一、计算方法
常用避雷针(这里仅指单针)保护范围的计算方法主要有折线法和滚球法。
“折线法”在电力系统又称“规程法”，即单支避雷针的保护范围是一个以避雷针为轴的折线圆锥体。
滚球法是一种计算接闪器（接闪器就是专门用来接收直接雷击（雷闪）的金属物体。接闪器的金属杆，称为避雷针。接闪器的金属线，称为避雷线或架空地线。接闪器的金属带、金属网，称为避雷带。接闪器位于防雷装置的顶部，其作用是利用其高出被保护物的突出部位把雷电引向自身，承接直击雷放电。）保护范围的方法。它的计算原理为以某一规定半径的球体，在装有接闪器的建筑物上滚过，滚球体由于受建筑物上所安装的接闪器的阻挡而无法触及某些范围，把这些范围认为是接闪器的保护范围。这就是滚球法。
在避雷针保护范围的计算方法中，折线法仅取决于避雷针的高度及被保护物高度，“折线法”是比较成熟的方法，电力行业标准中一直采用“折线法”，主要特点是设计直观，计算简便，节省投资；而滚球法取决于避雷针的高度、滚球半径和被保护物高度,“滚球法”的主要特点是可以计算避雷针(带)与网格组合时的保护范围，但计算相对复杂，投资成本相对大。
二、避雷针保护范围计算（“折线法”）
由于电力系统常用方法为“折线法”，故下面只介绍“折线法”计算方法。
2.1、单支避雷针的保护范围(图2.1) ,应按下列公式计算：
图2. 1 单支避雷针的保护范围
Φ-保护角(°)
1、避雷针在地面上的保护半径,应按下式计算:
r=1.5hP (2.1-1)
式中:r——保护半径(m);
h——避雷针或避雷线的高度(m),当h>120m时,可取其等于120m;
P——高度影响系数,h≤30m,P=1；30m120m,P=0.5。
2、在被保护物高度hx水平面上的保护半径应按下列方法确定:
1)当hx≥0.5h时,保护半径应按下式确定:
rx=(h-hx)P=haP (2.1-2)
式中:rx——避雷针或避雷线在hx水平面上的保护范围(m);
hx——被保护物的高度(m);
ha——避雷针的有效高度(m)。
2)当hx
rx=(1.5h-2hx)P (2.1-3)
2.2、两支等高避雷针的保护范围(图2.2-1),应按下列方法确定:
图2.2-1 高度为h的两等高避雷针的保护范围
1、两针外侧的保护范围应按单支避雷针的计算方法确定。
2、两针间的保护范围应按通过两针顶点及保护范围上部边缘最低点O的圆弧确定,圆弧的半径为R'o。 O点为假想避雷针的顶点,其高度应按下式计算:
ho=h-D/(7P) (2.2)
式中:ho——两针间保护范围上部边缘最低点高度 (m) ;
D——两避雷针间的距离(m) 。
3、两针间 hx水平面上保护范围的一侧最小宽度 bx应按图2. 2-2确定。当 bx大于 rx时,应取bx等于rx。
图2.2-2两等高避雷针间保护范围的一侧最小宽度(bx)与 D/(haP)的关系
4、两针间hx水平面上保护范围的一侧最小宽度bx按下式计算:
当hx≥h0/2时, bx= (h0-hx)
当hx
当D=7haP时, bx=0
5、两针间距离与针高之比 D/h, 不宜大于5。
2.3、多支等高避雷针的保护范围(图2. 3),应按下列方法确定:
(a)三支等高避雷针在hx水平面上的保护范围
图2.3 三支、四支等高避雷针在hx水平面上的保护范围
1、三支等高避雷针所形成的三角形的外侧保护范围应分别按两支等高避雷针的计算方法确定。 在三角形内被保护物最大高度 hx水平面上,各相邻避雷针间保护范围的一侧最小宽度bx≥0时,全部面积可受到保护。
2、四支及以上等高避雷针所形成的四角形或多角形,可先将其分成两个或数个三角形,然后分别按三支等高避雷针的方法计算 。
2.4、不等高避雷针的保护范围(图2.4),应按下列方法确定:
图2.4 两支不等高避雷针的保护范用
1、两支不等高避雷针外侧的保护范围应分别按单支避雷针的计算方法确定,
2、两支不等高避雷针间的保护范围应按单支避雷针的计算方法,先确定较高避需针1的保护范围,然后由较低避雷针2的顶点,做水平线与避雷针1 的保护范围相交于点3,取点3避雷针的计算方法确定避雷针2和3间的保护范围,通过避雷针2、3顶点及保护范围上部边缘最低点的圆弧,其弓高应按下式计算:
f=D'/(7P) (2.4)
式中: f——圆弧的弓高(m) ;
D'——避雷针2和等效避雷针3间的距离(m)。
3、对多支不等高避雷针所形成的多角形,各相邻两避雷针的外侧保护范围应按两支不等高避雷针的计算方法确定;三支不等高避雷针,在三角形内被保护物最大高度 hx水平面上,各相邻避雷针间保护范围一侧最小究度bx≥0时,全部面积可受到保护;四支及以上不等高避雷针所形成的多角形,其内侧保护范围可仿照等高避雷针的方法确定。
2.5.不同地面标高的单支避雷针保护范围
不同地面标高的单支避雷针保护范围分别以不同地平面(即避雷针高度不同)确定所在地平面被保护物的保护半径,见下图。
不同地面标高的单支避雷针保护范围
由图可见,以地平面1为基准,避雷针高为h1, 按单支避雷针保护范围方法确定保护hx1的保护半径为rx1,以地平面2为基准,避雷针高为h2, 保护hx2的保护半径为rx2。
2.6、不同地面标高的两支避雷钟保护范围
不同地面标高的两避雷针保护范国的确定如下图。
不同地面标高的两避雷针保护范围
( 1 )两支避雷针外侧,按单支避雷针保护范围确定;
( 2 )两支避雷针内侧,分别以不同地平面,按两支避雷针内侧保护范围方法, 确定所在地平面内被保护物的保护范围。若两地面的标高不一样(即不在同一水平面上),画针间保护一侧最小宽度,分别按不同地平面确定不同的bx1、 bx2如上图中实线保护范围。若两地被保护标高一样,不论按那一地平面确定,两针间保护一侧最小宽度是一样的。如被保护标高同为hx1,则保护范围2的平面为虚线;被保护高程同为hx2,则保护范围1的平面为虚线。
2.7、山地和坡地上避雷针的保护范围应有所减小,应按下列方法确定:
1、避雷针的保护范围可按本文式(2. 1-1)~式(2. 1-3) 计算 。
2、两等高避雷针保护范围bx按本文图2.2-2确定的 bx 乘以0.75求得,上部边缘最低点高度可按下式计算:
h0=h-D/(5P) (2. 7-1)
3、两不等高避雷针保护范围的弓高可按下式计算:
f=D'/(5P) (2. 7-2)
4、利用山势设立的远离被保护物的避雷针不得作为主要保护装置。
