LED路燈雷擊浪涌防護技術(shù)及相關(guān)標準

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

時至今日，LED路燈在國內(nèi)已經(jīng)約有十年之久，包括電源供應(yīng)器、電源驅(qū)動、、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，LED路燈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?。在傳輸過程中，雷電會在空中產(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镆酝猓@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。浪涌保護模塊是在電路前端直接面對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。

對于LED路燈，雷電在電源線路上產(chǎn)生感應(yīng)浪涌，這個浪涌的能量會在電線上產(chǎn)生一個突波，即浪涌波，浪涌就是通過這樣的感應(yīng)方式進行傳輸?shù)?，外界來一個浪涌波，就會在220V的輸電線中的正弦波上產(chǎn)生一個尖端，這個尖端進入到路燈中，就會對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，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，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)計防雷模塊。

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)路燈價格大概貴一倍，政府在一開始購買時的投資金額較大，所以需要在運行過程中靠節(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，維修時付出的人力成本比安裝時要貴一倍。因而，在LED時代，要實現(xiàn)LED省電、省錢的效果，需要保證其壽命能夠達到你的預(yù)期，即產(chǎn)品保質(zhì)期要長。要實現(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路燈加上防雷模塊，以達到經(jīng)濟最大化。

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，而常常會忽略防雷這一項看不見的指標。不僅美國和歐洲等國，其實在高落雷國家，例如馬來西亞、印度等國很早就已經(jīng)建立了要求當?shù)芈窡敉ㄟ^一個設(shè)定的防雷測試的相關(guān)標準。由于國內(nèi)也只有海南、珠江等沿海城市的落雷比較嚴重，而大部分內(nèi)陸地區(qū)則要好很多。因而，至今相關(guān)標準還未推出。

美國三級防雷標準

在2015年發(fā)布的美國國家標準中，就已經(jīng)推出了三級防雷標準，如表1所示。之所以是三種等級，是因為美國東西部落雷情況差異較大，高落雷地區(qū)可以達到30～40次，而低落雷地區(qū)則只有1～2次，因而做了三個等級的標準，分別是6kV、10kV和20kV。這也是給燈具廠商和地方政府一個彈性，各地地方政府可以根據(jù)實際情況決定使用相應(yīng)的標準。

國內(nèi)相關(guān)標準有待制定

國內(nèi)在通訊基站有類似標準。早在十幾二十年前，手機即將開始普及的時候，基站防雷就已經(jīng)有相關(guān)國家標準。由于基站主要是設(shè)置在屋頂或塔上，因而落雷對基站的影響會很大。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地方政府自行管理、規(guī)定標注規(guī)格、招標、監(jiān)工、維護等，因而，至今仍沒有相國家關(guān)標準出臺。

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)國家標準在審查中，如表2所示。參考世界各國的國家標準，驅(qū)動電源模塊若僅滿足第四級別(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，建議對路燈采用更高的防雷等級，并采用防雷模塊。

防雷模塊

雖然防雷模塊本身可以為LED燈提供防雷保護，但是同時其本身也有著自己的風險。當防雷模塊老化后，會在內(nèi)部發(fā)生過熱反應(yīng)，甚至?xí)鸹稹Ｒ簿褪钦f，防雷模塊在用到最后一刻會有起火的風險，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很重要的概念，安裝防雷保護模塊是一個概念，安裝一個安全的防雷保護模塊是更進一步的理念和挑戰(zhàn)。

力特公司的防雷模塊以壓敏電阻(電壓敏感型電阻)來實現(xiàn)防雷功能，浪涌電壓上升時，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兩個安全機構(gòu)的驗證，能夠確保他們的防雷模塊的安全性，防雷模塊除了保護燈具不受雷擊以外，模塊本身的安全也要靠安規(guī)來確保。從而在一個很小的體積下提供一個很大的防雷能力，在一個合理的成本、尺寸和價格下提供一個安全、可靠的防雷模塊給路燈產(chǎn)業(yè)。

結(jié)論

隨著智能化時代的到來，智能路燈已經(jīng)進入實際應(yīng)用場景中。智能路燈代表路燈能夠在遠端物聯(lián)網(wǎng)實現(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。而對于防雷保護，則應(yīng)該同時滿足防雷的功能和安全的功能。