防雷装置与器件
书从材料与器件的角度来详细介绍防雷工程中用到的材料、工艺、装置及各类防雷电子元器件。本书共8章，第1章防雷技术基础，为入门者提供雷电及雷电防护的基础知识；第2章防雷装置的材料与工艺，介绍了防雷工程中用到的金属与非金属材料；第3章介绍金属材料的加工与处理，让读者了解在加工防雷部件的过程中常用到的切削、防腐、连接、镀层等工艺；第4章介绍外部防雷装置的设计与制作方法、材料选择、安装应用等；第5章主要介绍过电压保护器的发展、种类及性能参数；第6章介绍应用于低压系统的防雷电子元件，从元件的结构、原理、性能指标、应用等方面进行详细描述；第7章介绍应用于低压系统的电涌保护器，如电源SPD、信号SPD及天馈线SPD的原理、结构、性能与安装应用等；第8章介绍三相串联型电源防雷箱的设计过程。本书力求从新的角度来完善防雷工程与技术人员的知识结构，增加读者对防雷材料与器件性能的认识，从而提高防雷工程设计与施工水平。本书可作为高等院校防雷相关专业的教材，也可作为从事防雷工程设计、施工、检测、管理、建筑电气系统设计等人员的技术参考书或专业培训教材。
作者简介
郭在华，男，副教授，生于1975年，中共党员。2004年获信号与信息处理专业硕士学位。现任大气探测学院雷电防护科学与技术专业教研室主任、雷电监测与防护技术研究所所长，兼任四川气象学会雷电分会副主任委员、四川省电子学会雷电与电磁脉冲专业委员会副主任委员、中国气象学会防雷电分会会员。研究方向为雷电科学与与技术、大气探测信息处理。
目 录
目录
绪论1
第1章防雷技术基础3
1.1概述3
1.1.1机械时代雷电防护技术6
1.1.2电气时代防雷技术7
1.1.3电子信息时代防雷技术8
1.2雷电流的特性11
1.2.1雷电流工程模型11
1.2.2雷电通道底部电流模型14
1.2.3闪电的电荷量16
1.2.4雷电波频谱16
1.2.5闪电的分类16
1.3雷电的气候特征参数16
1.4我国的雷电活动规律17
1.4.1我国的雷电分布特征17
1.4.2雷击的选择18
1.5雷电的危害19
1.5.1直击雷的破坏作用20
1.5.2雷电电磁脉冲的破坏作用21
1.5.3雷电危害的新变化22
第2章防雷装置的材料与工艺23
2.1材料的分类与性能24
2.1.1材料的分类24
2.1.2材料的性能25
2.2金属材料25
2.2.1金属的物理性能26
2.2.2金属的化学性能29
2.2.3金属的力学性能30
2.2.4金属的工艺性能33
2.3金属的相36
2.3.1金属的晶体结构37
2.3.2合金的结构及相图38
2.4防雷工程中的非金属材料41
2.4.1绝缘材料41
2.4.2常用绝缘材料42
2.4.3导线的绝缘43
2.4.4导线连接处的绝缘处理44
2.4.5常见的安装材料46
第3章金属材料的加工与处理47
3.1冷镀47
3.2热镀50
3.3连接52
3.3.1焊接52
3.3.2搭接54
3.3.3铆接55
3.3.4螺栓连接55
3.3.5螺纹连接56
3.4防腐处理57
第4章外部防雷装置61
4.1接闪器61
4.1.1接闪器工作原理61
4.1.2接闪器防护范围设计62
4.2接闪竿风荷载影响68
4.3接闪器制作69
4.3.1接闪器材料69
4.3.2接闪器规格要求72
4.3.3利用金属屋面与金属构件作接闪器75
4.4接闪竿制作与安装76
4.4.1接闪竿的分段设计76
4.4.2接闪竿的连接78
4.4.3接闪竿的安装78
4.5引下线及断接卡83
4.5.1引下线83
4.5.2引下线敷设85
4.5.3断接卡87
4.6均压环88
4.6.1雷电侧击及其防护88
4.6.2均压环及其安装89
4.7屏蔽体91
4.7.1屏蔽91
4.7.2屏蔽措施95
4.8等电位连接导体98
4.8.1等电位连接98
4.8.2等电位连接导体的材料99
4.8.3等电位连接实施105
4.9接地装置106
4.9.1接地电阻106
4.9.2接地体106
4.9.3均匀土壤中接地体的工频接地电阻计算107
4.9.4人工接地体的接地电阻108
4.9.5自然接地体111
4.10冲击接地电阻111
4.10.1接地的冲击效应112
4.10.2接地体的有效长度112
4.10.3冲击接地电阻的计算112
4.10.4接地体材料选择113
4.10.5接地装置设计117
4.10.6接地装置的安装118
4.10.7接地体的焊接120
4.11降阻剂121
4.11.1降阻剂的降阻机理121
4.11.2降阻剂的分类和应用123
第5章过电压保护器125
5.1工作原理126
5.2伏秒特性与工频续流127
5.3电力避雷器分类127
5.3.1保护间隙128
5.3.2排气式避雷器128
5.3.3阀式避雷器129
5.3.4特殊场所中使用的避雷器130
5.3.5直流避雷器131
5.3.6氧化锌避雷器132
5.4避雷器的电气性能132
第6章防雷元器件134
6.1放电间隙135
6.2陶瓷气体放电管139
6.2.1结构组成139
6.2.2响应特性140
6.2.3电气使用142
6.3玻璃放电管143
6.4金属氧化物压敏电阻器144
6.4.1氧化锌压敏电阻工作原理147
6.4.2压敏电阻的失效148
6.4.3氧化锌压敏电阻的主要技术参数148
6.4.4压敏电阻的优点152
6.4.5压敏电阻使用152
6.5导通型半导体避雷器件153
6.5.1工作原理153
6.5.2应用场合154
6.6稳压型半导体器件155
6.6.1基本原理155
6.6.2瞬态电压抑制二极管TVS157
6.6.3稳压型半导体器件的应用159
6.6.4TVS选型总结161
6.7熔断电阻161
6.7.1熔断电阻分类162
6.7.2保险管、熔断器164
6.7.3空气开关164
6.8自恢复保险丝（PPTC）165
6.9晶闸管166
6.9.1晶闸管的工作原理167
6.9.2晶闸管的种类167
6.10隔离变压器167
6.10.1基本原理167
6.10.2应用方法168
6.11光电耦合隔离器169
6.12去耦器170
第7章电涌保护器171
7.1电涌保护器的分类173
7.2SPD性能参数176
7.3SPD选用178
7.3.1SPD的选择179
7.3.2SPD失效时的安全性180
7.4SPD模块181
7.4.1外壳181
7.4.2接线端子182
7.4.3连接导体182
7.4.4SPD中的电动力问题183
7.4.5电气间隙和爬电距离183
7.4.6灌封材料183
7.4.7SPD结构的冲击验证试验184
7.4.8安全性184
7.4.9SPD过热脱离器184
7.4.10SPD的状态指示185
7.4.11MOV漏电流持续增大的原因186
7.5防雷箱186
7.6信号网络的电涌保护器188
7.6.1信号SPD188
7.6.2信号SPD选择189
7.7电源SPD的分类190
7.7.1A级SPD191
7.7.2B级SPD192
7.7.3C级SPD193
7.7.4D级SPD193
7.8电源SPD保护模式193
7.8.1TN-S电力接地系统安装SPD195
7.8.2TN-C电力接地系统安装SPD196
7.8.3TN-C-S电力接地系统安装SPD196
7.8.4TT电力接地系统安装SPD197
7.8.5IT电力接地系统安装SPD197
7.9电源SPD保护模块的内部结构198
7.9.1压敏电阻模块198
7.9.2气体间隙模块200
7.9.3压敏电阻与间隙串联组合模块201
7.9.4压敏电阻与间隙并联组合模块201
7.9.5压敏电阻与半导体管并联组合模块202
7.9.6二次保护式压敏电阻模块202
7.10电源SPD组合结构203
7.10.1单级并联SPD203
7.10.2多级并联SPD204
7.10.3多级串联SPD205
7.11信号SPD模式及结构206
7.11.1信号SPD的保护模式207
7.11.2信号SPD的结构与电路设计207
7.11.3信号SPD的参数要求211
7.12天馈线SPD213
7.12.1天馈线SPD的设计要求213
7.12.2天馈线SPD的分类215
7.13低压电涌保护器SPD的安装215
7.13.1电源SPD的安装215
7.13.2信号SPD的安装219
7.13.3天馈线SPD的安装221
第8章三相串联型电源防雷箱的设计222
8.1热脱离机构原理223
8.2压敏电阻的选型及配置224
8.2.1两级通流容量的配置224
8.2.2压敏型号的选择224
8.2.3压敏芯片配对224
8.3热脱离机构设计225
8.3.1脱扣弹片材料的选择225
8.3.2脱扣弹片上的热传导分析226
8.3.3脱扣弹片结构设计227
8.3.4低温焊锡的选择228
8.3.5热脱离结构整体设计229
8.4去耦装置设计230
8.5防雷箱电路设计230
8.5.1主电路设计230
8.5.2辅助电路设计231
作者简介
郭在华，男，副教授，生于1975年，中共党员。2004年获信号与信息处理专业硕士学位。现任大气探测学院雷电防护科学与技术专业教研室主任、雷电监测与防护技术研究所所长，兼任四川气象学会雷电分会副主任委员、四川省电子学会雷电与电磁脉冲专业委员会副主任委员、中国气象学会防雷电分会会员。研究方向为雷电科学与与技术、大气探测信息处理。
目 录
目录
绪论1
第1章防雷技术基础3
1.1概述3
1.1.1机械时代雷电防护技术6
1.1.2电气时代防雷技术7
1.1.3电子信息时代防雷技术8
1.2雷电流的特性11
1.2.1雷电流工程模型11
1.2.2雷电通道底部电流模型14
1.2.3闪电的电荷量16
1.2.4雷电波频谱16
1.2.5闪电的分类16
1.3雷电的气候特征参数16
1.4我国的雷电活动规律17
1.4.1我国的雷电分布特征17
1.4.2雷击的选择18
1.5雷电的危害19
1.5.1直击雷的破坏作用20
1.5.2雷电电磁脉冲的破坏作用21
1.5.3雷电危害的新变化22
第2章防雷装置的材料与工艺23
2.1材料的分类与性能24
2.1.1材料的分类24
2.1.2材料的性能25
2.2金属材料25
2.2.1金属的物理性能26
2.2.2金属的化学性能29
2.2.3金属的力学性能30
2.2.4金属的工艺性能33
2.3金属的相36
2.3.1金属的晶体结构37
2.3.2合金的结构及相图38
2.4防雷工程中的非金属材料41
2.4.1绝缘材料41
2.4.2常用绝缘材料42
2.4.3导线的绝缘43
2.4.4导线连接处的绝缘处理44
2.4.5常见的安装材料46
第3章金属材料的加工与处理47
3.1冷镀47
3.2热镀50
3.3连接52
3.3.1焊接52
3.3.2搭接54
3.3.3铆接55
3.3.4螺栓连接55
3.3.5螺纹连接56
3.4防腐处理57
第4章外部防雷装置61
4.1接闪器61
4.1.1接闪器工作原理61
4.1.2接闪器防护范围设计62
4.2接闪竿风荷载影响68
4.3接闪器制作69
4.3.1接闪器材料69
4.3.2接闪器规格要求72
4.3.3利用金属屋面与金属构件作接闪器75
4.4接闪竿制作与安装76
4.4.1接闪竿的分段设计76
4.4.2接闪竿的连接78
4.4.3接闪竿的安装78
4.5引下线及断接卡83
4.5.1引下线83
4.5.2引下线敷设85
4.5.3断接卡87
4.6均压环88
4.6.1雷电侧击及其防护88
4.6.2均压环及其安装89
4.7屏蔽体91
4.7.1屏蔽91
4.7.2屏蔽措施95
4.8等电位连接导体98
4.8.1等电位连接98
4.8.2等电位连接导体的材料99
4.8.3等电位连接实施105
4.9接地装置106
4.9.1接地电阻106
4.9.2接地体106
4.9.3均匀土壤中接地体的工频接地电阻计算107
4.9.4人工接地体的接地电阻108
4.9.5自然接地体111
4.10冲击接地电阻111
4.10.1接地的冲击效应112
4.10.2接地体的有效长度112
4.10.3冲击接地电阻的计算112
4.10.4接地体材料选择113
4.10.5接地装置设计117
4.10.6接地装置的安装118
4.10.7接地体的焊接120
4.11降阻剂121
4.11.1降阻剂的降阻机理121
4.11.2降阻剂的分类和应用123
第5章过电压保护器125
5.1工作原理126
5.2伏秒特性与工频续流127
5.3电力避雷器分类127
5.3.1保护间隙128
5.3.2排气式避雷器128
5.3.3阀式避雷器129
5.3.4特殊场所中使用的避雷器130
5.3.5直流避雷器131
5.3.6氧化锌避雷器132
5.4避雷器的电气性能132
第6章防雷元器件134
6.1放电间隙135
6.2陶瓷气体放电管139
6.2.1结构组成139
6.2.2响应特性140
6.2.3电气使用142
6.3玻璃放电管143
6.4金属氧化物压敏电阻器144
6.4.1氧化锌压敏电阻工作原理147
6.4.2压敏电阻的失效148
6.4.3氧化锌压敏电阻的主要技术参数148
6.4.4压敏电阻的优点152
6.4.5压敏电阻使用152
6.5导通型半导体避雷器件153
6.5.1工作原理153
6.5.2应用场合154
6.6稳压型半导体器件155
6.6.1基本原理155
6.6.2瞬态电压抑制二极管TVS157
6.6.3稳压型半导体器件的应用159
6.6.4TVS选型总结161
6.7熔断电阻161
6.7.1熔断电阻分类162
6.7.2保险管、熔断器164
6.7.3空气开关164
6.8自恢复保险丝（PPTC）165
6.9晶闸管166
6.9.1晶闸管的工作原理167
6.9.2晶闸管的种类167
6.10隔离变压器167
6.10.1基本原理167
6.10.2应用方法168
6.11光电耦合隔离器169
6.12去耦器170
第7章电涌保护器171
7.1电涌保护器的分类173
7.2SPD性能参数176
7.3SPD选用178
7.3.1SPD的选择179
7.3.2SPD失效时的安全性180
7.4SPD模块181
7.4.1外壳181
7.4.2接线端子182
7.4.3连接导体182
7.4.4SPD中的电动力问题183
7.4.5电气间隙和爬电距离183
7.4.6灌封材料183
7.4.7SPD结构的冲击验证试验184
7.4.8安全性184
7.4.9SPD过热脱离器184
7.4.10SPD的状态指示185
7.4.11MOV漏电流持续增大的原因186
7.5防雷箱186
7.6信号网络的电涌保护器188
7.6.1信号SPD188
7.6.2信号SPD选择189
7.7电源SPD的分类190
7.7.1A级SPD191
7.7.2B级SPD192
7.7.3C级SPD193
7.7.4D级SPD193
7.8电源SPD保护模式193
7.8.1TN-S电力接地系统安装SPD195
7.8.2TN-C电力接地系统安装SPD196
7.8.3TN-C-S电力接地系统安装SPD196
7.8.4TT电力接地系统安装SPD197
7.8.5IT电力接地系统安装SPD197
7.9电源SPD保护模块的内部结构198
7.9.1压敏电阻模块198
7.9.2气体间隙模块200
7.9.3压敏电阻与间隙串联组合模块201
7.9.4压敏电阻与间隙并联组合模块201
7.9.5压敏电阻与半导体管并联组合模块202
7.9.6二次保护式压敏电阻模块202
7.10电源SPD组合结构203
7.10.1单级并联SPD203
7.10.2多级并联SPD204
7.10.3多级串联SPD205
7.11信号SPD模式及结构206
7.11.1信号SPD的保护模式207
7.11.2信号SPD的结构与电路设计207
7.11.3信号SPD的参数要求211
7.12天馈线SPD213
7.12.1天馈线SPD的设计要求213
7.12.2天馈线SPD的分类215
7.13低压电涌保护器SPD的安装215
7.13.1电源SPD的安装215
7.13.2信号SPD的安装219
7.13.3天馈线SPD的安装221
第8章三相串联型电源防雷箱的设计222
8.1热脱离机构原理223
8.2压敏电阻的选型及配置224
8.2.1两级通流容量的配置224
8.2.2压敏型号的选择224
8.2.3压敏芯片配对224
8.3热脱离机构设计225
8.3.1脱扣弹片材料的选择225
8.3.2脱扣弹片上的热传导分析226
8.3.3脱扣弹片结构设计227
8.3.4低温焊锡的选择228
8.3.5热脱离结构整体设计229
8.4去耦装置设计230
8.5防雷箱电路设计230
8.5.1主电路设计230
8.5.2辅助电路设计231
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