钻塔避雷针及设计及安装

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1、钻塔避雷针的设计及安装张西坤（河北建设勘察研究院有限公司钻探机械厂，河北石家庄050031）摘要：概述了钻塔避雷针防雷原理，分析了钻塔避雷针保护范围和引雷区域的计算和确定原则，对常见的钻塔避雷针进行了设计，给出了详细的结构方案，指出了钻塔避雷针安装注意事项。关键词：钻塔；避雷针；保护范围；引雷区域；0引言在水文地质、工程地质、地热施工、地质找矿、石油天然气开发等领域，由于是露天野外作业，雨季钻探施工，在空旷的野外，高耸的钻塔、矗立的井架直插云端，如何防止雷击伤害事故的发生显得尤为重要，设计安装避雷针是行之有效的防雷措施之一。避雷针能起到防护作用的原因，是因为位置较高，且接地良

2、好，当雷电接近避雷针附近，向避雷针主放电，其放电电流由避雷针及其接地装置传入地下，从而保护了一定空间范围内的物体免遭直接雷击。1避雷针组成及工作原理1.1避雷针的组成避雷针由接闪器、接地引下线和接地极三部分串联组成。接闪器的位置高于钻塔顶部；接地引下线的截面积不但应根据雷电流通过时的发热情况计算，使其不会因过热而熔化，而且还要有足够的机械强度。接地体不仅要安全地把雷电流由此导入地中，而且还要使雷电流在流入大地时均匀地分散开去。1.2避雷针的工作原理就其工作原理本质而言，避雷针不是避雷，而是利用其高耸空中的有利地位，把雷电引向自身，承受雷击。同时把雷电流导入地下，起着保护其附近

3、比它矮的构件或设备免受雷击的作用。2钻塔避雷针的保护范围2.1折线法确定保护范围钻塔为金属构架，而且高度一般在70米以内，防雷适用于采用折线法确定避雷针的保护范围（折线法在高度120米以内适用），折线法设计直观，计算简便，节省投资，它具有工程合理性的优势，并经过长期丰富的运行实践，保护可靠性高。钻塔避雷针保护范围如图1所示。图1折线法确定的钻塔避雷针保护范围（1）避雷针在地面上的保护半径为式中r——保护半径h——避雷针高度（2）在钻塔高度hx水平面上的保护半径为当当式中——钻塔高度范围内任一水平面高度——避雷针在水平面上的保护半径——避雷针的有效高度——避雷针的高度影响系数（

4、考虑避雷针太高时，保护半径不按正比例增大的系数）当当当2.2举例我们用具体例子来计算钻塔避雷针的保护范围。一座A27m钻塔，钻塔从地面到塔顶的总高为=28m，避雷针尖端高出钻塔2m。那么避雷针高度h=30m,避雷针在地面上的保护半径避雷针对钻塔顶部水平面的保护半径避雷针在二层台18m的位置的保护半径为（二层台高度）图2A27m钻塔避雷针保护范围实例由A27m钻塔的塔顶、二层台和底盘结构可知，所有结构没有接近或超出其保护半径的范围，也就是说都在避雷针的保护范围内，所以绝对是安全的。3钻塔避雷针的引雷区域图3  雷击针地分界面的理论分析图我们要重点研究一下如何让避雷针有效地把附近

5、的雷电引到自身并传至地下，这样就要认真分析雷击针地分界问题，即确定避雷针的引雷区域，图3为雷击针地分界面的理论分析图，据此可以求出雷击避雷针和地的理论分界线。图中L为避雷针尖，其高度为h，P（x，y）为雷电极头部，其对地高度为H，E为雷电极正下方的投影点，L、P之间的距离为R。当P点维持k=R/H等于某一常数(约等于1)在图面上运动时，其运动轨迹就是雷击避雷针和地的理论分界线。分界线以y轴为中心旋转就是立体的分界面。分界面内为雷击避雷针的空域，分界面以外为雷击大地的空域。分界面附近引下的雷击地面为散击区。钻塔避雷针的引雷能力强，当侧方袭击来的下行雷电被避雷针引近而未能在针端接

6、闪时，会出现闪电击中避雷针附近地面的情况，使得高架避雷针附近的地面落雷密度较该处平均落雷密度大，该地面称为散击区。远离避雷针的地方雷击率不受避雷针的影响，称为正常区。高耸的钻塔和高架避雷针引雷招致雷击率增高并存在散击区，所以防雷专家历来不主张用高架避雷针保护钻塔，主张用短针和避雷带防雷就是考虑了既能发挥它的引雷作用，又避免增加散雷区。由以上分析避雷针保护原理可以看出，避雷针的引雷空域和保护范围是两个不同的概念，引雷区域是闪电弧道可能分布的空间，它在高空，研究引雷区域可以充分认识设置避雷针的必要性就是消除隐患；后者是避雷针能有效地屏蔽被保护物免于遭受雷击的空间，它是避雷针四周一

7、定高度和半径内的低空，研究保护范围可以指导对避雷针进行正确的设计安装，避免因设计安装不当造成避雷针的“有形无用”，从而避免事故的发生；引雷区域和保护范围的空间位置不同，大小不同，作用不同。对避雷针的保护范围、引雷区域和散击区进行深入、全面、细致的分析，能确保避雷针对钻塔、钻机和人员的可靠保护。按照以上概念可以计算和确定出不同钻塔避雷针高度、地面保护半径和散击区半径。表1不同钻塔的避雷针高度、地面保护区半径和散击区半径（单位：m）钻塔有效高度H131518242731414555钻塔总高HZ1416192