LED防雷设计方案

2017-09-04 温州创捷防雷电器有限公司 168

  发光二极管(LED)技术的显现标志着电气照明行业的重大革命。自1990年以来,LED灯在被给与今后日益替代着户外照明运用中的传统光源,如汞灯、金属卤素灯、和钠汽灯。因为其在照明功效上的前进(每瓦更高流明)、二次光学元件(更好的镜头/反射镜)、以及更强的热耗散机能,LED照明技术其实令人感伤惊奇。

  消费者和工业用户寻求越发节能的照明规划促使对LED照明的需求量减速回升。LED照明机制的发展也遭到旨在抑制白炽灯继承应用的政府举措的驱动。出于以上启事,LED照明的高给与率相对于是一个举世性的景遇。领有发家经济体的国家曾经拟订了完满的经营和规划,以逐渐裁汰传统的白炽灯照明。这不应令人感伤不测,因为照明约占举世动力消费的25%。

  尽管户外LED照明的初始本钱很高,可是彻底无情由在这下面举办投资,因为在更低瓦数需求、更低维护本钱以及更长寿命的基础之上,投资报答是可以确定的。而为了在梗概五年的投资采取期内担保户外LED照明不会显现阻拦,其应具备很高的耐用性和稳定性。

  间接雷击认为电涌

  对付户外LED照明,一个相当大的威胁是在交流电源路线中产生的瞬态电涌工作,其可以会对灯具形成毁坏。一个LED灯含有电源转换器件(AC/DC)、LED的驱动芯片、以及用于热控的散热器和优化灯光品质的光学器件。直接衔接到交流电源(如120/220VAC)的一个LED灯具可以会因灯泡外部元件或电路阻拦招致的短路和过载环境而毁坏。除此以外,产生于灯泡外部的雷击电涌或负荷开关瞬态可以形成电压尖峰或环形波,给元件形成压力并终极招致毁坏,从而使灯泡报废。鉴于LED灯泡的价值定位不单单是低落动力消费,还有更长的应用寿命,在消除因电气环境促使的现场阻拦中思索瞬态电压保护将是相当紧迫的。

  因为四处电气设备的翻开和洞开行径,在交流电源路线上可以会产生过压瞬态电涌。四处产生的雷击也会在交流电源路线产生瞬态电涌,特别是在室外环境中。

  

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  图1:在交流电源路线中的瞬态电涌。

  在产生雷击的一斯须,从云到空中的静电放电的级别通常达到数百万伏。产生于几英里以外的雷击,会在载流铜线(例如:路灯的公开电缆)引发高达数千伏的认为电压。这些间接袭击以通常含有超过1,000 A2s大量能量的特定波形为特点。

  图6:热敏断路器胁制机能退步的MOV显现阻拦。

  按照美国航空航天局(NASA)在举世各地闪电频数上的研讨,中南美、非洲、南亚和西北亚也有与美国相通的闪电频数;是以在美国,咱们创议等效电涌抗扰度应在5kA到10kA之间。对付闪电频数较少的其余地区,如欧洲、东亚和澳大利亚,可以思索3kA到5kA较低的电涌抗扰度。

  狂风雨气候中这种类型的间接雷电能量会对户外LED照明装配形成倒运影响。灯具在差模和共模条件下均容易受损:

  ● 差模:灯具的相线和零线端子或相线和相线端子之间的高电压/电流瞬态可以会毁坏电源装配或LED模块板中的元件。

  ● 共模:灯具的相线和地线或零线和地线之间的高电压/电流瞬态可以会穿透电源装配或LED模块板中的恬适绝缘,蕴含LED散热器绝缘。

  测试波形是1.2 x 50μs开路电压和8 x 20μs短路电流波形的一种组合。要举办这项测试,在衔接到灯具以前要通过将输出端短接到空中在电涌产生器上对规定的峰值电流举办校准。

  

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  热防护型MOV保护SPD的恬适

  

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  图3:组合波短路电压。

  天下各地的闪电频率--单位:闪电次数/平方千米/年--(美国航空航天局举世水文资本中心)。

  

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  图4 天下各地的闪电频率-单位:闪电次数/平方千米/年-(NASA GHRC)。

  应对认为电涌工作的技术

  保护户外LED照明免于认为电涌袭击危害的形势是阻断高电压/电流瞬态搅扰进入照明灯具。是以可以在户外LED照明运用中给与一种防雷器(SPD)来抑制电涌能量并最大限制地缩小斗劲明设备的电涌袭击。

  对付SPD,有多种过电压保护元件可用,蕴含金属氧化物压敏电阻(MOV)、气体放电管(GDT)和瞬态电压抑制(TVS)二极管。这些元件被搁置于通常具备高阻抗的交流电源线之间,在检测到高电压时会变为低阻抗。在低阻抗形态下,这些元件可以将电涌能量转移回到交流电源线,在电涌工作后又回到高阻抗形态。在现有的技术中,MOV因其较高的电涌能量措置手段和对瞬态电压的快速响应成为首选,在配电板的SPD保护中也得以遍及运用。是以MOV是户外LED照明运用中防雷器件的最为适用的技术。

  在一个室外灯具中并入一条壮大的电涌抑制电路能消除电涌能量形成的破碎摧毁,从而进步照明设备的稳定性,最大水高山缩小维护并进步应用寿命。一个能将太高的电涌抑制到较低电压程度的电涌保护组件是保护LED灯具举措措施的最好形势。浪涌保护器,防雷器,压敏电阻

 

  图5:LED路灯保护规划。

  图2:组合波开路电压。

  金属氧化物压敏电阻(MOV)技术不仅代价低廉甜头,而且是抑制电源中瞬态的一种无比无效的技术。在良多其余的运用中,这类技术一样无效,例如通常被搁置于LED驱动器前面的防雷器(SPD)模块。

  在阅历一次大电涌或多次小电涌今后,MOV的机能会逐渐退步。这类退步招致金属氧化物压敏电阻透露电流添加,进而使得MOV的温度下降,即使是在120VAC/240VAC任务电压的失常条件下。MOV相邻的一个热敏断路器可以在金属氧化物压敏电阻继续退步至寿命休止形态时用以检测其温度的添加;这时候,热敏断路器会翻开电路,将机能退步的压敏电阻从电路中去除,以胁制考验性阻拦。

  

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  约70%的雷击产生于热带地区的陆地地带,这也是大多半雷暴产生的处所。非洲国家阅历过有史以来最为严重、继续时间最长的雷击。雷击最为一再产生的处所附近刚果专制共和国东部山区的小村庄基夫卡,海拔约为975米。平均来说,该地区每一年每平方千米会产生158次雷击。这个处所周围的一大片地区也遭到严重影响,因为雷击形成的认为电涌袭击添加了户外LED照明设备受损的概率。

  ● 并联衔接:SPD模块与负载并联在一路。一个寿命休止的SPD模块从电源上断开的同时,AC/DC电源装配摒弃通电形态。照明依然处于任务形态,但却得到了抵抗电源装配和LED模块所面临的下一次电涌的防护机能。在一个并联的SPD模块中,可以通过应用一个能向维护技术人员批示SPD模块形态的小的发光二极管来起到调换批示的作用。可以决定应用绿色发光二极管来批示SPD模块在线,可以用红色发光二极管来批示SPD模块离线。可以,调换SPD模块的需求可以在SPD模块寿命休止批示线衔接至一个网络智能照明系统的照明管理中心中近程显示,而不是在每个灯具上都安装LED批示。

  

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  图7:AC过电流工作。

  为SPD而设的寿命休止/调换批示机能

  当MOV因姑且过电压或太高的泄露电流而变得过热时,热敏断路器可用来将金属氧化物压敏电阻从交流电路中去除。SPD是以遏制其电涌抑制机能。以是应思索方案合适的批示机能,以便培修人员可以知道SPD不能失常任务且需求调换。

  照明方案人员可以按照他们的维护和包修策略从两种重要类型的SPD模块设置及第办决定。这些都是并联和串通的电涌保护组件。

  

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  图8:并联和串通衔接。

  MOV的方案旨在微秒时间内胁迫快速过电压瞬态。但是,除了短时瞬态,在SPD模块中的MOV还会遭到因零线缺失或安装时的不正确接线形成的姑且过电压环境的影响。这些环境会对MOV形成严重压力,使其进入一种散热失控形态;反过来,这又将招致过热、冒烟、甚至动怒。SPD的恬适标准UL 1449和IEC 61643-11,定义了为确保SPD恬适而必须对器件举办测试的特定异样条件。在稳定的方案中,在防雷器外部列入了热敏断路器,以保护MOV不会显现散热失控。

  ● 串通衔接:SPD模块与负载串通在一路,寿命休止的SPD模块从电源上断开的同时,也会使灯燃烧。灯具停电就可作为呼唤培修的批示。已断开的SPD模块不仅燃烧照明以作为调换的批示,同时使交流/直流电源装配与今后的电涌袭击拒却开来。对这类设置的遍及偏好迅速增长,是因为在SPD模块等候调换时期,照明举措措施如故遭到保护。与应用并联防雷器模块的环境下需调换全体灯具比拟,在串通环境下仅调换SPD模块的费用要低得多。

  总结

  LED技术所带来的高效节能选拔了户外照明的价值。为了使LED照明设备能达到其预期寿命,应在户外LED照明中列入电涌保护模块,以胁制因雷击电涌工作和其余电源路线电涌形成的晚期阻拦。安装于LED电源装配前端的电涌保护模块,为照明系统供给了无效的保护。可是,其可以会受光姑且过电压威胁和因多次电涌工作而疲劳的影响。搁置于电涌保护模块中的热敏断路器进步了模块的全体恬适性,并能使模块达到UL 1449和IEC 61643-11认证标准。

  当电涌保护模块达到其应用寿命刻日时,串通的SPD模块供给的是一种最为重大的调换批示形势,即通过将灯具从电源上断开,从而使灯燃烧。并联的SPD模块供给的是一种与发光二极管相衔接的形势,对模块能否在线做出提示。

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