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LED照明

LED户外照明错误的防雷观念及系统防护注意事项

  日期:2015-11-14  浏览:136

笔者曾于2014年发表过一篇文章,专门探讨在半导体照明行业中的防雷技术,也曾经与中国 EMC 论坛的知名专家孔老师“化二为一”请教过终端系统内部浪涌防护的技术。


但是在这半年里,笔者发现大多数 LED 照明企业对于防雷,是基本不懂或不在乎的态度。回想起通讯行业在防雷方面吃过的亏,我们认为这是整个 LED 行业对于防雷,在观念和理解上的错误导致的。


因此 LED 照明行业对于防雷来说,还有很长的弯路要走,还要吃很多亏。


这半年来,笔者先后在多家 LED 照明企业担任防雷技术顾问,并对多家企业进行了防雷培训,然而得到的效果并不理想。几乎所有的企业都在纠结于成本、能否一只 SPD 解决所有浪涌问题。那么跟上一篇文章中的说法一样:不可能。防雷是一门学问,是一门科学,是一整个完整的行业,想要一颗药包治百病那是痴心妄想。

图:路灯系统架构图

我们对于防雷这个行业的产业链是有四级分层:

1、材料级别;

2、元器件级别;

3、SPD成品级别;

4、外部防雷工程界面级别。


依据的学术及理论诸如:电磁场理论、电弧理论、电接触理论、电器原理、供配电学、通信理论、信号传输与处理、高等数学等等,目前主要的标准是 IEC61643、GB18802、UL1449 等。标准不同,怎么可能混用?毫无可比性。


防雷行业发展至今,国内50多年的历史,这是一个完整、成熟的行业。我们一直在追求将防雷行业与 LED 照明行业进行相互融合,并最终为终端客户带来可靠地防护解决方案,然而各个公司高层的一句“成本”就将合理的防雷设计判了死刑。


防雷行业与 LED 照明行业在配合时,配合的层级不应该只存在于应用领域,即:不是说成品灯具或路灯灯头外挂一只 SPD 就能解决所有问题的。


由于大多数 LED 照明企业找笔者做培训的目的及要求,笔者只能简介防雷器的使用方法及应用选型原理,但是笔者也已经很多次在不同的场合强调工程界面对于防雷的重要性,然而无一例外的,所有的公司都表示无法办到、不可接受。


同样是户外应用、同样是重要的终端设备,通讯行业曾经吃过的亏,LED 照明行业可能也要经历一次。通讯行业是6年镇痛,那么 LED 照明行业呢?还是说很多企业根本不做5年以后的打算?


现在,笔者说再多的内外部防护配合、分区多级防护、前后级 SPD 参数匹配都显得太过于深奥了,只有用最浅显的方式直接告诉各位:¥50.00的 SPD 真的不贵,而且这还需要工程界面的配合,同时要特别注意现场用电环境、电磁场环境。


防雷,首先要注意浪涌形成的机理。气象原因所引起的云层放电、对地放电等,形成直击雷、侧击雷。由于设备老旧、电网环境较差而引起的操作过电压、电源线路浪涌等。由于外部电磁场环境、工程环境恶劣而引起的地电位反击等。这些,防护手段各不相同,那么作为终端设备前级的 SPD 在电路结构上也有不同。


其次要注意浪涌入侵途径:操作过电压等造成的电源线浪涌侵入、地电位反击、信号线侵入、电磁耦合由电源 EMC 部分侵入等等。由于工程界面近水源、隧道、山顶等会吸引远端雷击。

图:雷击入侵途径

最后,参数匹配,不合理的 SPD 选型,会造成安装 SPD 后设备更容易损坏的情况出现。


笔者有一些案例想跟大家分享:


案例一

某公司在四川南充的通讯基站因为 SPD 选型不当造成基站无法正常工作。该案例中,第一级 SPD 选用 DEHN 公司的 B 级防雷器,第二级入室配电箱为自行外购,第三级应用于终端设备前级的 SPD 则是设备供应商配备,结果第一级参数按照国标选型,第二级选型时在通流量这一项上过小,甚至其能级比第三级都小,就造成了第二级 SPD 极容易损毁,最终造成被保护设备无法正常工作。

图:通信基站防雷系统


案例二


永州某通信大楼附近的烟花爆竹厂爆炸。通信大楼的整体防雷工程及内部防护方案是由某公司严格按照国标要求进行设计、施工、选配 SPD 的,然而烟花厂的仓库不是,一次远端地电位反击造成了明火事故,从而引发爆炸。这次事故是出现了死亡事件的。

案例三

白山市的道路照明工程。其工程中的路灯灯头采用 LED 照明,然而在工程现场,灯杆是全木质灯杆,并没有引下线及接地施工。同时,由于配电设备老旧,该有的都没有,安装 SPD 后,其容易造成配电箱内空开跳闸,N线位置有明显的打火痕迹。这是标准的工程界面不满足使用要求而导致的。


以上三个案例,从三个不同的方面说明了浪涌侵入途径的不同,对应的后果不同,其防护手段也不同。


第一个案例,按照能级匹配的原则,重新计算并选配 SPD 即可;第二个案例,要注意在 LED 路灯的应用场合附近,有没有输电线,是架空敷设还是埋地敷设,接地是怎样做的,共地共点还是共地不共点?第三个案例,则必须从施工界面解决外部防雷要求,等电位连接+引下线+接地必须按照国标要求做好,推荐采用 GB50057。


综上,在 LED 照明行业做防雷不是区区一个 SPD 就可以浪涌问题的。笔者曾经反复强调几点:


1、防雷是泄放原理,类似泄洪阀门的原理,工程界面必须做好!


2、分区多级防护,SPD 不仅仅要与前级相配合,还要注意 SPD 本身前的断路器的选型,更要关注被保护设备电源前级的 EMC/EMI 部分,参数必须前后配合。


3、针对不同的应用场合,SPD 是否要选用、如何选型、安装位置及接线方法都是有不同的讲究的。最起码,接线时应该采用凯文接线法。


4、应用于不同制式的供配电网络,防雷器的电路结构不同,比方说 TT 供电制式下,应该选用 3+1 结构。


我们防雷行业非常看好 LED 照明市场,但是到目前为止,任何一家防雷公司都是将 LED 行业作为最末级的选择,无外于 LED 照明行业缺乏标准、不规范、过分重视低成本。


笔者曾经与四川中光防雷科技有限公司一起主编 CSA027-2014《LED户外照明设备防雷技术要求》 ,但是在行业中并没有几家 LED 公司看重这个标准,非常遗憾。


目前对于内部防雷的理解,有一定基础的仅是 Philips 公司,但是他们对于防雷行业也仅仅是一知半解。最起码,浪涌的形成机理及入侵途径都不是很准确。


对症下药是节约成本的最佳方式,根治问题则需要持续的改进。我们希望能够将防雷行业最成熟、最可靠的产品带入 LED 照明行业,然而在劝说 LED 照明行业去接受它就要花费很多口舌。类似光伏行业,LED 照明行业对于防雷的拒绝是我们感到最为困惑的,风电行业的接受程度就很高。


目前很热门的智慧城市系统,笔者已经有了一整套完整的系统防护解决方案,其内部需要做到的工程基础、不同规格的 SPD 不计其数,笔者建议还是要跟系统一同进行设计,从而达到能够满足浪涌保护目的的同时,最大限度的降低成本。


总之,防雷不是一句话、一个方案、一个产品就能解决的,它牵扯的层面太多,技术要求驳杂,没有从元器件级别去理解、没有从机理上去定位、没有从工程角度构建“泄洪渠”,那么防雷是不可能做好的。