避雷针保护范围两种计算方法比较

论文总字数：13426字

摘 要

“折线法”和“滚球法”是避雷针保护范围的计算方法常用的两种方法，本文针对“折线法”和“滚球法”的计算进行初步的分析和探讨。概述如何利用“折线法”和“滚球法”确定避雷针的保护范围，并通过对比分析两者的安全性，提出必须具体问题具体分析才能够做到安全防雷。通过两种方法的比较，得到保护范围差别，分析两种方法对防雷设计的影响，并通过实例对“折线法”和“滚球法”的保护范围进行了分析对比。利用MATLAB设计了避雷针保护范围的可视化程序与界面，对避雷针的保护范围采用“折线法”和“滚球法”进行对比分析，并对避雷针的保护范围进行可视化判断和显示分析。

关键字：避雷针；保护范围；折线法；滚球法

Abstract

Calculation methods commonly used in lightning protection range mainly poly lines and ground ball methods, for purposes of calculating the "fold line" and "bowls Law" conducted a preliminary analysis and discussion.The paper has described how to determine the lightning arrester protective range by means of fold line and ground line method and compared and analysed the security of these two methods.The conclusion is that the lightning can be safely protected in accordance with the principle that particular problem should be treated particularly .Obtained by comparing the difference between the two methods the scope of protection, the influence of the two methods for mine design, and an example of a line and ground ball methods were analyzed and compared the scope of protection.

Key Words：lightning arrester；protective range；the polygon method；the rolling sphere method

目 录

摘要 II

Abstract III

第一章 引言 1

1.1 问题的提出 1

1.2 保护范围 1

1.3 安全性分析 1

第二章 雷电的危害 2

2.1 概述 2

2.2 雷电的形成 2

2.3 雷电的分类 3

2.3.1 感应雷 3

2.3.2 直击雷 3

2.4 雷电的主要特点 3

2.5 雷电的破坏 3

2.5.1 直击雷破坏 4

2.5.2 感应雷的破坏 4

2.6 避雷针防雷电 5

2.6.1 避雷原理 5

2.6.2 避雷针的保护范围 5

第三章 避雷针的发展 7

3.1 避雷针的发展 7

3.2 避雷针保护的原理 7

3.3 折线法 7

3.4 滚球法 8

3.5 保护范围的比较 9

第四章 实例分析 10

4.1 单支避雷针的保护范围 10

4.1.1 折线法确定避雷针的保护范围 10

4.1.2 滚球法确定避雷针的保护范围 11

4.2 折线法与滚球法的区别 12

第五章 利用MATLAB建模 14

5.1 MATLAB语言简介 14

5.2 设计程序 14

5.2.1 分析的程序 14

5.2.2 避雷针保护范围的图像显示 15

致 谢 17

参考文献 18

2. 引言

1.1 问题的提出

雷电击穿空气的距离之所以会缩短了，是因为城市日复一日的发展，高楼如同春笋般拔地而起，正是因为如此，才大大增加了雷击的概率。与此同时，城市的大气环流形势也出现了新的特点，随着全球气候变暖和城市热岛现象的增加，夏季的雷暴期因此延长。其中更加重要的一点是，随着城市化的发展与科技的不断进步，微电子产品的普遍性越来越广，城市的通信电源还有城市的电磁场也大量增多，发生着翻天覆地的变化。特别是过电压耐受能力、差绝缘强度低、容易遭受雷电的侵袭的大多数微电子产品。电脑网络和公用天线都是通讯指挥系统比较容易遭受雷电侵害的部分。在某种意义看来，科技的发达程度与来自雷击的威胁呈正比例趋势。

美国科学家富兰克林在十八世纪中叶发明了避雷针，直到1950-1960年间，防雷技术才随着科技的进步而不断地发展。尤其是在电力系统防雷，还有建筑防雷的方面规定了一些固定的数据，完善了针对强电方面和直击雷的防雷技术。随着电子技术的快速发展，雷害特征也有了不同的改变，因为雷电对电子器件的破坏,这些人类不曾注意到的雷电特性也显现出来，对现代电子设备的安全构成了巨大的威胁。

与时俱进的科技发展，防雷技术也不停地更新换代。从避雷针、避雷线再到避雷器，而在防雷方面，起着十分重要作用的仍然是作为最基本的防雷措施的避雷针。

1.2 保护范围

大自然是一个值得人们探索的充满神奇的地方，自然力也是有很多人类不曾解密的一种力量,例如雷电放电。当雷电在放电的时候会产生比平时高出很多的过电压，可以高至数百乃至是数千千伏，如果没有妥善采取防护措施，将会使电力系统发生故障，也将因此导致大范围的停电。目前为止，人们通常采用的防雷保护装置有加装避雷针、避雷线或者避雷器,也可以加装电容器组、电抗线圈来防止雷击，同时，还可以利用自动重合闸装置、消弧线圈等方式，防雷接地也是防止雷击的基本措施。现在人们主要把避雷针用来防止直击雷过电压，一般采用保护范围这个概念，来表示避雷针的保护效能，通常是使用绕击或屏蔽失效率0.1%，即99.9%的保护概率，由此确定避雷针的保护范围。本文主要探讨了避雷针的保护范围的两种计算方法及其保护范围。

1.3 安全性分析

人们目前还不能很好的掌握并且利用雷电，因为雷电是一种自然现象,仍旧处于需要防范其危害的层面。一般装设避雷针是作为防止直击雷的主要措施，其中防雷装置的一项重要的指标就是避雷针的保护范围，防雷的目标是为了电气安全。文中进行了折线法和滚球法的安全性分析，从而比较出两种方法。

1. 雷电的危害

2.1 概述

大自然有很多神奇的力量，雷电是其中一种，这是一种气体放电现象，从以前到现在，人类对雷电的好奇心都有增无减。雷电威胁着人类和动物的安全，同时也会损坏各种各样的建筑，若直接打在森林里时，可能会引起火灾。直到近代了人们才了解到关于雷电的本质是什么，俄国的罗蒙诺索夫和美国的富兰克林是在这方面曾做出杰出贡献的科学家。同时应该强调：近60多年来，人类才获得有关雷电方面的大部分知识，雷电放电的影响涉及很广泛，包括对现代的通信、航空、建筑还有电力等领域都有着深远的影响，从1930年后，人们开始加强对雷电方面的研究，包含其防护技术，尤其是利用现代测量技术所实测出的研究成果,包括高速摄影、雷电定向定位、自动录波等，极大程度上丰富了人们对于雷电方面的认识，满足了人类的好奇心。

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