LED路燈雷擊浪涌技術(shù)及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

路燈的主要客戶是政府單位，而非普通消費(fèi)者，因而是一個(gè)比較特殊、比較封閉的產(chǎn)業(yè)。路燈從最初的鈉燈、水銀燈到現(xiàn)在的LED燈，經(jīng)過(guò)了一個(gè)漫長(zhǎng)的發(fā)展過(guò)程，同時(shí)，在這個(gè)發(fā)展過(guò)程中遇到了一些技術(shù)性問(wèn)題。

　　時(shí)至今日，LED路燈在國(guó)內(nèi)已經(jīng)約有十年之久，包括電源供應(yīng)器、電源驅(qū)動(dòng)、散熱技術(shù)、光學(xué)技術(shù)等每年都有新的突破，而一些基本技術(shù)在國(guó)內(nèi)卻沒(méi)有得到解決，LED路燈防雷問(wèn)題就是有待解決的問(wèn)題之一。

LED路燈防雷的必要性

　　雷擊是一種靜電放電現(xiàn)象，通常攜帶數(shù)百萬(wàn)伏特的電壓從云層傳輸?shù)降孛婊蛄硪辉茖?。在傳輸過(guò)程中，雷電會(huì)在空中產(chǎn)生電磁場(chǎng)，感應(yīng)出上千伏電壓(即浪涌)到電源線路并產(chǎn)生感應(yīng)電流傳輸?shù)綆子⒗镆酝?，這些間接的攻擊通常發(fā)生在戶外暴露的電線，例如路燈、交通燈、基站等設(shè)備發(fā)射電涌。浪涌保護(hù)模塊是在電路前端直接面對(duì)來(lái)自電源線的浪涌干擾。它將浪涌能量轉(zhuǎn)移或吸收，最大限度地減少浪涌威脅其他工作電路，例如LED照明燈具中的交流/直流電源單元等設(shè)備。

　　對(duì)于LED路燈，雷電在電源線路上產(chǎn)生感應(yīng)浪涌，這個(gè)浪涌的能量會(huì)在電線上產(chǎn)生一個(gè)突波，即浪涌波，浪涌就是通過(guò)這樣的感應(yīng)方式進(jìn)行傳輸?shù)?，外界?lái)一個(gè)浪涌波，就會(huì)在220V的輸電線中的正弦波上產(chǎn)生，這個(gè)進(jìn)入到路燈中，就會(huì)對(duì)LED路燈電路產(chǎn)生破壞。

　　路燈已經(jīng)存在很多年了，為什么現(xiàn)在才提出路燈需要防雷這件事情?其實(shí)，在過(guò)去使用的高壓鈉燈和傳統(tǒng)水銀燈是用高壓燈泡設(shè)計(jì)的，其本身就有防雷的效果。到近些年，LED燈逐漸普及，LED燈需要供電電壓較小，通常是利用電源供應(yīng)器將交流電轉(zhuǎn)換為直流電來(lái)驅(qū)動(dòng)，這使得LED路燈本身的防雷性就沒(méi)有了，因而需要為路燈設(shè)計(jì)防雷模塊。

　　路燈防雷的重要性是由投資回收期這一概念決定的。由于LED路燈比傳統(tǒng)路燈價(jià)格大概貴一倍，政府在一開(kāi)始購(gòu)買(mǎi)時(shí)的投資金額較大，所以需要在運(yùn)行過(guò)程中靠節(jié)省電力支出來(lái)逐漸將成本賺回來(lái)，因而，LED燈的壽命很重要。如果LED燈還沒(méi)賺回成本就在投資回收期內(nèi)壞了的話，還需要另外花錢(qián)維修，維修時(shí)付出的人力成本比安裝時(shí)要貴一倍。因而，在LED時(shí)代，要實(shí)現(xiàn)LED省電、省錢(qián)的效果，需要保證其壽命能夠達(dá)到你的預(yù)期，即產(chǎn)品保質(zhì)期要長(zhǎng)。要實(shí)現(xiàn)節(jié)省成本，保證投資回收期內(nèi)路燈不損壞，就需要將可靠度拉高。這就需要為L(zhǎng)ED路燈加上防雷模塊，以達(dá)到經(jīng)。

　　國(guó)內(nèi)一直在做節(jié)能路燈，定義的路燈規(guī)格通常是亮度、發(fā)光角度、燈光色彩、功耗等看得見(jiàn)的指標(biāo)，而常常會(huì)忽略防雷這一項(xiàng)看不見(jiàn)的指標(biāo)。不僅美國(guó)和歐洲等國(guó)，其實(shí)在高落雷國(guó)家，例如馬來(lái)西亞、印度等國(guó)很早就已經(jīng)建立了要求當(dāng)?shù)芈窡敉ㄟ^(guò)一個(gè)設(shè)定的防雷測(cè)試的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。由于國(guó)內(nèi)也只有海南、珠江等沿海城市的落雷比較嚴(yán)重，而大部分內(nèi)陸地區(qū)則要好很多。因而，至今相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)還未推出。

美國(guó)三級(jí)防雷標(biāo)準(zhǔn)

　　在2015年發(fā)布的美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中，就已經(jīng)推出了三級(jí)防雷標(biāo)準(zhǔn)，如表1所示。之所以是三種等級(jí)，是因?yàn)槊绹?guó)東西部落雷情況差異較大，高落雷地區(qū)可以達(dá)到30～40次，而低落雷地區(qū)則只有1～2次，因而做了三個(gè)等級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)，分別是6kV、10kV和20kV。這也是給燈具廠商和地方政府一個(gè)彈性，各地地方政府可以根據(jù)實(shí)際情況決定使用相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。

國(guó)內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)有待制定

　　國(guó)內(nèi)在通訊基站有類似標(biāo)準(zhǔn)。早在十幾二十年前，手機(jī)即將開(kāi)始普及的時(shí)候，基站防雷就已經(jīng)有相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。由于基站主要是設(shè)置在屋頂或塔上，因而落雷對(duì)基站的影響會(huì)很大。而由于我國(guó)南北差異較大，沿海還有內(nèi)陸環(huán)境上的差異也較大，而且路燈基本上是各個(gè)地方政府自行管理、規(guī)定標(biāo)注規(guī)格、招標(biāo)、監(jiān)工、維護(hù)等，因而，至今仍沒(méi)有相國(guó)家關(guān)標(biāo)準(zhǔn)出臺(tái)。

　　隨著近些年來(lái)的相關(guān)需求的突顯，國(guó)內(nèi)2017、2018年已經(jīng)有LED路燈防雷相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)在審查中，如表2所示。參考世界各國(guó)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，驅(qū)動(dòng)電源模塊若僅滿足第四級(jí)別(線-線 2kV，線-地4kV)，將不足以應(yīng)付戶外照明所可能面臨的雷擊浪涌威脅，建議對(duì)路燈采用更高的防雷等級(jí)，并采用防雷模塊。

防雷模塊

　　雖然防雷模塊本身可以為L(zhǎng)ED燈提供防雷保護(hù)，但是同時(shí)其本身也有著自己的風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)防雷模塊老化后，會(huì)在內(nèi)部發(fā)生過(guò)熱反應(yīng)，甚至?xí)鸹?。也就是說(shuō)，防雷模塊在用到最后一刻會(huì)有起火的風(fēng)險(xiǎn)，如圖2所示是燈具廠商因防雷模塊老化起火后的器件。因而，防雷模塊的安全性是一個(gè)很重要的概念，安裝防雷保護(hù)模塊是一個(gè)概念，安裝一個(gè)安全的防雷保護(hù)模塊是更進(jìn)一步的理念和挑戰(zhàn)。

　　力特公司的防雷模塊以壓敏電阻(電壓敏感型電阻)來(lái)實(shí)現(xiàn)防雷功能，浪涌電壓上升時(shí)，壓敏電阻阻值下降，并將浪涌電流排出到電網(wǎng)中，從而避免大電流流經(jīng)驅(qū)動(dòng)器。其原理就是不論L/N/G三線中的哪一條線受到雷擊的影響，都可以從另外一條線排出。力特LSP05 & LSP10相關(guān)產(chǎn)品如圖3所示。

　　力特公司的防雷模塊能夠得到美規(guī)UL和歐規(guī)IEC/EN兩個(gè)安全機(jī)構(gòu)的驗(yàn)證，能夠確保他們的防雷模塊的安全性，防雷模塊除了保護(hù)燈具不受雷擊以外，模塊本身的安全也要靠安規(guī)來(lái)確保。從而在一個(gè)很小的體積下提供一個(gè)很大的防雷能力，在一個(gè)合理的成本、尺寸和價(jià)格下提供一個(gè)安全、可靠的防雷模塊給路燈產(chǎn)業(yè)。