Hướng dẫn đầy đủ về các thiết bị bảo vệ chống sét lan truyền cho đèn đường LED

Được thúc đẩy bởi bảo tồn năng lượng toàn cầu, giảm phát thải và phát triển thành phố thông minh, đèn đường LED đã trở thành lựa chọn chính cho các tuyến đường đô thị, khu công nghiệp, đường cao tốc và chiếu sáng cơ sở hạ tầng công cộng. So với đèn natri cao áp truyền thống và đèn halide kim loại, đèn đường LED mang lại lợi thế đáng kể về hiệu quả năng lượng, tuổi thọ và kiểm soát ánh sáng thông minh. Tuy nhiên, trong các ứng dụng kỹ thuật thực tế, rủi ro bị đánh giá thấp nhưng có tính hủy diệt cao tiếp tục làm suy yếu sự ổn định của hệ thống đèn đường LED — tăng điện và sét đánh.

Nhiều trường hợp kỹ thuật chứng minh rằng sự cố sớm trong đèn đường LED không phải do chính chip LED mà là do tác động đột biến đối với đầu vào hoặc hệ thống điều khiển nguồn điện. Do đó, các thiết bị bảo vệ tăng áp (SPD) đã phát triển từ “cấu hình tùy chọn” thành “các thành phần kỹ thuật bắt buộc”.

Bài viết này phân tích một cách có hệ thống các nguyên tắc làm việc, tiêu chí lựa chọn, tiêu chuẩn lắp đặt và giá trị kinh tế của SPD cho đèn đường LED Từ góc độ thực hành kỹ thuật, cung cấp hướng dẫn kỹ thuật toàn diện cho các dự án chiếu sáng.

Tại sao đèn đường LED phải được trang bị thiết bị chống sét lan truyền

Hệ thống đèn đường LED bao gồm các mô-đun nguồn sáng LED, trình điều khiển và bộ điều khiển, với các thành phần cốt lõi phụ thuộc nhiều vào các thiết bị bán dẫn. So với các nguồn sáng cảm ứng như đèn natri cao áp truyền thống, đèn đường LED sử dụng nguồn điện chuyển mạch thấp, tần số cao. Cấu trúc này làm giảm đáng kể khả năng chịu đựng quá áp và điện áp quá độ, đòi hỏi khả năng bảo vệ đột biến hiệu quả.

Từ góc độ môi trường, đèn đường LED hoạt động liên tục trong các môi trường điện ngoài trời có độ tiếp xúc cao. Hệ thống chiếu sáng đường đô thị thường dựa vào đường dây điện trên cao hoặc đường dài, trải dài hàng trăm mét trở lên từ tủ phân phối đến cột đèn. Ở những vùng có hoạt động sét thường xuyên, các hệ thống này rất dễ bị sét gây ra. Ngay cả khi không có một cú va chạm trực tiếp, các trường điện từ cường độ cao có thể tạo ra điện áp cao nhất thời trong đường dây điện, sau đó truyền dọc theo các đường dây vào đèn điện.

Ngoài ra, chiều cao cao và cấu trúc kim loại của các cột đèn đường khiến chúng dễ bị ghép nối năng lượng với hệ thống nối đất trong cơn giông, đặt chúng lên hàng đầu trong các tác động đột biến. Hơn nữa, hệ thống chiếu sáng đường thường sử dụng điều khiển tập trung, nơi nhiều đèn bật / tắt đồng bộ vào lúc hoàng hôn và mặt trời mọc. Việc chuyển đổi thường xuyên của các tải công suất cao liên tục tạo ra sự đột biến trong lưới điện, khiến các trình điều khiển LED phải va chạm liên tục.

Nếu không có bảo vệ chống sét lan truyền, các lỗi phổ biến nhất trong các dự án bao gồm hư hỏng nguồn điện thường xuyên của trình điều khiển, đèn chiếu sáng bị mờ hoặc nhấp nháy, lỗi mô-đun LED cục bộ và lỗi hàng loạt của bộ đèn dọc theo cùng một phần. Phân tích lỗi chỉ ra rằng thiệt hại chủ yếu tập trung trong giai đoạn đầu vào nguồn điện và các khu vực thiết bị chuyển mạch, thể hiện các đặc điểm tác động đột biến điển hình.

Do đó, có thể xác định rõ ràng rằng vấn đề không nằm ở bản thân đèn LED, mà là thiếu thiết kế bảo vệ đột biến có hệ thống.

Trong môi trường hoạt động ngoài trời ngày nay, các thiết bị chống sét lan truyền (SPD) không còn là thành phần tùy chọn để nâng cao độ tin cậy. Chúng là những yêu cầu cơ bản để đảm bảo đèn đường LED đạt được tuổi thọ được thiết kế và giảm thiểu rủi ro vận hành và bảo trì.

Nguồn chính của sự gia tăng trong hệ thống đèn đường LED

Sự gia tăng do đèn đường LED trải qua không chỉ bắt nguồn từ các tia sét trực tiếp. Trong thực tế kỹ thuật, chúng chủ yếu xuất phát từ các tình huống sau:

• sét đánh trực tiếp và sét gây ra: Sét đánh có thể tạo ra hàng chục kiloamp hiện tại ngay lập tức. Ngay cả khi điểm tấn công ở xa cột đèn, các dòng điện có thể xâm nhập vào đường cung cấp điện thông qua cảm ứng.

• lưới điện vận hành: Chuyển mạch biến áp, chu kỳ bắt đầu / dừng thiết bị công suất cao và các hoạt động của thiết bị bù công suất phản kháng đều có thể tạo ra quá áp thoáng qua trong lưới điện.

• Ảnh hưởng của đường dây điện đường dài: Đèn đường thành phố thường sử dụng cáp đường dài để cung cấp điện. Những dòng này hoạt động giống như “ăng-ten”, khiến chúng rất dễ bị sét đánh.

• Hệ thống nối đất không đầy đủ: Điện trở nối đất quá cao hoặc cấu hình nối đất không phù hợp có thể khuếch đại tác động phá hủy của các dòng điện lên thiết bị.

Thiết bị chống sét lan truyền hoạt động như thế nào trong đèn đường LED?

Chức năng cốt lõi của SPD không phải là “chặn” các dòng chảy mà là để vượt qua và xả năng lượng đột biến xuống đất trong một khung thời gian cực kỳ ngắn, do đó hạn chế biên độ điện áp đi vào thiết bị.

Như trong Hình 1, trong điều kiện cung cấp điện bình thường, SPD vẫn ở trạng thái điện trở cao, tương đương với một công tắc đang mở, mà không ảnh hưởng đến hoạt động của hệ thống. Như thể hiện trong Hình 2, khi một sự gia tăng xảy ra (mũi tên màu đỏ đại diện cho một tia sét) và điện áp vượt quá ngưỡng đặt, các thành phần phi tuyến bên trong của SPD nhanh chóng tiến hành, tương đương với việc đóng công tắc và đoản mạch. Điều này làm chuyển hướng dòng điện tăng lên hệ thống nối đất, do đó bảo vệ đèn đường LED hạ lưu khỏi bị hư hại. Sau khi tăng đột biến, SPD tự động trở lại trạng thái điện trở cao, tương đương với công tắc đang mở và vẫn ở chế độ chờ.

Chế độ hoạt động “dẫn và phục hồi tự động tức thời” này làm cho SPD trở thành một thành phần bảo vệ thụ động không thể thiếu trong hệ thống đèn đường LED.

Bảo vệ chống sét lan truyền đa cấp và thiết kế phòng thủ bên trong cho đèn đường LED

Trong các dự án chiếu sáng có độ tin cậy cao, một SPD không đủ để giải quyết các môi trường đột biến phức tạp. Các giải pháp chống sét lan truyền ánh sáng đường phố thường sử dụng kiến trúc phòng thủ đa cấp:

Bảo vệ cấp 1: Lắp đặt tại tủ phân phối hoặc đế đèn chịu được sét cao năng lượng.

FDS20C/2-275 Lớp II
Chỉ định: LOẠI2
Phân loại: Lớp II
Chế độ bảo vệ: L1, L2, L3-PE
Điện áp danh định UN: 230/400 VAC / 50 (60) Hz
tối đa. Điện áp hoạt động liên tục UC (L-N): 275 VAC / 50 (60) Hz
Khả năng chịu ngắn mạch: 20 ka
IC dòng điện hoạt động liên tục: <20 µA
Máy tính tiêu thụ điện dự phòng: ≤25 MVA
Dòng xả tối đa (8 / 20μs) IMAX: 40 ka
Dòng xả danh định (8/20μs) trong: 20 ka
Cấp bảo vệ điện áp: ≤1,3 kV
Kháng cách ly: 1000 MΩ
Vật liệu nhà ở: UL94V-0
Mức độ bảo vệ: ip20

Nhận báo giá

Bảo vệ cấp 2: Được đặt ở đầu vào điện của đèn điện để ngăn chặn các dòng dư.

SPD03-AC275-P/AG ClassII + III
Chỉ định: loại2 + 3
Phân loại: loại III
Chế độ bảo vệ: l-n, n-pe, l-pe
Điện áp đầu vào định mức UN (L-N): 230VAC, 50/60Hz
tối đa. Điện áp hoạt động liên tục UC (L-N): 275VAC, 50/60Hz
Dòng xả tối đa (8 / 20μs) IMAX: 6 ka
Dòng xả danh định (8/20μs) trong: 3 ka
Cấp bảo vệ điện áp: L-N ≤1,3 kV, L (n) - PE ≤1,5 kV
Mở mạch điện áp UOC: 6 kV
Cầu chì dự phòng: 16A
Vật liệu nhà ở: UL94V-0
Mức độ bảo vệ: ip20

Nhận báo giá

Bảo vệ cấp 3: Tích hợp bên trong trình điều khiển LED hoặc mô-đun điều khiển để bảo vệ chi tiết.

Thiết kế bảo vệ theo tầng này làm giảm đáng kể tải trên các SPD riêng lẻ trong khi tăng cường sự ổn định của hệ thống tổng thể.

Các thông số kỹ thuật chính để chọn đèn LED đường phố SPD

Trong quá trình lựa chọn kỹ thuật, các thông số kỹ thuật của SPD trực tiếp xác định hiệu quả bảo vệ, chủ yếu bao gồm:

• UC (điện áp hoạt động liên tục tối đa): Phải vượt quá điện áp định mức của hệ thống
• IN / IMAX (Dòng xả tối đa / tối đa): Phản ánh khả năng hấp thụ năng lượng tăng đột biến của SPD
• Lên (mức bảo vệ điện áp): Giá trị thấp hơn cung cấp bảo vệ thiết bị hiệu quả hơn.
• Thời gian đáp ứng: thường được yêu cầu ở mức nano giây
• Chế độ bảo vệ: Các tổ hợp như l-n, l-pe, n-pe, v.v.

Đối với đèn đường LED, giá trị tăng thấp và khả năng phản hồi nhanh là đặc biệt quan trọng.

Kết nối nối tiếp và song song: Chọn phương thức kết nối SPD

Dưới đây là hai trong số các sơ đồ đấu dây phổ biến nhất để lắp đặt SPD trong đèn đường, được phân loại là kết nối nối tiếp và song song:

Trong hệ thống chiếu sáng, SPDs hầu như chỉ được kết nối song song. Những lợi thế bao gồm:

• Không ảnh hưởng đến nguồn điện bình thường cho đèn
• Không bị gián đoạn ánh sáng nếu SPD không thành công
• Dễ dàng lắp đặt và bảo trì
• Trong khi kết nối nối tiếp giới hạn dòng điện, nó hiếm khi được sử dụng trong các hệ thống đèn đường và được dành riêng cho các thiết kế cấp điện cụ thể.

Sự khác biệt giữa AC SPD và DC SPD

Sự khác biệt cốt lõi giữa SPD và DC SPD nằm ở các loại dòng điện khác nhau mà chúng bảo vệ, điều này xác định trực tiếp các nguyên tắc hoạt động, chế độ hỏng hóc và các kịch bản ứng dụng của chúng. Nói một cách đơn giản, AC SPD được sử dụng trong các hệ thống AC, trong khi DC SPD được thiết kế đặc biệt cho các hệ thống DC.

Bảng thống kê sự khác biệt giữa AC SPD và DC SPD

• Nguyên lý hoạt động và cấu trúc mạch: AC SPDs sử dụng sự tuyệt chủng hồ quang tự nhiên tại điểm giao nhau bằng không của dòng điện xoay chiều, sử dụng MOV hoặc GDTS. Chúng yêu cầu khả năng tương thích với bảo vệ đa chế độ cho các dòng L, N và PE và kết hợp các cơ chế chuyến đi nhiệt. DC SPDs thiếu điểm giao nhau bằng không, TV hai chiều cần có TV hai chiều hoặc sự tuyệt chủng vòng cung khoảng cách nhiều giai đoạn. Họ sử dụng MOV nhiều giai đoạn được kết nối nối tiếp để giảm điện áp dư và có các mạch tắt chủ động.

• Sự khác biệt về chế độ không thành: AC SPD thất bại biểu hiện như dòng rò tăng, tự động cách ly thông qua nhiệt độ. DC SPDs, dễ bị ngắn mạch do tuyệt chủng hồ quang khó khăn, yêu cầu bảo vệ dự phòng DC MCCB chuyên dụng.

• Các kịch bản ứng dụng: AC SPDs được sử dụng trong các hệ thống AC như bảng phân phối tòa nhà và thiết bị đầu cuối. DC SPD được sử dụng trong hệ thống quang điện, trạm sạc và thanh cái DC năng lượng mới. Ví dụ, hộp kết hợp quang điện yêu cầu 1000 SPDS VDC, trong khi phía AC của bộ biến tần yêu cầu 385 VAC SPD.

• sự tuyển chọn: AC SPDs yêu cầu công suất mang dòng điện dựa trên phân loại tòa nhà, với điện trở nối đất ≤1Ω. DC SPD phải phù hợp với điện áp hoạt động liên tục tối đa và cực tính, tính đến các hiệu ứng PID — ví dụ: hệ thống 1000V yêu cầu 1200 Vdc SPD.

Cách chọn thiết bị bảo vệ chống sét thích hợp cho các dự án đèn đường

khi nào Chọn SPD Đối với các dự án kỹ thuật, cần xem xét toàn diện các yếu tố sau:

• Mật độ sét tại vị trí dự án
• Chiều cao cực và mật độ phân phối
• Công suất đèn riêng lẻ và tổng tải hệ thống
• Sự hiện diện của các mô-đun điều khiển và giao tiếp thông minh

Đối với các khu vực có nguy cơ cao sét hoặc đường quan trọng, các sản phẩm SPD có công suất xả không dưới 10 ka – 20 ka được khuyến nghị.

Thực hành lắp đặt tốt nhất cho các thiết bị chống sét lan truyền trong đèn đường LED

Ngay cả với SPD hiệu suất cao, việc lắp đặt không đúng cách có thể làm giảm đáng kể hiệu quả bảo vệ. Thực hành kỹ thuật cần tuân thủ các nguyên tắc sau:

• Giảm thiểu khoảng cách giữa SPD và thiết bị được bảo vệ.
• Đảm bảo dây nối đất là “ngắn, thẳng và dày.”
• Tránh hình thành các vòng lặp hoặc các khúc cua không cần thiết.
• Thường xuyên kiểm tra các chỉ số lỗi SPD.
• Thực hành lắp đặt thích hợp thường mang lại lợi ích thực tế lớn hơn là chỉ tăng các thông số SPD.

Lợi ích kinh tế của thiết bị bảo vệ chống sét lan truyền trong đèn đường LED

Trong khi SPDs tăng chi phí vật liệu ban đầu, lợi thế kinh tế của chúng là đáng kể khi được đánh giá trong toàn bộ vòng đời:

• Giảm đáng kể tỷ lệ hỏng đèn đường LED
• Giảm tần suất bảo trì và thay thế
• Ngăn chặn việc sửa chữa quy mô lớn và khiếu nại của khách hàng
• Nâng cao độ tin cậy tổng thể của dự án và uy tín thương hiệu

Trong hầu hết các dự án thành phố, chi phí SPD thường chiếm ít hơn 1% tổng chi phí hệ thống chiếu sáng trong khi giảm rủi ro thất bại hơn 30%.

Những quan niệm sai lầm phổ biến trong các ứng dụng SPD đèn đường LED

Các vấn đề sau đây đặc biệt phổ biến trong các dự án thực tế:

• Lựa chọn xếp hạng điện áp SPD không khớp
• Bỏ qua chất lượng hệ thống nối đất
• Khoảng cách quá lớn giữa SPD và tải
• Chỉ tập trung vào bảo vệ AC trong khi bỏ qua bảo vệ DC
• Những lỗi này thường làm cho SPD không hiệu quả, ngăn cản chúng cung cấp sự bảo vệ thích hợp.

Phần kết luận

Khi đèn đường LED phát triển theo hướng cao hơn, trí thông minh và tích hợp hệ thống, nhu cầu về an toàn và ổn định điện tiếp tục tăng lên. Thiết bị bảo vệ chống sét không còn là tính năng bổ sung tùy chọn nữa mà là nền tảng kỹ thuật thiết yếu để đảm bảo hoạt động đáng tin cậy lâu dài của đèn đường LED.

Thông qua việc lựa chọn SPD khoa học, kiến trúc bảo vệ hợp lý và lắp đặt tiêu chuẩn, các dự án chiếu sáng không chỉ có thể giảm tỷ lệ thất bại một cách hiệu quả mà còn nâng cao đáng kể giá trị tổng thể của dự án và khả năng cạnh tranh thị trường. Đối với các dự án đèn đường LED theo đuổi hoạt động ổn định lâu dài, việc bảo vệ chống sét lan truyền đã trở thành một thành phần quan trọng không thể thiếu.

hỏi Ẩn