分线上。
在地面每侧的最小保护宽度b0按下式计算：（附4．3）在AOB轴线上，距中心线任一距离x处，其在保护范围上边线上的保护高度hx 按下式确定：（附4．4）该保护范围上边线是以中心线距地面的hr一点O’为圆心，以为半径所作的圆弧AB。
（3）两针间AEBC内的保护范围，ACO部分的保护范围按以下方法确定：在任一保护高度hx 和C点所处的垂直平面上，以hx作为假想避雷针，按单支避雷针的方法逐点确定（见附图4．2的1—1剖面图）。
确定BCO、AEO、BEO 部分的保护范围的方法与ACO部分的相同。
（4）确定xxˊ平面上保护范围截面的方法。
以单支避雷针的保护半径rx 为半径，以A、B为圆心作弧线与四边形AEBC相交；以单支避雷针的（r0－rx）为半径，以E、C为圆心作弧线与上述弧线相接。
天面上避雷针保护范围的计算方法
如何计算天面上避雷针的保护范围黄民生（河南省平顶山市气象局，平顶山 467001）在实际工作中天面上避雷针保护范围的计算方法，都是运用GB50057—94中给出的计算公式进行计算的。
从理论上讲，用GB50057—94中的计算公式进行计算是一种错误的方法。
论述如下：1 滚球法计算保护范围的原理滚球法是以一定半径（按一、二、三类防雷标准分别取30m、45m、60m）的一个球体，沿需要防直击雷的部位滚动，当球体只触及接闪器（包括被利用为接闪器的金属物）或直接触接闪器和地面（包括与大地接触并能够承受雷击的金属物）而不触及需要保护的部位时，则该部分即得到保护。
2 我国国标GB50057——94给出了用滚球法计算接闪器保护范围的方法这种方法是以避雷针和被保护物所在平面为一无限延伸的平面作为前提，同时滚球与大地接触时是相切的条件下而给出的计算方法。
而当被保护物位于屋顶天面时，天面不是一个无限延伸的平面，况且当滚球同时与避雷针尖和天面避雷带接触时，滚球和天面之间不存在确定的相切关系。
因此《建筑物防雷设计规范》中给出的计算公式将不能直接运用。
3 怎样计算其保护范围3.1 由于天面不可延伸且形状不规则，因此，根据滚球法计算保护范围的原理，当避雷针位置确定后，滚球在以避雷针尖作为一个支点，以避雷带上任一点作为另一支点滚动时，它在一定高度的保护范围也将是一个不规则的图形。
从理论上讲，要想知道被保护物体能否得到全面保护我们需要计算出以避雷针尖为一个滚球支点，以避雷带上所有点作为另一个滚球支点时，避雷针在一定高度的所有保护半径，来确定被保护物体能否完全得到保护。
这种计算方法实际工作中是不可操作的。
因此，我们需要找出一种简变的方法来计算被保护物体能否得到避雷针完全保护。
3.2 从滚球法计算保护范围的原理中我们可以得出如下推论：推论一：以避雷针的顶点为一个支点，另一个支点距避雷针的基点的垂直距离越近时，其在一定高度的保护半径越小；反之，另一个支点距避雷针的基点的垂直距离越远（不能超过滚球半径）时，其在一定高度的保护半径越大。
保护范围计算过程
1 保护范围计算一、避雷针的保护范围1．单支避雷针滚球法保护范围的确定：滚球法是以r h 为半径的一个球体，沿需要防直击雷的部位滚动，当球体只触及接闪器(包括被利用作为接闪器的金属物)或只触及接闪器和地面(包括与大地接触并能承受雷击的金属物)而不触及需要保护的部件时，则该部件就得到接闪器的保护，见图5—11。
图5—11 单支避雷针滚球法的保护范围滚球半径r h 的取值与建筑物防雷类别有关，第一类防雷建筑物的滚球半径r h 规定为30m ，第二类防雷建筑物的滚球半径r h 规定为45m ，第三类防雷建筑物的滚球半径r h 规定为60m.(1)避雷针高度h ≤r h 时；①距地面r h 处作一平行于地面的平行线；②以针尖为圆心，r h 为半径，作弧线交于平行线的A 、B 两点； ③以A 、B 为圆心，r h 为半径作弧线，该弧线与针尖相交并与地面相切。
从此弧线起到地面止就是保护范围。
保护范围是一个对称的锥体； ④避雷针在r h 高度为XX ′平面上的保护半径x r 为避雷针轴线至锥体母线交点的水平距离，可按下列公式计算：)2()2(x r x r x h h h h h h r ---=1 避雷针在地面上的保护范围：)2(0h h h r r -= 该建筑物单支避雷针的保护范围的确定我们把此类建筑物划为三类防雷范围，滚球半径选60米，当避雷塔高度h=31.5m 时，其在13米高度平面的保护半径计算如下：)1360*2(*13)51.360*2(*51.3---=x r)51.360*2(*51.30-=r式中：x r ——避雷针在x h 高度的XX ′平面上的保护半径(m)； r h ——滚球半径(m)；r h = 60米x h ——被保护物的高度(m)；13米r 0——避雷针在地面的保护半径；计算可得：避雷针在13米高度平面x r =16.3579m避雷针在地面上r 0=53.6540m算依据：建筑物防雷设计规范 GB5057-2010。
滚球法计算接闪器防护范围
得：
D1 (hr h2)2 (hr h1)2 D2 2D
·············································· ·3-1
❖ 3.在地面每侧的最小保护宽度计算方法如下：
b0 CO EO h1(2hr h1) D12 ··································
图13、XX’平面保护范围
四、矩形布置四支等高接闪杆
❖ 在 h hr 的情况下：
❖ （1）当 D3 2 h(2hr h) 时，各按两支等高接闪杆所规定地方法 确定；
❖ （2）当 D32 h(2hr h) 时，外侧部分的保护范围按两支等高接 闪杆的方法确定
图14、四支等高接闪管的保护范围
即：
r0 hr
图5
❖ 例：某厂一座高30m的水
塔旁边，建有一水泵房
（属于第四类防雷建筑 物），水泵房高宽均为6m， 底面长10m，与水塔距离 12m。水塔上面安装有一 支高为2m的避雷针。试检
验此避雷针能否保护这一 水泵房。
图6
2m
查表得滚球半径 hr=60m，
h=30+2=32m，hx=6m；
地面上的保护半径按如下公式计算：
r0 h(2hr h)
式中：
h 为接闪杆高度；
r 0 为接闪杆在地面上的保护半径；
hr 为滚球半径，按规范表规定取值。
································ 1-2
等效法
❖ 求高度为hx 平面上单支接闪杆的保护范围可以用一种 等效的思想，即先求出高为 h 的接闪杆在地面上的防 护范围 r 0 ，再以 hr 高度作为假想的接闪杆求出防护范
如何正确运用滚球法确定接闪器的保护范围
端 屋 脊位 置 安 装 一 根 高 出建 筑 物 ９ ｍ 的接 闪 杆 ，
学 校建 筑 物 按第 二 类 防雷 建筑 物 进 行设 计 ， 滚
他 的计算 理 由如下 ：
球半 径 ｈ ｒ 取４ ５ ｍ，接 闪杆 高设计 为 ９ ｍ 在屋 面上 滚
动 保 护屋 脊 （ １ ６ ｍ高度 ） 的保 护 半 径 达 到 ２ ７ ｍ， 而 建 筑物 的长 度才 ２ ４ ｍ，离针 最远 端 的檐角 直 线距 离 才
法 的理 解 和运用 上存 在 问题 。略举 两 例说 明如 下 ：
２ ４ ． ３ ｍ， 檐 角 高 度 比屋脊 低 ２ ｍ， 针高应取 １ ｌ ｍ（ ９ ｍ＋
２ ｍ） ， 保护 范 围还会 更大 。
ｒ— ——— ——— ——— 一 ｒ ——— —— ——— ——— —一
计算公式 ： ｒ ｏ ＝Ｖｈ （ ２ ｈ ｒ － ｈ ）＝Ｖ９ （ ２ ＊ ４ ５ — ９ ）＝
范》 ， 此 规 范虽 先 后修 订 了两次 ， 但 接 闪器 的保 护 范
围的计算 方法 仍沿 用滚 球法 。与 Ｉ Ｅ Ｃ ｌ ０ ２ ４ 一 ｌ 不 同的 是， 我 国防雷 规范 规定 ： 第一 、 二、 三类 防 雷建筑 物滚 球 半径 分 别 取 ３ ０ ｍ、 ４ ５ ｍ、 ６ ０ ｍ， 粮、 棉 及 易 燃 物集 中 的露 天堆 场 ， 滚 球 半径 可取 １ ０ ０ ｍ。 滚球 法在 我 国 已使 用二 十余 年 ，但 笔 者在 实 际 防雷 工作 和一 些 防雷 刊物 中发现 ，仍 然有 人在 滚球
有 效 的办 法 ， 在 防雷 实 际 工 作 中具 有 较 好 的指 导 作 用 。 关键字 ： 滚球法 ； 雷击 距 ； 滚球 半 径 ； 保 护 范 围
接闪器保护范围的计算方法
接闪器保护范围的计算方法对于建筑物，接闪器的保护范围按滚球法计算；对于电力装置，接闪器的保护范围按折线法计算。
（1）滚球法滚球法是设想一定直径的球体沿地面（或与大地接触且能承受雷击的导体）由远及近向被保护设施滚动。
如该球体触及接闪器或其引下线之后才能触及被保护设施，则该球体触及接闪器保护范围之内，球面线即保护范围的轮廓线。
滚球的半径按防雷级别确定：第一类防雷建筑物、滚球半径为30m；第二类防雷建筑物，滚球半径为45m；第三类防雷建筑物，滚球半径为60m。
①单支避雷针的保护范围如图1所示确定。
保护范围是一个圆锥体，先在距地面高度hr 上作一条地面的平行线，再以避雷针针尖（h≤hr）或从避雷针正下方hr 高度点（h >hr）为圆心，以hr为半径作圆弧与避雷针和地面相接，弧线以下即单支避雷针的保护范围。
在hx 高度上和地面上的保护半径为式中rx———在hx 高度上和地面上的保护半径，m；h———避雷针高度，m；hr———滚球半径，m；hx———被保护物高度，m。
h—避雷针高度；hr—滚球半径；hx—被保护物高度；在hx 高度上和地面上的保护半径；1—在xx′平面上保护范围的截面两支等高避雷针的保护范围如图2所示确定。
当时，分别按两支单针计算其保护范围；当时，按以下方法计算其保护范围。
1—AOB 轴线的保护范围；2—地面上保护范围的截面；3—xx′平面上保护范围的截面；d—两避雷针之间的水平距离·ACBE 外侧保护范围按单支避雷针计算。
·A、B 连线垂直面上的保护高度线为圆心（O′）高度hr、半径的居中圆弧，弧线高度为式中hx———弧线高度，m；hr———滚球半径，m；h———避雷针高度，m；d———两避雷针之间的水平距离，m；x———距两针中心点的水平距离，m。
地面上每侧最小保护宽度为ACBE 范围内，圆弧两侧的保护范围是将弧线顶点作为假想单支避雷针针尖按滚球法确定，如图2中1—1 剖面所示。
接闪器保护范围
2） h hr
在避雷针上取高度为hr的一点代替单根避雷针 的针尖，即等效高度为hr的单根避雷针来分析。
计算单支避雷针的保护范围 时，滚球半径为45m，若避雷 针离地高度分别为45和8m。 解：若避雷针的高度为45m， 代入公式得避雷针在地面上 的保护半径为45m； 若避雷针的高度为 8m，代入公 式得：
3.1.2 保护范围 1、相关术语 1）绕击率：指某一物体处在避雷针的保护范围 内，由于雷电的路径受很多偶然因素影响，该物体 仍有可能受到雷击，将雷击的概率称为绕击率。 2）滚球法：一种几何模拟法，其滚球半径按 我国防雷规范标准有30m、45m、60m三个规定 值（见表），当球体同时触及到接闪器（或作接 闪器的金属物）和地面（或能承受雷击的金属物） 的情况下，未触及的部分，即规定为绕击率为 0.1%时，接闪器的保护范围。
§3.3 多支避雷针的保护范围 3.3.1 双支等高避雷针的保护范围 1、保护范围的确定 双支避 雷针之间的 保护范围是 按照两个滚 球在地面从 两侧滚向避 雷针，并与 其接触后两 球体的相交 线而得出的。
2、双支等高避雷针的保护范围的计算 在避雷针高度 h小于或等于滚球半径 hr时，当两 支避雷针的距离D≥ 时，应按单支 避雷针的方法确定； 当 D＜ 时，应按下列方法确定（见 图）： ABCD外侧的保护范围，按照单支避雷针的方 法确定； C、E 点位于两针间的垂直平分线上。在地 面每侧的最小保护宽度bo按下式计算： （3-3-1） 在 AOB 轴线上，距中心线任一距离 x 处，其在保 护范围上边线上的保护高度hx按下式确定：
（3-3-2）
两针间AEBC内的保护范围，ACO部分的保护范围 按以下方法确定：在任一保护高度hx和C点所处的垂 直平面上，在F点上以hx作为假想避雷针，按单支避 雷针的方法逐点确定（见图）。
接闪器保护范围计算方法及应用
接闪器保护范围计算方法及应用摘要本文讨论利用滚球法计算接闪器保护范围的方法及在实际工作中的应用,针对实际工作中出现的具体问题举例说明根据被保护对象的结构、类型以及接闪器安装位置的不同，应如何科学、合理的选取相应的参考地面（与滚球体相切的水平面），这样才能准确的计算出接闪器的保护范围，为判断防直击雷装置是否完善提供技术依据。
关键词：接闪器，保护范围，计算方法1 引言接闪器是指能拦截闪击的接闪杆、接闪带、接闪线、接闪网以及用作接闪的金属屋面、金属构件等，是外部防雷装置的重要组成部分之一。
计算接闪器保护范围是判断被保护对象是否完全处于直击雷防护区域内的主要技术手段和方法，是防雷业务工作中的重要内容之一。
由于被保护对象的结构、形状、类型以及接闪器布置方式、布置位置的不同，使得接闪器保护范围的计算变得更加繁杂，需要考虑的因素要更加全面。
根据国家规范标准[1]的要求，我国目前计算接闪器保护范围的方法是“滚球法”，笔者在长期学习和多年实践的基础上，对实际工作中遇到的容易混淆和忽视的一些问题进行阐述，通过典型事例说明如何运用好“滚球法”科学的计算接闪器的保护范围，避免由于理解偏差、计算方法错误导致在工作中埋下防雷安全隐患。
2 滚球法的概念及原理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，我国现行的《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010也采纳了滚球法确定接闪器的保护范围。
它的计算原理是以某一规定半径（即滚球半径，30m、45m、60m）的球体，在装有接闪器的建筑物或设施上滚过，滚球体由于受建筑物或设施所安装的接闪器的阻挡并与平行与地面的接地导体或地面相切而无法触及到某些范围，这些范围就是接闪器的保护范围（图1）。
图1 通过滚球法确定接闪器保护范围Fig.1 Rolling Ball Method to determine the scope of lightning protection3 滚球法确定接闪器保护范围的计算方法按接闪器的形式可分为接闪杆、接闪带、接闪线、接闪网以及其它形式的接闪导体，根据防雷规范[1]要求，接闪带、接闪线、接闪网的保护范围均可按接闪杆保护范围的计算方法进行确定，本文通过对安装在建筑物上接闪带、接闪杆保护范围的计算来说明运用滚球法应注意的问题。
接闪器保护范围
第一类防雷建筑物
30
≤5×5或≤6×4
第二类防雷建筑物
45
≤10×10或≤12×8
第三类防雷建筑物
60
≤20×20或≤24×16
半径为45米的滚球在建筑物上的移动轨迹
一、单支避雷针的保护范围
一、单支避雷针的保护范围
当避雷针的高度h≤hr（滚球半径）时：
（1）距地面处作一平行于地面的平行线；
（2）以针尖为圆心，hr为半径，作弧线交于平
D－D1 = R2 hr h2 2 D1 = R2 hr h1 2
将R代入，可得：
D1 = 整理r h1 2
2hr h1 h2 h22 h12 D2
2D
四、矩形布置四支等高 避雷针的保护范围
矩形布置四支等高避雷针的保护范围，在h小于或
ABCD外侧的保护范围，按照单支避雷针的方法确定；
C、E点位于两针间的垂直平分线上。在地面每侧的
最小保护宽度bo按下式计算：
（3-3）
在AOB轴线上，距中心线任一距离x处，其在保护 范围上边线上的保护高度hx按下式确定：
（3-4）
两针间AEBC内的保护范围，ACO部分的保护范 围垂避雷按直针以平的下面方方上法法，逐确在点定F点确：上定在以（任h见一x作图保为）护假。高想度避h雷x和针C，点按所处单的支
2D
h1
2
D2
（3-5）
2、在地面上每侧的最小保护宽度b0按下式计算
b0 CO EO h12hr h1（D312-6）
3、在AOB轴线上，A、B间保护范围上边线按
下式确定h：x hr hr h1 2 （D31-2 7）x2
式中：x 距CE线或HO’线的距离。
该保护范围上边线是以HO’线上距地面hr的一点
第三章 接闪器保护范围计算[优质ppt]
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2、滚球法确定避雷针、线、带、网保护范围 避雷针和避雷线等接闪器对其周围物体的保
护范围，常以它们可能防护直接雷击的空间区域 来表示，在此空间区域内被保护物体遭受直接雷 击的概率非常小。确定接闪器的保护范围，对于 经济可靠地进行建筑物的防雷设计至关重要。
本例属第二类建筑物，滚球半径取45m，两台天线相距3.6m， 避雷针设在中间，因此在2.35m的高度上避雷针的保护范围要大于 3.6／2=1.8m才能保护这两台天线。
1 . 8 h 2 4 h 5 2 . 3 2 5 4 2 5 . 3 5
1.6 8h24 5h
如图3-6表示在给定雷电流幅值所对应半径的球在给定外形尺寸 的建筑物屋面接闪器（避雷网）上连续地滚动，遍滚球体所能触及 到的地方，即为建筑物上易受雷击的部位，如图3-7阴影区。
图3-6建筑物的空间受雷曲面 图3-7 复杂形状建筑物上易受雷击的部位的确定
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接闪器保护范围计算
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第一节 滚球法保护原理
一、避雷针保护范围的讨论
我国GBJ57—83标准，使用了30°、45°、60° 的圆锥体，按此方法，避雷针越高，则其覆盖的保护范 围就越大。事实上却不是这样，许多高耸的铁塔或建筑 物上的避雷针不但无法按圆锥体实现保护，往往自身的 中部和下部遭遇雷击。在巴黎的爱菲尔铁塔的中部还架 设了向外水平伸出的避雷针，以防备侧面袭来或绕过铁 塔顶部避雷针的“绕击雷”。
第三章接闪器保护范围1
3）接地装置：埋设在地中直接与大地接触作散流 ）接地装置： 的金属导体。 的金属导体。 若接地体采用垂直埋设，一般宜用角钢、 若接地体采用垂直埋设，一般宜用角钢、钢管 或圆钢等。 或圆钢等。 若采用水平埋设时，一般采用扁钢或圆钢。 若采用水平埋设时，一般采用扁钢或圆钢。 接地电阻一般要求小于10 接地电阻一般要求小于10 Ω，对土壤电阻率较 高的地区，可以酌情放宽一些，但要求小于30 高的地区，可以酌情放宽一些，但要求小于 Ω。 接地技术从富兰克林——现在仍然是防雷工 接地技术从富兰克林——现在仍然是防雷工 作的重要内容。具体见第四章避雷接地。 作的重要内容。具体见第四章避雷接地。
rx = h(2hr − h) − hx (2hr − hx ) = r0 − hx (2hr − hx ) (3− 2 − 2)
2） h > hr
在避雷针上取高度为h 在避雷针上取高度为 r的一点代替单根避雷针 的针尖，即等效高度为h 的单根避雷针来分析。 的针尖，即等效高度为 r的单根避雷针来分析。 例3.1：第二类防雷建筑物， 3.1：第二类防雷建筑物，
两针间AEBC内的保护范围，ACO部分的保护范围 按以下方法确定：在任一保护高度hx和C点所处的垂 直平面上，在F点上以hx作为假想避雷针，按单支避 雷针的方法逐点确定（见图）。
双支等高避雷针保护范围脊线的计算简图
应当注意的是，1-1剖面的 剖切位置，滚球曲线是半径为hr 且通过F、C两点。
双支等高避雷针在hx高度的保护范围
（在D小于 D 时, hx高度的保护范围的情况）
3.3.2 双支不等高避雷针的保护范围 双支不等高避雷针的保护范围，在 h1 小于或等于 hr和h2小于或等于hr的情况下： 1、当D≥ h1(2hr − h1 ) + h2 (2hr − h2 ) 时，应各按单支 避雷针所规定的方法确定； 2、当D＜ h1(2hr − h1 ) + h2 (2hr − h2 ) 时，应按下列方 法确定： 1） ABCD外侧的保护范围，按照单支避雷针的方法 确 定 ； CE 线 或 HO’ 线 的 位 置 按 下 式 计 算 （3-3-3） (hr − h2 )2 − (hr − h1 )2 + D2
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半径为45米的滚球在建筑物上的移动轨迹
1992年颁布的英国标准《构筑物避雷的实用 规程》BS6651中明确指出:
对高度超过20米的构筑物而言，高度在20米 以下的任何避雷针的保护角均会是与较低的构 筑物相同的。然而对于20米以上的构筑物而言， 有这样建筑物在侧面上遭闪击的可能性，可推 荐的是，被保护的空间应采用滚球方法予以测 定。
例 二 ： 一 旧 建 筑 物 为 坡 屋 顶 ， 屋 长 40m ， 宽 8m ， 脊 高
5.5m，檐高3.5m，采用双支避雷针保护，避雷针装在屋脊 上D=30m，针高5m。经测量接地电阻为30欧姆。现用作桶 装贮漆间或用作非桶装贮漆间时，需分别对该建筑物进行防 雷技术核定，并要求提出审核结论。
由计算推导，单支避雷针的保护范围的计算式确 定如下：
r xh 2 h r h （h x 3-2 1h ）r h x
r0 h2hrh （3-2）
式中：rx 避雷针在hx高度x-x’平面的保护半径；
hr
为滚球半径；
hx
被保护物的高度（m）；
r0
避雷针在地面上的保护半径 。
单支避雷针 在hx高度的保护范围
(2)雷电先导对大地、导线及针形物体的雷击距离是
一致的。
(3)雷电先导是斜向入射的，其入射角呈概率分布，
即g(Ф)=2cos2Ф/п 。
与hr相对应的雷电流按公式整理后，为：
I＝
以hr值代入，由于第一类防雷建筑物确立I=5.4kA， 二类为I=10.1kA，三类为I=15.8kA，由此计算出第 一类防雷建筑物的hr=30m；第二类hr=45m；第三类 hr=60m。
解：1、用作桶装贮漆间时，为2区爆炸危险环境，经核定该
建筑为第二类防雷建筑物，按双支等高避雷针的保护范围进
行 核 定 ， 原 避 雷 两 针 之 间 的 间 距 为 D=30m ， 针 高 度 为
5+5.5=10.5m
。
2 h 2 h r h 2 1 .5 = 50 72 .74 8m 1 ＞5 .5 300 m
2、用作非桶装贮漆间时，为1区爆炸危险环境，经核定该 建筑为第一类防雷建筑物，按双支等高避雷针的保护范围进 行核定，原有避雷两针之间的间距为 D=30m，避雷针高度 为10.5m。
在两避雷针间的垂直平分线上，其上边线的保护高度：
单支避雷针 的保护范围立体图
单支避雷针的保护范围剖面立体图
例一：第二类防雷建筑物，
计算单支避雷针的保护范围 时 ， 滚 球 半 径 为 45m ， 若 避 雷 针 离 地 高 度 为 45m ， 代 入 公式得避雷针在地面上的保 护半径为45m；若避雷针的 高度为8m，代入公式得：
r 0h 2 h r h 8 2 4 8 5
时，应按单支避雷针的
方法确定；
当D＜
时，应按下列方法确ຫໍສະໝຸດ （见图）：ABCD外侧的保护范围，按照单支避雷针的方法确定；
C、E点位于两针间的垂直平分线上。在地面每侧的
最小保护宽度bo按下式计算：
（3-3）
在AOB轴线上，距中心线任一距离x处，其在保护 范围上边线上的保护高度hx按下式确定：
（3-4）
两针间AEBC内的保护范围，ACO部分的保护范 围垂避雷按直针以平的下面方方上法法，逐确在点定F点确：上定在以（任h见一x作图保为）护假。高想度避h雷x和针C，点按所处单的支
双支等高避雷针保护范围脊线的计算简图
应当注意的是，1-1剖面的剖 切位置，滚球曲线是半径为hr且 通过F、C两点。
双支等高避雷针的保护范围立体图
（D小于
）
双支等高避雷针在hx高度的保护范围
（在D小于
时, hx高度的保护范围的情况）
双支等高避雷针在hx高度的保护范围
（在D小于
时, hx高度的保护范围的情况）
=7.33m＞5.0m（满足要求） 在避雷针的垂直平分线位置，屋檐的hx=3.5m，虚拟避雷 针的高度为7.38m时，
rx = h 2 h r h h =x2 h r h x 7 . 3 2 8 4 7 . 3 5 8 3 . 5 2 4 3 . 5
=7.29m＞4.0m（满足要求） 结论一：经防雷审核，用作桶装贮漆间时，原有避雷针可 满足要求。
在使用滚球半径的尺度上，我国标准与国际标准是 有差别的。IEC标准将防雷级别分为Ⅰ～Ⅳ类，其该 球半径分别为20m、30m、45m和60m。
一、单支避雷针的保护范围
当避雷针的高度h≤hr（滚球半径）时：
（1）距地面处作一平行于地面的平行线；
（2）以针尖为圆心，hr为半径，作弧线交于平
行线 A、B两点：
在两避雷针间的垂直平分线上，其上边线的保护高度：
h x h rh r h 2 D 2 2 x 2 4 5 4 5 1.5 0 2 3 2 2 0
=7.38m＞5.5m（满足要求） 在山墙的屋脊部位hx=5.5m时，
rx = h 2 h r h h =x2 h r h x 1 . 5 0 2 4 1 5 . 5 0 5 . 5 2 4 5 . 5
（3）分别以A、B为圆心，hr为半径作弧线，
该弧线与针尖相交并与地面相切。从此弧线起到地 面上就是保护范围。图2-5、2-6为单支避雷针保 护范围立体图。
（4）避雷针在hx高度的x x’平面和地面上的保
护半径按下列方法确定：
hr-h
hr2hr h 2
hr2 hr hx 2 单支避雷针的保护范围计算简图
国际公认滚球理论的基础是Whitehead 提出的，学
术上称为电气几何法(EGM)。
EGM理论认为，雷电先导首先进入哪一物体的雷击
距离，就对哪一物体放电，雷击距离是雷电流的函数，
可简略地归纳以下三点:
(1)滚球法是基于以下的雷闪数学模型(电气—几何
模型)：
hr 2I 301e6I.8
简化为：
hr 10I0.65
=25.6(m) 若单支避雷针的高度大于 滚球半径，则避雷针在地面 上的保护半径等于滚球半径， 即：
r0 = hr
二、双支等高避雷针的保护范围
双支避雷针之间的保护范围是按照两个滚球在地面 从两侧滚向避雷针，并与其接触后两球体的相交线而 得出的。
在避雷针高度h小于或等于滚球半径hr时，当两支
避雷针的距离D≥