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技术篇:LED路灯雷击浪涌防护

来源:ofweek 日期:2017/5/25 13:27:33 浏览量:... 分享到:
智慧城市的大力兴起,也给整个的LED照明行业带来新的发展契机!但同时也面临着很多的技术问题!

路灯的主要客户是政府单位,而非普通消费者,因而是一个比较特殊、比较封闭的产业。路灯从最初的钠灯、水银灯到现在的LED灯,经过了一个漫长的发展过程,同时,在这个发展过程中遇到了一些技术性问题。

时至今日,LED路灯在国内已经约有十年之久,包括电源供应器、电源驱动、散热技术、光学技术等每年都有新的突破,而一些基本技术在国内却没有得到解决,LED路灯防雷问题就是有待解决的问题之一。

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LED路灯防雷的必要性

雷击是一种静电放电现象,通常携带数百万伏特的电压从云层传输到地面或另一云层。在传输过程中,雷电会在空中产生电磁场,感应出上千伏电压(即浪涌)到电源线路并产生感应电流传输到几英里以外,这些间接的攻击通常发生在户外暴露的电线,例如路灯、交通灯、基站等设备发射电涌。浪涌保护模块是在电路前端直接面对来自电源线的浪涌干扰。它将浪涌能量转移或吸收,最大限度地减少浪涌威胁其他工作电路,例如LED照明灯具中的交流/直流电源单元等设备。

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对于LED路灯,雷电在电源线路上产生感应浪涌,这个浪涌的能量会在电线上产生一个突波,即浪涌波,浪涌就是通过这样的感应方式进行传输的,外界来一个浪涌波,就会在220V的输电线中的正弦波上产生一个尖端,这个尖端进入到路灯中,就会对LED路灯电路产生破坏。

路灯已经存在很多年了,为什么现在才提出路灯需要防雷这件事情?其实,在过去使用的高压钠灯和传统水银灯是用高压灯泡设计的,其本身就有防雷的效果。到近些年,LED灯逐渐普及,LED灯需要供电电压较小,通常是利用电源供应器将交流电转换为直流电来驱动,这使得LED路灯本身的防雷性就没有了,因而需要为路灯设计防雷模块。

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路灯防雷的重要性是由投资回收期这一概念决定的。由于LED路灯比传统路灯价格大概贵一倍,政府在一开始购买时的投资金额较大,所以需要在运行过程中靠节省电力支出来逐渐将成本赚回来,因而,LED灯的寿命很重要。如果LED灯还没赚回成本就在投资回收期内坏了的话,还需要另外花钱维修,维修时付出的人力成本比安装时要贵一倍。因而,在LED时代,要实现LED省电、省钱的效果,需要保证其寿命能够达到你的预期,即产品保质期要长。要实现节省成本,保证投资回收期内路灯不损坏,就需要将可靠度拉高。这就需要为LED路灯加上防雷模块,以达到经济最大化。

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国内一直在做节能路灯,定义的路灯规格通常是亮度、发光角度、灯光色彩、功耗等看得见的指标,而常常会忽略防雷这一项看不见的指标。不仅美国和欧洲等国,其实在高落雷国家,例如马来西亚、印度等国很早就已经建立了要求当地路灯通过一个设定的防雷测试的相关标准。由于国内也只有海南、珠江等沿海城市的落雷比较严重,而大部分内陆地区则要好很多。因而,至今相关标准还未推出。

美国三级防雷标准

在2015年发布的美国国家标准中,就已经推出了三级防雷标准,如表1所示。之所以是三种等级,是因为美国东西部落雷情况差异较大,高落雷地区可以达到30~40次,而低落雷地区则只有1~2次,因而做了三个等级的标准,分别是6kV、10kV和20kV。这也是给灯具厂商和地方政府一个弹性,各地地方政府可以根据实际情况决定使用相应的标准。

国内相关标准有待制定

国内在通讯基站有类似标准。早在十几二十年前,手机即将开始普及的时候,基站防雷就已经有相关国家标准。由于基站主要是设置在屋顶或塔上,因而落雷对基站的影响会很大。而由于我国南北差异较大,沿海还有内陆环境上的差异也较大,而且路灯基本上是各个地方政府自行管理、规定标注规格、招标、监工、维护等,因而,至今仍没有相国家关标准出台。

随着近些年来的相关需求的突显,国内2017、2018年已经有LED路灯防雷相关国家标准在审查中,如表2所示。参考世界各国的国家标准,驱动电源模块若仅满足第四级别(线-线 2kV,线-地4kV),将不足以应付户外照明所可能面临的雷击浪涌威胁,建议对路灯采用更高的防雷等级,并采用防雷模块。

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防雷模块

虽然防雷模块本身可以为LED灯提供防雷保护,但是同时其本身也有着自己的风险。当防雷模块老化后,会在内部发生过热反应,甚至会起火。也就是说,防雷模块在用到最后一刻会有起火的风险,如图2所示是灯具厂商因防雷模块老化起火后的器件。因而,防雷模块的安全性是一个很重要的概念,安装防雷保护模块是一个概念,安装一个安全的防雷保护模块是更进一步的理念和挑战。

力特公司的防雷模块以压敏电阻(电压敏感型电阻)来实现防雷功能,浪涌电压上升时,压敏电阻阻值下降,并将浪涌电流排出到电网中,从而避免大电流流经驱动器。其原理就是不论L/N/G三线中的哪一条线受到雷击的影响,都可以从另外一条线排出。力特LSP05 & LSP10相关产品如图3所示。

力特公司的防雷模块能够得到美规UL和欧规IEC/EN两个安全机构的验证,能够确保他们的防雷模块的安全性,防雷模块除了保护灯具不受雷击以外,模块本身的安全也要靠安规来确保。从而在一个很小的体积下提供一个很大的防雷能力,在一个合理的成本、尺寸和价格下提供一个安全、可靠的防雷模块给路灯产业。

结论

随着智能化时代的到来,智能路灯已经进入实际应用场景中。智能路灯代表路灯能够在远端物联网实现路灯的开启和关闭,能够调整路灯灯光的颜色和亮度。相对来讲,智能设备的功能越来越多,可靠性也要跟着提升,安全问题至关重要。而对于防雷保护,则应该同时满足防雷的功能和安全的功能。

 


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