一次触发闪电地电位抬升引发的氧化锌电涌保护器损坏事件分析

基于触发闪电开展了电流注入地网后地电位抬升反击氧化锌电涌保护器的试验研究。结合真实雷电环境下测量的电涌保护器两端残压和流经电流的数据,对一次触发闪电引发的氧化锌电涌保护器损坏事件进行了分析。分析发现,电流注入地网后,回击过程瞬间的大能量和长连续电流过程累积的能量相互叠加共同作用损坏了氧化锌电涌保护器。回击发生时,较大的地电位抬升反击特别是电压的快速上升阶段,氧化锌电涌保护器内部半导体结构(晶界层或晶粒)很容易遭到局部破坏,形成穿孔,电压波沿着破坏的晶界层“漏洞”迅速通过,氧化锌电阻片失去钳制作用,而当电压缓慢下降时,电压在氧化锌电涌保护器内部晶界层的分布趋于均匀,没有损坏的晶界结构又恢复了氧化锌电涌保护器的钳制功能。长连续电流过程形成的残压较小,但其持续时间很长,可达几十甚至上百毫秒,事件中多次致使SPD钳制功能的失效。4次回击过程地电位抬升反击流经氧化锌电涌保护器的电流峰值最大为7.1 kA,平均值5.4 kA,占触发闪电注入电流的28.9%。流经SPD的电量范围0.15~0.58 C,平均值0.44 C,其值大于8/20μs标称放电电流20 kA单脉冲释放的电量(0.37 C)。