书名：雷电防护艺术与科学
书号：978-7-5239-0491-6
定价：79元
作者：国网江苏省电力有限公司组编；张茂龙，缪虹晴著
出版时间：2026-02-06
出版社：中国电力出版社
开本：16开    版次：1    印次：1

品牌介绍

中国电力出版社成立于 1951 年，作为中国成立最早的中央科技出版社之一，曾隶属于水利电力部、能源部、电力工业部、国家电力公司，现为国家电网公司所属的科技出版社，在电气技术专业出版领域享有极高的声誉。该社作为以图书出版为主体，音像、电子出版物、期刊、网络出版共同发展的大型出版企业，以强大的出版资源和高素质的专业队伍，致力于向读者提供包括电力工程、电气工程、建筑工程、电子技术、信息技术、外语、大中专教材、家教等学科门类齐全的权威出版物，也竭力为广大师生提供精品教材，是教育部和北京市教委规划教材的出版基地之一。

内容简介

雷电击中未受保护的物体或系统可能是灾难性的——在美国，雷电造成超过30%的电力故障；造成财产损失，导致数十亿美元的保险索赔；造成每年平均85人死亡，以及可能10 倍数量的人员伤害。这本书通俗易懂，以适中的技术水平介绍了雷电防护的方方面面，并附有许多插图和照片。

本书介绍了雷电的物理行为、各种类型的雷电损害以及一般保护原则。随后的章节介绍对建筑物、电气和电子设备、电力和通信线路，以及人类、动物、航空器、运载火箭、船舶和树木等物体的具体保护；讨论了2004 年美国雷电防护标准 NFPA 780 和2006 年国际电工委员会（IEC）雷电防护标准的主要方面，以及非标准和未经批准的雷电防护方法；强调了雷电探测和预警在有效保护中的作用，并考虑了偏转或消除雷电的选择。

本书是每位从事防雷工作人员的必读书，包括气象学家、大气科学家、建筑师、工程师和消防安全专家。它对保险从业人员和医生也有重要价值。

作者简介

马丁·A.乌曼（Martin A. Uman）于1961 年获得普林斯顿大学电气工程博士学位。随后在亚利桑那大学和匹兹堡西屋研究实验室任职，于1971 年受聘为佛罗里达大学教授。1991 年至2003 年，他担任电气与计算机工程系主任，现为特聘教授。他被公认为世界领先的雷电研究权威之一，最著名的是他在雷电建模方面的工作，其最显著的实用成果是 LLP 雷电定位系统和重新定义了与危险防护有关的几个重要雷电特征。乌曼教授以前写过几本关于雷电的书，包括与弗拉基米尔·拉科夫（Vladimir A. Rakov）合著（剑桥大学出版社，2003 年）的《雷电：物理与效应》。他还发表了200 多篇研究论文，在雷电探测和定位领域拥有四项专利。乌曼教授获得过许多奖项，包括2001 年美国地球物理联盟约翰·亚当·弗莱明（John Adam Fleming）奖章，以表彰他“对描述和理解地球及其大气层的电磁做出的杰出贡献”，以及1996 年电气和电子工程师学会海因里希·赫兹（Heinrich Hertz）奖章，以表彰他“对理解闪雷电磁学及其在雷电探测和保护中的应用做出的杰出贡献”。

前言

前 言

我被问得最多的一个问题是“避雷针真的有用吗？”这个问题可以更准确地表述为“标准防雷措施能消除雷电损害建筑物的可能性吗？”答案是“几乎总是”。尽管如此，仍有许多人错误地认为，在建筑物上安装防雷装置会大大增加建筑物被雷电击中并因此受损的风险，这种观点在对雷电物理学知之甚少的19 世纪较为普遍。最近，一位报纸调查记者提请我注意，至少有几个知名度很高的消防部门的重要官员仍然如此认为，而这些人应该更了解情况。安装防雷系统有国际和国家标准，我在本书中研究了所有标准所采用的共同方法的基本假设，以及这些标准的适用性。

我也经常被问及两种市售的“非标准”防雷措施的有效性，非标准的原因在于它们既不是主要国际标准也不是美国标准所推荐的。每种措施都涉及使用不寻常的避雷针（空气终端），一种措施据称可以吸引相对较远的闪电，从而减少所需的避雷针，另一种措施据称可以对雷云进行放电（后一种可能性最初是本杰明·富兰克林根据其实验室试验提出的），或者至少可以向空气终端周围的大气中释放足够的电荷，以击退当地附近的闪电。正如您将在第4 章和第13 章中看到的，有证据表明这两种非标准措施并不比标准保护措施更好，而且在某些方面可能更糟。

本书旨在以浅显易懂的形式介绍防雷技术的方方面面，包括许多图解和照片。对于接受过物理或电气工程培训的人来说，本书应该比较容易阅读。书中的部分或全部内容对气象学家、建筑师、建筑工程师、消防安全专家和保险从业人员也很有价值；我希望本书能成为高中和大学理科学生以及其他技术型人才的有趣读物。此外，本书还探讨了与船员、飞行员、轮船乘客和飞机乘客以及户外休闲者有关的雷电危害问题。

我独著或与人合著了四本关于雷电的书籍，分别出版于1969 年、1971 年、1989 年和2003 年。这四本著作主要涉及雷电物理学，而且为了体现人们对雷电的普遍兴趣，至今仍在以平装本的形式出版。长期以来，我一直有兴趣撰写一本书，其中既包含已知的雷电防护信息，也包含我在40 多年雷电研究中积累的对这些信息的深思熟虑。《雷电防护艺术与科学》在很大程度上借鉴了弗拉基米尔·A·拉科夫（Vladimir. A. Rakov）教授与我合著的2003 年技术专著《Lightning:Physics and Effects》（剑桥大学出版社）。《雷电防护艺术与科学》对该书第10 章、第 18 章和第 19 章的部分内容进行了重组和扩展，同时还包含了大量新材料。

《Lightning: Physics and Effects》一书为雷电物理学的各个方面提供了最好的参考资料，在此仅作简要介绍。

本书共分14 章。第1 章介绍了雷电的物理行为、防护的一般原则以及雷电发生的统计数据。第2 章讨论了各类雷击损害，以及造成损害的雷电特性。第3～5 章主要涉及建筑物保护的各个方面：第3 章是保护技术的理论基础；第4 章是避雷针和引下线的构成要素；第5 章是接地。第6 章介绍对建筑物内部电气和电子设备的保护。第7、9～12 章分别涉及对特定物体或系统的保护：人类和动物，飞船、飞机和运载火箭，船舶与船只、树木以及电力和通信线路。第8 章讨论雷电探测和预警，这是保护人类、配电和输电系统以及森林的一个非常重要的因素。如果知道雷电活动即将来临或正在附近发生，通常可以采取预防措施。第13 章探讨了是否可以消除闪电或使闪电偏离其预定轨迹。最后，第14 章总结了我们对雷电防护现状的理解。

手稿由沃勒特·纽曼（Waleta Newman）和凯瑟琳·汤姆森（Kathryn Thomson）负责打字和重新打字（文字处理和重新文字处理）。他们是我的宝贵资源，他们还处理了手稿汇编过程中的无数细节，对此我感激不尽。佛罗里达大学电气工程系学生布里特·汉利（Britt Hanley）修改了本书中的现有图表和大部分原始图纸。照片和其他资料的出处见图表标题。雷电专业方面的专家对一些章节提出了中肯的批评意见。澳大利亚布里斯班的克里斯托弗·J·安德鲁斯（Christopher J. Andrews）博士、芝加哥伊利诺伊大学的玛丽·安·库珀（Mary Ann Cooper）教授、澳大利亚昆士兰大学的玛特·达文尼泽（Mat Darveniza）荣誉教授、亚利桑那大学的E·菲利普·克里德（E. Philip Krider）教授以及美国施恩僖电气有限公司（S&C Electric Company）的查尔斯·威廉姆斯（Charles Williams）教授提供了出色的技术建议，在此一并表示感谢。我还要感谢电气工程专业的学生达斯汀·希尔（Dustin Hill）和布里特·汉利（Britt Hanley），他们仔细阅读了书稿并提出了许多有益的建议。最后，我想说的是，我非常感谢佛罗里达大学电气与计算机工程系的管理层为我的研究和本书的写作提供了一个良好的环境。

目录

目录

前言

1 闪电  1

1.1 闪电的类型  1

1.2 雷电统计  5

1.3 云对地闪电  7

1.4 保护的一般原则 . 14

1.5 小型建筑的雷击概率估算 . 16

1.6 何时需要防雷保护  18

参考文献 . 19

2 雷电损害 22

2.1 概述：各类雷击造成的损失  22

2.2 导体和绝缘体  25

2.3 与损坏有关的闪电特性 25

参考文献 . 38

3 雷电防护的方法  40

3.1 是否有完美的保护措施？ . 40

3.2 实用保护：保护类型  42

3.3 击距  46

3.4 圆锥法和滚球法 . 51

参考文献 . 56

4 建筑防护：接闪器和引下线  59

4.1 概述  59

4.2 接闪器  61

4.3 提前流注放电避雷针  68

4.4 引下线  69

4.5 超长引下线  73

参考文献 . 74

5 建筑防护：接地 . 76

5.1 概述  76

5.2 土壤特性 . 78

5.3 不同接地电极的电阻  80

5.4 非电阻和非线性接地电极  85

参考文献 . 87

6 低压电气系统中的电子设备浪涌保护 . 89

6.1 概述  89

6.2 雷击瞬态的幅值和波形 . 90

6.3 Crowbar（撬棒）装置  92

6.4 电压钳位装置  94

6.5 滤波器和隔离装置  95

6.6 混合电路：多级保护  96

参考文献 . 98

7 人类和动物  99

7.1 人身安全 . 99

7.2 统计数据  100

7.3 医学问题  107

7.4 电气效应  113

参考文献  119

8 雷电预警 122

8.1 概述 . 122

8.2 射频定位技术  126

8.3 卫星探测  133

参考文献  135

9 飞船、飞机和运载火箭  139

9.1 概述 . 139

9.2 事件统计  143

9.3 典型事例  148

9.4 雷电检测标准  156

参考文献  159

10 船舶与船只  161

10.1 历史  161

10.2 防护技术  166

10.3 数据统计  169

参考文献  170

11 树木  172

11.1 概述  172

11.2 防护技术 . 173

11.3 损害类型 . 174

11.4 雷击对树木的价值  180

参考文献  181

12 架空和地下电力及通信线路 . 183

12.1 概述  183

12.2 架空电力线路 . 184

12.3 地下电缆  192

12.4 通信线路  196

参考文献  198

13 闪电能被消除吗？  200

13.1 干预云中起电过程  200

13.2 人工诱发闪电 . 201

13.3 雷云中的电荷能被人为地持续稳定耗散吗？  204

13.4 闪电可以被消除或抑制吗？ . 206

参考文献  207

14 关于防雷，我们知道什么，不知道什么？  210

14.1 雷电防护有效吗？  210

14.2 防护效果如何？  212

参考文献  213