一种基于滚球法构建三针联合保护范围模型的方法与流程

[0001]
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：

[0002]
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。
[0003]
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。


技术实现要素：

[0004]
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。
[0005]
本发明目的通过下述技术方案来实现：
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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。
[0007]
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。
[0008]
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。
[0009]
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。
[0010]
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。
[0011]
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。
[0012]
前述本发明主方案及其各进一步选择方案可以自由组合以形成多个方案，均为本发明可采用并要求保护的方案；且本发明，(各非冲突选择)选择之间以及和其他选择之间也可以自由组合。本领域技术人员在了解本发明方案后根据现有技术和公知常识可明了有多种组合，均为本发明所要保护的技术方案，在此不做穷举。
[0013]
本发明的有益效果：
[0014]
通过本发明方法可以方便地确定三只避雷针是否能形成联合保护范围，准确地反映滚球与避雷针之间的最小位置关系，将三针保护范围划分为各单针作用范围和三针间联合作用的范围，生成的防雷保护范围具有准确清晰的保护边界，可以准确地反映三针外侧、两两针之间，以及三针顶部的保护范围曲面。
[0015]
同时，通过以透明或渲染方式显示保护范围，方便设计人员直观查看被保护物是否处于避雷针的防雷保护范围之内。还可以实现防雷保护范围的可视化多角度多维度旋转查看，达到平面图无法完成的保护范围的实时查询效果。
附图说明
[0016]
图1是本发明方法的流程示意图；
[0017]
图2是本发明方法中单避雷针保护区域示意图；
[0018]
图3是本发明方法中两两避雷针间联合保护范围示意图；
[0019]
图4是本发明方法中三针顶部联合保护范围的示意图；
[0020]
图5是本发明方法中合并形成三针联合保护范围示意图；
[0021]
图6是本发明方法中被保护物保护情况示意图。
具体实施方式
[0022]
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0023]
需要说明的是，为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0024]
参考图1至图6所示，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。本发明方法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。
[0025]
优选地，基于滚球法构建三针联合保护范围模型的方法实现步骤如下：
[0026]
(1)确定雷电流击距hr，作为滚球半径。
[0027]
(2)根据三只避雷针的位置，判断三针是否在一条直线上，三针未在一条直线上时，则进入第三步。
[0028]
(3)根据三只避雷针的位置，判断任意两针间距是否大于2hr，任意两针间距小于2hr时，则进入第四步。
[0029]
(4)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。
[0030]
(5)以p1点为圆心，作半径为hr的圆，与l1交于x1、x2两点。
[0031]
(6)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。
[0032]
(7)采用智能线依次连接圆弧p1p2，避雷针底部中心o1和p2点，形成封闭曲面p1-p2-o1。
[0033]
(8)使用“旋转创建实体”命令，沿避雷针轴线生成单只避雷针保护范围z1。
[0034]
(9)采用同样的方法，建立另外两只避雷针的单针保护范围z2和z3。
[0035]
(10)三只避雷针在地面高度的保护范围分别两两相交于b1,b2和b3点。
[0036]
(11)采用智能线依次连接三针中心点o1,o2,o3和b1,b2,b3,形成封闭曲面o1-b1-o2-b2-o3-b3。
[0037]
(12)采用“拉升创建实体”命令，以hr为拉升高度，向上创建拉升体z4。
[0038]
(13)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。
[0039]
(14)采用“提取实体”命令，用球体s1,s2和s3分别剪切z4后形成剪切体z5。
[0040]
(15)采用智能线依次连接三针顶点，形成三角形t1，并作出t1的外接圆c1。
[0041]
(16)根据c1的半径r1，计算出中心在同一轴线半径为hr的球体s4的球心距c1的高度h1。
[0042]
(17)采用“提取实体”命令，用球体s4修剪z5后得到z6。
[0043]
(18)合并z1,z2,z3和z6，生成三只等高避雷针的联合保护范围。所述联合保护范围可以以透明或渲染方式显示。以透明或渲染方式显示保护范围，方便设计人员直观查看被保护物是否处于避雷针的防雷保护范围之内。还可以实现防雷保护范围的可视化多角度多维度旋转查看，达到平面图无法完成的保护范围的实时查询效果。
[0044]
(19)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。
[0045]
使用本发明方法可以方便地确定三只避雷针是否能形成联合保护范围，准确地反映滚球与避雷针之间的最小位置关系，将三针保护范围划分为各单针作用范围和三针间联合作用的范围，生成的防雷保护范围具有准确清晰的保护边界，可以准确地反映三针外侧、
两两针之间，以及三针顶部的保护范围曲面。同时，以透明或渲染方式显示保护范围，方便设计人员直观查看被保护物是否处于避雷针的防雷保护范围之内。
[0046]
前述本发明基本例及其各进一步选择例可以自由组合以形成多个实施例，均为本发明可采用并要求保护的实施例。本发明方案中，各选择例，与其他任何基本例和选择例都可以进行任意组合。本领域技术人员可知有众多组合。
[0047]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。