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实现LED路灯安全运行的过电压保护

浏览:457 发布日期:2017年04月10日【

节能LED光源和相关的电子控制装置或驱动器提供诸如路灯的户外区域照明应用中的长寿命,减少的维护和可控波束图案等许多益处,但是室外应用是环境苛刻的。 与室内照明的情况相反,在街道照明的情况下,必须解决可能的过电压或浪涌电压的问题。 因此,为了对抗L / N(线/中性)和地线之间的10 kV尖峰以及LN之间的6 kV的浪涌保护概念是绝对必要的。

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向基于LED的固态照明(SSL)的转变为城市带来巨大的潜在利益。 公共照明的运行和维护费用占市政府和地方当局能源成本的很大一部分,但通过用LED光源代替常规光源,在照明应用中节省了巨大的潜力。 LED与传统光源不同。 以低电压运行的LED和驱动LED的电子控制装置比HID灯和镇流器更容易受到过电压状态的影响。 因此,如果充分注意保护LED路灯免受过电压条件的影响,对户外SSL产品的改造只能取得成功。

过电压条件有各种潜在的原因:

•在电源系统或附近的工业设施中切换操作

•在维护工作期间进行静电放电

LED路灯或电源线上的雷击

•附近闪电,导致电偶耦合

小的过电压条件即使在不受保护的LED模块上也几乎没有影响,但频繁的过电压事件可能会对LED光源的寿命产生不利影响。 大的过电压,如雷击产生的过电压,很可能会立即摧毁几个LED路灯的LED模块或电子控制装置。

闪电仍然是主要风险

由于电源系统中的开关操作导致的过电压通常发生在相间和中性点之间 - 换句话说,在LN之间或差模干扰之间。 它们达到6 kV的峰值,仅影响控制装置。 因此,标准控制器具有4-6kV的内置浪涌保护,因此这些过电压事件被吸收,对寿命和可靠性没有影响。

与其他浪涌电压源相比,与雷击相关的过电压事件对于可靠的路灯操作来说是一个更重要的风险。

该图表明,与其他浪涌电压源相比,与雷击相关的过电压事件对于可靠的路灯操作来说是一个更重要的风险。


雷击造成的浪涌电压要计算得更难。 图。 1概述了浪涌电压的风险。 从雷电起,风险主要发生在电力线(L / N)和地线(PE - 差模干扰之间 - 可以快速达到几十千伏。 结果是在整个街道运行中可以破坏灯的感应电压。 然而,雷击的风险并不一样。 区域差异很大。 闪电地面闪光密度Ng定义了每平方公里和年份的雷击次数,比利时为1,南非为150个。 因此,必须考虑到这种区域差异。

专注于保护班

由于环境的变化,业界已经开发出不同的防护等级,可以设计LED灯具。 在我们考虑这些课程之前,请记住,LED照明系统由灯具外壳(也称为路灯上的灯/灯具头)组成,具有用于引导光(透镜,反射器)的光学系统的LED模块和用于为LED模块提供适当电力的电子控制装置。


照明行业长期以来一直使用防护等级来定义室外灯具如何防止过电压事件。

防护等级I中的灯具设计成使得所有导电部件具有与保护性接地的定义连接。 良好的浪涌保护概念能够在L / N和地之间进行10 kV的电压,LN之间的电压为6 kV。这一级别的保护是根据IEC61000-4-5进行测试的,并且能够承受甚至多个过电压事件。 因此,建议尽可能使用I级防护等级的灯具,因为根据相关标准,高压应仅用保护地球补偿。

然而,出于历史原因,欧洲的大部分街道照明都属于二级保护。 在二级防护等级的灯具中,所有带电部件都有保护绝缘,但没有确定与保护接地的连接。 浪涌保护装置(避雷器)不得危及根据IEC61643-11的保护绝缘,即使是雷击时间很短的时间。 因此,在防护等级II照明设备中,不能以连接金属外壳或接地的导体形式的最佳浪涌保护。

在防护等级II中,区别于具有由金属制成的灯具头的设计和其中灯头由不导电材料制成的设计。 在由金属制成的灯具头的情况下,最好在控制装置和LED模块之间提供等电位连接,以防止潜在的阻力,从而增加浪涌电压。 即使灯具头通过桅杆连接到地面,该连接可能具有高或未定义的阻抗,并且系统必须根据II类防护等级提供适当的绝缘。

如果照明器头由非导电材料制成,则所有暴露部分也必须由非导电材料制成,或根据II类防护等级进行绝缘。 在这里不需要等电位连接。 这里最薄弱的环节是LED模块,它取决于绝缘材料及其厚度,可以实现10 kV的浪涌保护。 没有可靠的浪涌保护,光源可能会过早老化甚至完全失效。

推荐用于可靠的浪涌保护

据德国电气与电子工业中央协会ZVEI称,二级保护灯具灯具的高达10kV的浪涌保护要求正在越来越多地被用于街道照明项目的投标。 如果有将照明转换为防护等级I的选项,那么这将是最佳解决方案。

否则,LED灯具有高品质的驱动程序,如来自锐高的Premium Outdoor Drivers LCA one4all C PRE OTD是一款可调光恒流LED驱动器,包括浪涌保护,防止由于电源系统中的开关操作而导致的电压波动,并在LN之间发生。驱动器还提供高达10 kV的浪涌保护电源线(LN)和地线。 该等级的保护措施经过IEC61000-4-5测试,并将承受甚至多个过电压事件。

在驱动程序中实现浪涌保护的方法有很多。 锐捷在开发基于不同电容器的驱动器中开发了一种特殊的电压分配装置,以确保即使在高输入瞬变的情况下,最大只有500V到达驱动器的输出侧。 大部分电压从电源侧消耗到输出侧。 对于只有低到平均雷击频率的区域,具有10 kV的控制装置提供高浪涌保护,以前只能通过照明器头中的附加浪涌模块来实现。 然而,防护等级II灯具不再允许。


雷击浪涌的影响如何随距离罢工的距离而减小,但一击可能会损害多路灯。

该图显示了雷击浪涌的影响如何随距离罢工的距离而减小,但一击可能会损害多路灯。


LED路灯150m以内发生的雷击不再影响LED模块的可靠运行。 如果雷电直接照射灯具,假设LED灯具间距为30米,则前五个灯具将失败,但整个街道上的照明灯不会熄灭。 

雷击的影响如何相对于距离罢工的距离而变化。

3描述了雷击的影响如何相对于距离罢工的距离而变化。

定制的概念,以提高安全性

对于雷击次数高的地区,除了强大的驱动器设计,或者如果分配器太远的地方,建议在电缆接线盒中使用照明系统的主电源分配器中的避雷器。 这些外部过电压设备必须按照EN 61643-11进行测试,并与灯具中的集成浪涌保护(换言之,在控制装置中)相匹配。

由于符合奥地利理工学院(OIT)的ÖVE/ÖNORMEN 61547标准的LED路灯高压测试显示,符合通常的测试标准不足以保证室外照明设备的运行可靠性。 实际实践表明,即使符合标准的要求,在某些情况下,仅在2-4 kV的过电压水平下也会发生灯泡故障。

与标准测试相反,AIT进行的测试包括增加电压直到器件被破坏。 结果一般符合实际经验。 如果整个系统中的所有元件相互匹配,浪涌保护设备才能可靠地运行。 LN之间以及L / N和地(PE)之间的介电强度(浪涌和ESD)越高,在实际操作过程中,LED光源能够承受过电压事件越好。

灯具开发商甚至城市和公用设施的指定者应确保安装在路灯项目中的驱动程序与当地环境相匹配。 在功率和流明输出方面,有驱动程序可以跨越应用范围。 例如,上述的Tridonic Premium Outdoor系列产品包括功率范围从30W150W的六种功能。 所有这些都按照IEC-916000-4-5进行测试,特性不对称浪涌保护为10 kV,额定寿命为100,000小时,可以调光至10%,并可选配网络控制。 做过电压作业的市政府应该获得SSL的好处 - 包括低能源使用和长寿命,低维护要求,相对于传统来源可以提供巨大的生命周期成本优势。

定义过压条件的常用术语

保护接地:为了电气安全,保护接地被定义为系统或设备或组件中的一个或多个点的接地。 这通常被理解为所有金属部件的电连接,其易于触摸并且不属于工作电流电路(即,非活性金属部件)到接地电位,以防止导电部件处的高接触电压(例如,外壳)发生故障。

功能性地球/等电位:与保护地相比,功能性地球或操作性地球不是为了安全起见而是为了保护人,而是为了确保电气设备的无故障运行。 功能性地球可以可靠地防止干扰电流。 功能性地球还提供电气设备之间的共同参考电位。

防护等级I:防护等级的电气设备我有一个保护地。 将保护接地连接到设备外壳可确保在故障的情况下,故障电流通过保护接地导线路由到地电位。

防护等级II:防护等级II在电源电路和输出电压或金属外壳之间加强或双重绝缘。 即使设备具有导电表面,它们也可以通过良好的绝缘保护,防止与其他带电部件接触。



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