178 / 2023-08-31 18:21:50

人工触发闪电回击及其后续连续电流和M分量引起地网SPD损坏过程分析

人工触发闪电；M分量；地电位抬升；SPD损坏；能量

雷电防护技术与应用 > 雷电防护工程理论和应用

          在中国气象局雷电野外科学试验基地（CMA_FEBLS）基于触发闪电试验开展了电流注入地网后地电位抬升（GPR）的观测试验，试验布置如图1所示，两个相同规格相距10m的地网用扁铁连接，近端注入触发闪电，在远端地网上测量并获得GPR冲击电涌保护器（SPD）的试验数据。

       一次有6个回击的触发闪电记作T0630，回击过程之前有约380ms的初始长连续电流过程，初始长连续电流过程和回击后连续电流过程叠加了较多的M分量。分析发现，2次回击后，SPD在回击和M分流过程冲击下就已经损坏，经计算RS2开始至SPD损坏冲击SPD的能量达到1934.4J，占了SPD损坏时能量的97.77%，RS1仅占1.15%，说明T0630的RS2在回击电流回落过程中叠加的连续电流和多个大电流M分量过程是致使SPD首先损坏的主要原因。当然T0630后面还有4次回击，回击间也有明显的长连续电流和M分量过程，不断冲击SPD，使这次事件中的SPD损坏更为严重，最终致使SPD穿孔及部分炸裂。

       图3是T0630 RS1和RS2 SPD损坏过程对应的50μS能量柱状图和整个过程能量累积图，由图可见，RS1冲击SPD的能量很弱，累积值为22.8J，50μS内冲击SPD能量最大值仅为3.0J，RS2冲击能量很强，主要集中在3个部分，回击电流上升沿部分及其下降沿叠加的两次较大的M分量过程，50μS内冲击SPD能量最大值为104.3J，整个过程大于100J的2次，大于80J的9次。实验室测试SPD的每次冲击能量约556J，文中SPD损坏过程虽然50μs内冲击SPD能量达不到556J，但是这个过程相当于33次50μS电涌的不间断冲击，长时间能量的累积很容易损坏SPD，当能量累积到1934.4J，标称放电电流40kA的SPD损坏。

         分析表明：接地电阻较大的人工接地体，在共地情况下GPR反击对连接其上的电子设备及其保护器件SPD等有很大的危害性。回击及之后连续电流叠加多个较大电流的M分量过程冲击SPD的电荷量相当大，当电荷量累积达到2.27C，冲击SPD的能量达到1934.4J时，标称放电电流40kA的氧化锌SPD失效。