原文发表在《电瓷避雷器》2024年第6期。
https://www.chndoi.org/Resolution/Handler?doi=10.16188/j.isa.1003-8337.2024.6.011
SnO2压敏电阻交流老化机理的探索
杨岱礼1，赵洪峰1，王锋2，谢清云2，蒙晓记2
(1.新疆大学电力系统及大型发电设备安全控制和仿真国家重点实验室风光储分室，乌鲁木齐 830046；2.西安西电避雷器有限公司，西安 710200)
一 内容简介
通过对SnO2压敏电阻进行等效时长的加速老化试验，采用电流－电压(E－J)、电容－电压(C－V)、扫描电镜(SEM)等测试手段对不同老化时间的样品进行测量，对其宏观电学性能和微观参数结构的变化进行对比分析。结果表明：E1mA、E0.1mA及φb都呈现先小幅增长，而后缓慢降低，再急剧骤减的趋势；α、JL呈现先缓慢降低，然后急剧减小的趋势，得出流注模型同载流子陷阱理论在老化初期起主导作用，载流子陷阱同离子迁移理论在中期起主导作用，而由高泄漏电流的线性增殖击穿理论即热破坏支配了交流老化末期的结论。
二 主要内容
随着我国特高压输电技术的迅猛发展以及建设特高压电网工程的逐步推进,电力系统中的过电压问题日益突出。压敏电阻片是作为限制过电压关键设备的金属氧化物避雷器（MOV）中的核心元件，具有较高的非线性伏安特性和出色的浪涌吸收能力，能够有效抑制过电压，避免电力系统遭到破坏。在众多压敏材料中，SnO2以其更简单的成分结构以及更高的热导率和突出的抗热应力破坏特性的优势，被认为是最有潜力的新型压敏材料，也是该领域近年研究和讨论热点之一。
通常不带串联间隙配套的SnO2压敏电阻在长期承受交直流电应力的作用下，电气性能会逐渐发生劣化，泄漏电流阻性部分IR的增大，最终造成压敏电阻热击穿或崩溃，即老化现象。目前学者们对于改善SnO2压敏电阻的电气性能，如提高它的非线性系数、电压梯度，减少其泄漏电流，降低其残压比等方面做了大量研究。而对SnO2压敏电阻的交流老化机理鲜有研究，因此本研究结合SnO2压敏电阻老化过程中宏观电气性能与微观结构参数的改变分析并探索其交流老化直至失效过程中的老化机理，为后续对其老化稳定性的改善研究奠定一定理论基础。
1 SnO2压敏电阻片老化试验
1.1样品制备
1.2交流老化试验
2 实验结果与讨论
2.1老化过程中宏观电气性能的变化
2.2老化过程中微观电性能的变化
2.3老化过程中微观形貌的变化
三 结论
通过对SnO2压敏电阻交流老化过程的研究和分析，可以得出以下结论。
1）SnO2压敏电阻交流老化过程可分为初中末期3个阶段，分别代表中小电流区域性能的压敏电压E0.1mA和E1mA都呈现先小幅增长，而后缓慢降低，再急剧骤减的趋势。可分析得出流注模型同载流子陷阱理论在老化初期起主导作用，载流子陷阱同离子迁移理论影响肖特基势垒畸变在中期起主导作用。而交流老化后期主要由高泄漏电流线性增殖击穿理论即热破坏支配的结论。
2）SnO2压敏电阻的非线性系数随老化进行的前中期呈现稳步且平缓的下降，而在老化后期急剧骤减的趋势，说明SnO2压敏电阻的老化失效是老化持续积累造成的，而非某一次雷击或过电压冲击引起的随机效应。同时该参数可反映SnO2压敏电阻晶界的状态，并作为判断其老化程度的有效依据。
3）推测老化过程中氧气浓度过低可能导致势垒高度降低， SnO2压敏电阻老化可能受氧气浓度的影响，氧的缺乏可能加速其老化过程。后续研究可继续针对氧对SnO2压敏电阻老化的影响展开。
作者简介
杨岱礼（1999—），男，硕士，主要研究方向：先进压敏陶瓷材料的开发与应用。E-mail：1441455633@qq.com。
赵洪峰（1978—），男，博士，副教授，主要从事过电压与绝缘配合方面的研究工作（通信作者）。E-mail：zhf＿zhf@126.com。
本文索引
杨岱礼，赵洪峰，王锋，等.SnO2压敏电阻交流老化机理的探索[J]. 电瓷避雷器，2024(6):92-98.
YANG Daili，ZHAO Hongfeng，WANG Feng，et al.AC aging mechanism of SnO2 varistorJ]. Insulators and Surge Arresters，2024(6):92-98.
