對于戶外LED照明,一個相當(dāng)大的威脅是在交流電源線路中發(fā)生的瞬態(tài)浪涌事件,其可能會對燈具造成損壞。一個LED燈含有電源轉(zhuǎn)換器件(AC/DC)、LED的驅(qū)動芯片、以及用于熱控的散熱器和優(yōu)化燈光質(zhì)量的光學(xué)器件。直接連接到交流電源(如120/220VAC)的一個LED燈具可能會因燈泡內(nèi)部元件或電路故障導(dǎo)致的短路和過載情況而損壞。除此之外,產(chǎn)生于燈泡外部的雷擊浪涌或負(fù)荷開關(guān)瞬態(tài)能夠造成電壓尖峰或環(huán)形波,給元件造成壓力并最終導(dǎo)致?lián)p壞,從而使燈泡報廢。鑒于LED燈泡的價值定位不僅僅是降低能源消耗,還有更長的使用壽命,在消除因電氣環(huán)境促使的現(xiàn)場故障中考慮瞬態(tài)電壓保護(hù)將是至關(guān)緊要的。
間接雷擊感應(yīng)浪涌
由于附近電氣設(shè)備的打開和關(guān)閉動作,在交流電源線路上可能會發(fā)生過壓瞬態(tài)浪涌。附近發(fā)生的雷擊也會在交流電源線路產(chǎn)生瞬態(tài)浪涌,尤其是在室外環(huán)境中。
約70%的雷擊發(fā)生于熱帶地區(qū)的陸地地帶,這也是大多數(shù)雷暴發(fā)生的地方。非洲國家經(jīng)歷過有史以來最為嚴(yán)重、持續(xù)時間最長的雷擊。雷擊最為經(jīng)常發(fā)生的地方鄰近剛果民主共和國東部山區(qū)的小村莊基夫卡,海拔約為975米。平均來說,該地區(qū)每年每平方公里會發(fā)生158次雷擊。這個地方周圍的一大片區(qū)域也受到嚴(yán)重影響,因為雷擊造成的感應(yīng)浪涌沖擊增加了戶外LED照明設(shè)備受損的幾率。
根據(jù)美國航空航天局(NASA)在全球各地閃電頻數(shù)上的研究,中南美、非洲、南亞和東南亞也有與美國類似的閃電頻數(shù);因此在美國,我們建議等效浪涌抗擾度應(yīng)在5kA到10kA之間。對于閃電頻數(shù)較少的其他地區(qū),如歐洲、東亞和澳大利亞,可以考慮3kA到5kA較低的浪涌抗擾度。
暴風(fēng)雨天氣中這種類型的間接雷電能量會對戶外LED照明裝置造成不利影響。燈具在差模和共模條件下均容易受損:
差模:燈具的相線和零線端子或相線和相線端子之間的高電壓/電流瞬態(tài)可能會損壞電源裝置或LED模塊板中的元件。
共模:燈具的相線和地線或零線和地線之間的高電壓/電流瞬態(tài)可能會穿透電源裝置或LED模塊板中的安全絕緣,包括LED散熱器絕緣。
測試波形是1.2 x 50μs開路電壓和8 x 20μs短路電流波形的一種組合。要進(jìn)行這項測試,在連接到燈具之前要通過將輸出端短接到地面在浪涌發(fā)生器上對規(guī)定的峰值電流進(jìn)行校準(zhǔn)。
應(yīng)對感應(yīng)浪涌事件的技術(shù)
保護(hù)戶外LED照明免于感應(yīng)浪涌沖擊損害的方式是阻斷高電壓/電流瞬態(tài)干擾進(jìn)入照明燈具。因此可以在戶外LED照明應(yīng)用中采用一種浪涌保護(hù)器(SPD)來抑制浪涌能量并最大限度地減少對照明設(shè)備的浪涌沖擊。
對于SPD,有多種過電壓保護(hù)元件可用,包括金屬氧化物壓敏電阻(MOV)、氣體放電管(GDT)和瞬態(tài)電壓抑制(TVS)二極管。這些元件被放置于通常具有高阻抗的交流電源線之間,在檢測到高電壓時會變?yōu)榈妥杩埂T诘妥杩範(fàn)顟B(tài)下,這些元件可以將浪涌能量轉(zhuǎn)移回到交流電源線,在浪涌事件后又回到高阻抗?fàn)顟B(tài)。在現(xiàn)有的技術(shù)中,MOV因其較高的浪涌能量處理能力和對瞬態(tài)電壓的快速響應(yīng)成為首選,在配電板的SPD保護(hù)中也得以廣泛應(yīng)用。因此MOV是戶外LED照明應(yīng)用中浪涌保護(hù)器件的最為適用的技術(shù)。
在一個室外燈具中并入一條強(qiáng)大的浪涌抑制電路能消除浪涌能量造成的破壞,從而提高照明設(shè)備的可靠性,最大程度地減少維護(hù)并提高使用壽命。一個能將過高的浪涌抑制到較低電壓水平的浪涌保護(hù)組件是保護(hù)LED燈具設(shè)施的最佳方式。
1.電線桿底板的斷路器 - 用于燈具底端線路的過流保護(hù)
2.SPD內(nèi)的熱防護(hù)處理
3.電源保險絲用于電源電路過流保護(hù)
熱防護(hù)型MOV保護(hù)SPD的安全
金屬氧化物壓敏電阻(MOV)技術(shù)不僅價格便宜,而且是抑制電源中瞬態(tài)的一種非常有效的技術(shù)。在許多其他的應(yīng)用中,這種技術(shù)同樣有效,比如通常被放置于LED驅(qū)動器前面的浪涌保護(hù)器(SPD)模塊。
在經(jīng)歷一次大浪涌或多次小浪涌之后,MOV的性能會逐漸退化。這種退化導(dǎo)致金屬氧化物壓敏電阻泄漏電流增加,進(jìn)而使得MOV的溫度升高,即使是在120VAC/240VAC工作電壓的正常條件下。MOV相鄰的一個熱敏斷路器可以在金屬氧化物壓敏電阻持續(xù)退化至壽命終止?fàn)顟B(tài)時用以檢測其溫度的增加;這時,熱敏斷路器會打開電路,將性能退化的壓敏電阻從電路中去除,以防止災(zāi)難性故障。
當(dāng)MOV因臨時過電壓或過高的泄露電流而變得過熱時,熱敏斷路器可用來將金屬氧化物壓敏電阻從交流電路中去除。SPD因此停止其電涌抑制功能。所以應(yīng)考慮設(shè)計合適的指示功能,以便維修人員能夠知道SPD不能正常工作且需要更換。
照明設(shè)計人員可以根據(jù)他們的維護(hù)和包修策略從兩種主要類型的SPD模塊配置中進(jìn)行選擇。這些都是并聯(lián)和串聯(lián)的浪涌保護(hù)組件。
串連連接:SPD模塊與負(fù)載串聯(lián)在一起,壽命終止的SPD模塊從電源上斷開的同時,也會使燈熄滅。燈具停電便可作為呼叫維修的指示。已斷開的SPD模塊不僅熄滅照明以作為更換的指示,同時使交流/直流電源裝置與之后的浪涌沖擊隔離開來。對這種配置的普遍偏好迅速增長,是因為在SPD模塊等待更換期間,照明設(shè)施仍然受到保護(hù)。與使用并聯(lián)浪涌保護(hù)器模塊的情況下需更換整個燈具相比,在串聯(lián)情況下僅更換SPD模塊的費(fèi)用要低得多。
結(jié)語
LED技術(shù)所帶來的高效節(jié)能提升了戶外照明的價值。為了使LED照明設(shè)備能達(dá)到其預(yù)期壽命,應(yīng)在戶外LED照明中加入浪涌保護(hù)模塊,以防止因雷擊浪涌事件和其他電源線路浪涌造成的早期故障。安裝于LED電源裝置前端的浪涌保護(hù)模塊,為照明系統(tǒng)提供了有效的保護(hù)。但是,其可能會受到臨時過電壓威脅和因多次浪涌事件而疲勞的影響。放置于浪涌保護(hù)模塊中的熱敏斷路器提高了模塊的整體安全性,并能使模塊達(dá)到UL 1449和IEC 61643-11認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)。
當(dāng)浪涌保護(hù)模塊達(dá)到其使用壽命期限時,串聯(lián)的SPD模塊提供的是一種最為簡單的更換指示方式,即通過將燈具從電源上斷開,從而使燈熄滅。并聯(lián)的SPD模塊提供的是一種與發(fā)光二極管相連接的方式,對模塊是否在線做出提示。
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