浪涌保护装置：完整的技术指南

在运行过程中，LED开关电源中的瞬时高电压（浪涌）起到了不可见的“电流刺客”的作用，可能突然产生雷击、电网切换、电机启动/停止和类似操作。

虽然这些浪涌只持续一秒钟（通常是毫秒到微秒），但它们的峰值电压可能达到正常电压的数十倍甚至数百倍——足以击穿或烧毁半导体组件，造成不可逆转的损坏。

浪涌保护是 LED 照明灯具对抗电网不稳定和雷击的“生命线”。 因此，选择合适的驱动器电源至关重要。 必要时，应将电涌保护器添加到灯具中。

本文对浪涌保护器进行了全面分析，涵盖技术原理、工程应用和安装技术。

什么是LED灯的浪涌保护装置？

什么是电涌保护器？ 简而言之，电涌保护器“放电”电路中突然的过高电压（浪涌），防止对照明系统造成损坏。 它就像电路中的“安全阀”：当电压超过极限时，它会迅速传导到转移电流，然后在电压恢复到正常状态后重置到其打开状态，确保 LED 灯具始终在安全电压范围内运行。

浪涌保护器主要针对两种典型的“电压浪涌”场景：雷电浪涌，需要I型和II型SPD，以及工业设备启动和停机产生的开关浪涌，需要限制SPD保护。 两者从根本上截取超过设备容差范围的电压，为电气设备提供全面的保护。

总之，电涌保护器具有双重用途：防止突然的高电压损坏设备，并缓解加速老化的频繁微小的浪涌，从而为LED照明系统提供全面的保护。

有关 LED 照明应用中浪涌保护设备的更多信息，请阅读博客：“LED照明用电涌保护装置（SPD）：室内和室外应用的完整指南”

有哪些类型的浪涌保护设备？

按工作原理分类：

a) 电压转换SPD

正常运行时阻抗高；电压浪涌时突然变为低阻抗，允许高电流。 又称“短路开关型SPD”。 通常使用放电间隙、气体放电管、可控硅或硅控制的整流器作为组分。 这些浪涌保护器也因其不连续的电压电流特性而被称为“croba 型”。

b) 电压限制SPD

在没有浪涌的情况下表现出高阻抗。 随着浪涌电流和电压的增加，阻抗不断降低。 组件通常包括压敏电阻和抑制二极管。 也称为“钳式”电涌保护器。 以连续的电压-电流特性为特征。

c) 组合SPD

一种结合了电压转换和电压限制组件的浪涌保护器。 根据所施加的电压分布，其特性可表现为电压切换、电压限制或两者。

复合浪涌保护器可以在单次操作中抑制超过 6kV 的浪涌电压到系统最大工作电压的两倍以下。 三相单元可抑制800V，单相单元可抑制至600V以下，模块化电涌避雷器需要三级保护（B、C、D），以实现1000V左右的抑制。

按应用分类：

SPD 可分为两种类型：电源线 SPD 和信号线 SPD。

浪涌保护装置的组成

电涌保护器结构主要由以下组件组成：

• 金属氧化物变阻器 (MOV)：电涌保护器的核心部件，由氧化锌等材料制成。 当电路中出现过电压时，MOV 会迅速转变为导电状态，吸收过电压能量并将其转移到地面。

• 保护 C电路 B木头：位于电涌保护器内，控制和监控电流和电压变化。 通常由集成电路组成，它可以为电涌保护器实现自动切换和复位功能。

• 终端 B锁：将电涌保护器连接到电路，通常具有两个端子——一个用于输入电源，另一个用于输出功率。

• 住房：保护电涌保护器的内部组件，通常由绝缘材料制成，以防止触电和其他危险。

SPD 和普通熔断器和滤波器电路的区别

SPD和保险丝的区别

‌SPD‌ ：专门设计用于消散瞬态浪涌电流（例如，雷击、网格切换）。 它通过金属氧化物变阻器 (MOV) 或气体放电管 (GDT) 等组件将高压浪涌接地，保护设备免受瞬间高压损坏。

‌熔断器‌ ：仅通过熔化中断电路来解决持续的过载或短路电流。 他们无法处理纳秒级浪涌。

SPD 响应时间范围从纳秒到微秒（例如，Movs 的纳秒，GDT 的微秒），而熔断器需要毫秒才能熔断，无法及时保护敏感设备。 降级SPD可能泄漏电流或短路，需要使用保险丝（不是断路器）来防止跟随电流的危险；熔断的保险丝需要更换，但不会造成后续的电流问题。

SPD 和滤波器电路之间的区别

‌SPD‌ ：防止瞬态高压（kV 电平），例如雷击或电涌。

‌滤波器电路‌：消除持续的高频噪声（kHz-MHz），例如电源中的电磁干扰。

SPDS 的功能是放电或钳位电压（例如，MOVS 导通高于 600V）；滤波电路利用电感和电容器形成低通网络，逐渐减弱噪声。 SPD 可防止雷击和公用电网浪涌；滤波电路适用于要求高功率纯度的应用，如医疗设备和通信系统。

汇总比较表

「功能」	永久光源	保险丝	「过滤器 道
「核心功能」	放电瞬态浪涌	过载/短路保护	滤波器高频噪声
「回复时间」	纳秒-微秒范围	毫秒范围	连续运行
‌ 典型组件	MOV, GDT, TVS2	金属保险丝	电感、电容器
「失败风险」	电位泄漏或短路	需要更换	性能下降

如上述比较所证明的，SPD、熔断器和滤波器电路各自在电力系统中起着不同的作用。 它们的协调使用对于实现全面保护至关重要。

浪涌保护装置的工作原理

在正常情况下，电涌保护器在电路中对接地呈现开路状态，即高电阻状态。 这种高电阻特性将其对电路的影响降至最低。 它的功能类似于开关，在不需要时保持打开状态，以确保电路正常运行而不会受到干扰。 如下图1所示。

当主电路中出现瞬态高电压时（例如雷击期间），电涌保护器会立即做出响应。 在这种瞬态过压条件下，浪涌保护器表现为低电阻状态。 其内部组件（例如，压敏电阻、气体放电管）从高电阻状态快速转变为低电阻状态，形成导电路径。 它立即转移浪涌电流并将浪涌电压限制在安全水平，从而保护电路和设备免受损坏。 如图 2 所示。

如图2所示，在瞬态过电压事件中，浪涌保护器起到关键的保护作用。 它起到了屏障的作用，保护电源和照明设备免受过电压的影响。

为什么浪涌保护对 LED 照明系统很重要？

防浪涌保护对于LED照明系统至关重要，主要原因如下：

1。 LED 对浪涌的敏感性

作为半导体器件，LED的正向电压仅为几伏，并且表现出极差的抗冲击电阻，特别是反向电压容差较弱。 雷击或电网切换造成的瞬时过电压（达到数千伏）会直接损坏LED芯片或驱动器，导致立即故障或潜在损坏。

2. 多样的浪涌来源

• ‌ 闪电感应‌ ：闪电电流放电会导致接地电位突然浪涌，通过电源/信号线进入灯具。

• ‎电网运营· 开关设备、短路故障等，产生瞬态过电压。

• ‌静电 我干涉： 金属外壳上累积的静电（>10kV）可能会破坏驱动电路。

3。 浪涌损害的后果

浪涌事件不仅加速了LED光源的老化（降低的发光效率），而且还可能引发级联故障：单个LED短路将其电压降转移到相邻的LED，加速整个灯串的烧坏。 室外照明系统的高维护成本意味着保护不足显着增加了维护费用。

在一市，30%主路照明司机因缺乏防护防护而失业，因缺乏防护，维修费用超过50万元。 检查显示，多次浪涌冲击已经老化和降解了金属氧化物变阻器 (MOV)，允许随后的雷击直接损坏 LED 模块。

浪涌保护是确保LED照明灯具的使用寿命和可靠性的关键措施，尤其是在户外和工业环境等高风险环境中不可或缺的。 配备电涌保护的 LED 灯具表现出增强的可靠性。 安装符合 IEC 61000-4-5 等测试标准的 SPD 可大幅降低维护成本，使其对 LED 照明系统至关重要。

LED灯具中浪涌保护器的连接方法

将电涌保护器连接到 LED 灯具的最常见方法是将它们串联或并联安装在输入或输出端子。 根据不同的安装位置和方法，可以将这些分类如下：

1。 电涌保护器集成在 司机s

内置电涌保护器减轻了雷击、开关操作或系统静电放电引起的瞬态过电压的影响。 它们保持电源稳定性并确保照明系统的连续运行。 通过快速响应和抑制瞬态过电压，浪涌保护器减少了对LED驱动模块和由异常电压造成的发光模块的损害，从而延长了设备的整体寿命。

2. 安装在电涌保护器 司机 前端

这种方法主要适用于雷击频繁且环境湿度高的地区。 例如，在路灯的前端安装电涌保护器可增强防雷击和电磁干扰造成的电气损坏的保护，作为双重保护。 它还便于以后的维护更容易。 但是，必须确保新添加的 SPD 与现有系统的接地方法兼容并匹配。

3. 输入端串联

将电涌保护器与 LED 驱动器电源的输入串联连接。 当输入端发生浪涌时，浪涌保护器中断电流，从而保护LED灯。

4. 输入端的并联连接

将电涌保护器与 LED 驱动器的输入并联。 当输入端发生浪涌时，浪涌保护器传导电流，转移过多的电流。

不同的电涌保护器类型有着明显的优缺点，需要根据特定的条件进行选择。

通常，串联电涌保护器提供快速响应时间、强保护和对正常操作的最小影响，但存在复杂的安装、空间要求和易受损坏的敏感性。

平行电涌保护器具有安装简单、占地面积小、更换方便的特点，但响应时间较慢、保护较弱以及对正常操作的潜在干扰。

LED照明用什么SPD？

浪涌保护装置（SPD）主要根据其保护能力、安装位置和波形容差特性进行分类。 国际标准通常将其分为三种类型，如下所示：

1 型 SPD

专为直接雷击或高能电涌而设计，安装在建筑物的主配电板或电源入口点。 具有从 1.5kV 到 4kV 的更高电压保护电平 (UP)，标称放电电流 (IN) 通常在 12.5KA 和 200KA 之间。

典型应用：易发生雷击的高风险地点，如工业工厂和通信基站。

2 型 SPD

适用于间接雷击或电网干扰，安装在配电板或楼层配电柜中。 IN 一般为 5kA 至 20kA，通常为 1.5kV 至 2.5kV。

典型应用：户外和商用LED照明应用和LED标牌和红绿灯制造商，包括道路照明、停车场照明、洗墙照明、交通照明、洪水照明、数字标牌、街道闪光灯和隧道照明。

3 型 SPF

适用于设备或出口的前端安装在设备保护端。 通常在≤10kA. 提供较快的响应时间（纳秒级）提供精细保护（高达≤1 kV）。

典型应用：常常集成到LED驱动器中，用于本地电压保护。

一般主配电板使用1型或2型设备；配电箱可使用2型和3型设备，2型和3型也适用于后端应用。

对于进入建筑物的交流电源线路，在 LPZ0A/LPZOB 和 LPZ1 区域（例如，主配电面板）的边界处安装 1 型或 2 型电涌保护器作为主要保护装置。

在后续保护区的边界，例如配电线路或电子设备室的配电面板，可以安装 2 型电涌保护器作为二级保护。 对于 LED 照明灯具等设备，可以在电源端口之前安装 2 型或 3 型电涌保护器。

如何正确选择电涌保护器？

在电气应用中，选择电涌保护器是一个高度复杂的问题，涉及系统接地配置、暴露电平、雷电保护区域、电缆长度、间电平保护、保护点的短路电流幅度和分流电路数量等因素。

许多制造商在市场上生产浪涌保护器。 因此，在选择浪涌保护装置时，应特别注意以下几点：

1。 确定 UC 值

浪涌保护器的最大连续工作电压（UC）的选择需要全面考虑系统电压、设备耐压和标准规格。 最小 UC 值应为额定电压的 1.15 倍。

例如，在 220V 相电压系统中，UC = 1.15 × 220V = 253V。由于交流电网峰值电压可以达到 RMS 值的 1.1 倍（253V × 1.414 = 357V；约 257V）。 220V 系统的 350V 峰值，UC 必须超过此值。 但是，在实际应用中，为了避免频繁的激活，建议选择更高的值，例如 385V。 同时，压敏电阻的激活电压 (U1mA) 应与电网波动范围相匹配。

2.选择保护级别

i 类 SPD（例如，IIMP ≥ 100KA）用于主分布，而 II 类 SPD（≥ 40KA）用于配电面板，形成多级保护。 SPD 安装尺寸和类型必须满足现场要求。 选拔指南如下图所示：

保护级别	安装地点	应用场景	关键参数
类型 1	主配送面板	直接雷击保护	≥100Ka(10/350μs)
类型 2	配电箱	感应雷电/操作浪涌	40kA(8/20μs)
类型 3	LED 驱动前端	精密设备终端保护	高达 ≤1.5 kV

3。 安装方式

根据灯具的位置选择正确定位且易于安装的SPD。 由于SPD通常隐藏在难以到达的区域，例如在灯具前，因此它们可以在故障时额外将灯具与电路断开，从而促进未来的更换和维护。

4. 环境适应

对于室外照明，请选择 IP 等级为 IP54 或更高的 SPD。 在潮湿或多尘的条件下，使用IP67 IP等级较高的SPDS。

5。 接地规格

SPD 必须通过专用 PE 端子接地，避免与出线导体共享的接地路径。 接地连续电阻测试≤0.1Ω。

6. 多级保护

除了保护 230V 电源外，还可以考虑保护 DALI、第二（控制）相、1-10V 或 DMX 等控制单元。 组合的交流和控制SPD是这些固定装置的理想选择，通常比两个单独的SPD提供更好的协调保护。

7 . 认证和安全

选择具有 TUV 或 UL 等可靠认证的 SPD，经过测试以满足 IEC 61643-11 和 VDE 0100-534 的要求。

结论

浪涌保护装置是户外照明系统的核心屏障，以抵御雷击和电网浪涌。 通过压敏电阻和气体放电管的协同作用，将高压电涌转移到地面，同时将电压钳位到安全的设备阈值。

如果没有足够的保护，LED 灯具及其驱动器面临不可逆的损坏、效率降低和潜在的完全故障的风险。 电涌保护装置在恶劣电网环境中显着提高了LED路灯的可靠性，使其成为智慧城市照明系统不可或缺的保护组件。