Устройства защиты от перенапряжения: полное техническое руководство

Во время работы мгновенные высокие напряжения (всплески) в источниках питания LED действуют как невидимые «текущие убийцы», потенциально возникающие из-за ударов молнии, переключения электричества, остановки/остановки двигателя и подобных операций.

Хотя эти всплески длятся всего лишь доли секунды (обычно миллисекунды до микросекунд), их пиковые напряжения могут достигать десятков или даже в сотни раз больше нормального напряжения, достаточно для разрушения или сжигания полупроводниковых компонентов, что приводит к необратимому повреждению.

Защита от перенапряжения служит «спасательным» для светодиодных светильников для светодиодных светильников от нестабильности сетки и ударов молнии. Поэтому выбор подходящего источника питания драйвера имеет решающее значение. При необходимости к приборам следует добавить защитные устройства.

В этой статье представлен всесторонний анализ защиты от перенапряжения, охватывающих технические принципы, инженерные области и методы установки.

Что такое защитное устройство от перенапряжения для светодиодных фонарей?

Что такое защитная стойка? Проще говоря, защита от перенапряжений «разряжает» внезапные избыточные напряжения (всплески) в цепи, предотвращая повреждение системы освещения. В схеме действует как «защитный клапан»: когда напряжение превышает пределы, он быстро ведет отклонение тока, а затем сбрасывается в разоме, как только напряжение возвращается в нормальное состояние, гарантируя, что светодиодные светильники всегда работают в безопасных диапазонах напряжения.

Защитные устройства в основном учитывают два типичных сценария «всплеск напряжения»: молниеносные скачки, требующие SPD типа I и II типа, а также переключение в результате пусков и отключения промышленного оборудования, что требует защиты от SPD. Оба принципиально превышают напряжения, превышающие диапазон допуска устройства, обеспечивая комплексную защиту электрооборудования.

Таким образом, защитные устройства служат двойной цели: предотвращение внезапного высокого напряжения от повреждения оборудования и уменьшение частых незначительных скачков, ускоряющих старение, тем самым обеспечивая комплексную защиту систем светодиодного освещения.

Для получения дополнительной информации об устройствах защиты от перенапряжения в светодиодных освещениях можно прочитать в блоге:Устройства защиты от перенапряжения (SPD) для светодиодного освещения: полное руководство для помещений и наружных работ.”

Какие типы устройств защиты от перенапряжения существуют?

Классифицируется по принципу действия:

а) СПД переключения напряжения

Высокая импеданс при нормальной работе, резко переключается на низкие импедансы при скачках напряжения, что позволяет обеспечивать высокий ток. Также известен как «короткий переключатель типа SPD». Обычно в качестве компонентов используются выпрямители, газоразрядные трубки, тиристоры или кремниевые выпрямители. Эти защитные устройства также называются «Croba-Type» из-за их характеристик прерывистого тока напряжения.

б) Ограничительное напряжение SPD

Выявляется высокий импеданс при отсутствии всплесов. Полное сопротивление постоянно уменьшается по мере увеличения тока и напряжения. Компоненты обычно включают вариисторы и диоды подавления. Также известны как защитные устройства для перенапряжения. характеризуется непрерывными характеристиками тока напряжения.

в) комбинированный СДПГ

Защита от перенапряжения, сочетающая в себе компоненты переключения и ограничения напряжения. Его характеристики могут проявляться как переключение напряжения, ограничение напряжения или и то, и другое, в зависимости от приложенного профиля напряжения.

Композитные защитные устройства могут подавлять перенапряжение, превышающее 6 кВ, в два раза превышающего максимальное рабочее напряжение системы за одну операцию. Трехфазные блоки могут подавлять до 800 В, в то время как однофазные блоки могут подавлять до 600 В. Напротив, модульные ограждения для перенапряжений требуют трех уровней защиты (класс B, C и D) для обеспечения подавления около 1000 В.

Классификация по применению:

В зависимости от приложения SPDS можно разделить на два типа: линии электропередач и сигнальные линии SPD.

Состав устройства защиты от перенапряжения

Структура защиты от перенапряжений состоит в основном из следующих компонентов:

• Варистор металла оксид (MOV): Основной компонент защитного устройства от перенапряжения, изготовленный из таких материалов, как оксид цинка. Когда в цепи происходит перенапряжение, MOV быстро переходит в проводящее состояние, поглощая энергию перенапряжения и отводя ее к земле.

• Защита Cсхема Bрыться: Расположен внутри протектора перенапряжения, он контролирует и контролирует изменения тока и напряжения. Обычно состоящий из интегральных схем, он включает функции автоматического переключения и сброса для защиты от перенапряжения.

• конечный Bлокон: Подключите защитную цепь к цепи, обычно с двумя клеммами — для входной мощности, а другую — для выходной мощности.

• Жилье: Защищает внутренние компоненты защитного устройства, обычно изготовленного из изоляционного материала для предотвращения поражения электрическим током и других опасностей.

Различия между СДП и обычными предохранителями и цепями фильтра

Различия между СДП и предохранителями

‌СДПГ‌ : Специально разработан для рассеивания токов переходных приливов (например, удары молнии, переключение сетки). Он направляет высоковольтные скачки на землю через такие компоненты, как вариаторы оксидов металлов (MOV) или газоразрядные трубы (GDT), защищающие оборудование от мгновенного повреждения высокого напряжения.

‌предохранители‌ : Устранить только устойчивые перегрузки или токи короткого замыкания, прерывая цепь путем плавления. Они не могут обрабатывать скачки наносекунды.

Время отклика SPD колеблется от наносекунд до микросекунд (например, наносекунды для MOV, микросекунды для GDT), тогда как предохранители требуют перегорания в течение нескольких миллисекунд, что не может защищать чувствительное оборудование вовремя. Деградированные SPD могут утечку тока или короткого замыкания, что требует использования с предохранителями (не выключателями) для предотвращения потерь тока; перегоревшие предохранители требуют замены, но не вызывают последующих проблем с током.

Различия между SPD и цепями фильтра

‌СДПГ‌ : Защищает от переходных высоких напряжений (уровень кВ), таких как удары молнии или скачки мощности.

‌Фильтрующие схемы‌: Удалить стойкий высокочастотный шум (кГц-МГц), например, электромагнитные помехи в источниках питания.

SPDS функционирует за счет разряда или зажимного напряжения (например, MOV, проводит более 600 В), фильтрующие схемы используют индукторы и конденсаторы для формирования низкочастотных сетей, постепенно снижая шум. SPD защищают от ударов молнии и скачков сетки, фильтры фильтров служат приложениям, требующим высокой чистоты мощности, таких как медицинское оборудование и системы связи.

Сводная таблица сравнения

‌Функция	звуковая радиосигнал	плавиться	‌Фильтр цепь
‌ядро-функция‌	Переходные скачки разряда	Защита от перегрузки/короткоммута	Фильтр высокочастотный шум
‌Время ответа‌	Наносекунд-микросекунда	миллисекунда	непрерывная работа
‌Типичные компоненты‌	МОВ, ГДТ, ТВС2	металлический взрыватель	индукторы, конденсаторы
‌Рисности неудач‌	Возможная утечка или короткое замыкание	Требуется замена	снижение производительности

Как показано выше, SPD, предохранители и схемы фильтров выполняют разные роли в энергосистемах. Их скоординированное использование имеет важное значение для достижения всесторонней защиты.

Принцип работы устройств защиты от перенапряжения

В нормальных условиях защита от перенапряжений представляет собой состояние открытого цепи на землю в цепи, что означает состояние высокого сопротивления. Эта высокосопротивляющаяся характеристика минимизирует ее влияние на цепь. Он работает как переключатель, оставаясь открытым, когда он не нужен для обеспечения нормальной работы схемы без помех. как показано на рисунке 1 ниже.

Когда в основной цепи возникает переходное высокое напряжение, например, во время удара молнии, защита от перенапряжений мгновенно реагирует. При таком переходном состоянии перенапряжения защитник всплеск ведёт себя как состояние с низким сопротивлением. Его внутренние компоненты (например, вариаторы, газоразрядные трубки) быстро переходят от высокосопротивляющихся состояний с низким сопротивлением, образуя проводящий путь. Он мгновенно отводит ток всплеска и ограничивает напряжение всплеска до безопасного уровня, тем самым защищая цепь и оборудование от повреждений. Как показано на рисунке 2.

Как показано на рисунке 2, защита от перенапряжений играет критическую защитную роль во время событий перенапряжения. Он действует как барьер, защищающий блок питания и осветительные приборы от воздействия перенапряжения.

Почему для систем светодиодного освещения так важно?

Защита от перенапряжения имеет решающее значение для светодиодных систем освещения по следующим основным причинам:

1. Светодиодная чувствительность к всплескам

Как полупроводниковые устройства, светодиоды имеют прямое напряжение всего в нескольких вольтах и демонстрируют крайне низкое сопротивление перенапряжения, особенно слабую допуск обратного напряжения. Перенапряжение перенапряжения (достижения тысяч вольт) от ударов молнии или переключения сети может напрямую повредить светодиодные чипы или драйверы, что приведет к немедленному сбою или повреждению скрытых повреждений.

2. Разнообразные источники всплеска

• ‌Индукция молнии‌ : Разряд тока молнии вызывает резкие скачки потенциала земли, попадая в светильники по линиям питания/сигнала.

• ‌Операции сетки‌: распределительные устройства, неисправности короткого замыкания и т. д., генерируют переходные перенапряжения.

• ‌Электростатический явременное: Статическое электричество (>10 кВ), накопленное на металлических кожухах, может разрушить схемы драйверов.

3. Последствия повреждения перенапряжения

Случайные события не только ускоряют старение светодиодного источника света (сниженная световая эффективность), но также могут вызывать каскадные сбои: один светодиодный короткозамыкающий сигнал передает падение напряжения на соседние светодиоды, ускоряя прогорание целых струнных ламп. Высокие затраты на техническое обслуживание систем наружного освещения означают неадекватную защиту значительно увеличивают расходы на содержание.

В одном городе 30% водителей главного освещения провалились после сезона грозы из-за отсутствия защиты от перенапряжения, что привело к ремонту более 500 000 юаней. Проверка показала, что множественные удары всплеска состарили и разрушили варисторы металлических оксидов (MOV), что позволило последующим ударам молнии напрямую повредить светодиодные модули.

Защита от перенапряжений является важной мерой для обеспечения долговечности и надежности светодиодных светильников, особенно незаменимых в условиях высокого риска, таких как наружная и промышленная обстановка. Светодиодные светильники, оснащенные защитой от перенапряжения, демонстрируют повышенную надежность. Установка SPDS, совместимой со стандартами тестирования, такими как IEC 61000-4-5, существенно снижает затраты на техническое обслуживание, что делает его жизненно важным для систем светодиодного освещения.

Методы подключения для защиты от перенапряжений в светодиодных светильниках

Наиболее распространенный подход к подключению защитных от перенапряжений к светодиодным светильникам включает их последовательно или параллельно на входных или выходных клеммах. На основе различных мест установки и методов их можно разделить на следующие категории:

1. Защитные устройства, встроенные в ведущийs

Встроенные защитные устройства для снижения воздействия перенапряжения перенапряжений, вызванные ударами молнии, операциями коммутации или электростатическим разрядом на систему. Они поддерживают стабильность электроснабжения и обеспечивают непрерывную работу системы освещения. Быстро реагируя на перенапряжения перенапряжения и подавляя их, защитные устройства от перенапряжений уменьшают повреждения модулей драйверов светодиодов и модулей, вызываемых аномальными напряжениями, что увеличивает срок службы оборудования.

2. Установлен защитный фильтр ведущий передняя часть

Этот подход в первую очередь подходит для районов с частыми ударами молнии и высокой влажностью окружающей среды. Например, установка защитного устройства на передней части уличных фонарей обеспечивает улучшенную защиту от электрических повреждений от ударов молнии и электромагнитных помех, служа двойной защитой. Это также облегчает обслуживание в дальнейшем. Однако важно убедиться, что вновь добавленный SPD совместим и соответствовал существующему методу заземления системы.

3. Серийное соединение на входе

Подсоедините последовательно защитную протектор с входом источника питания драйвера светодиодного питания. Когда на входе происходит всплеск, защита от перенапряжений прерывает ток, защищая тем самым светодиодную лампу.

4. Параллельное соединение на входе

Подключите защитную протектору параллельно с входом светодиодного драйвера. Когда на входе происходит всплеск, защита от перенапряжений проводит ток, отводя избыточный ток.

Различные типы защиты от перенапряжений имеют явные преимущества и недостатки, требующие выбора в зависимости от конкретных условий.

Как правило, защитные устройства серии обеспечивают быстрое время отклика, высокую защиту и минимальное влияние на нормальную работу, но имеют такие недостатки, как комплексная установка, требования к пространству и восприимчивость к повреждениям.

Параллельные защитные устройства имеют простую установку, компактную площадь и простоту замены, но при этом имеют более медленный отклик, более слабую защиту и возможные помехи при нормальной работе.

Какой тип SPD используется в светодиодном освещении?

Устройства защиты от перенапряжения (SPD) классифицируются в основном на основе их возможностей защиты, места установки и характеристик допусков формы сигнала. Международные стандарты обычно делят их на три типа:

Тип 1 СДПГ

Предназначен для ударов молнии или энергий энергий, установленных на главной распределительной панели или в точке входа в электричество здания. Имеет более высокий уровень защиты (вверх) от 1,5 кВ до 4 кВ, с номинальным током разряда (IN) обычно от 12,5 кА до 200 кА.

Типичные области применения: места высокого риска, подверженные прямому ударам молнии, такие как промышленные предприятия и базовые станции связи.

Тип 2 СПД

Подходит для непрямых ударов молнии или помех в электросети, установленных в распределительных щитах или в распределительных шкафах на уровне пола. В обычном режиме от 5 до 20 кА, а вверх обычно 1,5 кВ до 2,5 кВ.

Типичные применения: Наружное и коммерческое освещение светодиодных и светодиодных вывесок и светофоров, включая дорожное освещение, освещение парковки, освещение стен, светофор, светофор, освещение, цифровые вывески, уличное освещение и туннельное освещение.

Тип 3 SPF

Подходит для защиты конечного устройства, установленного на переднем конце оборудования или розеток. Обычно в ≤10 кА.Обеспечивает прекрасную защиту (до ≤1 кВ) с более быстрым временем отклика (наносекундный уровень).

Типичные приложения: часто интегрируются в светодиодные драйверы для защиты от локального напряжения.

В основных распределительных панелях используются устройства типа 1 или 2. Распределительные коробки могут использовать устройства типа 2 и 3, причем тип 2 и 3 также подходят для серверных приложений.

Для линий питания переменного тока, входящих в здания, установите защитные устройства типа 1 или типа 2 в качестве первичной защиты на границе между зонами LPZ0A/LPZOB и LPZ1 (например, на главной распределительной панели).

На границах последующих зон защиты, таких как распределительные панели в линиях распределения электроэнергии или помещениях для электронного оборудования, в качестве вторичной защиты могут устанавливаться защитные устройства типа 2. Для таких устройств, как светодиодные светильники, перед портом питания могут быть установлены защитные устройства типа 2 или 3.

Как правильно выбрать защиту от перенапряжения?

В электрических приложениях выбор защиты от перенапряжения является очень сложной проблемой, включающей такие факторы, как конфигурация заземления системы, уровень экспозиции, зоны молниезащиты, длина кабеля, защита от перенапряжения, величина тока короткого замыкания в точках защиты и количество шунтирующих цепей.

Многие производители выпускают на рынке защитные устройства для перенапряжений. Поэтому при выборе устройств защиты от перенапряжения особое внимание следует уделять следующим пунктам:

1. Определите значение UC

Выбор максимального постоянного рабочего напряжения защиты от перенапряжения (UC) требует всестороннего учета напряжения системы, напряжения оборудования и стандартных спецификаций. Минимальное значение UC должно быть в 1,15 раза номинального напряжения.

Например, в системе фазного напряжения 220 В UC = 1,15 × 220 В = 253 В, так как пиковые напряжения сети переменного тока могут достигать 1,1 раза больше значения среднеквадратичного значения (253 В × 1,414 = 357 В; 350В пик для системы 220В), UC должен превысить это значение. Однако в практических приложениях, чтобы избежать частой активации, рекомендуется выбрать более высокое значение, такое как 385 В. Одновременно с этим напряжение активации вариатора (U1MA) должно соответствовать диапазону колебаний сетки.

2. Выбор уровней защиты

SPD класса I (например, iiMP ≥ 100kA) используются для основного распределения, а SPD класса II (в ≥ 40 кА) для распределительных панелей, формирующих многоуровневые защиты. Размеры и типы монтажа SPD должны соответствовать требованиям на месте. Ниже приведены рекомендации по выбору:

Уровень защиты	Место установки	Сценарий применения	Основные параметры
Тип 1	Главная распределительная панель	Прямая защита от удара молнии	≥100 кА (10/350 мкс)
Тип 2	распределительная коробка	Индуцированный молнией/операционный всплеск	40ка(8/20мкм)
Тип 3	Светодиодный передний конец драйвера	Прецизионная защита терминала	до ≤1,5 кВ

3. Метод установки

Выберите правильно установленный и простой в установке SPD в зависимости от местоположения светильника. Поскольку SPD обычно скрыты в труднодоступных местах, например, перед светильниками, они могут дополнительно отсоединять светильник от цепи в случае отказа, что облегчает замену и обслуживание в будущем.

4. Экологическая адаптация

Для наружного освещения выберите SPDS с IP-номера IP54 или выше. В влажных или пыльных условиях используйте SPD с более высоким IP-номера IP67.

5. Технические характеристики заземления

SPD должен быть заземлен через специальный терминал PE, избегая общих путей заземления с выходящими проводниками. Тест на сопротивление заземления ≤0,1 Ω.

6. Многоуровневая защита

Помимо защиты источников питания 230 В, рассмотрите возможность защиты блоков управления, таких как DALI, Second (контрольная) фаза, 1-10 В или DMX. Комбинированные SPD- и контролируемые SPD идеально подходят для этих приспособлений, обычно обеспечивая более лучшую скоординированную защиту, чем два отдельных SPD.

7 . Сертификация и безопасность

Выбирайте SPD с надежными сертификатами, такими как TUV или UL, протестированные для соответствия требованиям IEC 61643-11 и VDE 0100-534.

Заключение

Устройства защиты от перенапряжения служат основополагающим барьером для систем наружного освещения против ударов молнии и скачков в сети. Благодаря синергическому действию варисторов и газоразрядных труб они отводят высоковольтные скачки на землю в течение микросекунд, при этом зажимая напряжения до порога безопасного оборудования.

Без адекватной защиты светодиодные светильники и их водители сталкиваются с риском необратимого повреждения, снижения эффективности и потенциального полного отказа. Устройства защиты от перенапряжения значительно повышают надежность светодиодных уличных фонарей в агрессивных системах, что делает их незаменимыми защитными компонентами для систем освещения города.