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雷電對LED路燈的影響以及防範措施

2019-10-15 11:16:33      點擊:

路燈安裝在戶外,雷擊是一個非常大的威脅。輕則導致路燈損壞,重則引起火災或人員傷亡,產生巨大的損失。在此,就向大家介紹一下關於雷電對LED路燈的影響以及防範措施。

雷擊是一種靜電放電現象,通常攜帶數百萬伏特的電壓從雲層傳輸到地麵或另一雲層。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(即浪湧)到電源線路並產生感應電流傳輸到幾英裏以外,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、基站等設備發射電湧。

雷擊的4種類型

1.直擊雷

雲層與大地間放電;直擊雷蘊含極大的能量,峰值電壓可達5000kv的雷電流入地,具有極大的破壞力。會造成以下三種影響:

a 巨大的富電流在數微秒時間內流下地,使地電位迅速拾高,造成反擊事故,危害人身和設備安全。

b 雷電流產生強大的電磁波,在電源線和信號線上感應極高的脈衝電壓。

c 雷電流流經電氣設備產生極高的熱量,造成火災或爆炸事故。

2.傳導雷

遠處的雷電擊中線路或因電磁感應產生的極高電壓,由室外電源線路和通信線路傳至建築物內室內的電氣設備。

3.感應雷

直擊雷後電磁感應發生的高壓;雲層之間頻繁放電產生強大的電磁波導致共模和差模幹擾,影響電氣設備運行。

4.操作過電壓

供電係統中的電感性和電容性負載開啟或斷開、地極短路、電源線路短路等,都能在電源線路上產生高壓脈衝,脈衝電壓可達正常電壓的3到5倍,可嚴重損壞設備。破壞效果與雷擊類似。

路燈防雷的4種方法

路燈防雷方法一:高質量保護設備--防雷模塊和過壓保護模塊

路燈防雷器的作用是在最短時間(納秒級)內將被保護係統連入等電位係統中,使設備各端口等電位。同時將電路中因雷擊而產生的巨大脈衝能量經短路線釋放到大地,降低設備各接口端的電位差,從而起到保護設備的作用。

路燈防雷方法二:防雷等電位連接

戶外路燈為徹底消除雷電引起的毀壞性的電位差,電源線、信號線、金屬管道等都要用過壓保護器進行等電位連接,路燈電源各個內層保護區的界麵處也要進行局部等電位連接,各個局部等電位連接處要互相連接,最後還要與主等電位處相連。

路燈防雷方法三:外部防雷與內部防雷相結合

路燈一般有兩個係統,一個是外部防雷係統一個是內部防雷係統,這兩者之間是相輔相成的,互為補充。內部防雷係統在很多器件上例如外殼、進出保護區的電纜、金屬管道等都要連接外部防雷係統或者設置過壓保護器,並進行等電位連接。一般的LED路燈外部都是導體材料,本身就相當於一個避雷針,因此路燈電源在設計上必須安裝引下線和地網,這些係統構成外部防雷係統。這樣的係統可避免LED路燈因直擊雷引起火災及人身安全事故。路燈內部防雷係統是指路燈內部通過接地、設置電壓保護等方式對設備進行保護。內部係統可防止感應雷和其他形式的過電壓侵入,造成電源毀壞、這是外部防雷係統無法保證的。

路燈防雷方法四:設置雷電保護區

很多LED路燈除了電源防雷係統設備外,還會設置一些通信設備用於控製路燈的開關及亮度,這些設備及電源都需要安置在雷電保護區內,保護區域直接受外殼屏蔽,因為這些地方的電磁場要弱得多。

LED路燈防雷的必要性

路燈已經存在很多年了,為什麽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。由於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。

浪湧保護模塊是在電路前端直接麵對來自電源線的浪湧幹擾。它將浪湧能量轉移或吸收,最大限度地減少浪湧威脅其他工作電路,例如LED照明燈具中的交流/直流電源單元等設備。

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麵臨的雷擊浪湧威脅,建議對路燈采用更高的防雷等級,並采用防雷模塊。

在采用上述由氣體放電管和壓敏電阻組合而成的抑製電路防止浪湧幹擾的LED 路燈係統,普遍存在的絕緣耐壓問題是在燈具的帶電部件與金屬部件之間不能承受2U+100V 的基本絕緣電壓,而常常在600V 左右發生擊穿現象。造成絕緣耐壓達不到要求的根本原因是氣體放電管的耐壓參數選擇不合理。

所以,與其說是LED 路燈存在絕緣耐壓問題,還不如說是LED 路燈的控製裝置存在著絕緣耐壓問題。因為路燈的防浪湧幹擾電路通常是置於LED 控製裝置中的。存在防浪湧幹擾功能的LED 路燈控製裝置應符合GB19510.14—2009《燈的控製裝置第14 部分:LED 模塊用直流或交流電子控製裝置的特殊要求》和GB19510.1—2000《燈的控製裝置第1 部分:一般要求和安全要求》。

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。當防雷模塊老化後,會在內部發生過熱反應,甚至會起火。也就是說,防雷模塊在用到最後一刻會有起火的風險,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。