LED sokak aydınlatması için aşırı gerilim koruyucu cihazlar için eksiksiz kılavuz

Küresel enerji tasarrufu, emisyonların azaltılması ve akıllı şehir gelişiminin yönlendirdiği LED sokak ışıkları, kentsel yollar, endüstriyel parklar, otoyollar ve kamu altyapı aydınlatması için ana tercih haline geldi. Geleneksel yüksek basınçlı sodyum lambalar ve metal halojenür lambalarla karşılaştırıldığında, LED sokak lambaları enerji verimliliği, kullanım ömrü ve akıllı ışık kontrolünde önemli avantajlar sunar. Bununla birlikte, pratik mühendislik uygulamalarında, uzun süredir hafife alınan ancak oldukça yıkıcı bir risk, LED sokak lambası sistemlerinin (elektrik dalgalanmaları ve yıldırım dalgalanmaları) istikrarını baltalamaya devam ediyor.

Çok sayıda mühendislik durumu, LED sokak ışıklarındaki erken arızaların LED çiplerinin kendisinden değil, güç girişi veya kontrol sistemleri üzerindeki aşırı gerilim etkilerinden kaynaklandığını göstermektedir. Sonuç olarak, aşırı gerilim koruyucu cihazlar (SPD'ler), "isteğe bağlı konfigürasyonlardan" "zorunlu teknik bileşenlere" dönüşmüştür.

Bu makale, çalışma prensiplerini, seçim kriterlerini, kurulum standartlarını ve ekonomik değerini sistematik olarak analiz etmektedir. LED sokak lambaları için SPD'ler Mühendislik uygulama perspektifinden, aydınlatma projeleri için kapsamlı teknik rehberlik sağlamak.

LED sokak lambaları neden aşırı gerilim koruma cihazlarıyla donatılmalıdır?

LED sokak lambası sistemleri, yarı iletken cihazlara büyük ölçüde bağımlı olan çekirdek bileşenlerine sahip LED ışık kaynağı modüllerinden, sürücülerden ve kontrol ünitelerinden oluşur. Geleneksel yüksek basınçlı sodyum lambalar gibi endüktif ışık kaynaklarıyla karşılaştırıldığında, LED sokak lambaları düşük voltajlı, yüksek frekanslı anahtarlama güç kaynaklarını kullanır. Bu yapı, geçici aşırı gerilimlere ve voltaj artışlarına karşı toleransını önemli ölçüde azaltır ve etkili aşırı gerilim koruma yetenekleri gerektirir.

Çevresel bir bakış açısıyla, LED sokak lambaları, yüksek oranda maruz kalan dış mekan elektrik ayarlarında sürekli olarak çalışır. Belediye yol aydınlatması tipik olarak dağıtım dolaplarından ışık direklerine kadar yüzlerce metre veya daha fazlasına yayılan havai veya uzun mesafeli elektrik hatlarına dayanır. Sık sık yıldırım aktivitesine sahip bölgelerde, bu sistemler indüklenen yıldırım enerjisine karşı oldukça hassastır. Doğrudan bir vuruş olmadan bile, yoğun elektromanyetik alanlar, güç hatları içinde geçici yüksek voltajlar üretebilir ve daha sonra hatlar boyunca armatürlere yayılır.

Ek olarak, sokak lambası direklerinin uzun yüksekliği ve metalik yapısı, onları fırtınalar sırasında topraklama sistemleriyle enerji eşleşmesine eğilimli hale getirir ve onları dalgalanma etkilerinin ön saflarına yerleştirir. Ayrıca, yol aydınlatma sistemleri genellikle gün batımında ve gün doğumunda çok sayıda ışığın eşzamanlı olarak açılıp kapandığı merkezi kontrol kullanır. Yüksek güçlü yüklerin bu sık sık değiştirilmesi, şebekede anahtarlama dalgalanmaları oluşturarak LED sürücülerini sürekli darbeye maruz bırakır.

Aşırı gerilim koruması olmadan, projelerde en yaygın arızalar arasında sık sık sürücü güç kaynağı hasarı, karartılan veya titreyen armatürler, lokalize LED modül arızaları ve aynı bölüm boyunca armatürlerin toplu arızaları yer alır. Arıza analizi, hasarın ağırlıklı olarak güç kaynağı giriş aşamasında ve anahtarlama cihazı alanlarında yoğunlaştığını ve tipik aşırı gerilim darbe özellikleri sergilediğini gösterir.

Bu nedenle, sorunun LED'lerin kendilerinde değil, sistematik aşırı gerilim koruma tasarımının eksikliğinde olduğu açıkça belirlenebilir.

Günümüzün dış mekan çalışma ortamlarında, aşırı gerilim koruma cihazları (SPD'ler) artık güvenilirliği artırmak için isteğe bağlı bileşenler değildir. LED sokak ışıklarının tasarlanan ömürlerini sağlaması ve operasyonel ve bakım risklerini en aza indirmesini sağlamak için temel gereksinimlerdir.

LED sokak lambası sistemlerinde birincil dalgalanma kaynakları

LED sokak lambalarının yaşadığı dalgalanmalar, yalnızca doğrudan yıldırım çarpmalarından kaynaklanmaz. Mühendislik uygulamasında, öncelikle aşağıdaki senaryolardan kaynaklanırlar:

• Doğrudan yıldırım çarpması ve indüklenen yıldırım: Yıldırım çarpması, anlık olarak onlarca kiloamper akıntı üretebilir. Vuruş noktası ışık kutbundan uzakta olsa bile, dalgalanmalar indüksiyon yoluyla güç kaynağı hatlarına girebilir.

• Şebeke operasyonel dalgalanmaları: Transformatör anahtarlama, yüksek güçlü ekipman başlatma/durdurma döngüleri ve reaktif güç kompanzasyonu cihazı işlemleri, şebekede geçici aşırı gerilimler üretebilir.

• Uzun mesafeli güç hatlarının etkileri: Belediye sokak lambaları genellikle güç kaynağı için uzun mesafe kabloları kullanır. Bu çizgiler “antenler” gibi davranırlar ve onları yıldırım enerjisini indüklemeye karşı oldukça hassas hale getirir.

• Yetersiz topraklama sistemleri: Aşırı yüksek topraklama direnci veya yanlış topraklama konfigürasyonları, dalgalanmaların ekipman üzerindeki yıkıcı etkisini artırabilir.

LED sokak lambalarında aşırı gerilim koruma cihazı nasıl çalışır?

Bir SPD'nin temel işlevi, dalgalanmaları "engellemek" değil, aşırı kısa bir zaman dilimi içinde dalgalanma enerjisini bypass etmek ve boşaltmak, böylece ekipmana giren voltaj genliğini sınırlamaktır.

Şekil 1'de gösterildiği gibi, normal güç kaynağı koşulları sırasında, SPD, sistem çalışmasını etkilemeden açık olan bir anahtara eşdeğer yüksek direnç durumunda kalır. Şekil 2'de gösterildiği gibi, bir dalgalanma meydana geldiğinde (kırmızı ok bir yıldırım dalgasını temsil eder) ve voltaj ayarlanan eşiği aştığında, SPD'nin dahili doğrusal olmayan bileşenleri, bir anahtar kapatmaya ve kısa devreye eşdeğer olarak hızla ilerler. Bu, aşırı akımı topraklama sistemine yönlendirir ve böylece aşağı yönlü LED sokak ışığını hasardan korur. Dalgalanma dağıldıktan sonra, SPD otomatik olarak yüksek direnç durumuna döner, bu da anahtarın açık olmasına eşdeğerdir ve bekleme modunda kalır.

Bu "anlık iletim ve otomatik kurtarma" çalışma modu, SPD'yi LED sokak lambası sistemlerinde vazgeçilmez bir pasif koruma bileşeni haline getirir.

LED sokak lambaları için çok seviyeli aşırı gerilim koruması ve iç savunma tasarımı

Yüksek güvenilirlikli aydınlatma projelerinde, tek bir SPD, karmaşık dalgalanma ortamlarını ele almak için yetersizdir. Olgun sokak ışığı aşırı gerilim koruma çözümleri tipik olarak çok seviyeli bir savunma mimarisi kullanır:

1. seviye koruma: Yüksek enerjili yıldırım dalgalanmalarına dayanacak şekilde ışık direğinin dağıtım kabinine veya tabanına monte edilmiştir.

FDS20C/2-275 Sınıf II
atama: Tip2
Sınıflandırma: Sınıf II
Koruma modu: L1 , L2 , L3-PE
Nominal voltaj UN: 230/400 VAC/50(60)Hz
Maks. Sürekli çalışma voltajı UC (L-N): 275 VAC/50(60)Hz
Kısa devre dayanma özelliği: 20 KA
Sürekli çalışma akımı IC: <20 µA
Bekleme güç tüketimi PC: ≤25 MVA
Maksimum deşarj akımı (8/20μs) IMAX: 40 bin
Nominal deşarj akımı (8/20μs) İçinde: 20 KA
Voltaj Koruyucu Seviye Yukarı ≤1.3 kV
İzolasyon direnci: 1000 MΩ
Konut malzemesi: UL94V-0
Koruma derecesi: IP20

Teklif Alın

2. seviye koruma: artık dalgalanmaları bastırmak için armatürlerin güç girişine yerleştirilmiştir.

SPD03-AC275-P/Ag Sınıfı+III
atama: Tür2+3
Sınıflandırma: Sınıf III
Koruma modu: L-N , N-PE ,L-PE
Nominal giriş voltajı UN(L-N): 230VAC, 50/60Hz
Maks. Sürekli çalışma voltajı UC (L-N): 275VAC, 50/60Hz
Maksimum deşarj akımı (8/20μs) IMAX: 6 ka
Nominal deşarj akımı (8/20μs) İçinde: 3 Ka
Voltaj Koruyucu Seviye Yukarı L-N ≤1.3 kV, L(N)-PE ≤1.5 kV
Açık devre voltaj UOC: 6 kV
Yedek sigorta: 16A
Konut malzemesi: UL94V-0
Koruma derecesi: IP20

Teklif Alın

3. seviye koruma: granüler koruma için LED sürücüler veya kontrol modülleri içine entegre edilmiştir.

Bu katmanlı koruma tasarımı, genel sistem kararlılığını artırırken, bireysel SPD'ler üzerindeki yükü önemli ölçüde azaltır.

LED sokak lambası SPD'leri seçmek için temel teknik parametreler

Mühendislik seçimi sırasında, SPD teknik parametreleri, öncelikle aşağıdakileri içeren koruma etkinliğini doğrudan belirler:

• UC (maksimum sürekli çalışma voltajı): Sistem anma voltajını aşmalıdır
• IN / IMAX (Nominal / Maksimum deşarj akımı): SPD dalgalanma enerji emme kapasitesini yansıtır
• Yukarı (Gerilim Koruma Düzeyi): Daha düşük değerler daha etkili ekipman koruması sağlar.
• Yanıt süresi: Tipik olarak nanosaniye düzeyinde gereklidir
• Koruma Modları: L-N, L-PE, N-PE, vb.

LED sokak lambaları için, düşük bir değer ve hızlı yanıt yeteneği özellikle kritiktir.

Seri ve paralel bağlantılar: SPD bağlantı yöntemlerini seçme

Aşağıda, seri ve paralel bağlantılar olarak kategorize edilen, sokak lambalarına SPD'leri kurmak için en yaygın iki bağlantı şeması bulunmaktadır:

Aydınlatma sistemlerinde, SPD'ler neredeyse yalnızca paralel olarak bağlanır. Avantajları şunları içerir:

• Armatürlere normal güç kaynağı üzerinde etkisi yok
• SPD başarısız olursa ışık kesintisi olmaz
• Daha kolay kurulum ve bakım
• Seri bağlantı teorik olarak akımı sınırlar, ancak sokak lambası sistemlerinde nadiren kullanılır ve belirli güç kaynağı tasarımları için ayrılmıştır.

AC SPD ve DC SPD Arasındaki Farklar

SPD ve DC SPD arasındaki temel ayrım, çalışma prensiplerini, arıza modlarını ve uygulama senaryolarını doğrudan belirleyen, korudukları farklı akım türlerinde yatmaktadır. Basitçe söylemek gerekirse, AC SPD AC sistemlerinde kullanılırken, DC SPD özellikle DC sistemler için tasarlanmıştır.

AC SPD ve DC SPD arasındaki farkların istatistiksel tablosu

• Çalışma prensibi ve devre yapısı: AC SPD'ler, MOV'lar veya GDT'ler kullanarak AC akımının sıfır geçiş noktasında doğal ark yok oluşunu kullanır. L, N ve PE hatları için çok modlu koruma ile uyumluluk gerektirirler ve termal açma mekanizmalarını içerirler. DC SPD'ler sıfır geçiş noktasına sahip değildir, çift yönlü TV'ler veya çok aşamalı boşluk ark yok oluşu gerektirir. Artık voltajı azaltmak ve aktif kapatma devreleri özelliğine sahip olmak için seri bağlı çok aşamalı MOV'lar kullanırlar.

• Arıza modu farklılıkları: AC SPD arızası, termal açma yoluyla otomatik olarak izole edilen artan kaçak akım olarak kendini gösterir. Zor ark sönmesi nedeniyle sürekli kısa devrelere eğilimli olan DC SPD'ler, özel DC MCCB yedekleme koruması gerektirir.

• Uygulama Senaryoları: AC SPD'ler, bina dağıtım panelleri ve terminal ekipmanları gibi AC sistemlerinde kullanılır. DC SPD'ler fotovoltaik sistemlerde, şarj istasyonlarında ve yeni enerji DC baralarında kullanılır. Örneğin, fotovoltaik birleştirici kutular 1000 VDC SPD gerektirirken, invertörlerin AC tarafı 385 VAC SPD gerektirir.

• seçme: AC SPD'ler, toprak direnci ≤1Ω olan bina sınıflandırmasına göre akım taşıma kapasitesi gerektirir.DC SPD'ler, PID etkilerini hesaba katarak maksimum sürekli çalışma voltajı ve polarite ile eşleşmelidir - örneğin, 1000V'lik bir sistem 1200 VDC SPD gerektirir.

Sokak lambası projeleri için uygun aşırı gerilim koruyucu cihazları nasıl seçilir

-dığı zaman SPDS'yi seçmek Mühendislik projeleri için aşağıdaki faktörler kapsamlı bir şekilde düşünülmelidir:

• Proje konumunda yıldırım yoğunluğu
• Kutup yüksekliği ve dağılım yoğunluğu
• Bireysel lamba gücü ve toplam sistem yükü
• Akıllı kontrol ve iletişim modüllerinin varlığı

Yüksek riskli yıldırım alanları veya kritik karayolları için, deşarj kapasitesi 10 KA–20 KA'dan az olmayan SPD ürünleri önerilir.

LED sokak lambalarında aşırı gerilim koruma cihazları için en iyi kurulum uygulamaları

Yüksek performanslı SPD'lerde bile, yanlış kurulum koruma etkinliğini önemli ölçüde azaltabilir. Mühendislik uygulamaları bu ilkelere uymalıdır:

• SPD ile korumalı ekipman arasındaki mesafeyi en aza indirin.
• Topraklama tellerinin "kısa, düz ve kalın" olduğundan emin olun.
• Döngüler veya gereksiz bükülmeler oluşturmaktan kaçının.
• SPD arıza göstergelerini düzenli olarak kontrol edin.
• Doğru kurulum uygulamaları, genellikle yalnızca SPD parametrelerini artırmaktan daha fazla pratik fayda sağlar.

LED sokak lambalarında aşırı gerilim koruma cihazlarının ekonomik faydaları

SPD'ler ilk malzeme maliyetlerini artırırken, tüm yaşam döngüsü boyunca değerlendirildiğinde ekonomik avantajları önemlidir:

• LED sokak lambası arıza oranlarını önemli ölçüde azaltır
• Bakım ve değiştirme sıklığını azaltır
• Büyük ölçekli onarımları ve müşteri şikayetlerini önler
• Genel proje güvenilirliğini ve marka itibarını artırır

Çoğu belediye projesinde, SPD maliyetleri tipik olarak toplam aydınlatma sistemi giderlerinin 1%'den daha azını oluştururken, arıza risklerini 30%'nin üzerinde azaltır.

LED sokak lambası SPD uygulamalarında yaygın yanılgılar

Aşağıdaki konular özellikle gerçek projelerde yaygındır:

• Uyumsuz SPD voltaj derecelendirmesi seçimi
• Topraklama sistemi kalitesinin ihmal edilmesi
• SPD ve yük arasındaki mesafeyi aşan mesafe
• DC koruması yok sayılırken yalnızca AC korumasına odaklanma
• Bu hatalar genellikle SPD'leri etkisiz hale getirir ve uygun koruma sağlamalarını engeller.

Çözüm

LED sokak lambaları daha yüksek güç, istihbarat ve sistem entegrasyonuna doğru geliştikçe, elektrik güvenliği ve istikrar talepleri artmaya devam ediyor. Aşırı gerilim koruma cihazları artık isteğe bağlı ekstralar değil, LED sokak lambalarının uzun vadeli güvenilir çalışmasını sağlamak için temel teknik temellerdir.

Bilimsel SPD seçimi, rasyonel koruma mimarisi ve standart kurulum yoluyla, aydınlatma projeleri yalnızca arıza oranlarını etkin bir şekilde azaltmakla kalmaz, aynı zamanda genel proje değerini ve pazar rekabet gücünü önemli ölçüde artırabilir. Uzun vadeli istikrarlı çalışmayı sürdüren LED sokak lambası projeleri için aşırı gerilim koruması vazgeçilmez bir kritik bileşen haline geldi.

SSS