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    昆明LED路燈防雷技術及相關標準解讀

    來源: 時間:2018-03-27 14:41:12 次數:

    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、比較封閉的產業。路燈從最初的鈉燈、水銀燈到現在的LED燈,經過了一個漫長的發展過程,同時,在這個發展過程中遇到了一些技術性問題。

    時至今日,LED路燈在國內已經約有十年之久,包括電源供應器、電源驅動、散熱技術、光學技術等每年都有新的突破,而一些基本技術在國內卻沒有得到解決,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象,通常攜帶數百萬伏特的電壓從云層傳輸到地面或另一云層。在傳輸過程中,雷電會在空中產生電磁場,感應出上千伏電壓(即浪涌)到電源線路并產生感應電流傳輸到幾英里以外,這些間接的攻擊通常發生在戶外暴露的電線,例如路燈、交通燈、基站等設備發射電涌。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/直流電源單元等設備。

    對于LED路燈,雷電在電源線路上產生感應浪涌,這個浪涌的能量會在電線上產生一個突波,即浪涌波,浪涌就是通過這樣的感應方式進行傳輸的,外界來一個浪涌波,就會在220V的輸電線中的正弦波上產生一個尖端,這個尖端進入到路燈中,就會對LED路燈電路產生破壞。

    路燈已經存在很多年了,為什么現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水銀燈是用高壓燈泡設計的,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器將交流電轉換為直流電來驅動,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LED省電、省錢的效果,需要保證其壽命能夠達到你的預期,即產品保質期要長。要實現節省成本,保證投資回收期內路燈不損壞,就需要將可靠度拉高。這就需要為LED路燈加上防雷模塊,以達到經濟最大化。

    國內一直在做節能路燈,定義的路燈規格通常是亮度、發光角度、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建立了要求當地路燈通過一個設定的防雷測試的相關標準。由于國內也只有海南、珠江等沿海城市的落雷比較嚴重,而大部分內陸地區則要好很多。因而,至今相關標準還未推出。

    美國三級防雷標準

    2015年發布的美國國家標準中,就已經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,高落雷地區可以達到3040次,而低落雷地區則只有12次,因而做了三個等級的標準,分別是6kV、10kV20kV。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實際情況決定使用相應的標準。

    國內相關標準有待制定

    國內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,基站防雷就已經有相關國家標準。由于基站主要是設置在屋頂或塔上,因而落雷對基站的影響會很大。而由于我國南北差異較大,沿海還有內陸環境上的差異也較大,而且路燈基本上是各個地方政府自行管理、規定標注規格、招標、監工、維護等,因而,至今仍沒有相國家關標準出臺。

    隨著近些年來的相關需求的突顯,國內2017、2018年已經有LED路燈防雷相關國家標準在審查中,如表2所示。參考世界各國的國家標準,驅動電源模塊若僅滿足第四級別(線-線 2kV,線-地4kV),將不足以應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,會在內部發生過熱反應,甚至會起火。也就是說,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。

    2017上海慕尼黑展會上,美國力特公司展示他們LED路燈雷擊浪涌防護技術的相關產品。

    力特公司的防雷模塊以壓敏電阻(電壓敏感型電阻)來實現防雷功能,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中,從而避免大電流流經驅動器。其原理就是不論LNG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相關產品如圖3所示。

    力特公司的防雷模塊能夠得到美規UL和歐規IECEN兩個安全機構的驗證,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業。

    結論

    隨著智能化時代的到來,智能路燈已經進入實際應用場景中。智能路燈代表路燈能夠在遠端物聯網實現路燈的開啟和關閉,能夠調整路燈燈光的顏色和亮度。相對來講,智能設備的功能越來越多,可靠性也要跟著提升,安全問題至關重要。而對于防雷保護,則應該同時滿足防雷的功能和安全的功能。


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