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新聞資訊 展會信息

 

惠普照明LED路燈雷擊過壓保護分析及應對建議

人氣:918  發布于:2018-06-17

    節能的LED光源和相關的電子控制裝置或驅動器為戶外區域照明應用帶來了許多益處,比如使用壽命長、減少維護和可控波束等,但是室外應用的環境苛刻。 與室內照明的情況相反,在街道照明中,必須解決可能出現的過電壓或浪涌電壓。 因此,為了應對L/N(零線/中性線)和地線之間的10 kV尖峰以及L和N之間的6 kV,提出浪涌保護概念是絕對必要的。

   向基于LED的固態照明(SSL)轉變為城市帶來巨大的潛在利益。公共照明的運行和維護成本占到了政府的大部分能源成本,但通過用LED光源代替傳統光源,可節省很多。但LED與傳統光源不同,以低電壓運行的LED和驅動LED的電子控制裝置更容易受到過電壓的影響。因此,只有充分注意保護LED路燈免受過電壓的影響,戶外固態照明的改造才能取得成功。

   小的過電壓影響很小,但頻繁的過電壓可能會對LED光源的壽命產生不利影響。大的過電壓,如雷擊產生的過電壓,很可能會立即毀壞多個LED路燈的LED模塊或電子控制裝置。


○ 閃電仍然是主要風險


    由于電源系統中的開關操作導致的過電壓通常發生在零線/中性線之間,換句話說,在L和N之間產生差模干擾。達到6 kV的峰值,僅影響控制裝置。因此,標準控制器具有4-6kV的內置浪涌保護,這些過電壓會被吸收,對壽命和可靠性沒有影響。

    雷擊造成的浪涌電壓計算起來更難。由于雷電,風險主要發生在電力線(L/N)和地線(PE)- 差模干擾之間,電壓可以快速達到幾十千伏,導致出現感應電壓,可以破壞整個街道的燈。然而,雷擊的風險并不一樣,區域差異很大。地區閃電密度Ng定義了每平方公里和每年的雷擊次數,比利時為1,南非為150。因此,必須考慮到這種區域差異


○ 保護類型


     由于環境的變化,業界已經開發出不同的保護等級,用于設計LED燈具。LED照明系統包括燈具外殼(也稱為路燈的燈頭)、光學系統的LED模塊(透鏡,反射器)和為LED模塊提供適當電力的電子控制裝置。

     在防護等級I中的燈具設計中,所有導電部件都明確連接安全接地線。良好的浪涌保護能應對L/N(零線/中性線)和地線之間的10kV尖峰以及L和N之間的6 kV。這一級別的保護可以根據IEC61000-4-5進行測試,并能承受甚至多個過電壓事件。因此,建議盡可能使用I級防護等級的燈具,因為根據相關標準,高壓應只能用安全接地線來抵消。

     然而,出于歷史原因,歐洲的大部分街道照明都屬于II類防護等級。 在II類防護等級的燈具中,所有帶電部件都有保護絕緣,但沒有明確與安全接地線連接。按照IEC61643-11,浪涌保護裝置(避雷器)不得危及保護絕緣,即使在雷擊時間短的時間內也是如此。因此,在II類防護等級的照明設備中,不能以連接金屬外殼或接地線的導體形式提供最佳浪涌保護。

     在防護等級II中,由金屬制成的燈具頭與由不導電材料制成的燈具頭在設計上有所區別。設計金屬燈具頭時,最好在控制裝置和LED模塊之間提供等電位聯結,以防止潛在的阻力,從而增加浪涌電壓。即使燈具頭通過桅桿連接到地面,也可能會有很高的或者不能確定的阻抗,系統必須根據II類防護等級提供適當的絕緣。

     如果燈具的頭部由非導電材料制成,則所有的暴露部分也必須由非導電材料制成,或根據II類防護等級進行絕緣。在這里不需要等電位連接。這里最薄弱的環節是LED模塊,它取決于絕緣材料及其厚度,可以實現10 kV的浪涌保護。如果沒有可靠的浪涌保護,光源可能會過早老化甚至完全失效。


○ 浪涌保護的建議


    德國中央電氣與電子工業協會稱,二級保護燈具中高達10kV的浪涌保護要求正在越來越多地被用于街道照明項目的投標。如果有選項將照明轉為防護等級I,那么這將是最好的解決方案。

    另外,LED燈具也有高品質的驅動程序,惠普照明的一款可調光的恒流LED驅動器,里面包括浪涌保護,防止由于電源系統中的開關操作和L與N之間發生的電壓波動。驅動器還提供電源線(L和N)和地線間高達10 kV的浪涌保護。該等級的保護措施經過IEC61000-4-5測試,并可以承受多個過電壓事件。

    在驅動程序中實現浪涌保護的方法有很多。基于不同的電容器,在驅動器中開發了一種特殊的電壓分配裝置,確保即使在高輸入瞬變的情況下,驅動器輸出最大只有500V。大部分電壓從電源端到輸出端就可以消耗掉。對于只有低頻率或者平均雷擊頻率的區域,10 kV的控制裝置就可以提供高浪涌保護。以前只能通過在照明器頭中增加浪涌模塊來實現,但是,防護等級II燈具不再允許這種情況。

     離LED路燈半徑150m以內的雷擊不再能影響LED模塊的可靠運行。如果雷電直擊LED燈具,假設LED燈具的間距為30米,則前五個燈具會故障,但整個街道上的燈具不會熄滅。


○ 應對建議


     對于雷擊次數高的地區,除了在主電源分配器中安裝強大的驅動器設計外,建議另外安裝過電壓吸收器,或者如果分配器太遠的話,裝在電纜接線盒中。這些外部過電壓設備必須按照EN 61643-11進行測試,并與燈具中的集成浪涌保護相匹配。

     奧地利理工學院(OIT)對符合?VE/?NORMEN 61547標準的LED路燈進行高壓測試顯示,符合通常的測試標準不足以保證戶外照明設備運行可靠。實踐表明,即使符合標準,在某些情況下,僅在2-4 kV的過電壓水平下也會發生燈故障。

     與標準測試相反,AIT進行的測試包括增加電壓直到器件被破壞。結果與實際經驗基本相符。如果整個系統中的所有元件相互匹配,浪涌保護設備才能可靠地運行。在實際操作過程中,L和N之間以及L/ N和地線(PE)之間的介電強度(浪涌和ESD)越高,LED光源越能承受過電壓。


    另外,燈具開發商甚至城市和公用設施的管理人應確保安裝在路燈中的驅動與當地環境相符合。


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