周歧斌, 張均山, 劉非凡

(1.上海市防雷中心, 上海 201615; 2.上海電力學院, 上海 200090)

LED路燈用電涌保護器研究

周歧斌1, 張均山2, 劉非凡2

(1.上海市防雷中心, 上海 201615; 2.上海電力學院, 上海 200090)

介紹了LED路燈用電涌保護器的現(xiàn)狀。基于市場上常見的直流及交流的LED路燈用電涌保護器,對現(xiàn)有LED路燈用電涌保護器的特點進行了歸納,對存在的問題進行了梳理,并展望了LED路燈照明領域未來可進行的研究。

LED路燈; 電涌保護器; 過電壓保護

0 引 言

隨著LED在路燈照明中的廣泛應用,各種問題也不斷暴露。在一條道路上豎立的幾百桿LED路燈,常會無緣無故地損壞。從LED路燈驅(qū)動電源內(nèi)部分析來看,大多采用非隔離電源,抗沖擊和抗干擾水平低。從使用環(huán)境來看,其主要原因是來自外部和系統(tǒng)的電涌電壓。也就是說,有一個通常達到千伏以上的瞬態(tài)過電壓侵入輸入電源端,然后從輸入電源端傳導到輸出端,如雷電過電壓和操作過電壓。用電設備如果沒有抵御來自外部或系統(tǒng)電涌的能力,就必然失效,LED路燈良好的使用壽命不能很好地體現(xiàn)。

幾乎所有LED路燈都面臨這種問題。因此,LED路燈用電涌保護器(Surge Protective Device,SPD)應運而生。

1 市場上常見的LED路燈用SPD

1.1 直流型LED路燈用SPD

直流LED路燈通常采用風光互補的新能源發(fā)電系統(tǒng)供電,直流供電電壓一般為12 V或24 V。型號A、B直流SPD參數(shù)如表1所示。

表1 A、B型號直流SPD參數(shù)

為保護LED燈頭,應在燈頭處加裝直流 SPD。另外,應根據(jù)實際需要加裝相應的SPD,以保護功能控制器和太陽能電池板。

由新能源獨立供電的路燈,因沒有聯(lián)合接地網(wǎng),需要設立有效的接地,以保證工頻接地電阻<10 Ω。

1.2 交流型LED路燈用SPD

目前,交流供電LED路燈更加普遍。大多數(shù)戶外用LED驅(qū)動電源內(nèi)部已經(jīng)加入壓敏電阻器件等防雷設計,對2 kV及以下的電涌電壓可以進行防護。但雷擊引起的電涌電壓可能達到該值的數(shù)倍,因此還需要加裝SPD來保護LED驅(qū)動電源。

交流型LED路燈用SPD電路原理如圖1所示。

圖1 交流型LED路燈用SPD電路原理

交流型LED路燈用SPD與普通SPD一樣,有兩種保護模式:差模保護和共模保護。市場上常見的四個品牌的6種型號的LED路燈用SPD的參數(shù)如表2～表5所示。

表2 A品牌SPD參數(shù)

表3 B品牌SPD參數(shù)

表4 C品牌SPD參數(shù)

2 LED路燈用SPD存在的問題

一般路燈的燈桿都采用鎳鍍鋅金屬材料,LED路燈的燈桿也不列外。因燈桿本身是一個導體,相當于接閃器,在設計上其外部必須安裝引下線和接地網(wǎng)防雷系統(tǒng),可防止直擊雷的侵害。內(nèi)部應設置過電壓保護,通過良好接地構成內(nèi)部防雷系統(tǒng)。LED路燈用SPD就是內(nèi)部防雷保護的關鍵部件。

表5 D品牌SPD參數(shù)

LED路燈用SPD按輸入電源,可分為交流和直流兩種類型。在交流電源環(huán)境下,大多數(shù)防雷方案中,將AC T2的SPD接入LED路燈的底部接線箱內(nèi),將AC T3的SPD接入LED路燈的頂部(LED燈具內(nèi))。在直流(如光伏)電源環(huán)境下,只在LED路燈的頂部(LED燈具內(nèi))接入直流電源保護器。

LED路燈SPD安裝方式有導軌式和非導軌式兩種。導軌式一般安裝于LED路燈的底部,非導軌式一般置于LED的燈具內(nèi),有的也可置于LED路燈的底部。

LED路燈SPD有三種保護模式:差模、共模和全模,有串聯(lián)式和非串聯(lián)式兩種連接方式,也稱為一端口和二端口。

LED路燈SPD目前并無專門的標準,其技術性能和測試方法主要參照GB 18802.1—2011《低壓電涌保護器 低壓配電系統(tǒng)的電涌保護器性能要求和試驗方法》的標準執(zhí)行,此外還需參照相關道路燈具的標準。

對于LED路燈用SPD,需要研究的是置于LED燈具內(nèi)的SPD。它安裝于LED驅(qū)動電源的輸入側(cè),而根據(jù)現(xiàn)場了解,最大放電電流Imax最好達到15 kA,電壓保護水平<1 kV,開路電壓為10 kV,最大持續(xù)運行電壓要滿足系統(tǒng)電壓的要求。

LED路燈照明燈具的核心部件是驅(qū)動電源,驅(qū)動電源一旦損壞,LED就不能正常發(fā)光。因此,許多LED驅(qū)動電源制造商已著手研發(fā),為用戶提供整套方案。

3 LED路燈用SPD的展望

SPD在LED路燈照明領域的應用面臨一些新課題,主要有以下幾個方面。

(1) SPD指示狀態(tài)。SPD也有使用壽命問題。安裝于路燈頂部SPD所帶的指示狀態(tài),根本無法觀察。采用遙信裝置是必不可少的方法之一,但目前市場的大部分產(chǎn)品沒有該項功能。LED路燈防雷設計方案中也很少考慮。

(2) SPD的類型選擇。路燈燈桿可視為接閃器,也就是說,在其頂部可能遭受直擊雷。雷擊電流從頂部侵入,即置于頂部LED燈具有可能先受到侵害。因此,SPD的選擇應考慮到這一風險,尤其是獨立光伏供電的LED路燈。UL在路燈燈具的認證中就有一條,即燈具中必須安裝符合T2試驗條件的SPD。目前在LED防雷解決方案中,基本上是將T2的SPD裝在燈桿的底部。該類型選擇也應認真驗證。

(3) SPD的結構形式。LED路燈用SPD的結構沒有統(tǒng)一的規(guī)范,應在制定LED路燈過電壓防護的標準規(guī)范中進行統(tǒng)一,并在燈具設計時預留過電壓保護模組的位置。

(4) SPD的IP防護等級。一般SPD防護等級為IP20,但是應用于LED燈具中,其防護等級一般要求達到IP65,有的甚至達到IP65以上。

(5) SPD的型式試驗。作為LED路燈用SPD,特別是非導軌式結構,如何設計及其與導軌式的試驗有何區(qū)別需進一步分析。

4 結 語

SPD在LED路燈照明領域的應用面臨一些新課題,如何使用SPD有效保護LED路燈,已成為越來越多LED制造商所關心的問題。文中介紹了基于市場上常見的直流及交流的LED路燈用SPD,希望對研究者、使用者提供幫助。

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Research of Surge Protective Device Used in LED Streetlight

ZHOU Qibin1, ZHANG Junshan2, LIU Feifan2

(1.Shanghai Lightning Protection Center, Shanghai 201615, China; 2.Shanghai Univeristy of Electric Power, Shanghai 200090, China)

This paper introduced the present situation and development of surge protective device(SPD)used in LED streetlight.Based on the common AC and DC SPDs in the market,the characteristics of SPD were generalized,and the existing problems were synthesized.Some studies for the development of the SPD used in streetlights were prospected.

LED streetlight; surge protective device(SPD); overvoltage protection

周歧斌(1977—),男,高級工程師,從事電涌保護器、過電壓保護和建筑物防雷方面的研究。

TU 856

B

1674-8417(2014)10-0013-04

2014-10-08

張均山(1959—),男,從事雷電防護及電涌保護器生產(chǎn)工藝方面的研究。

劉非凡(1988—),男,碩士研究生,從事電力系統(tǒng)過電壓保護方面的研究。