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LED路燈雷擊浪涌技術(shù)及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn) 

作者:王瑩 金旺 時(shí)間:2017-04-27 來源:電子產(chǎn)品世界 收藏
編者按:在2017上海慕尼黑展會(huì)上,美國力特公司展示他們LED路燈雷擊浪涌防護(hù)技術(shù)的相關(guān)產(chǎn)品,并就相關(guān)技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了詳細(xì)的介紹和分析。

作者/ 王瑩 金旺 《電子產(chǎn)品世界》編輯(北京 100038)

本文引用地址:http://www.butianyuan.cn/article/201704/358517.htm

摘要:在2017上海慕尼黑展會(huì)上,美國力特公司展示他們雷擊浪涌防護(hù)技術(shù)的相關(guān)產(chǎn)品,并就相關(guān)技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了詳細(xì)的介紹和分析。

  路燈的主要客戶是政府單位,而非普通消費(fèi)者,因而是一個(gè)比較特殊、比較封閉的產(chǎn)業(yè)。路燈從最初的鈉燈、水銀燈到現(xiàn)在的LED燈,經(jīng)過了一個(gè)漫長的發(fā)展過程,同時(shí),在這個(gè)發(fā)展過程中遇到了一些技術(shù)性問題。

  時(shí)至今日,在國內(nèi)已經(jīng)約有十年之久,包括電源供應(yīng)器、電源驅(qū)動(dòng)、散熱技術(shù)、光學(xué)技術(shù)等每年都有新的突破,而一些基本技術(shù)在國內(nèi)卻沒有得到解決,防雷問題就是有待解決的問題之一。

LED路燈防雷的必要性

  雷擊是一種靜電放電現(xiàn)象,通常攜帶數(shù)百萬伏特的電壓從云層傳輸?shù)降孛婊蛄硪辉茖印T趥鬏斶^程中,雷電會(huì)在空中產(chǎn)生電磁場,感應(yīng)出上千伏電壓(即浪涌)到電源線路并產(chǎn)生感應(yīng)電流傳輸?shù)綆子⒗镆酝?,這些間接的攻擊通常發(fā)生在戶外暴露的電線,例如路燈、交通燈、基站等設(shè)備發(fā)射電涌。浪涌保護(hù)模塊是在電路前端直接面對(duì)來自電源線的浪涌干擾。它將浪涌能量轉(zhuǎn)移或吸收,最大限度地減少浪涌威脅其他工作電路,例如LED照明燈具中的交流/直流電源單元等設(shè)備。

  對(duì)于LED路燈,雷電在電源線路上產(chǎn)生感應(yīng)浪涌,這個(gè)浪涌的能量會(huì)在電線上產(chǎn)生一個(gè)突波,即浪涌波,浪涌就是通過這樣的感應(yīng)方式進(jìn)行傳輸?shù)?,外界來一個(gè)浪涌波,就會(huì)在220V的輸電線中的正弦波上產(chǎn)生一個(gè)尖端,這個(gè)尖端進(jìn)入到路燈中,就會(huì)對(duì)LED路燈電路產(chǎn)生破壞。

  路燈已經(jīng)存在很多年了,為什么現(xiàn)在才提出路燈需要防雷這件事情?其實(shí),在過去使用的高壓鈉燈和傳統(tǒng)水銀燈是用高壓燈泡設(shè)計(jì)的,其本身就有防雷的效果。到近些年,LED燈逐漸普及,LED燈需要供電電壓較小,通常是利用電源供應(yīng)器將交流電轉(zhuǎn)換為直流電來驅(qū)動(dòng),這使得LED路燈本身的防雷性就沒有了,因而需要為路燈設(shè)計(jì)。

  路燈防雷的重要性是由投資回收期這一概念決定的。由于LED路燈比傳統(tǒng)路燈價(jià)格大概貴一倍,政府在一開始購買時(shí)的投資金額較大,所以需要在運(yùn)行過程中靠節(jié)省電力支出來逐漸將成本賺回來,因而,LED燈的壽命很重要。如果LED燈還沒賺回成本就在投資回收期內(nèi)壞了的話,還需要另外花錢維修,維修時(shí)付出的人力成本比安裝時(shí)要貴一倍。因而,在LED時(shí)代,要實(shí)現(xiàn)LED省電、省錢的效果,需要保證其壽命能夠達(dá)到你的預(yù)期,即產(chǎn)品保質(zhì)期要長。要實(shí)現(xiàn)節(jié)省成本,保證投資回收期內(nèi)路燈不損壞,就需要將可靠度拉高。這就需要為LED路燈加上,以達(dá)到經(jīng)濟(jì)最大化。

  國內(nèi)一直在做節(jié)能路燈,定義的路燈規(guī)格通常是亮度、發(fā)光角度、燈光色彩、功耗等看得見的指標(biāo),而常常會(huì)忽略防雷這一項(xiàng)看不見的指標(biāo)。不僅美國和歐洲等國,其實(shí)在高落雷國家,例如馬來西亞、印度等國很早就已經(jīng)建立了要求當(dāng)?shù)芈窡敉ㄟ^一個(gè)設(shè)定的防雷測試的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。由于國內(nèi)也只有海南、珠江等沿海城市的落雷比較嚴(yán)重,而大部分內(nèi)陸地區(qū)則要好很多。因而,至今相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)還未推出。

美國三級(jí)

  在2015年發(fā)布的美國國家標(biāo)準(zhǔn)中,就已經(jīng)推出了三級(jí),如表1所示。之所以是三種等級(jí),是因?yàn)槊绹鴸|西部落雷情況差異較大,高落雷地區(qū)可以達(dá)到30~40次,而低落雷地區(qū)則只有1~2次,因而做了三個(gè)等級(jí)的標(biāo)準(zhǔn),分別是6kV、10kV和20kV。這也是給燈具廠商和地方政府一個(gè)彈性,各地地方政府可以根據(jù)實(shí)際情況決定使用相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。

國內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)有待制定

  國內(nèi)在通訊基站有類似標(biāo)準(zhǔn)。早在十幾二十年前,手機(jī)即將開始普及的時(shí)候,基站防雷就已經(jīng)有相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)。由于基站主要是設(shè)置在屋頂或塔上,因而落雷對(duì)基站的影響會(huì)很大。而由于我國南北差異較大,沿海還有內(nèi)陸環(huán)境上的差異也較大,而且路燈基本上是各個(gè)地方政府自行管理、規(guī)定標(biāo)注規(guī)格、招標(biāo)、監(jiān)工、維護(hù)等,因而,至今仍沒有相國家關(guān)標(biāo)準(zhǔn)出臺(tái)。

  隨著近些年來的相關(guān)需求的突顯,國內(nèi)2017、2018年已經(jīng)有LED路燈防雷相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)在審查中,如表2所示。參考世界各國的國家標(biāo)準(zhǔn),驅(qū)動(dòng)電源模塊若僅滿足第四級(jí)別(線-線 2kV,線-地4kV),將不足以應(yīng)付戶外照明所可能面臨的雷擊浪涌威脅,建議對(duì)路燈采用更高的防雷等級(jí),并采用。

防雷模塊

  雖然防雷模塊本身可以為LED燈提供防雷保護(hù),但是同時(shí)其本身也有著自己的風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)防雷模塊老化后,會(huì)在內(nèi)部發(fā)生過熱反應(yīng),甚至?xí)鸹?。也就是說,防雷模塊在用到最后一刻會(huì)有起火的風(fēng)險(xiǎn),如圖2所示是燈具廠商因防雷模塊老化起火后的器件。因而,防雷模塊的安全性是一個(gè)很重要的概念,安裝防雷保護(hù)模塊是一個(gè)概念,安裝一個(gè)安全的防雷保護(hù)模塊是更進(jìn)一步的理念和挑戰(zhàn)。

  力特公司的防雷模塊以壓敏電阻(電壓敏感型電阻)來實(shí)現(xiàn)防雷功能,浪涌電壓上升時(shí),壓敏電阻阻值下降,并將浪涌電流排出到電網(wǎng)中,從而避免大電流流經(jīng)驅(qū)動(dòng)器。其原理就是不論L/N/G三線中的哪一條線受到雷擊的影響,都可以從另外一條線排出。力特LSP05 & LSP10相關(guān)產(chǎn)品如圖3所示。

  力特公司的防雷模塊能夠得到美規(guī)UL和歐規(guī)IEC/EN兩個(gè)安全機(jī)構(gòu)的驗(yàn)證,能夠確保他們的防雷模塊的安全性,防雷模塊除了保護(hù)燈具不受雷擊以外,模塊本身的安全也要靠安規(guī)來確保。從而在一個(gè)很小的體積下提供一個(gè)很大的防雷能力,在一個(gè)合理的成本、尺寸和價(jià)格下提供一個(gè)安全、可靠的防雷模塊給路燈產(chǎn)業(yè)。

結(jié)論

  隨著智能化時(shí)代的到來,智能路燈已經(jīng)進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用場景中。智能路燈代表路燈能夠在遠(yuǎn)端物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)路燈的開啟和關(guān)閉,能夠調(diào)整路燈燈光的顏色和亮度。相對(duì)來講,智能設(shè)備的功能越來越多,可靠性也要跟著提升,安全問題至關(guān)重要。而對(duì)于防雷保護(hù),則應(yīng)該同時(shí)滿足防雷的功能和安全的功能。


  本文來源于《電子產(chǎn)品世界》2017年第5期第29頁,歡迎您寫論文時(shí)引用,并注明出處。



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