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防雷设计中保护范围计算方法探究
随着现代化建设的不断发展，防雷技术也得到了广泛应用，防雷设计是一项非常重要的工程实践，在工程施工中能够有效保护人员安全和设备的顺利运行。防雷设计中，保护范围的计算是非常重要的环节，本文将对保护范围的计算方法进行探究。
一、防雷设计中保护范围的含义
防雷设计是为了保护建筑物内部的人员和设备免受雷击和静电的损害。而保护范围指的是防雷系统所能够覆盖到的区域范围。保护范围的大小决定了防雷系统的实际应用效果，也是防雷设计中的一个重要参数。
保护范围的大小建立在雷击终端高度和雷电环境的基础上，若雷击终端的高度增加，则其保护范围也会随之扩大；而当雷电环境复杂度增加时，保护范围则会减小。
二、保护范围计算方法
保护范围的计算是基于以下三个因素的考虑：
1.雷击终端高度
在计算保护范围时，首先需要确定雷击终端的高度，可以通过测量建筑物的高度或设计图纸中确定。建筑物高度的测量应当准确无误，以保障计算的正确性。
2.雷电环境条件
在不同的土地地形、气象条件和地理位置等因素的影响下，雷电环境条件也会发生变化。
3.雷击终端的等级
根据建筑物的功能需求和主要防雷设备的等级，来确定雷击终端的等级。
保护范围的计算采用试算法，通常通过电场强度计算来计算。常用的电场强度计算公式有“球壳法”和“椎壳法”。
1.球壳法：球壳法是一种有效的低频计算方法，它通过将雷击终端的笼罩半径扩展为一个球壳，然后计算该球壳所覆盖的立体角内的电容。公式如下：
C=ɛ(A/d)
其中，C是电容值，ɛ是空气介电常数，A是球壳面积，d是壳厚。在计算中，可以忽略壳厚，因此此公式为：
C=ɛA
其中，A是指球壳表面所贴的区域。
在终端距离球壳较近的区域内，电场表明了雷击终端的电势。而在距离较远的区域，电场强度则是相对较小的，可以通过使用电势分布公式来计算。
2.椎壳法：椎壳法是一种常用于较高频段的计算方法，它基于计算出穿刺物周围的电场分布，以确定预期的保护范围。
椎壳法计算所需的主要参数有防雷金属接地电阻、雷击终端周围介质的相对介电常数、雷击终端的几何形状和导电性质等，这些参数对于计算的准确性具有至关重要的影响。
对于常见的建筑物来说，保护范围的计算主要采用“椎壳法”进行试算。按照如下步骤进行计算：
（1）确定建筑物的标高和等级，以及雷击终端的位置。
（2）计算雷击终端的周围环境参数，包括相对介电常数、导电性质和防雷金属接地电阻。
（3）通过使用合适的计算公式，计算出周围的电场强度。
（4）根据电场强度计算出保护范围，以确定“引接端”和“避雷范围”。
三、防雷设计保护范围计算的应用
防雷设计在各大建筑工程中有着广泛的应用。保护范围计算的准确性直接影响了防雷设计的实际效果。因此，正确且准确地计算建筑物的保护范围非常重要。对于常见的建筑物来说，常用的依靠工程经验得出的公式可用于计算保护范围，如下图所示：
其中，A输入建筑物高度H、杆高h、雷击电流I、雷击波前半周期时间t1/2和雷击终端距离L，即可根据公式计算出保护范围R。若雷击终端高度不为h，则需要进一步插值计算。
四、结论
防雷设计中保护范围的计算是整个设计过程中非常关键的一步。常用的保护范围计算方法有球壳法和椎壳法。通过建筑物高度、雷击终端高度、雷电环境和雷击终端等级等参数进行计算，可以得出建筑物的保护范围，以确定合适的防雷系统和相应的建设措施。