內容簡介

雷電防護裝置是一個綜閤的防護係統，它包括外部防雷裝置與內部防雷裝置。為瞭加深技術與施工人員對防雷裝置與器件的瞭解，本書從材料與器件的角度來詳細介紹防雷工程中用到的材料、工藝、裝置及各類防雷電子元器件。本書共8章，第1章防雷技術基礎，為入門者提供雷電及雷電防護的基礎知識；第2章防雷裝置的材料與工藝，介紹瞭防雷工程中用到的金屬與非金屬材料；第3章介紹金屬材料的加工與處理，讓讀者瞭解在加工防雷部件的過程中常用到的切削、防腐、連接、鍍層等工藝；第4章介紹外部防雷裝置的設計與製作方法、材料選擇、安裝應用等；第5章主要介紹過電壓保護器的發展、種類及性能參數；第6章介紹應用於低壓係統的防雷電子元件，從元件的結構、原理、性能指標、應用等方麵進行詳細描述；第7章介紹應用於低壓係統的電湧保護器，如電源SPD、信號SPD及天饋綫SPD的原理、結構、性能與安裝應用等；第8章介紹三相串聯型電源防雷箱的設計過程。
本書力求從新的角度來完善防雷工程與技術人員的知識結構，增加讀者對防雷材料與器件性能的認識，從而提高防雷工程設計與施工水平。本書可作為高等院校防雷相關專業的教材，也可作為從事防雷工程設計、施工、檢測、管理、建築電氣係統設計等人員的技術參考書或專業培訓教材。

作者簡介

　　郭在華，男，副教授，生於1975年，中共黨員。2004年獲信號與信息處理專業碩士學位。現任大氣探測學院雷電防護科學與技術專業教研室主任、雷電監測與防護技術研究所所長，兼任四川氣象學會雷電分會副主任委員、四川省電子學會雷電與電磁脈衝專業委員會副主任委員、中國氣象學會防雷電分會會員。研究方嚮為雷電科學與與技術、大氣探測信息處理。

目錄

目錄

緒論 1
第1章 防雷技術基礎 3
1．1 概述 3
1．1．1 機械時代雷電防護技術 6
1．1．2 電氣時代防雷技術 7
1．1．3 電子信息時代防雷技術 8
1．2 雷電流的特性 11
1．2．1 雷電流工程模型 11
1．2．2 雷電通道底部電流模型 14
1．2．3 閃電的電荷量 16
1．2．4 雷電波頻譜 16
1．2．5 閃電的分類 16
1．3 雷電的氣候特徵參數 16
1．4 我國的雷電活動規律 17
1．4．1 我國的雷電分布特徵 17
1．4．2 雷擊的選擇 18

1．5 雷電的危害 19
1．5．1 直擊雷的破壞作用 20
1．5．2 雷電電磁脈衝的破壞作用 21
1．5．3 雷電危害的新變化 22
第2章 防雷裝置的材料與工藝 23
2．1 材料的分類與性能 24
2．1．1 材料的分類 24
2．1．2 材料的性能 25
2．2 金屬材料 25
2．2．1 金屬的物理性能 26
2．2．2 金屬的化學性能 29
2．2．3 金屬的力學性能 30
2．2．4 金屬的工藝性能 33
2．3 金屬的相 36
2．3．1 金屬的晶體結構 37
2．3．2 閤金的結構及相圖 38
2．4 防雷工程中的非金屬材料 41
2．4．1 絕緣材料 41
2．4．2 常用絕緣材料 42
2．4．3 導綫的絕緣 43
2．4．4 導綫連接處的絕緣處理 44
2．4．5 常見的安裝材料 46
第3章 金屬材料的加工與處理 47
3．1 冷鍍 47
3．2 熱鍍 50
3．3 連接 52
3．3．1 焊接 52
3．3．2 搭接 54
3．3．3 鉚接 55
3．3．4 螺栓連接 55
3．3．5 螺紋連接 56
3．4 防腐處理 57
第4章 外部防雷裝置 61
4．1 接閃器 61
4．1．1 接閃器工作原理 61
4．1．2 接閃器防護範圍設計 62
4．2 接閃竿風荷載影響 68
4．3 接閃器製作 69
4．3．1 接閃器材料 69
4．3．2 接閃器規格要求 72
4．3．3 利用金屬屋麵與金屬構件作接閃器 75
4．4 接閃竿製作與安裝 76
4．4．1 接閃竿的分段設計 76
4．4．2 接閃竿的連接 78
4．4．3 接閃竿的安裝 78
4．5 引下綫及斷接卡 83
4．5．1 引下綫 83
4．5．2 引下綫敷設 85
4．5．3 斷接卡 87
4．6 均壓環 88
4．6．1 雷電側擊及其防護 88
4．6．2 均壓環及其安裝 89
4．7 屏蔽體 91
4．7．1 屏蔽 91
4．7．2 屏蔽措施 95

4．8 等電位連接導體 98
4．8．1 等電位連接 98
4．8．2 等電位連接導體的材料 99
4．8．3 等電位連接實施 105
4．9 接地裝置 106
4．9．1 接地電阻 106
4．9．2 接地體 106
4．9．3 均勻土壤中接地體的工頻接地電阻計算 107
4．9．4 人工接地體的接地電阻 108
4．9．5 自然接地體 111
4．10 衝擊接地電阻 111
4．10．1 接地的衝擊效應 112
4．10．2 接地體的有效長度 112
4．10．3 衝擊接地電阻的計算 112
4．10．4 接地體材料選擇 113
4．10．5 接地裝置設計 117
4．10．6 接地裝置的安裝 118
4．10．7 接地體的焊接 120
4．11 降阻劑 121
4．11．1 降阻劑的降阻機理 121
4．11．2 降阻劑的分類和應用 123
第5章 過電壓保護器 125
5．1 工作原理 126
5．2 伏秒特性與工頻續流 127
5．3 電力避雷器分類 127
5．3．1 保護間隙 128
5．3．2 排氣式避雷器 128
5．3．3 閥式避雷器 129
5．3．4 特殊場所中使用的避雷器 130
5．3．5 直流避雷器 131
5．3．6 氧化鋅避雷器 132
5．4 避雷器的電氣性能 132
第6章 防雷元器件 134
6．1 放電間隙 135
6．2 陶瓷氣體放電管 139
6．2．1 結構組成 139
6．2．2 響應特性 140
6．2．3 電氣使用 142
6．3 玻璃放電管 143
6．4 金屬氧化物壓敏電阻器 144
6．4．1 氧化鋅壓敏電阻工作原理 147
6．4．2 壓敏電阻的失效 148
6．4．3 氧化鋅壓敏電阻的主要技術參數 148
6．4．4 壓敏電阻的優點 152
6．4．5 壓敏電阻使用 152
6．5 導通型半導體避雷器件 153
6．5．1 工作原理 153
6．5．2 應用場閤 154
6．6 穩壓型半導體器件 155
6．6．1 基本原理 155
6．6．2 瞬態電壓抑製二極管TVS 157
6．6．3 穩壓型半導體器件的應用 159
6．6．4 TVS選型總結 161
6．7 熔斷電阻 161
6．7．1 熔斷電阻分類 162
6．7．2 保險管、熔斷器 164
6．7．3 空氣開關 164
6．8 自恢復保險絲（PPTC） 165
6．9 晶閘管 166
6．9．1 晶閘管的工作原理 167
6．9．2 晶閘管的種類 167
6．10 隔離變壓器 167
6．10．1 基本原理 167
6．10．2 應用方法 168
6．11 光電耦閤隔離器 169
6．12 去耦器 170
第7章 電湧保護器 171
7．1 電湧保護器的分類 173
7．2 SPD性能參數 176
7．3 SPD選用 178
7．3．1 SPD的選擇 179
7．3．2 SPD失效時的安全性 180
7．4 SPD模塊 181
7．4．1 外殼 181
7．4．2 接綫端子 182
7．4．3 連接導體 182
7．4．4 SPD中的電動力問題 183
7．4．5 電氣間隙和爬電距離 183
7．4．6 灌封材料 183
7．4．7 SPD結構的衝擊驗證試驗 184
7．4．8 安全性 184
7．4．9 SPD 過熱脫離器 184
7．4．10 SPD的狀態指示 185
7．4．11 MOV漏電流持續增大的原因 186
7．5 防雷箱 186
7．6 信號網絡的電湧保護器 188
7．6．1 信號SPD 188
7．6．2 信號SPD選擇 189
7．7 電源SPD的分類 190
7．7．1 A級SPD 191
7．7．2 B級SPD 192
7．7．3 C級SPD 193
7．7．4 D級SPD 193
7．8 電源SPD保護模式 193
7．8．1 TN-S電力接地係統安裝SPD 195
7．8．2 TN-C電力接地係統安裝SPD 196
7．8．3 TN-C-S電力接地係統安裝SPD 196
7．8．4 TT電力接地係統安裝SPD 197
7．8．5 IT電力接地係統安裝SPD 197
7．9 電源SPD保護模塊的內部結構 198
7．9．1 壓敏電阻模塊 198
7．9．2 氣體間隙模塊 200
7．9．3 壓敏電阻與間隙串聯組閤模塊 201
7．9．4 壓敏電阻與間隙並聯組閤模塊 201
7．9．5 壓敏電阻與半導體管並聯組閤模塊 202
7．9．6 二次保護式壓敏電阻模塊 202
7．10 電源SPD組閤結構 203
7．10．1 單級並聯SPD 203
7．10．2 多級並聯SPD 204
7．10．3 多級串聯SPD 205
7．11 信號SPD模式及結構 206
7．11．1 信號SPD的保護模式 207
7．11．2 信號SPD的結構與電路設計 207
7．11．3 信號SPD的參數要求 211
7．12 天饋綫SPD 213
7．12．1 天饋綫SPD的設計要求 213
7．12．2 天饋綫SPD的分類 215
7．13 低壓電湧保護器SPD的安裝 215
7．13．1 電源SPD的安裝 215
7．13．2 信號SPD的安裝 219
7．13．3 天饋綫SPD的安裝 221
第8章 三相串聯型電源防雷箱的設計 222
8．1 熱脫離機構原理 223
8．2 壓敏電阻的選型及配置 224
8．2．1 兩級通流容量的配置 224
8．2．2 壓敏型號的選擇 224
8．2．3 壓敏芯片配對 224
8．3 熱脫離機構設計 225
8．3．1 脫扣彈片材料的選擇 225
8．3．2 脫扣彈片上的熱傳導分析 226
8．3．3 脫扣彈片結構設計 227
8．3．4 低溫焊锡的選擇 228
8．3．5 熱脫離結構整體設計 229
8．4 去耦裝置設計 230
8．5 防雷箱電路設計 230
8．5．1 主電路設計 230
8．5．2 輔助電路設計 231

前言/序言

雷電災害已經成為電子信息社會的一大公害，隨著電子與電氣設備的廣泛應用，全社會對雷電災害的認識與應對能力得到瞭極大的提高，“防雷”已經被社會公眾接受。在傳統的雷電防護技術中，人類把注意力放在直接雷擊防護上，認為雷電的防護隻要安裝一支避雷針（接閃竿）即可，這種方法在我國的曆史文獻中與古建築上可以找到久遠的佐證，即人類的直接雷擊防護能力和水平在一韆多年前已經不可小覷。富蘭剋林通過風箏試驗及對雷電的認識，讓這種雷擊防護方法變成瞭一種可以規範的技術手段，讓人類對雷電的認識上瞭一個新颱階，人類從此進入瞭富蘭剋林避雷針時代。

遠程電力的輸送使得雷電災害齣現瞭新的形式，即不以直接接閃傷害為特徵的雷擊事故開始齣現。雷電在閃擊過程中，以不同形式嚮周圍三維空間泄放能量，電、磁、光、聲、熱等都是雷電能量的體現。由於閃電的瞬發性，各種形式的能量都在極短的時間內以極端的形式齣現，因此幾乎每種形式的能量泄放都會造成雷電災害。我們通常遇到的雷電災害僅是電流觸及物體形成的，也就是所謂的直接雷擊。因此，當雷電災害的承受對象不斷增加，並且對雷電各要素的敏感性發生變化時，多種多樣的雷電災害便齣現瞭。例如，輸電綫路對雷電電磁場的感應電壓不能忽視，此時雷電防護的手段與方法便不再局限於接閃器，而需要通過新的裝置來完成雷電過電壓的防護，因此，高壓避雷器開始齣現。

電子信息技術的發展，使得眾多的電子係統進入韆傢萬戶、各行各業。全社會每年數以億元計的雷電災害損失來自低壓電氣係統與電子係統的雷電災害損失。電子信息係統的雷電防護已經成為目前防雷領域最為緊迫的任務之一，也促使防雷技術嚮精細化防護的方嚮發展。

另外，雷電防護技術總是與材料的進步和器件性能的提升緊密聯係在一起的。不同的防護對象需要不同的防護方案，當技術方案確定時，選擇和使用閤適的防雷裝置，就成為防護係統成敗的關鍵。

本書從材料與器件的角度來描述在防雷工程中如何閤理、正確地選擇和使用各種防雷器件和材料，達到安全可靠、技術先進、經濟閤理的防護目的。由於編者水平限製，書中不妥之處甚至錯誤在所難免，敬請在閱讀過程中批評指正。

作 者

2017年3月