Complete gids voor overspanningsbeveiligingen voor LED-straatverlichting

Gedreven door wereldwijde energiebesparing, emissiereductie en slimme stadsontwikkeling, zijn LED-straatverlichting de reguliere keuze geworden voor stedelijke wegen, industrieterreinen, snelwegen en verlichting van openbare infrastructuur. Vergeleken met traditionele natrium hogedruk-natriumlampen en metaalhalogenidelampen, bieden LED-straatverlichting aanzienlijke voordelen op het gebied van energie-efficiëntie, levensduur en intelligente lichtregeling. In praktische technische toepassingen blijft een lang onderschat maar zeer destructief risico echter de stabiliteit van LED-straatlantaarnsystemen ondermijnen - elektrische pieken en bliksemschommelen.

Talrijke technische gevallen tonen aan dat vroege storingen in LED-straatverlichting niet worden veroorzaakt door de LED-chips zelf, maar eerder door overspanningen op de stroominvoer of besturingssystemen. Bijgevolg zijn overspanningsbeveiligingsapparatuur (SPD's) geëvolueerd van "optionele configuraties" naar "verplichte technische componenten".

Dit artikel analyseert systematisch de werkprincipes, selectiecriteria, installatienormen en economische waarde van SPD's voor LED-straatverlichting Vanuit een technisch praktijkperspectief, met uitgebreide technische begeleiding voor verlichtingsprojecten.

Waarom LED-straatverlichting moet worden uitgerust met overspanningsbeveiligingsapparatuur

LED-straatlantaarsystemen bestaan uit LED-lichtbronmodules, drivers en besturingseenheden, waarbij kerncomponenten sterk afhankelijk zijn van halfgeleiderapparaten. Vergeleken met inductieve lichtbronnen zoals traditionele hogedruknatriumlampen, gebruiken LED-straatverlichting laagspannings-, hoogfrequente schakelvoedingen. Deze structuur vermindert aanzienlijk hun tolerantie voor voorbijgaande overspanningen en spanningspieken, waardoor effectieve overspanningsbeveiligingsmogelijkheden nodig zijn.

Vanuit een milieuperspectief werken LED-straatverlichting continu in zeer blootgestelde elektrische buitenomgevingen. Gemeentelijke wegverlichting is doorgaans afhankelijk van hoogspanningslijnen boven het hoofd of lange afstand, die honderden meters of meer overspannen, van distributiekasten tot lichtmasten. In regio's met frequente bliksemactiviteit zijn deze systemen zeer vatbaar voor geïnduceerde bliksemenergie. Zelfs zonder een directe slag kunnen intense elektromagnetische velden tijdelijke hoogspanningen genereren binnen hoogspanningslijnen, die zich vervolgens langs de lijnen in de armaturen voortplanten.

Bovendien maken de hoge hoogte en de metalen structuur van straatlantaarnpalen ze gevoelig voor energiekoppeling met aardingssystemen tijdens onweer, waardoor ze in de voorhoede van overspanningen komen. Bovendien maken wegverlichtingssystemen gewoonlijk gecentraliseerde besturing, waar talrijke lichten synchroon bij zonsondergang en zonsopgang aan/uit schakelen. Deze frequente omschakeling van hoogvermogenbelastingen genereert herhaaldelijk schakelpieken in het net, waardoor LED-drivers worden onderworpen aan continue impact.

Zonder overspanningsbeveiliging zijn de meest voorkomende storingen in projecten frequente schade aan de bestuurdersvoeding, gedimde of flikkerende armaturen, gelokaliseerde LED-modulestoringen en batchstoringen van armaturen langs dezelfde sectie. Failureanalyse geeft aan dat schade voornamelijk geconcentreerd is in de ingangstrap van de stroomvoorziening en de schakelapparatuurgebieden, wat typische overspanningseigenschappen vertoont.

Daarom kan duidelijk worden vastgesteld dat het probleem niet in de LED's zelf ligt, maar in het gebrek aan systematisch overspanningsbeveiligingsontwerp.

In de huidige buitenomgevingen van vandaag zijn overspanningsbeveiligingsapparaten (SPD's) niet langer optionele componenten voor het verbeteren van de betrouwbaarheid. Het zijn fundamentele vereisten om ervoor te zorgen dat LED-straatverlichting hun ontworpen levensduur en het minimaliseren van operationele en onderhoudsrisico's minimaliseert.

Primaire bronnen van overspanningen in LED-straatverlichtingssystemen

Stuwingen die worden ervaren door LED-straatverlichting zijn niet alleen afkomstig van directe blikseminslagen. In de ingenieurspraktijk komen ze voornamelijk voort uit de volgende scenario's:

• Directe blikseminslag en geïnduceerde bliksem: Blikseminslagen kunnen onmiddellijk tientallen kilo- ampère actueel genereren. Zelfs wanneer het slagpunt ver van de lichtmast staat, kunnen stroompieken de stroomleidingen binnendringen via inductie.

• Operationele stroompieken van het net: Transformatorschakeling, start-/stopcycli met hoog vermogen en bewerkingen voor reactieve vermogenscompensatie Apparaatbedieningen kunnen allemaal tijdelijke overspanningen in het net genereren.

• Effecten van lange afstandsstroomlijnen: Gemeentelijke straatlantaarns gebruiken doorgaans kabels over lange afstand voor stroomvoorziening. Deze regels fungeren als 'antennes', waardoor ze zeer vatbaar zijn voor het induceren van bliksemenergie.

• Ontoereikende aardingssystemen: Overmatig hoge aardingsweerstand of onjuiste aardingsconfiguraties kunnen de destructieve impact van overspanningen op apparatuur versterken.

Hoe werkt een overspanningsbeveiliging in LED-straatverlichting?

De kernfunctie van een SPD is niet om pieken te "blokkeren", maar om stroompieken naar aarding binnen een extreem kort tijdsbestek te omzeilen en te ontladen, waardoor de spanningsamplitude die de apparatuur binnenkomt, wordt beperkt.

Zoals getoond in figuur 1, blijft de SPD tijdens normale voedingsomstandigheden in een toestand met hoge weerstand, gelijk aan het feit dat een schakelaar open is, zonder dat de werking van het systeem wordt beïnvloed. Zoals getoond in figuur 2, wanneer een golf optreedt (de rode pijl vertegenwoordigt een bliksemschichtsversnelling) en de spanning de ingestelde drempel overschrijdt, geleiden de interne niet-lineaire componenten van de SPD snel, gelijk aan het sluiten van de schakelaar en kortsluiting. Dit leidt de overspanning naar het aardingssysteem af, waardoor de stroomafwaartse LED-straatlantaarn tegen beschadiging wordt beschermd. Nadat de piek is verdwenen, keert de SPD automatisch terug naar zijn toestand met hoge weerstand, wat overeenkomt met het openen van de schakelaar, en blijft hij stand-by.

Deze "onmiddellijke geleiding en automatische herstel"-bedrijfsmodus maakt de SPD tot een onmisbare passieve beschermingscomponent in LED-straatverlichtingssystemen.

Multi-level overspanningsbeveiliging en intern verdedigingsontwerp voor LED-straatverlichting

In lichtprojecten met een hoge betrouwbaarheid is een enkele SPD onvoldoende om complexe overspanningsomgevingen aan te pakken. Volwassen oplossingen voor overspanningsbeveiliging in de straatlantaarn maken doorgaans gebruik van een verdedigingsarchitectuur met meerdere niveaus:

Niveau 1 bescherming: geïnstalleerd aan de verdeelkast of basis van de lichtmast om hoge energie te weerstaan.

FDS20C/2-275 Klasse II
Aanduiding: Type2
Classificatie: Klasse II
Beschermingsmodus: L1, L2, L3-PE
Nominale spanning UN: 230/400 VAC/50(60)Hz
max. Continue bedrijfsspanning UC (L-N): 275 VAC/50(60)Hz
Kortsluitvastheid: 20 kA
Continue bedrijfsstroom IC: <20 µA
Standby stroomverbruik pc: ≤25 MVA
Max ontlaadstroom (8/20μs) IMAX: 40 kA
Nominale ontladingsstroom (8/20μs) binnen: 20 kA
Voltage beschermend niveau omhoog: ≤1,3 kV
Isolatieweerstand: 1000 MΩ
Materiaal behuizing: UL94V-0
Beschermingsgraad: IP20

Vraag een offerte aan

Niveau 2 bescherming: Gepositioneerd bij de stroomtoevoer van armaturen om reststroompieken te onderdrukken.

SPD03-AC275-P/AG Classii+III
Aanduiding: Type2+3
Classificatie: Klasse III
Beschermingsmodus: L-N , N-PE , L-PE
Nominale ingangsspanning UN (L-N): 230VAC, 50/60Hz
max. Continue bedrijfsspanning UC (L-N): 275VAC, 50/60Hz
Max ontlaadstroom (8/20μs) IMAX: 6 ka
Nominale ontladingsstroom (8/20μs) binnen: 3 ka
Voltage beschermend niveau omhoog: L-N ≤1,3 kV, L(N)-PE ≤1,5 kV
Open circuit spanning UOC: 6 kV
Backup zekering: 16A
Materiaal behuizing: UL94V-0
Beschermingsgraad: IP20

Vraag een offerte aan

Niveau 3 bescherming: geïntegreerd in LED-stuurprogramma's of regelmodules voor granulaire bescherming.

Dit gelaagde beschermingsontwerp vermindert de belasting van individuele SPD's aanzienlijk en verbetert de algehele systeemstabiliteit.

Belangrijke technische parameters voor het selecteren van LED-straatlantaarn-SPDS

Tijdens de selectie van technische technieken bepalen de technische parameters van SPD direct de effectiviteit van de bescherming, voornamelijk inclusief:

• UC (maximale continue bedrijfsspanning): Moet de nominale spanning van het systeem overschrijden
• In / IMAX (nominaal / maximale ontladingsstroom): Reflecteert SPD Surge Energy Absorption Capacity
• OMHOOG (spanningsbeveiligingsniveau): Lagere waarden bieden een effectievere bescherming van apparatuur.
• Responstijd: Meestal vereist op het nanoseconde-niveau
• Beschermingsmodi: combinaties zoals L-N, L-PE, N-PE, enz.

Voor LED-straatverlichting zijn een lage waarde en een snelle responscapaciteit bijzonder van cruciaal belang.

Serie- en parallelle verbindingen: SPD-verbindingsmethoden kiezen

Hieronder staan ​​twee van de meest voorkomende bedradingsschema's voor het installeren van SPD's in straatverlichting, gecategoriseerd als serie- en parallelle verbindingen:

In verlichtingssystemen zijn SPD's bijna uitsluitend parallel verbonden. De voordelen zijn onder meer:

• Geen invloed op de normale stroomvoorziening naar armaturen
• Geen lichtonderbreking als de SPD uitvalt
• Eenvoudiger installatie en onderhoud
• Hoewel serieverbinding theoretisch de stroom beperkt, wordt deze zelden gebruikt in straatlantaarnsystemen en is het gereserveerd voor specifieke voedingontwerpen.

Verschillen tussen AC SPD en DC SPD

Het kernonderscheid tussen SPD en DC SPD ligt in de verschillende soorten stromen die ze beschermen, wat direct hun werkingsprincipes, faalwijzen en toepassingsscenario's bepaalt. Simpel gezegd, AC SPD wordt gebruikt in AC-systemen, terwijl DC SPD specifiek is ontworpen voor DC-systemen.

Een statistische tabel met de verschillen tussen AC SPD en DC SPD

• Werkingsprincipe en circuitstructuur: AC SPD's maken gebruik van de natuurlijke booguitsterving op het nuldoorgangspunt van de AC-stroom, waarbij gebruik wordt gemaakt van MOV's of GDT's. Ze vereisen compatibiliteit met multi-mode-bescherming voor L-, N- en PE-lijnen en bevatten thermische uitschakelmechanismen. DC-SPD's missen een kruispunt zonder kruispunt, waardoor bidirectionele tv's of meertraps gap-uitsterving uit de lucht moeten worden geschoven. Ze gebruiken serie-geschakelde meertraps MOV's om de restspanning te verminderen en zijn voorzien van actieve uitschakelcircuits.

• Verschillen in de storingsmodus: AC SPD-storing manifesteert zich als verhoogde lekstroom, automatisch geïsoleerd via thermisch uitschakelen. DC SPD's, die gevoelig zijn voor aanhoudende kortsluiting als gevolg van moeilijke booguitsterving, vereisen een speciale DC MCCB-back-upbeveiliging.

• Toepassingsscenario's: AC SPD's worden gebruikt in AC-systemen zoals het bouwen van distributiepanelen en eindapparatuur. DC SPD's worden gebruikt in fotovoltaïsche systemen, laadstations en nieuwe energie-DC-rails. Fotovoltaïsche combinerboxen vereisen bijvoorbeeld 1000 VDC SPD's, terwijl de AC-zijde van omvormers 385 VAC SPD's vereist.

• keuze: AC SPD's vereisen stroomvoerende capaciteit op basis van gebouwclassificatie, met grondweerstand 1. DC-SPD's moeten overeenkomen met de maximale continue bedrijfsspanning en polariteit, rekening houdend met PID-effecten, bijvoorbeeld een 1000V-systeem vereist een 1200 VDC SPD.

Hoe u geschikte overspanningsbeveiligingsmiddelen voor straatlantaarnprojecten selecteert

wanneer SPD's kiezen Voor technische projecten moeten de volgende factoren uitgebreid worden overwogen:

• Bliksemdichtheid op de projectlocatie
• Polehoogte en distributiedichtheid
• Individuele lampvermogen en totale systeembelasting
• Aanwezigheid van intelligente besturings- en communicatiemodules

Voor bliksemschichten met een hoog risico of kritieke wegen worden SPD-producten met een afvoercapaciteit van niet minder dan 10 kA-20 kA aanbevolen.

Beste installatiepraktijken voor overspanningsbeveiligingsapparatuur in LED-straatverlichting

Zelfs met krachtige SPD's kan een onjuiste installatie de beschermingseffectiviteit aanzienlijk verminderen. Engineeringpraktijken moeten zich aan deze principes houden:

• Minimaliseer de afstand tussen SPD en beschermde apparatuur.
• Zorg ervoor dat aardingsdraden "kort, recht en dik zijn."
• Vermijd het vormen van lussen of onnodige bochten.
• Inspecteer regelmatig SPD-storingsindicatoren.
• Goede installatiepraktijken leveren vaak grotere praktische voordelen op dan alleen het verhogen van de SPD-parameters.

Economische voordelen van overspanningsbeveiliging in LED-straatverlichting

Terwijl SPD's de initiële materiaalkosten verhogen, zijn hun economische voordelen aanzienlijk wanneer ze gedurende de hele levenscyclus worden geëvalueerd:

• Vermindert de uitvalpercentages van de LED-straatlantaarn
• Vermindert onderhoud en vervangingsfrequentie
• Voorkomt grootschalige reparaties en klachten van klanten
• Verbetert de algehele betrouwbaarheid van het project en de reputatie van het merk

In de meeste gemeentelijke projecten zijn SPD-kosten doorgaans goed voor minder dan 11 TP3T van de totale kosten van het verlichtingssysteem, terwijl faalrisico's met meer dan 301 TP3T worden verminderd.

Veelvoorkomende misvattingen in LED-straatlantaarn-SPD-toepassingen

De volgende problemen komen vooral voor in de daadwerkelijke projecten:

• Niet-overeenkomende SPD-spanningsclassificatie selectie
• kwaliteit van het aardingssysteem verwaarlozen
• Overmatige afstand tussen SPD en belasting
• Alleen focussen op AC-bescherming terwijl DC-bescherming wordt genegeerd
• Deze fouten maken SPD's vaak ineffectief, waardoor ze niet de juiste bescherming kunnen bieden.

Conclusie

Naarmate LED-straatverlichting evolueert naar hogere vermogens, intelligentie en systeemintegratie, blijven de eisen voor elektrische veiligheid en stabiliteit toenemen. Overspanningsbeveiligingsapparaten zijn niet langer optionele extra's, maar essentiële technische basis om een betrouwbare langetermijnbetrouwbare werking van LED-straatverlichting te garanderen.

Door wetenschappelijke SPD-selectie, rationele beschermingsarchitectuur en gestandaardiseerde installatie, kunnen verlichtingsprojecten niet alleen de faalpercentages effectief verminderen, maar ook de algehele projectwaarde en marktconcurrentievermogen aanzienlijk vergroten. Voor LED-straatlantaarnprojecten die langdurig stabiele werking nastreven, is overspanningsbeveiliging een onmisbaar kritiek onderdeel geworden.

FAQs