滚球半径

用计算机软件实现滚球法的计算

[五、雷电防护技术与应用]

用计算机软件实现滚球法的计算

石先跃

（河北省承德市防雷中心，承德067000）

引言

随着信息化建设的发展，计算机在各个行业得到了普遍的应用。

对于各防雷单位无论是防雷产品的开发测试、防雷方案的设计、防雷

检测的管理等更需要计算机应用软件的支持。特别是针对防雷设计规

范中要求的，如建筑物年预计雷击次数的计算、分流系数的确定、环

路中感应电压、电流和能量的计算等均可应用计算机软件去代替繁琐

的手工计算，从而使防雷工作的效率及质量得到进一步提高。

下面是用程序软件实现滚球法的计算实例（在win2000下已成功

测试运行）。各程序窗口如下图所示。首先根据规范要求先简要叙述

滚球法计算的原理，并画出相应的计算图解及相应的保护范围立体图，

直观的显示出各类接闪器的保护范围。软件的操作使用简单、方便、

易懂。具体步骤为：1、在下拉列表框中选择建筑物的防雷类别。根据

不同的防雷类别（第一类防雷建筑物、第二类防雷建筑物、第三类防

雷建筑物）自动选择对应的滚球半径hr值。2、输入相关的测量参数，

如避雷针的高度、两支避雷针间的距离、保护物的高度等。3、点击开

始计算按钮，程序根据输入的各参数值，自动判断是否具有有效地保

护范围及运用滚球法计算方法，计算出最小保护宽度、在保护范围上

边线上的保护高度、在hx高度的xx'平面的保护半径、在地面上的保

护半径等所需要的结果。

１单支避雷针的保护范围

当避雷针的高度h≤hr（滚球半径）时：距地面hr处作一平行于

地面的平行线；以针尖为圆心，hr为半径作弧线交于平行线A、B两

点；以A、B为圆心，以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

的曲面锥体。所需要输入的数据为建筑物的防雷类别、避雷针的高度、

被保护物高度。当输入的避雷针的高度h>hr时会自动取值h=hr进

行计算。计算的结果分别为避雷针在hx高度的xxˊ平面的保护半径rx

及避雷针在地面上的保护半径r0。字体的颜色用红色标记图1。

２双支避雷针的保护范围

双支避雷针之间的保护范围分为双支等高避雷针和双支不等高避

雷针两种情况。双支避雷针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。（1）双支等

高避雷针

输入的数据为建筑物的防雷类别、避雷针的高度、避雷针的间距、

在AOB轴线上距中心线任一距离。如果避雷针高度h≤hr（滚球半径）

且两支避雷针的距离D大于或等于2SQR(h(2hr–h)时，程序会提示

‘应按单支避雷针的方法确定’。当D小于2SQR(h(2hr–h)时，自

动计算出所需结果，即在地面两侧的最小保护宽度b0、在保护范围上

边线上的保护高度hF及两针间AECB内hx高度的保护面的保护宽度

rx（如果距中心的距离输入值为0，则hF的计算值就为保护范围上边

线上最低点的高度h0，rx为在hx高度的保护面的最小保护宽度），

字体的颜色用红色标记图2。

图1图2

（2）双支不等高避雷针

双支不等高避雷针为双支等高避雷针的一个特殊情况。不同的是

要输入两支不同避雷针的高度，以及先计算出在CE线或HOˊ线的位置

D1。然后再输入AOB轴线上距CE线或HOˊ线任一距离x的值。同理

计算出在地面两侧的最小保护宽度b0及在保护范围上边线上的保护高

度hF（如果距CE线或HOˊ线的距离输入值为0，则hx的计算值就

为保护范围上边线上最低点的高度h0，rx为在hx高度的保护面的最

小保护宽度）。字体的颜色用红色标记图3。

图3图4

3四支等高避雷针的保护范围

输入的数据为建筑物的防雷类别、避雷针的高度、避雷针的间距

D1、避雷针的间距D2、距避雷针B的距离。避雷针的间距D3自动计

算，不用再输入。如果避雷针高度h小于或等于hr的情况下，当D3

大于或等于2SQR(h(2hr-h))时，程序会提示‘应各按双支等高避雷针

所规定的方法确定’。当输入完各计算参数值后，点击开始计算按钮，

自动判断D3值的情况，并计算出保护范围最低点的高度h0、在保护

范围上边线上的保护高度hx(计算中用的是距避雷针B的距离x，其

它避雷针照此计算即可)。字体的颜色用红色标记图4。

4单根避雷线的保护范围

所需要输入的数据为建筑物的防雷类别、避雷线的高度、被保护

物高度。当输入的避雷线的高度h≥2hr时会自动提示无保护范围。确

定架空避雷线时应计及弧垂的影响。在无法确定弧垂的情况下，当等

高支柱间的距离小于120m时架空避雷线中点的弧垂宜采用2m，距离

为120~150m时宜采用3m。程序计算时会根据等高支柱间的距离自

动取合适的弧垂值，计算的结果分别为避雷线在hx高度的xxˊ平面的

保护宽度bx及保护范围最高点的高度h0。字体的颜色用红色标记图

5。

图5图6

5两根等高避雷线的保护范围

两根等高避雷线的保护范围分为在避雷线高度h小于或等于hr和

在避雷线高度h小于2hr且大于hr的两种情况。程序会根据输入的

参数（建筑物的防雷类别、避雷线的高度、避雷线的间距）自动计算

出结果，既内移距离x、保护范围最低点的高度h0及最小保护宽度b

m。字体的颜色用红色标记图6。