[发明专利]一种基于滚球法构建三针联合保护范围模型的方法

说明书

本发明公开了一种基于滚球法构建三针联合保护范围模型的方法，通过将三只等高避雷针的保护范围与被保护物的关系用三维可视化的方式准确直观地表示出来，方便工程设计人员一目了然地查看被保护物是否有效地处于避雷针的防雷保护范围之内。

技术领域

本发明属于避雷防雷方法领域，尤其涉及一种基于滚球法构建三针联合保护范围模型的方法。

背景技术

自18世纪发明避雷针以来,其在防雷领域发挥着重要作用,为人们的生命财产安全作出了巨大的贡献。直击雷侵入输电网，会对电气设备造成反击，损坏电气设备，引起停电事故，造成巨大的经济损失。

因此在变电工程的设计中，防雷设计的重要性不言而喻。传统的滚球法防雷设计是通过公式计算来确立避雷针数量、高度和位置，避雷针保护范围主要通过一系列抽象的数据或是绘制平面图的方式来表示，存在设计感不强、直观性差、人力投入大等缺点。

发明内容

本发明的目的在于，为克服现有技术缺陷，提供了一种基于滚球法构建三针联合保护范围模型的方法，通过将三只等高避雷针的保护范围与被保护物的关系用三维可视化的方式准确直观地表示出来，方便工程设计人员一目了然地查看被保护物是否有效地处于避雷针的防雷保护范围之内。

本发明目的通过下述技术方案来实现：

一种基于滚球法构建三针联合保护范围模型的方法，所述构建三针联合保护范围模型的方法包括如下步骤：S1：在三只避雷针的位置满足预设条件时，分别生成各避雷针的单针保护区域Z1,Z2和Z3；S2：Z1,Z2和Z3在地面高度处分别相交与B1,B2和B3三点，将三避雷针的中心点01,O2和O3与B1,B2和B3三点依次连接形成封闭六边形O1-B1-O2-B2-O3-B3，并以雷电流击距hr为拉伸高度向上拉伸封闭六边形O1-B1-O2-B2-O3-B3，形成拉伸六面体Z4；S3：基于底部处于地面标高的滚球，在两两组成的两只避雷针连线的中垂线上，分别向避雷针方向滚动时，分别与两只避雷针相接而不能再继续向前滚动时，用这三个滚球，分别剪切六面体Z4得到保护区域Z5，从而确定三只避雷针的两两针之间的保护范围曲面，且滚球直径为hr；S4：滚球在落到三支避雷针的针顶部区域时，被三只避雷针支撑，不能继续再往下落时，用滚球剪切保护区域Z5得到保护区域Z6，从而确定顶部保护范围曲面；S5：合并Z1,Z2,Z3和Z6区域，得到三只等高避雷针的联合保护范围。

根据一个优选的实施方式，所述步骤S1中，三只避雷针的位置预设条件包括：三只避雷针不在同一直线上，且任意两针间距小于2hr。

根据一个优选的实施方式，所述步骤S1中，各避雷针的保护区域Z1,Z2和Z3的生成方法包括：在其中一只避雷针底部中心O1点正上方，建立距地面高度为hr的水平直线L1，与避雷针中心线相交于P1点；以P1点为圆心，作半径为hr的圆，与L1交于X1、X2两点；以X1为圆心，作半径为hr的圆，与避雷针相切于P1点，与地面相切于P2点，形成圆弧P1P2；依次连接圆弧P1P2，避雷针底部中心O1和P2点，形成封闭曲线P1-P2-O1；将封闭曲线P1-P2-O1沿避雷针轴线旋转，生成单只避雷针保护区域Z1；采用与保护区域Z1生成方式同样的方法，建立另外两只避雷针的单针保护区域Z2和Z3。

根据一个优选的实施方式，所述步骤S3具体包括：分别以B1,B2和B3为球心，建立半径为hr的球体S1,S2和S3，并将球体S1,S2和S3向上平移hr高度；用球体S1,S2和S3分别剪切Z4后形成剪切体Z5。

根据一个优选的实施方式，所述步骤S4具体包括：以三避雷针顶点为球面上三点、hr为半径构建球体S4，用球体S4修剪Z5后得到Z6。

根据一个优选的实施方式，所述构建三针联合保护范围模型的方法还包括参考被保护物，采用可视化的方式直观查看被保护物是否处于三只避雷针的联合保护范围之内。