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      近年来，国内外学者对雷电灾害及其防护技术的研究取得了一定的进展。特别是防雷产品中作为金属氧化物避雷器(MOA)中核心器件的氧化锌(ZnO)压敏电阻，因具有较好的能量吸收能力与优良的非线性而被不断推陈出新并广泛使用。目前，对ZnO压敏电阻产品的常规性能考核和检测中，全球大多数国家雷电高电压实验室中均按照IEC/TC61643 的产品技术标准对ZnO压敏电阻的防雷产品进行波形为8/20 μs、10/350 μs等的单脉冲雷电冲击测试。然而，现代雷电观测采集数据表明，多重闪击过程是自然雷电的普遍现象，80%的自然雷电具有多重闪击过程[7-10]，即雷电的多脉冲过程。山西避雷验收

       特别是2008 年6 月在瑞典第29 届国际雷电防护大会上Heidler F发表的《Parameters of lightning currentgiven in IEC 62305：background, experiments andoutlook》，观测到1 次雷电过程包含了11 个闪击脉冲。对雷电实际观测数据统计表明：1 次多脉冲（3~4 个脉冲）的冲击时间长度（500 ms）约为1次单脉冲（波形为10/350 μs）的冲击时间长度（2 ms）的250 倍，累积能量约为单脉冲的20 倍。因此，从冲击时间和能量上，单脉冲模拟雷电的结果均不符合自然雷电的物理特征，即单脉冲模拟的雷电与自然界中具有多重闪击过程的雷电存在明显差异。运城防雷检测

       许多国内外学者近年来对于MOA的研究做了大量工作，包括关于ZnO压敏电阻各种破坏形式的研究。目前，由于模仿自然雷电多重闪击过程会受到实验技术手段的约束，所以关于多脉冲冲击下ZnO压敏电阻的研究很少，仅有Rousseau A等在上海举行的2014 International Conference on LightningProtection (ICLP)会议的报告中提到使用多脉冲冲击源进行实验研究以及李鹏飞等对MOA受潮时在多脉冲冲击下老化性能的研究等较少几篇。相对于单脉冲雷电冲击模式下的冲击检验，在“频繁无间歇”的多脉冲雷电冲击模式下，ZnO压敏电阻耐受多脉冲雷电冲击的能力以及其劣化破坏形式还存在许多未知点。 太原防雷公司

       本文采用国际最先进的同时序多脉冲雷电冲击高电压测试平台，研究ZnO 压敏电阻在动作负载以及不同多脉冲雷电冲击下的性能变化，在较大程度上对自然雷击的多重闪击过程进行模拟，探究ZnO 压敏电阻在自然雷电环境中老化劣化以及破坏特性，为今后可耐受多重雷击的ZnO 压敏电阻的研发和生产工作提供参考，因而具有重要的研究和应用价值。山西防雷工程

1、理论基础

1.1 ZnO 压敏电阻能量破裂的热应力研究

       ZnO 压敏电阻外表包裹着1 层绝缘涂层，当冲击电流以μs 数量级时间通过ZnO 压敏电阻时，ZnO压敏电阻的内部模块承受的热量几乎是瞬间聚集，温度也随之激增。从能量对流交换角度来看，这个过程可以看成是一个绝热的温升过程。此外，ZnO压敏电阻在生产过程中，无法做到各单元材料混合均匀度绝对平等，加之金属电极与ZnO 压敏电阻的接触也并非绝对面状接触，因此，ZnO 压敏电阻在不同部位吸收不同程度的能量，在不同部位产生的温升也不同，此时，在ZnO 压敏电阻的内部各单元之间就会产生不同相应的温度梯度热应力。如果温度差达到一定程度，热应力就会引起压敏电阻的破裂损坏。晋中防雷检测

1.2 ZnO 压敏电阻能量破坏宏观因素研究

       ZnO压敏电阻的不均匀性包括热物理性能的不均匀性和能量吸收不均匀性。单纯由热物理性能不均匀或能量吸收不均匀较难引起阀片的破裂，阀片破裂可能是能量吸收不均匀和热物理性能不均匀综合作用的结果。忻州防雷检测

2、实验模型的建立

2.1 实验样品选择与测试方法

       通过静态参数对ZnO压敏电阻进行样品筛选，选择不同厂家A和B各100 只静态参数相近的ZnO压敏电阻，实验前用无水乙醇进行表面清洁后放置在温度为25 ℃的低温干燥箱中进行低温干燥，以消除试样中的水分、表面污秽等影响实验对比分析的因素。ZnO压敏电阻主要参数均为：最大持续工作电压Uac=620 V，标称电流In=20 kA，最大电流Imax=40 kA。动作负载为交流电压385 V。每一片压敏电阻均按照引脚位置进行正负极标记。每次冲击后，都要待样品充分冷却后再进行静态参数的测量。采用大量样品进行实验以减少实验过程中的偶然性和实验数据的离散性。山西避雷器

2.2 实验设备及判定标准

       采用同时序多脉冲高电压雷电测试平台，作为高电压雷电冲击源。使用ZnO压敏电阻直流参数仪对静态参数压敏电压值U1mA和泄漏电流值IL（采用0.75 U1mA电压测试）进行测量。山西避雷塔

2.3 同时序多脉冲高电压雷电测试平台模型

2.4 多脉冲波形选择

       根据IEC 61643-11 标准以及雷电的实际观测结果，本文实验采用波形为8/20 μs，5 脉冲电流幅值均为20 kA的多脉冲雷电冲击模式。并参照IEC62305-1 标准中对多脉冲时间间隔的设定，本文将第1 至第5 个脉冲每个脉冲时间间隔设定为50 ms，5 个脉冲的冲击时间长度为200 ms。图2(a)与图2(b)分为实验过程中在示波器上采集的5 脉冲波形中的首脉冲与第3 个脉冲波形，图2(c)为有动作负载情况下的多脉冲波形，图2(d)为5 脉冲中1 个单脉冲的放大波形。临汾防雷检测

3、ZnO 压敏电阻老化劣化实验

3.1 动作负载下对比实验

3.2 脉冲变化对比实验

4、结论

1）在有动作负载的多脉冲雷电冲击下，贴片接触结构均匀度较差的金属氧化物的破坏形式主要是ZnO 压敏电阻贴片的融化剥落，热物理性能均匀度较差的金属氧化物的破坏形式则以ZnO 压敏电阻的热燃烧和粉碎性破裂为主。多脉冲雷电冲击中，金属氧化物ZnO 压敏电阻的静态参数并没有明显的规律性趋势变化。太原防雷检测

2）实验表明，多次单脉冲雷电冲击的破坏过程主要是ZnO 压敏电阻内部损伤积累，破坏形式主要以裂痕和边角损坏为主。而当多脉冲雷电冲击数量超出一定值时，多脉冲雷电冲击下金属氧化物ZnO 压敏电阻的破坏形式则具有一定的分散性。山西避雷工程

3）多脉冲雷电冲击ZnO 压敏电阻本身产生的热应力为其劣化损坏的主要原因。改变多脉冲雷电冲击的数量（10 个以内）比改变相邻脉冲雷电冲击的时间间隔（ms 数量级）可以对ZnO 压敏电阻产生更明显的破坏。大同避雷检测