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防雷行业怎么看 LED 路灯防雷?

时间:2017-11-01    作者:admin    点击:
什么东西才有资格称之为 SPD?

 

EMC 中有关浪涌防护的部分,在国内引申为“防雷”,归属于气象局管理,采用了国际通用的称呼:SPD。

 

防雷只是 EMC 学科的一个细小分支,要从完整的 EMC 角度去理解防雷,从安规要求去考核防雷器,才能对设备形成有效保护。不是什么电路都有资格称之为 SPD,没有对安全性作保障性设计就没有资格称之为 SPD。

 

现在,很多山寨厂把 SPD 价格压得极低,因为他们只关心通流量、残压、最大持续运行电压这几个参数。而防雷器在非浪涌入侵状态下是否会发生损坏根本不予考虑。换言之,他们根本不关心防雷器的安全性能。

 

电源防雷器除了具备必要的防雷性能外,其另外一个重要的性能就是其安全性能:

 

1. 不影响系统的功能;

2. 防护器件失效时对系统运行的影响减到最小。

 

防雷器是耗材,它必须优先于被保护设备启动保护动作,并优先于被保护设备发生损坏而确保被保护设备。从元器件层面理解防雷,才能做到一个基本合格的 SPD 给客户。

 

 

 
 
电源内置防雷器?

 

目前,在 LED 户外照明领域,由某些电源企业发起了一种叫做“内置防雷器”的东东,这不过是个噱头,它不光无法起到防雷器的功能作用,还会因为与被保护设备配合不合理造成“不动作或误动作”。

 

在没有对 EMC 行业完整理解的情况下,贸然在恒流开关电源内置防雷器,这是对防雷行业的不尊重,是对电磁兼容学科的不尊重!

 

首先,防雷器不可能做成全电压,SPD 只能做成单电压,这是由于元器件原因造成的,不可能改变;

 

其次,防雷器必须要有必要的热脱扣装置,这不是一颗电流保险丝能够做得到的;

 

最后,必须在系统里做完整的热设计,专门针对 IEC61643、UL1449 里的 TOV 实验做设计。

 

 

建议 LED 路灯、显示屏企业,都学习一下标准:YD/T 1235.1-2002《低压配电系统用电涌保护器技术要求》以及原铁道部部标 TB/T2311-2008《铁路信号设备用浪涌保护器》。

 

通信行业对防雷这事已驾轻就熟,对防雷器的要求已经完善到了极致。

 

 

 
 
失效率?缺陷?

 

诚然,任何产品都可以接受一定的失效率,在防雷行业,我们是为了为客户解决那0.001%的事故可能性,所以我们必须要纠结这些失效模式:轻微缺陷、一般缺陷、严重缺陷、致命缺陷。

 

笔者认为可以接受的失效率应该是:

 

严重缺陷 + 致命缺陷 = 0

轻微缺陷 + 一般缺陷 < 0.3%

 

 

 
 
怎么判定严重缺陷或致命缺陷呢?

 

我们来看几个 LED 路灯在应用时的失效案例:

 

案例一
 
 

湖北某长江大桥,路灯因雷击失效

 

此例中,电源采用某大品牌电源,光源铝基板通过铜镀镍螺钉固定于压铸铝散热器上,散热器外表面使用绝缘三防漆喷涂,但灯头抱箍位置有三颗锁紧螺栓是铜质金属零件,外表面电镀亮镍,为导电体。

 

直击雷打在桥面中央的路灯灯头部位,桥面上105盏路灯全部熄灭,收费站内电脑、监控、照明、空调完全损毁。桥下小区的配电箱跳闸,但依旧可见空开烧毁,熔断保险器烧毁,该配电箱所辖片区完全断电。

 

 

 

当有直击雷击打在灯头位置时,经由导电的锁紧螺栓吸引,将雷电流引入灯杆。杆体底部法兰锈蚀,电流无泄放通道,而此时,由于施工方已经将市电 PE 线可靠接在杆体内,使得雷电流进入电源PE线四处乱窜,整个系统的 PE 电位被抬高数万伏。

 

PE 线这个雷电流泄放通道并不宽阔,得雷电流横向“溢出”:寻找最脆弱的点击穿。于是 LED 灯头部位的 LED 灯珠被击穿,LED 电源从后级承受这雷电流能量。

 

同时,纵向泄放的雷电流经由市电 PE 线涌向收费站的各类电子终端设备,不停击穿、涌出,最终在片区配电箱内找到连接地网的铜质 PE 汇流排,雷击浪涌在击穿配电箱内的空开与熔断保险器后,经由 PE 汇流排冲入大地。

 

 

此案例的做法就属于致命缺陷,可能改善的做法:

 

1、桥面设立很高的引雷装置,并与桥梁主钢筋做可靠等电位连接;
2、灯具接地应做成“浮地”,只在最近的配电柜里接入PE汇流排。

 

 

案例二
 
 

吉林省某市 LED 路灯配备的 SPD 未发生动作

造成灯具损坏

 

此例是老城区改造项目,而且施工方拒绝将市电 PE 线按照 GB 要求连接各个金属部件并在片区配电柜内妥善接地。造成PE电位不稳,在浮地情况下,浪涌能量无法泄放到地,在N线打火的现象下造成片区配电柜跳闸,给业主带来多次短暂停电的影响。

 

按照国标进行电力施工,一定按照国标把市电 PE 线接稳妥是必须的,接地的方式多种多样但是必须要接地!

 

图:接地线的施工简直就是在犯罪,如果 PE 端头锈蚀那么等于没有做接地!

 

在此案例中使用的是某大品牌的电源及同品牌防雷器。防雷器没有过电流保护功能,大电流都将被后级系统直接承受。后级电路形成的过电流,无法通过防雷器进行泄放。防雷器本身的压敏电阻选型与电源模块内的压敏选型不匹配,造成残压值被抬高的现象。

 

本例的做法属于严重缺陷,接地系统不可靠已经成为了影响路灯产品在现场应用的关键点。

 

 

案例三
 
 

广东沿海某市路灯着火

 

此例中,LED 路灯采用的是电源公司自制的“防雷器”,笔者认为这个东西没资格称之为“SPD”。该产品在差模保护电路中为没有设计脱扣装置,在持续小电流的作用下造成压敏电阻剧烈燃烧,进而引燃了路灯塑料外壳,整个灯头犹如火把!

 

在现场用电环境非常恶劣的情况下,浪涌的产生是肯定的,只不过它有可能不会是 SPD 的满额浪涌而已。现场有高压输电网、高压-低压变压器,三相电丢相、PE 电位不稳的现象同时存在,而此时作为保护器件的 SPD 又没有设计热脱扣装置,压敏电阻劣化短路当然着火!

 

 

现场的 PE 接地线依旧没有妥善接地,甚至是在笔者抵达现场以后开箱检查才发现 PE 根本就没有剥线!

 

果然是行业不同啊!如果是在我们防雷行业,这个 SPD 的设计师已经被判刑了!

 

 

 
 
总结

 

综上,笔者认为在 LED 照明行业内有一种普遍现象:都知道浪涌问题很重要,但就是瞧不起防雷行业,觉得防雷简单,随便拼凑几个元器件就是产品。如果真那么简单,这个50多年的行业,会有那么多企业单靠产品做到上市?

 

防雷是为了给客户解决 0.001% 的风险,当那 0.001% 发生的时候,我们为客户承诺:产品绝不会在关键时刻掉链子!

 

 


龚玮

防雷工程师,多项专利授权。主要编写有 CSA027-2014《LED户外照明防雷技术要求》、《LED 行业防雷器规范要求》等,目前兼任惠州华阳光电有限公司、杭州华普永明有限公司及南翔经贸公司的防雷技术顾问。现于“北京兴天通电讯科技有限公司”就任产品部技术总监一职。北京兴天通小熊科技有限公司——北京兴天通电讯科技有限公司下属的全资控股子公司,在LED照明行业拥有第一流的浪涌防护技术,并接受订制品。