鉆塔避雷針的設計及安裝

鉆塔避雷針的設計及安裝張西坤（河北建設勘探研究院鉆探機械廠，河北石家莊050031）摘要：概述了鉆塔避雷針防雷原理，分析了鉆塔避雷針愛惜范圍和引雷區(qū)域的計算和確信原那么，對常見的鉆塔避雷針進行了設計，給出了詳細的結構方案，指出了鉆塔避雷針安裝注意事項。關鍵詞：鉆塔；避雷針；愛惜范圍；引雷區(qū)域；0引言在水文地質、工程地質、地熱施工、地質找礦、石油天然氣開發(fā)等領域，由于是露天野外作業(yè)，雨季鉆探施工，在空曠的野外，挺拔的鉆塔、聳立的井架直插云端，如何避免雷擊損害事故的發(fā)生顯得尤其重要，設計安裝避雷針是行之有效的防雷方法之一。避雷針能起到防護作用的緣故，是因為位置較高，且接地良好，當雷電接近避雷針周圍，向避雷針主放電，其放電電流由避雷針及其接地裝置傳入地下，從而愛惜了必然空間范圍內的物體免遭直接雷擊。1避雷針組成及工作原理避雷針的組成避雷針由接閃器、接地引下線和接地極三部份串聯組成。接閃器的位置高于鉆塔頂部；接地引下線的截面積不但應依照雷電流通過時的發(fā)燒情形計算，使其可不能因過熱而熔化，而且還要有足夠的機械強度。接地體不僅要平安地把雷電流由此導入地中，而且還要使雷電流在流入大地時均勻地分散開去。避雷針的工作原理就其工作原理本質而言，避雷針不是避雷，而是利用其挺拔空中的有利地位，把雷電引向自身，經受雷擊。同時把雷電流導入地下，起著愛惜其周圍比它矮的構件或設備免受雷擊的作用。2鉆塔避雷針的愛惜范圍折線法確信愛惜范圍鉆塔為金屬構架，而且高度一樣在70米之內，防雷適用于采納折線法確信避雷針的愛惜范圍（折線法在高度120米之內適用），折線法設計直觀，計算簡便，節(jié)省投資，它具有工程合理性的優(yōu)勢，并通過長期豐碩的運行實踐，愛惜靠得住性高。鉆塔避雷針愛惜范圍如圖1所示。h5h地面上的保范圍h5h地面上的保范圍圖1折線法確信的鉆塔避雷針愛惜范圍（1） 避雷針在地面上的愛惜半徑為,=1.5h式中r一愛惜半徑h——避雷針高度（2） 在鉆塔高度hx水平面上的愛惜半徑為...h,當h>—時尸=（h一h）p=hpx2x x ah當h<-時尸=（1.5h一2h）p式中氣——鉆塔高度范圍內任一水平面高度[——避雷針在J水平面上的愛惜半徑ha——避雷針的有效高度p——避雷針的高度阻礙系數（考慮避雷針太高時，愛惜半徑不按正比例增大的系數）當h<30米時，p=1當30米<h<120米時，p=5.5項當h>120米時，取其等于120米p=5.5/K120n0.5舉例咱們用具體例子來計算鉆塔避雷針的愛惜范圍。一座A27m鉆塔，鉆塔從地面到塔頂的總高為h=28m，避雷針尖端高出鉆塔2m。那么避雷針高度h=30m,避雷針在地面上的愛惜半徑r=1.5龍=1.5x30=45m避雷針對鉆塔頂部水平面的愛惜半徑r=(h-h)p=(30-28)x1=2m避雷針在二層臺18m的位置的愛惜半徑為(二層臺高度J=18m>W2=282=14m)r=(h-h)p=(30-18)x1=12m圖2A27m鉆塔避雷針愛惜范圍實例由A27m鉆塔的塔頂、二層臺和底盤結構可知，所有結構沒有接近或超出其愛惜半徑的范圍，也確實是說都在避雷針的愛惜范圍內，因此絕對是平安的。3鉆塔避雷針的引雷區(qū)域圖3雷擊針地分界面的理論分析圖咱們要重點研究一下如何讓避雷針有效地把周圍的雷電引到自身并傳至地下，如此就要認真分析雷擊針地分界問題，即確信避雷針的引雷區(qū)域，圖3為雷擊針地分界面的理論分析圖，據此能夠求出雷擊避雷針和地的理論分界限。圖中L為避雷針尖，其高度為h，P（x，y）為雷電極頭部，其對地高度為H，E為雷電極正下方的投影點，L、P之間的距離為R。當P點維持k=R/H等于某一常數（約等于1）在圖面上運動時，其運動軌跡確實是雷擊避雷針和地的理論分界限。分界限以y軸為中心旋轉確實是立體的分界面。分界面內為雷擊避雷針的空域，分界面之外為雷擊大地的空域。分界面周圍引下的雷擊地面為散擊區(qū)。鉆塔避雷針的引雷能力強，當側方攻擊來的下行雷電被避雷針引近而未能在針端接閃時，會顯現閃電擊中避雷針周圍地面的情形，使得高架避雷針周圍的地面落雷密度較該處平均落雷密度大，該地面稱為散擊區(qū)。遠離避雷針的地址雷擊率不受避雷針的阻礙，稱為正常區(qū)。挺拔的鉆塔和高架避雷針引雷招致雷擊率增高并存在散擊區(qū)，因此防雷專家從來不主張用高架避雷針愛惜鉆塔，主張用短針和避雷帶防雷確實是考慮了既能發(fā)揮它的引雷作用，又幸免增加散雷區(qū)。由以上分析避雷針愛惜原理能夠看出，避雷針的引雷空域和愛惜范圍是兩個不同的概念，引雷區(qū)域是閃電弧道可能散布的空間，它在高空，研究引雷區(qū)域能夠充分熟悉設置避雷針的必要性確實是排除隱患；后者是避雷針能有效地屏蔽被愛惜物免于蒙受雷擊的空間，它是避雷針周圍必然高度和半徑內的低空，研究愛惜范圍能夠指導對避雷針進行正確的設計安裝，幸免因設計安裝不妥造成避雷針的“有形無用”，從而幸免事故的發(fā)生；引雷區(qū)域和愛惜范圍的空間位置不同，大小不同，作用不同。對避雷針的愛惜范圍、引雷區(qū)域和散擊區(qū)進行深切、全面、細致的分析，能確保避雷針對鉆塔、鉆機和人員的靠得住愛惜。依照以上概念能夠計算和確信出不同鉆塔避雷針高度、地面愛惜半徑和散擊區(qū)半徑。表1不同鉆塔的避雷針高度、地面愛惜區(qū)半徑和散擊區(qū)半徑（單位：m）

地面保護區(qū)半徑r30453347地面散擊區(qū)半徑r<s1081161271471551701952112414鉆塔避雷針的設計及安裝地面保護區(qū)半徑r30453347地面散擊區(qū)半徑r<s1081161271471551701952112414鉆塔避雷針的設計及安裝圖4一種鉆塔避雷針設計圖咱們設計的鉆塔避雷針大體型式如下圖，有以下特點：避雷針支撐桿部位必需，操作時注意愛惜鍍鋅層；采納中10mm銅棒制作接收器，牢固耐震動，導電性好；用高壓瓷瓶(擊穿電壓大于10kV以上)或酚醛樹脂電木(擊穿電壓大于10kV以上)將避雷針和支撐桿隔開；避雷針引下線用截面積不小于25mm2的銅質電纜或30mm2的鋁質電纜；接地極用封底鋼管內裝滿大鹽制成，保證接地電阻在15歐姆一下。圖5鉆塔避雷針安裝示用意避雷針應垂直安裝牢固，垂直度許諾誤差為3/1000；避雷針接地極與鉆塔本身、鉆塔繃繩、電機接地和孔口處的愛惜距離應大于3m；避雷針應安裝在鉆塔頂部，高出塔頂1-3米(見表1)；在避雷針接地裝置周圍，由于跨步電壓甚高，人員接近時有觸電的危險，一樣在避雷針接地裝置周圍10米的范圍內是比較危險的；避雷針引下線與鉆塔繃繩距離不小于1米。5結語必然要注意科學設計和安裝鉆探避雷針，不要輕視避雷技術各類環(huán)節(jié)的科學原理，更不可輕易自行設計安裝避雷針。要確保避雷裝置發(fā)揮效能，不但要正確設計、正確安裝，還要常常保養(yǎng)，使它常常處于良好狀態(tài)，如此一樣就可使鉆塔、鉆機尤其是施工人員免受雷擊傷害了。參考文獻：蘆洪偉.避雷針愛惜范圍計算方式之比較[J].江西電力職業(yè)技術學院學報，2020(1):36-37.馬宏達.避雷針愛惜范圍的模擬實驗理論與爭議.工科物理,1998S1:柳玲,黃忠儉.常規(guī)避雷針與提早放電避雷針的比較[J].黑龍江氣象,2020(2):45-46.呂步麟.山區(qū)避雷針愛惜范圍的簡化計算及作圖