한국어 
English 
简体中文 
Deutsch 
Español 
Français 
Italiano 
日本語 
Polski 
Português 
Русский 
Türkçe 
Nederlands 
Tiếng Việt 
ไทย 
글로벌 에너지 절약, 배출량 감소, 스마트 시티 개발에 힘입어 LED 가로등은 도시 도로, 산업 단지, 고속도로, 공공 기반 시설 조명의 주류 선택이 되었습니다. 기존의 고압 나트륨 램프 및 금속 할로겐화물 램프와 비교하여 LED 가로등은 에너지 효율성, 수명 및 지능형 조명 제어에 상당한 이점을 제공합니다. 그러나 실용적인 엔지니어링 응용 분야에서 오랫동안 과소평가되었지만 매우 파괴적인 위험이 LED 가로등 시스템의 안정성을 계속 약화시키고 있습니다. 전기 서지 및 낙뢰 서지.
수많은 엔지니어링 사례에 따르면 LED 가로등의 초기 고장은 LED 칩 자체가 아니라 전력 입력 또는 제어 시스템에 대한 서지 영향으로 인해 발생합니다. 따라서 SPD(Surge Protective Devices)는 "옵션 구성"에서 "필수 기술 구성 요소"로 발전했습니다.
본 기사에서는 작업원칙, 선택기준, 설치기준, 경제적 가치를 체계적으로 분석한다. LED 가로등용 SPD 엔지니어링 실무 관점에서 조명 프로젝트에 대한 포괄적인 기술 지침을 제공합니다.
LED 가로등에 서지 보호 장치가 장착되어야 하는 이유
LED 가로등 시스템은 LED 광원 모듈, 드라이버, 제어 장치로 구성되며 핵심 구성 요소는 반도체 장치에 크게 의존합니다. 기존의 고압 나트륨 램프와 같은 유도 광원과 비교하여 LED 가로등은 저전압, 고주파 스위칭 전원 공급 장치를 사용합니다. 이 구조는 과도 과전압 및 전압 스파이크에 대한 허용 오차를 크게 줄여 효과적인 서지 보호 기능을 필요로 합니다.
환경적 관점에서 LED 가로등은 노출이 심한 실외 전기 환경에서 지속적으로 작동합니다. 시립 도로 조명은 일반적으로 배전 캐비닛에서 가로등에 이르기까지 수백 미터 이상의 오버헤드 또는 장거리 전력선에 의존합니다. 번개 활동이 빈번한 지역에서 이러한 시스템은 유도된 낙뢰 에너지에 매우 취약합니다. 직접적인 타격이 없더라도 강렬한 전자기장은 전력선 내에서 과도 고전압을 생성하고 라인을 따라 등기구로 전파될 수 있습니다.
또한 가로등 기둥의 높은 높이와 금속 구조로 인해 뇌우 동안 접지 시스템과 에너지 결합이 발생하기 때문에 서지 충격의 최전선에 놓입니다. 또한 도로 조명 시스템은 일반적으로 일몰과 일출 시 다양한 조명이 동기적으로 켜지고 꺼지는 중앙 집중식 제어를 사용합니다. 고전력 부하의 잦은 스위칭은 그리드에서 스위칭 서지를 반복적으로 생성하여 LED 드라이버가 지속적인 충격을 가합니다.
서지 보호가 없으면 프로젝트에서 가장 일반적인 고장으로 인해 빈번한 운전자 전원 공급 장치 손상, 흐리게 또는 깜박이는 등기구, 국부적인 LED 모듈 고장, 같은 섹션에 있는 등기구의 배치 장애가 있습니다. 고장 분석은 손상이 주로 전원 공급 장치 입력 단계 및 스위칭 장치 영역에 집중되어 있으며 일반적인 서지 충격 특성을 나타냅니다.
따라서 LED 자체가 아니라 체계적인 서지 보호 설계의 부족에 문제가 있음을 분명히 확인할 수 있습니다.
오늘날의 실외 운영 환경에서 SPD(Surge Protection Devices)는 더 이상 안정성을 높이기 위한 선택적 구성 요소가 아닙니다. LED 가로등이 설계된 수명을 달성하고 운영 및 유지 관리 위험을 최소화하기 위한 기본 요구 사항입니다.
LED 가로등 시스템의 주요 서지 원인
LED 가로등이 경험하는 서지는 직접적인 낙뢰뿐만 아니라 발생합니다. 엔지니어링 실무에서는 주로 다음과 같은 시나리오에서 비롯됩니다.
- 직접 번개가 치고 번개가 발생합니다.: 번개는 순간적으로 수십 킬로암페어 전류를 생성할 수 있습니다. 스트라이크 포인트가 라이트 폴에서 멀리 떨어져 있어도 서지는 유도를 통해 전원 라인에 유입될 수 있습니다.
- 그리드 운영 서지: 변압기 스위칭, 고전력 장비 시작/정지 사이클, 무효 전력 보상 장치 작동은 모두 그리드에서 과도 과전압을 생성할 수 있습니다.
- 장거리 전선의 효과: 도시 가로등은 일반적으로 전원 공급 장치에 장거리 케이블을 사용합니다. 이 선은 "안테나"처럼 작용하여 번개 에너지를 유도하기가 매우 쉽습니다.
- 부적절한 접지 시스템: 너무 높은 접지 저항 또는 부적절한 접지 구성은 서지가 장비에 미치는 파괴적인 영향을 증폭시킬 수 있습니다.
LED 가로등에서 서지 보호 장치가 어떻게 작동합니까?
SPD의 핵심 기능은 서지를 "차단"하는 것이 아니라 매우 짧은 시간 프레임 내에 서지 에너지를 우회 및 방전하여 장비로 들어가는 전압 진폭을 제한하는 것입니다.
그림 1에서와 같이, 정상적인 전원 공급 조건에서 SPD는 시스템 작동에 영향을 미치지 않고 스위치가 열려 있는 것과 동일한 고저항 상태를 유지합니다. 그림 2에서 볼 수 있듯이 서지가 발생하고(빨간색 화살표는 낙뢰 서지를 나타냄) 전압이 설정된 임계값을 초과하면 SPD의 내부 비선형 구성 요소가 빠르게 전도되어 스위치 닫힘 및 단락에 해당합니다. 이렇게 하면 서지 전류가 접지 시스템으로 전환되어 다운스트림 LED 가로등이 손상되지 않도록 보호합니다. 서지가 소멸되면 SPD는 자동으로 스위치가 열려 있는 것과 동일한 고저항 상태로 되돌아가고 대기 상태를 유지합니다.
이 "순간 전도 및 자동 복구" 작동 모드는 SPD를 LED 가로등 시스템에서 필수 불가결한 수동 보호 구성 요소로 만듭니다.
LED 가로등을 위한 다단계 서지 보호 및 내부 방어 설계
고신뢰성 조명 프로젝트에서 단일 SPD로는 복잡한 서지 환경을 처리하기에 충분하지 않습니다. 성숙한 가로등 서지 보호 솔루션은 일반적으로 다단계 방어 아키텍처를 사용합니다.
레벨 1 보호: 고에너지 낙뢰 서지를 견딜 수 있도록 전등 기둥의 배전 캐비닛 또는 바닥에 설치.
FDS20C/2-275 클래스 II
명칭: 유형2
분류: 클래스 II
보호 모드: L1, L2, L3-PE
공칭 전압 UN: 230/400VAC/50(60)Hz
최대 연속 작동 전압 UC(L-N): 275VAC/50(60)Hz
단락 내성 능력: 20kA
연속 작동 전류 IC: <20μA
대기 전력 소비 PC: ≤25MVA
최대 방전 전류(8/20μs) IMAX: 40kA
공칭 방전 전류(8/20μs) 에서: 20kA
전압 보호 레벨 업: ≤1.3kV
격리 저항: ＞1000MΩ
하우징 재료: UL94V-0
보호 정도: IP20
레벨 2 보호: 조명기구의 전원 입력에 위치하여 잔류 서지를 억제합니다.
SPD03-AC275-P/AG ClassII+III
명칭: 유형2+3
분류: III급
보호 모드: L-N, N-PE, L-PE
정격 입력 전압 UN(L-N): 230VAC, 50/60Hz
최대 연속 작동 전압 UC(L-N): 275VAC, 50/60Hz
최대 방전 전류(8/20μs) IMAX: 6카
공칭 방전 전류(8/20μs) 에서: 3카
전압 보호 레벨 업: L-N ≤1.3kV, L(n)-PE ≤1.5kV
개방 회로 전압 UOC: 6kV
백업 퓨즈: 16A
하우징 재료: UL94V-0
보호 정도: IP20
레벨 3 보호: 세분화된 보호를 위해 LED 드라이버 또는 제어 모듈에 통합됩니다.
이 계층형 보호 설계는 개별 SPD의 부하를 크게 줄이면서 전체 시스템 안정성을 향상시킵니다.
LED 가로등 SPD 선택을 위한 주요 기술 매개변수
엔지니어링 선택 과정에서 SPD 기술 매개변수는 다음과 같은 주로 보호 효과를 직접 결정합니다.
- UC(최대 연속 작동 전압): 시스템 정격 전압을 초과해야 합니다.
- IN / IMAX (공칭/최대 방전 전류): SPD 서지 에너지 흡수 용량을 반영
- UP(전압 보호 수준): 값이 낮을수록 장비 보호가 더 효과적입니다.
- 응답 시간: 일반적으로 나노초 수준에서 필요
- 보호 모드: L-N, L-PE, N-PE 등의 조합
LED 가로등의 경우 낮은 값과 빠른 응답 기능이 특히 중요합니다.
직렬 및 병렬 연결: SPD 연결 방법 선택
다음은 직렬 및 병렬 연결로 분류되는 가로등에 SPD를 설치하기 위한 가장 일반적인 두 가지 배선 다이어그램입니다.
조명 시스템에서 SPD는 거의 독점적으로 병렬로 연결됩니다. 장점은 다음과 같습니다.
- 등기구에 대한 일반 전원 공급에 영향을 주지 않음
- SPD가 실패하면 조명 중단 없음
- 설치 및 유지 보수가 용이
- 직렬 연결은 이론적으로 전류를 제한하지만 가로등 시스템에서는 거의 사용되지 않으며 특정 전원 공급 장치 설계를 위해 예약되어 있습니다.
AC SPD와 DC SPD의 차이점
SPD와 DC SPD의 핵심 차이점은 작동 원리, 장애 모드 및 응용 프로그램 시나리오를 직접 결정하는 다양한 유형의 전류를 보호하는 데 있습니다. 간단히 말해서 AC SPD는 AC 시스템에서 사용되는 반면 DC SPD는 DC 시스템용으로 특별히 설계되었습니다.
AC SPD와 DC SPD의 차이에 대한 통계 표
| 비교 치수 | 교류(AC), 방향 변경 주기적으로 | 직류(DC), 방향이 일정하게 유지됨 |
| 현재 유형 | 교류(AC), 방향 변경 주기적으로 | 직류(DC), 방향이 일정하게 유지됨 |
| 작동 원리 | AC의 자연적인 제로 교차점을 사용하여 호를 소화하고 일반적으로 MOV, GDT를 사용합니다. | 자연적인 제로 크로스 포인트가 없고 다단계 TV 또는 갭 아크 소화가 필요하며 활성 차단 회로에 의존합니다. |
| 므핵심 구성 요소 | MOV(금속 산화물 배리스터), GDT(가스 방전관) | 다단계 MOV 시리즈 연결, TVS 다이오드, 능동 회로 차단기 장치 |
| 므잔류 전압 레벨 | 일반적으로 1.5–2.5kV | 일반적으로 ≤1.5kV(민감한 전자 장비를 보호하기 위해 더 낮은 전압이 필요함) |
| 실패 모드므 | MOV 열화로 인해 누설 전류가 증가하고 열 트립이 자동으로 차단됩니다. | 단락이 발생하기 쉬운 연속 아크 위험이 높으며 외부 DC MCCB 백업 보호가 필요합니다. |
| 므일반적인 애플리케이션 시나리오므 | 배전함, UPS 입력단, 가정용 소켓 회로 | 태양광 결합기 상자, DC 충전 파일, 에너지 저장 시스템, 전기 자동차 DC 버스 라인 |
| 므정격 전압(UC)므 | 일반적인 385V AC, 440V AC | 일반적인 600V DC, 1000V DC, 1500V DC(20% 마진을 예약해야 함) |
| 극성 요구 사항므 | 양극과 음극을 구별할 필요가 없습니다(AC에는 극성이 없음) | 양극과 음극(+/-)과 일치해야 함, 역 연결이 고장날 수 있음 |
| PID 효과 효과므 | 결코 ...않다 | 특히 고전압 광전지 시스템에서 잠재적인 유도 분해(PID)를 고려해야 합니다. |
| 접지 요건므 | 접지 저항 ≤1Ω(중요한 장소) | 접지도 똑같이 중요하지만 루프 임피던스와 등전위 연결에 더 많은주의를 기울입니다. |
| 표준 기준므 | IEC 61643-11, | IEC 61643-31 |
- 작동 원리 및 회로 구조: AC SPD는 MOV 또는 GDT를 사용하여 AC 전류의 영점 교차점에서 자연 아크 소멸을 활용합니다. L, N, PE 라인에 대한 다중 모드 보호와 호환성이 필요하며 열 트립 메커니즘을 통합합니다. DC SPD에는 제로 교차점이 없어 양방향 TV 또는 다단계 갭 아크 소멸이 필요합니다. 이들은 직렬 연결 다단계 MOV를 사용하여 잔류 전압을 줄이고 능동 셧다운 회로를 특징으로 합니다.
- 실패 모드 차이: AC SPD 고장이 증가된 누설 전류로 나타납니다. 열 트리핑을 통해 자동으로 격리됩니다. DC SPD는 가혹한 아크 소멸로 인해 단락이 지속되기 쉬운 DC MCCB 백업 보호가 필요합니다.
- 애플리케이션 시나리오: AC SPD는 건물 배전반 및 단말기 장비와 같은 AC 시스템에 사용됩니다. DC SPD는 태양광 시스템, 충전소 및 새로운 에너지 DC 버스바에 사용됩니다. 예를 들어, 태양광 결합기 상자에는 1000 VDC SPD가 필요하고 인버터의 AC 측에는 385 VAC SPD가 필요합니다.
- 선택: AC SPD는 건물 분류에 따라 접지 저항이 ≤1Ω인 전류 운반 용량이 필요하며, DC SPD는 PID 효과를 고려하여 최대 연속 작동 전압과 극성을 일치시켜야 합니다. 예를 들어 1000V 시스템에는 1200VDC SPD가 필요합니다.
가로등 프로젝트에 적합한 서지 보호 장치를 선택하는 방법
어느 정도에서 SPD 선택 엔지니어링 프로젝트의 경우 다음 요소를 종합적으로 고려해야 합니다.
- 프로젝트 위치의 번개 밀도
- 극 높이 및 분포 밀도
- 개별 램프 전력 및 총 시스템 부하
- 지능형 제어 및 통신 모듈의 존재
고위험 낙뢰 지역 또는 중요한 도로의 경우 방전 용량이 10KA–20KA 이상인 SPD 제품이 권장됩니다.
LED 가로등의 서지 보호 장치에 대한 최상의 설치 방법
고성능 SPD를 사용하더라도 부적절한 설치는 보호 효과를 크게 줄일 수 있습니다. 엔지니어링 관행은 다음 원칙을 준수해야 합니다.
- SPD와 보호 장비 사이의 거리를 최소화합니다.
- 접지선이 "짧고, 곧고, 두꺼운" 상태인지 확인하십시오.
- 루프 또는 불필요한 굴곡을 피하십시오.
- 정기적으로 SPD 고장 지표를 검사하십시오.
- 적절한 설치 방식은 단순히 SPD 매개변수를 늘리는 것보다 더 큰 실용적인 이점을 제공하는 경우가 많습니다.
LED 가로등에서 서지 보호 장치의 경제적 이점
SPD는 초기 재료비를 증가시키지만, 전체 수명 주기 동안 평가할 때 경제적 이점이 상당합니다.
- LED 가로등 고장률을 크게 줄입니다.
- 유지 보수 및 교체 빈도 감소
- 대규모 수리 및 고객 불만 방지
- 전반적인 프로젝트 신뢰성과 브랜드 평판 향상
대부분의 시립 프로젝트에서 SPD 비용은 일반적으로 총 조명 시스템 비용의 1% 미만을 차지하는 반면 실패 위험은 30% 이상 감소합니다.
LED 가로등 SPD 응용 프로그램의 일반적인 오해
다음 문제는 실제 프로젝트에서 특히 널리 퍼져 있습니다.
- 일치하지 않는 SPD 전압 정격 선택
- 접지 시스템 품질 무시
- SPD와 부하 사이의 과도한 거리
- DC 보호를 무시하면서 AC 보호에만 초점을 맞춥니다.
- 이러한 오류는 종종 SPD를 비효율적으로 만들어 적절한 보호를 제공하지 못하게 합니다.
결론
LED 가로등이 더 높은 전력, 지능 및 시스템 통합으로 발전함에 따라 전기 안전과 안정성에 대한 요구가 계속 증가하고 있습니다. 서지 보호 장치 더 이상 선택 사항이 아닌 LED 가로등의 장기간 안정적인 작동을 보장하기 위한 필수 기술 기반입니다.
과학적 SPD 선택, 합리적인 보호 아키텍처 및 표준화된 설치를 통해 조명 프로젝트는 실패율을 효과적으로 줄일 뿐만 아니라 전체 프로젝트 가치와 시장 경쟁력을 크게 향상시킬 수 있습니다. 장기간의 안정적인 작동을 추구하는 LED 가로등 프로젝트의 경우 서지 보호는 필수 요소가 되었습니다.
자주 묻는 질문
관련 게시물
