前言:我们照明行业常说的防雷器,一般是指浪涌防雷保护器或突波吸收器。浪涌一般也叫突波,就是超出电器正常工作电压的瞬间过电压,但维持时间相对很短。
一、浪涌主要有两类来源
第一类是来自供电线路的感应雷,云层与大地之间的雷击放电,闪电的电流强度高达数十、甚至数千安培,强大的雷电流产生的电磁波在供电线路或信号线上感应极高的脉冲尖峰电压;
第二类是来自供电系统内部的感性负载(比如大功率电机、变压器、感应加热炉、电梯/卷扬机等)和容性负载(带有开关电源的基本上是容性负载)通、断操作时,在开和关的瞬间,负载产生的反向电动势(反向电压)非常高,甚至是高达几千伏的过电压。
第三类是户外设备直接遭到雷击。巨大的电流在数微秒时间内流下大地,使大地电位迅速抬高,造成雷击事故。当雷电流经电气设备时会产生极高的热量,造成火灾或爆炸事故;厉害的雷电,不要说一台小小的灯具,即便是大树、建筑物都能被击倒或烧毁!这类雷击,当然不是靠防雷器这类小小的电器盒子所能防护的,而是要通过灯具(外壳)可靠地接地,让雷电流快速泄放到大地,尽量减少雷电的损害。比如很多高大建筑物或吊塔、灯塔都安装有密集的避雷针。
我们在此讨论的是如何防护第一类和第二类的浪涌现象,即雷电感应电磁波产生的浪涌(主要发生在比较空旷的田野山头),和工厂感性/容性负载开关产生的浪涌。
浪涌防雷器的工作原理是这样的:当供电系统输入端接收到较大浪涌时(超过1000V以上),浪涌防雷器内部能量吸收器件和放电管由于自身的特性,会被击穿而产生动作,能迅速把脉冲能量通过器件在线间回路消耗(俗称差模防护)或对地泄放(俗称共模防护),将后端残压脉冲衰减至用电设备能耐受电压以下的安全值,不让后端的用电设备受到浪涌的冲击,从而保护后端的用电设备。
二、串联型防雷器和并联型防雷器的区别
市场上销售的浪涌防雷器从连接类型来看主要分两类,一类是串联型,一类是并联型。这两类产品的外部接线方式不同,我们先来看看他们的接线方式:
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从接线图上可以看出,串联型浪涌防雷器与后端的用电设备是串联使用的,浪涌通过供电线路传入后经过内部器件泄放,使后端设备承受的浪涌峰值,低于用电设备本身的耐受电压,达到浪涌防雷保护的效果。
高品质的浪涌防雷保护器内置了双线路的温度和电流保护的安全脱扣装置,当浪涌防雷器老化时可以自动切断器件,从而避免发生起火或短路灾害;同时,当负载端过载时也可以切断供电电路,达到保护后端的用电设备目的。我们强烈建议:串联型的浪涌防雷器,安装在灯具内部接近驱动器的地方。
而并联型浪涌防雷器,防雷器与后端设备是并联使用的,当浪涌通过供电线路传入,浪涌防雷器由于器件的特性,同样的击穿动作通过内部回路泄放,流入到后端的残留电压不超过后端用电设备的耐受电压。
并联型浪涌防雷保护器的特点是损坏不会切断供电系统,用电设备可以照常供电。但是当并联型浪涌防雷保护器老化,或遭遇超过自身的防雷强度的浪涌时,浪涌防雷保护器就会损坏而失效,此时后端设备将会直接承受下一次传入的浪涌冲击,从而会对后端用电设备造成冲击损坏!
为了减少并联型浪涌防雷保护器的缺点所引起的浪涌防雷缺陷,建议最好将并联型浪涌防雷保护器安装在离后端用电设备较远的前端位置,尽量靠近浪涌的传入端,这样就增加了后端的线路阻抗,后端线路距离等同于设置了退耦,浪涌传入后就近消耗在浪涌防雷保护器上,而减少后端用电设备的耐受压力。例如路灯LED灯具安装在灯杆顶部,并联型的浪涌防雷保护器则安装在灯杆下部的配电盒里,有七、八米的供电线缆,浪涌防雷效果就比把浪涌防雷保护器直接装在LED灯具内部要强。所以,一般并联型浪涌防雷保护器主要用在路灯杆下部的路灯配电盒里,或线路前端的供电控制柜里。欧洲地区的并联型浪涌防雷器强制要求带失效指示灯,也很少用于泛光灯、工矿灯等辅助照明LED灯具。
浪涌防雷保护器也是有使用寿命的。每承受一次雷击,器件内部吸收泄放就会受到一定的伤害,特别是承受了接近极限值的浪涌。一般来说,一个符合质量要求的浪涌防雷器是要符合美规UL1449(8/20uS)或国际电工 IEC61643-11( 1.2/50uS)的测试标准,这两个浪涌防雷保护器的测试标准都是要承受15次极限浪涌的冲击(一般雷击多发区是有这个频次的);超过这个次数后,浪涌防雷保护器吸收和泄放能力就会下降或击穿。当用电设备再次受到雷击时,由于浪涌防雷保护器已经失效,那用电设备就会因为要承受超过其耐受电压的波峰浪涌冲击而损坏。由此可以看出,浪涌防雷保护器是一个保护性组件产品,是易损耗件。所以在选型时,要考虑安装地区的自然条件,根据全球雷区分布图来尽量选用合适的产品,以免因为选型不当在实际使用时不能达到很好的防护效果。
用电设备端浪涌防雷保护器,主要有10kV,20kV这两款浪涌防护等级的产品。这两款防护等级的防雷器产品,我们深圳市格林威电子有限公司都有研发和生产,并且都已经获得了欧洲德国的TUV和CE、美规的ETL以及中国的CQC认证。浪涌防雷保护等级越高,意味着保护能力就越强,能够将外界的浪涌波峰通过浪涌防雷保护器吸收和泄放后,使得电压能降低到到用电设备能承受的安全范围内。
当然,如果浪涌波峰远超过浪涌防雷保护器的极限承载能力时,浪涌防雷保护器一次就会被击穿而损坏,这时如果再有浪涌雷击传入,后端的用电设备因为失去了防雷保护器的保护也会损坏。所以,千万不能理解为装了浪涌防雷保护器,后端用电设备就万事大吉了。浪涌防雷等级越高,当然单价也就越高。强雷区红色区域一定要在用电设备前端设置供电箱,并做相应的浪涌雷击防护设置。
三、结束语
浪涌防雷是一个严谨的技术概念,需要严格的按标准作业:不同的产品选择,不同的安装方式,不同的安装地区,都要严格的按规范来设计选型。
一个再好的浪涌防雷保护器,如果用户或施工方在使用过程中没有按标准作业施工,也同样不能达到最好的防雷效果。浪涌防雷保护器的选型一定要依据客户的产品特性和使用条件,参考安规标准,选用适当的器件,选择符合安全标准的产品。