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現(xiàn)今LED節(jié)能產(chǎn)品在路燈的改造上得到了政府及使用方的認(rèn)可與青睞，大力促進(jìn)了LED路燈的發(fā)展。但在LED路燈的實(shí)際使用中可以發(fā)現(xiàn)，諸多路燈電源實(shí)際應(yīng)用狀況不樂觀?！半娫础弊鳛長(zhǎng)ED路燈的重要部件，環(huán)境因素與安裝接地方式對(duì)電源的使用壽命有很大影響。根據(jù)個(gè)人對(duì)多地LED電源故障的實(shí)地勘測(cè)綜合分析看，失效品多發(fā)生在雷區(qū)、水域、空曠地等路段，因此LED路燈產(chǎn)品要有一定的防感應(yīng)雷的特性，還要改良接地技術(shù)，這兩點(diǎn)需要LED路燈廠家和LED電源制造商的共同努力才能將LED路燈電源的使用壽命大大延伸。
下面將多年的LED路燈電源使用中碰到的故障進(jìn)行分析，并提出個(gè)人的一些改進(jìn)技術(shù)建議，希望能為L(zhǎng)ED路燈的發(fā)展貢獻(xiàn)綿薄之力。
主要電源使用失效機(jī)理與分析
問題分析1：
電網(wǎng)電壓高：與工業(yè)電網(wǎng)未隔離，造成后半夜，電壓升高，超過電源規(guī)格的最大輸入電壓。
電網(wǎng)電壓波動(dòng)對(duì)LED電源使用的影響。
例：在對(duì)LED路燈電源維護(hù)時(shí),在不同地區(qū)所量測(cè)監(jiān)控電網(wǎng)電壓過高情況：
針對(duì)上述問題提出以下方法供參考：
在供電與電源之間增加漏電保護(hù)開關(guān)。
當(dāng)發(fā)生輸入過壓和連續(xù)強(qiáng)雷擊現(xiàn)象，可以切換電源，進(jìn)行保護(hù)，維護(hù)時(shí)再人工合上開關(guān)即可，不會(huì)損壞設(shè)備。
需要關(guān)注漏電流的選擇，防止頻繁動(dòng)作。
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問題分析2：主要為雷擊損壞
燈柱安裝接地效果不好，造成防雷效果差，影響電源的正常工作：
土壤環(huán)境分析
電桿置填深度
電源地線接地狀況不良，造成防雷效果差。
電網(wǎng)供電保護(hù)效果不好，造成防雷效果差。
空中的閃電發(fā)射的是一光譜的無線電波，架空的道路燈具和供電線路，是良好的接受天線。這一瞬時(shí)差模干擾電壓也可達(dá)到數(shù)百伏至3000 多伏，這一電壓往往會(huì)擊穿電子設(shè)備的電源電路的電氣間隙，同樣會(huì)損壞驅(qū)動(dòng)電路。因此電源需要做防雷設(shè)計(jì)，防雷設(shè)計(jì)是一個(gè)系統(tǒng)工程，需要從供電電網(wǎng)、系統(tǒng)接地到用電設(shè)備等全方面進(jìn)行防雷設(shè)計(jì)。
以下將詳細(xì)分析防雷設(shè)計(jì)與目前的現(xiàn)狀：
一、雷擊失效實(shí)例 (見下圖)
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在分析過程中，諸如此類MOV破裂，均是雷擊損壞所致。
二、四種類型雷擊模式及電源雷擊失效機(jī)理
1. 直擊雷：蘊(yùn)含極大的能量，峰值電壓可達(dá)5000kv的雷電流入地，具有極大的破壞力。會(huì)造成以下三種影響：
1) 巨大的富電流在數(shù)微秒時(shí)間內(nèi)流下地，使地電位迅速升高，造成反擊事故，危害人身和設(shè)備安全。
2) 雷電流產(chǎn)生強(qiáng)大的電磁波，在電源線和信號(hào)線上感應(yīng)極高的脈沖電壓。
3) 雷電流流經(jīng)電氣設(shè)備產(chǎn)生極高的熱量，造成火災(zāi)或爆炸事故。
2. 傳導(dǎo)雷：遠(yuǎn)處的雷電擊中線路或因電磁感應(yīng)產(chǎn)生的極高電壓，由室外電源線路和通信線路傳至建筑物內(nèi)室內(nèi)的電氣設(shè)備。
3. 感應(yīng)雷：云層之間頻繁放電產(chǎn)生強(qiáng)大的電磁波導(dǎo)致共模和差模干擾，影響電氣設(shè)備運(yùn)行。
4. 開關(guān)過電壓：供電系統(tǒng)中的電感性和電容性負(fù)載開啟或斷開、地極短路、電源線路短路等，都能在電源線路上產(chǎn)生高壓脈沖，脈沖電壓可達(dá)正常電壓的3到5倍，可嚴(yán)重?fù)p壞設(shè)備。破壞效果與雷擊類似。
國(guó)軍標(biāo)《GJB 6784-2009 軍用地面電子設(shè)施防雷通用要求》，如下圖所示：
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三、防雷的系統(tǒng)設(shè)計(jì)：
TN-S結(jié)構(gòu)是指變壓器出來，采用三相四線制輸電，中性線與保護(hù)地相連。此結(jié)構(gòu)有利于浪涌電流的迅速泄放。此時(shí)的防護(hù)等級(jí)為IV級(jí)(4KV);傳送到大樓后，防護(hù)等級(jí)為III級(jí)(2.5KV);到了專用機(jī)房后，防護(hù)等級(jí)為II級(jí)(1.5KV);最后到設(shè)備上，防護(hù)等級(jí)降為I級(jí)(1.0KV)。
防雷是系統(tǒng)工程，一方面要對(duì)能量逐級(jí)吸收，及防護(hù)區(qū)間量級(jí)分類的原則，需要做多級(jí)防護(hù)。另一方面要從供電系統(tǒng)、設(shè)備接地、產(chǎn)品等三方面進(jìn)行防護(hù)設(shè)計(jì)。
供電電網(wǎng)的防雷設(shè)計(jì)，可以根據(jù)最新標(biāo)準(zhǔn)《CJJ45-2006 城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》第6章要求：“6.1.9 道路照明配電系統(tǒng)的接地形式宜采用TN-S系統(tǒng)或TT系統(tǒng)，金屬燈桿及構(gòu)件、燈具外殼、配電及控制箱屏等的外露可導(dǎo)電部分，應(yīng)進(jìn)行保護(hù)接地，并應(yīng)符合國(guó)家現(xiàn)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求?！?/p>
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)反饋信息，主供電線有三條：火線、零線和保護(hù)地線(PE)。應(yīng)屬TN-S系統(tǒng)，有獨(dú)立的接地線，為雷擊浪涌電流的泄放提供了途徑。
燈桿的防雷接地設(shè)計(jì)，要依據(jù)GB50057-2000《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》第3.2.2條“三、防雷電感應(yīng)的接地裝置應(yīng)和電氣設(shè)備接地裝置共用，其工頻接地電阻不應(yīng)大于10Ω。”還有最新標(biāo)準(zhǔn)《CJJ89-2001 城市道路照明工程施工及驗(yàn)收規(guī)程》第6章要求：
6.2.7 燈桿、配電箱等金屬電力設(shè)備采用接地保護(hù)時(shí)，其接地電阻不應(yīng)大于4Ω。
6.3.2 接地體埋深應(yīng)符合設(shè)計(jì)規(guī)定當(dāng)設(shè)計(jì)無規(guī)定時(shí)埋深不宜小于0.6m。
綜上所述，路燈燈桿接地應(yīng)遵循保護(hù)接地不大于4Ω，防雷接地不大于10Ω。
土壤對(duì)接地電阻有影響，燈桿的防雷接地設(shè)計(jì)就是采取有效降阻方法。當(dāng)接地點(diǎn)的土壤(如巖石、砂質(zhì)土壤和長(zhǎng)期冰凍的土壤)電阻率較高時(shí)，為了滿足接地電阻的要求，須采取措施來降低土壤的電阻率，這些措施包括：
1. 換土：用電阻率較低的黑土、粘土和砂質(zhì)粘土等替換電阻率較高的土壤。一般換掉接地體上部1/3長(zhǎng)度、周圍0.5米以內(nèi)的土壤。
2. 深埋：如果接地點(diǎn)的深層土壤電阻率較低，可適當(dāng)增加接地體的埋入深度。深埋還可以不考慮土壤凍結(jié)和干枯所增加電阻率的影響。
3. 外引接地：通過金屬引線將接地體埋設(shè)在附近土壤電阻率較低的地點(diǎn)。
4. 化學(xué)處理：在接地點(diǎn)的土壤中混入爐渣、木炭粉、食鹽等化學(xué)物質(zhì)，以及采用專用的化學(xué)降阻劑，可以有效地降低土壤電阻率。
5. 保土：采取措施保持接地點(diǎn)土壤長(zhǎng)期濕潤(rùn)。
6. 對(duì)凍土進(jìn)行處理：在冬天往接地點(diǎn)的土壤中加泥炭，防止土壤凍結(jié)，或者將接地體埋在建筑物的下面。
四、電源的防雷設(shè)計(jì)：
1. LED電源使用要求
參照《GBT 17626.5-2008 電磁兼容 試驗(yàn)和測(cè)量技術(shù)浪涌(沖擊)抗擾度試驗(yàn)》分為1\2\3\4\X級(jí)。電源線差模試驗(yàn)的1級(jí)參數(shù)未給，其余各級(jí)分別為0.5KV\1KV\2KV及待定。電源線共模試驗(yàn)的各級(jí)參數(shù)為0.5KV\1KV\2KV\4KV。試驗(yàn)的嚴(yán)酷度等級(jí)取決于環(huán)境(遭受浪涌可能性的環(huán)境)及安裝條件，大體分類是：
1級(jí)：有較好保護(hù)的環(huán)境，如工廠及電站的控制室;
2級(jí)：有一定保護(hù)的環(huán)境，如無強(qiáng)干擾的工廠;
3級(jí)：普通的電磁騷擾環(huán)境：對(duì)設(shè)備未規(guī)定特殊安裝要求，如普通安裝的電纜網(wǎng)絡(luò)，工業(yè)性的工作場(chǎng)所和變電所;
4級(jí)：受嚴(yán)重騷擾的環(huán)境，如民用架空線，未加保護(hù)的高壓變電所;
X級(jí)：特殊級(jí)，由用戶和制造協(xié)商后確定。
從使用環(huán)境角度看，LED驅(qū)動(dòng)電源需要考慮3級(jí)以上的要求。
2. 電源的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用分析
現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)反饋主供電線有三條：火線、零線和保護(hù)地線(PE)。應(yīng)屬TN-S系統(tǒng)，有獨(dú)立的接地線，為雷擊浪涌電流的泄放提供了途徑。
安裝時(shí)，PE并不是直接連接到電源的輸入線對(duì)應(yīng)的PE線，而是直接接到燈柱底部裸露的金屬部分：希望通過燈柱體到燈模組的外殼，再?gòu)陌惭b螺絲到電源外殼(電源的外殼與內(nèi)部線路的接地端相連)。在一些舊燈改造方面更為突出。
電源接地是一個(gè)不容忽視的問題，故障多出在安裝工程上，電源保護(hù)地與外殼(雷擊保護(hù)地)相連接，相互串?dāng)_;相關(guān)接頭易銹蝕，由此產(chǎn)生許多不可靠問題。例如，電源外殼為抗氧化處理后，不導(dǎo)電，使接地不可靠導(dǎo)致防雷效果差。即使經(jīng)過燈具、燈桿到接地連接端到PE線，特別是PE線的連接處，因?yàn)闆]有做抗氧化處理，在半年之后，均會(huì)發(fā)生銹蝕情況，導(dǎo)致接觸電阻達(dá)不到要求，使電源的防雷效果降低。
電源保護(hù)地與燈桿外殼(雷擊保護(hù)地)相連接，浪涌電壓相互串?dāng)_，此舉將防雷工程復(fù)雜化，電網(wǎng)接受的感應(yīng)雷所形成的浪涌電壓作用于不同燈桿會(huì)產(chǎn)生不同的效果(因?yàn)闊魲U接地電阻不同)，多重雷區(qū)的浪涌電壓交錯(cuò)疊加，增強(qiáng)特性的會(huì)壓敏電阻擊穿失效。
經(jīng)分析，主要集中在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，提出以下方法供參考：
供電電網(wǎng)一定要采用TN-S系統(tǒng)—火線、零線、接地線;
電網(wǎng)保護(hù)地(PE線)與燈柱防雷地(柱體)要分開，不要連接，防止串?dāng)_;
將電源PE線與電網(wǎng)的PE線可靠連接;
接地電阻小于0.1歐;
連接接頭做防水處理，可保證長(zhǎng)期的連接可靠性;
燈柱體接地受雨季、干燥季節(jié)等氣候的影響變化較大，但需一直保持接地電阻小于10歐;
考慮接地電阻的主要因素有土壤電阻率，接地體的尺寸、形狀及埋入深度，接地線與接地體的連接等;
連接處還需作防氧化防腐處理;
處于大橋上、高速公路的工程，需要將燈柱底座的金屬連接件與大橋的防雷系統(tǒng)焊接在一起，形成整體防雷;
郊區(qū)比城區(qū)路線更需關(guān)注防雷。
五、關(guān)注安裝方式的影響：
LED電源實(shí)際使用中的問題不容忽視，在改造常規(guī)照明路燈的先期，建議和電源提供商共同配合，考慮到實(shí)際使用地的情況，以減少其安裝過程中的不必要損失。《廣東昭信燈具有限公司》對(duì)佛山市南海區(qū)桂瀾以東103條路的常規(guī)照明改造LED路燈過程中與《深圳茂碩科技有限公司》緊密合作，派遣技術(shù)人員實(shí)地勘測(cè)工程現(xiàn)場(chǎng)的土壤、水域、雷擊、電壓等各個(gè)方面的條件，科學(xué)設(shè)計(jì)燈具和電源的技術(shù)參數(shù)，使得8000多盞路燈的改造項(xiàng)目在短時(shí)間內(nèi)順利成功實(shí)施，得到了業(yè)主的好評(píng)，為當(dāng)?shù)氐墓?jié)能改造工程增加了一道靚麗的風(fēng)景線!
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