LED路灯用电涌保护装置完整指南

在全球节能、减排和智慧城市发展的推动下，LED 路灯已成为城市道路、工业园区、高速公路和公共基础设施照明的主流选择。 与传统的高压钠灯和金属卤化物灯相比，LED 路灯在能源效率、寿命和智能灯控制方面具有显着优势。 然而，在实际工程应用中，长期被低估但具有高度破坏性的风险继续破坏 LED 路灯系统的稳定性——电涌和雷电涌。

许多工程案例表明，LED 路灯的早期故障不是由 LED 芯片本身引起的，而是由对电源输入或控制系统的浪涌影响造成的。 因此，电涌保护装置（SPD）已经从“可选配置”演进到“强制性技术组件”。

本文系统分析了工作原理、选择标准、安装标准和经济价值 用于 LED 路灯的 SPD 从工程实践的角度，为照明项目提供全面的技术指导。

为什么 LED 路灯必须配备电涌保护设备

LED 路灯系统由 LED 光源模块、驱动器和控制单元组成，核心组件严重依赖半导体设备。 与传统高压钠灯等电感光源相比，LED 路灯采用低压、高频开关电源。 这种结构显着降低了它们对瞬态过电压和电压尖峰的容限，从而需要有效的浪涌保护能力。

从环境的角度来看，LED 路灯在高度暴露的户外电气环境中持续运行。 市政道路照明通常依赖于架空或长距离电力线，跨越数百米或更多的从配电柜到灯杆。 在闪电活动频繁的地区，这些系统对诱导的雷电非常敏感。 即使没有直接撞击，强电磁场也可以在电力线中产生瞬时高电压，然后沿着线路传播到灯具中。

此外，路灯灯杆的高高和金属结构使它们在雷暴期间容易与接地系统产生能量耦合，将它们置于浪涌冲击的最前沿。 此外，道路照明系统通常采用集中控制，在日落和日出时，大量灯同步打开/关闭。 这种频繁的大功率负载切换会在电网中反复产生开关浪涌，使 LED 驱动器受到持续的冲击。

没有浪涌保护，项目中最常见的故障包括驱动器电源损坏、灯光变暗或闪烁、本地化 LED 模块故障以及同一部分灯具的批次故障。 故障分析表明，损坏主要集中在电源输入级和开关设备区域，表现出典型的浪涌冲击特性。

因此，可以清楚地确定问题不在于LED本身，而在于缺乏系统的浪涌保护设计。

在当今的户外操作环境中，浪涌保护设备 (SPD) 不再是提高可靠性的可选组件。 它们是确保 LED 路灯实现其设计寿命和最大限度地减少操作和维护风险的基本要求。

LED路灯系统中的主要浪涌来源

LED路灯所经历的浪涌不仅源于直接雷击。 在工程实践中，它们主要源于以下场景：

• 直接雷击和诱导雷击：雷击可以瞬间产生数十千瓦的电流。 即使撞击点远离光极，电涌也可能通过感应进入电源线。

• 电网运行浪涌：变压器开关、大功率设备启动/停止循环和无功补偿设备操作都可以在电网中产生瞬态过电压。

• 长距离电力线的影响：市政路灯通常使用长距离电缆供电。 这些线条就像“天线”，使它们非常容易产生闪电能量。

• 接地系统不够：过高的接地电阻或不当接地配置会放大浪涌对设备的破坏性影响。

LED路灯中的浪涌保护设备如何工作？

SPD的核心功能不是“阻断”浪涌，而是在极短的时间范围内将浪涌能量绕过并放电，从而限制进入设备的电压幅度。

如图1所示，在正常供电条件下，SPD保持在高电阻状态，相当于开关处于打开状态，不影响系统运行。 如图2所示，当出现浪涌时（红色箭头代表雷电涌）且电压超过设定的阈值，SPD的内部非线性分量快速传导，相当于开关闭合和短路。 这将浪涌电流转移到接地系统，从而保护下游LED路灯免受损坏。 浪涌消散后，SPD 自动恢复到高电阻状态，相当于开关处于打开状态，并保持待机状态。

这种“瞬时传导和自动恢复”的操作模式使SPD成为LED路灯系统中不可或缺的无源保护组件。

LED路灯的多级浪涌保护和内部防御设计

在高可靠性照明项目中，单个 SPD 不足以应对复杂的电涌环境。 成熟的路灯浪涌保护解决方案通常采用多层次的防御架构：

1级保护：安装在配电柜或灯杆底座，承受高能雷电涌。

FDS20C/2-275 II 类
名称： 类型2
分类： 二级
保护模式： l1 , l2 , l3-PE
标称电压 UN： 230/400 VAC/50(60)Hz
最大值。 连续工作电压 UC (L-N): 275 VAC/50(60)Hz
短路耐受能力： 20 卡
连续工作电流IC： <20 µA
待机功耗PC： ≤25 MVA
最大放电电流 (8/20μs) Imax： 40 卡
额定放电电流（8/20μs） 中： 20 卡
电压保护等级： ≤1.3 kV
隔离电阻： ＞1000 MΩ
外壳材料： 超声波-0
防护程度： IP20

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2级保护：位于灯具的电源输入端以抑制残余浪涌。

SPD03-AC275-P/Ag ClassII+III
名称： 2+3型
分类： 三类
保护模式： l-n , n-PE , l-PE
额定输入电压 UN(L-N): 230VAC，50/60Hz
最大值。 连续工作电压 UC (L-N): 275VAC，50/60Hz
最大放电电流 (8/20μs) Imax： 6 卡
额定放电电流（8/20μs） 中： 3 卡
电压保护等级： L-N ≤1.3 kV，L(N)-PE ≤1.5 kV
开路电压UOC： 6 kV
备用保险丝： 16A
外壳材料： 超声波-0
防护程度： IP20

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3级保护：集成在 LED 驱动器或控制模块中，以实现精细保护。

这种分层保护设计显着降低了单个 SPD 的负载，同时提高了整体系统的稳定性。

LED路灯SPD选择关键技术参数

在工程选择过程中，SPD 技术参数直接决定保护效果，主要包括：

• UC（最大连续工作电压）：必须超过系统额定电压
• IN / IMAX（标称/最大放电电流）：反映SPD浪涌能量吸收能力
• 上（电压保护级别）：较低的值提供更有效的设备保护。
• 响应时间：通常需要纳秒级
• 保护模式: 组合如 L-N、L-PE、N-PE 等。

对于 LED 路灯，低向上值和快速响应能力尤为重要。

串联和并联连接：选择 SPD 连接方法

以下是在路灯中安装SPD的最常见接线图，分为串联和并联连接：

在照明系统中，SPD 几乎完全并联。 优点包括：

• 对照明设备的正常电源没有影响
• SPD 故障时不会中断照明
• 安装和维护更容易
• 虽然串联理论上限制了电流，但它很少用于路灯系统，并且保留用于特定的电源设计。

交流SPD和DC SPD的区别

SPD和DC SPD的核心区别在于它们保护的不同类型的电流，这直接决定了它们的工作原理、故障模式和应用场景。 简单地说，交流SPD用于交流系统，而DC SPD是专门为直流系统设计的。

交流SPD和DC SPD之间差异的统计表

• 工作原理和电路结构：AC SPD 利用 AC 电流的零交叉点处的自然电弧消光，采用 MOVS 或 GDT。 它们需要与 L、N 和 PE 线路的多模式保护兼容，并结合热跳闸机制。 DC SPD 缺少一个零交叉点，需要双向 TV 或多级间隙电弧灭绝。 它们使用串联多级 MOV 来降低残余电压并采用主动关断电路。

• 故障模式差异：交流 SPD 故障表现为增加的泄漏电流，通过热跳闸自动隔离。 直流 SPD 由于电弧灭绝困难而容易出现持续短路，需要专用的 DC MCCB 备份保护。

• 应用场景：交流SPD用于建筑物配电盘和终端设备等交流系统。 直流SPD用于光伏系统、充电站和新能源直流母线。 例如，光伏组合盒需要 1000 VDC SPD，而逆变器的交流侧需要 385 VAC SPD。

• 甄拔: AC SPD 要求基于建筑物分类的载流能力，接地电阻≤1Ω，直流SPD必须匹配最大连续工作电压和极性，考虑PID效应，例如，1000V系统需要1200伏直流电。

如何为路灯项目选择合适的电涌保护装置

何时 选择 SPD 工程项目应综合考虑以下因素：

• 项目位置的雷击密度
• 极高和分布密度
• 单个灯功率和总系统负载
• 智能控制和通信模块的存在

对于高风险闪电区域或关键道路，建议放电容量不小于 10 kA-20 kA 的 SPD 产品。

LED路灯中浪涌保护装置的最佳安装实践

即使使用高性能的SPD，不当安装会显着降低保护效果。 工程实践应遵守以下原则：

• 尽量减少SPD和受保护设备之间的距离。
• 确保接地线“短、直、粗”。
• 避免形成环路或不必要的弯曲。
• 定期检查SPD 故障指示器。
• 正确的安装实践通常比增加 SPD 参数产生更大的实际好处。

LED路灯中的浪涌保护装置的经济效益

虽然SPD增加了初始材料成本，但在整个生命周期中评估时，它们的经济优势是巨大的：

• 大幅降低LED路灯故障率
• 减少维护和更换频率
• 防止大规模维修和客户投诉
• 提升整体项目可靠性和品牌声誉

在大多数市政项目中，SPD 成本通常占照明系统总费用的 1%，同时将故障风险降低了 30%。

LED路灯SPD应用中的常见误解

以下问题在实际项目中尤为普遍：

• 不匹配的SPD额定电压选择
• 忽视接地系统质量
• SPD 和负载之间的距离过大
• 忽略直流保护时，只专注于交流保护
• 这些错误通常会使 SPD 失效，从而阻止它们提供适当的保护。

结论

随着LED路灯向更高的功率、智能和系统集成发展，对电气安全和稳定性的需求不断上升。 浪涌保护装置 不再是可选的附加功能，而是确保 LED 路灯长期可靠运行的重要技术基础。

通过科学的SPD选择、合理的保护架构和标准化的安装，照明项目不仅可以有效降低故障率，而且可以显着提高项目的整体价值和市场竞争力。 对于追求长期稳定运行的LED路灯项目，浪涌保护已成为不可或缺的关键组成部分。

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