我們照明行業常說的防雷器,專業名稱應該是浪涌保護器或突波吸收器。浪涌也叫突波,就是超出電器正常工作電壓的瞬間過電壓,維持時間僅百萬份之一秒。浪涌主要有兩類來源:
一類是來自外界雷電感應,云層與大地之間的雷擊放電,閃電電流高達數十、甚至數千安培,強大的雷電流產生的電磁波在電源線或信號線上感應極高的脈沖電壓;
第二類是來自工廠內部感性負荷電器(比如大功率電機、變壓器、感應加熱爐、電梯/卷揚機等)開關操作時,在開和關的瞬間,電感產生的反向電動勢(反向電壓)非常高,高達幾千伏的過電壓。
第三類是戶外直接雷擊,巨大的電流在數微秒時間內流下大地,使大地電位迅速抬高,造成反擊事故。雷電流流經電氣設備產生極高的熱量,造成火災或爆炸事故,厲害的雷電,不要說一臺小小的燈具,即便是大樹、建筑物都能被擊倒或燒毀,這類雷擊,當然不是靠防雷器這類小小的電器盒子來防護的,而是要通過燈具(外殼)可靠接地,讓雷電流快速泄放到大地,盡量減少雷電的損害。比如很多高大建筑物或吊塔、燈塔都裝有密集的避雷針。
我們在此討論的是如何防護第一類和第二類的浪涌,即雷電感應電磁波產生的浪涌(主要發生在比較空曠的田野山頭)和工廠感性負荷開關產生的浪涌。防雷器的工作原來是這樣的,當電源輸入端接收到較大浪涌時(超過500V),防雷器內部能量吸收器件和放電管就動作,迅速把脈沖能量吸收消化(俗稱差模防護)或對地泄放(俗稱共模防護),將脈沖衰減至700V或900V以下的安全值,不讓后端的燈具電器受到浪涌的沖擊,從而保護燈具。我公司在LED高壓線性恒流方案光電模組的防雷技術已取得國家專利證書 ,在行業內首次提出了分級防雷設計概念,最大限度的發揮了防雷器的作用。
市場上銷售的防雷器主要分兩類,一類是串聯型,一類是并聯型。我公司有SPD-6A/10A串聯型防雷器和SPD-6B/10B并聯型防雷器。這兩類產品的外部接線方式不同,防護效果在某些場合是有差別的。我們先來看看他們的接線方式。
從接線圖上可以看出,串聯型防雷器(SPD-6A/10A)與后端的燈具電器是串聯使用的,浪涌必須先講過防雷器的吸收降壓才能到達后端燈具電器。就好比一個節流閥(能減少水流的水龍頭),只要節流閥能正常工作,后端就不可能出現很大的水流。而并聯型防雷器(SPD-6B/10B),防雷器與燈具電器是并聯使用的,也就是說,浪涌是有可能同時作用在防雷器和燈具電器上,只是浪涌會優先被防雷器來吸收,不能吸收的部分就可能流入后端的燈具。就好比是一個分流器,當水流(浪涌)較小時,水流(浪涌)會主要或全部導入分流管道(電路),極少進入后端的管道(電路),但水流(浪涌)較大時,則有部分水流(浪涌)是會進入后端管道(燈具電器)。為了減少進入的概率,最好將并聯型防雷器安裝在離后端燈具較遠的前端,這樣就增加了后端的線路阻抗,浪涌就會主要消耗在防雷器上,而不會進入后端燈具電器。比如燈具安裝在燈桿頂部,防雷器裝在燈桿下部的電器箱內,有七八米的電線,防雷效果就比把防雷器裝在燈具內部要強。所以一般并聯型防雷器主要用在路燈桿,也很少用于泛光燈、工礦燈等緊湊燈具。
特別補充說明一下,我公司SPD-6A/10A串聯型防雷器可以當防水電源線使用,客戶不必購買專用的防水電源線;SPD-6B/10B并聯型防雷器增加了工作指示功能(行業首創),當防雷器失效后,指示燈滅,很方便識別,提醒客戶及時更換防雷器,同行的并聯型防雷器則沒有這個功能。并聯型防雷器失效后,燈具可能還能正常工作,若不能及時發現并更換失效防雷器,下次雷擊就很容易損壞燈具。順便說一下的,串聯型防雷不需要設置指示燈,防雷器一旦失效,燈具就不亮,自然就知道要更換防雷器。
防雷器是有使用壽命的,每接收一次雷擊,內部吸收器件就受到一定傷害,特別是接近極限值的浪涌。一般來說,一個符合國標的防雷是能承受40次的極限浪涌的沖擊(一般雷擊多發區是有這個頻次的),超過這個次數后,脈沖吸收能力就下降或消失,那燈具再次受到雷擊時,燈具就比較容易失效。由此看出,防雷器是一個保護性器件,易耗件,一經安裝使用就沒有保修保質期的。
我們目前的防雷器主要有6KV和10KV兩個防雷等級。防雷等級越高,防護能力越強,能夠將外界較大浪涌通過防雷器吸收后降低至電器能承受的安全范圍內,當然如果浪涌遠超過防雷的極限承載力時,可能防雷器一次就損壞了,后端的燈具也會損害。千萬不能理解為有了防雷器燈具就萬事大吉了。防雷等級越高,單價也越高。
最后來普及一下防雷器的共模浪涌保護和差模浪涌保護的區別。
差模浪涌是指浪涌施加在電源線的輸入端火線L和零線N之間,巨大壓差會對電子元器件造成損壞。差模失效時,表現為整燈不亮,保護電路和器件(藍色的壓敏電阻)有明顯的燒焦痕跡,但后級燈珠一般正常。
共模浪涌是指浪涌施加在電源線輸入端的L/N對地PE之間。理論上講,有差模浪涌存在,就必然有共模浪涌存在。共模防護失效時,表現為燈具對地擊穿,燈珠和IC都會被擊穿損壞,但輸入端L/N保護電路和器件(藍色的壓敏電阻)卻完好。一般是戶外燈具外殼遭受雷擊才會發生此類情況。這類故障可以通過良好接地措施來降低。接地良好,當有較大的共模浪涌進來,巨大的能量能通過共模電路或外殼快速對地泄放,不會對燈具造成致命傷害。若沒有可靠接地,設置了共模電路也無效,巨大浪涌只有通過鋁基板的絕緣層對電源線端泄放,絕緣層的耐壓是有限的(1500V以下),耐壓等級遠低于較大浪涌防護等級,會造成燈具對地絕緣擊穿。另外接地也是重要的安全措施,如果不接地,發生絕緣失效時,外殼帶電,易引發觸電事故。一般正規的安裝都要求設置了專門的地線并可靠接地。至少是燈具外殼或燈桿是比較可靠接地,最怕的是燈具就懸掛在戶外,既沒有專用的接地線,也沒有很好的與燈桿連接來保證接地,這類情況,一遇雷擊,損壞概率極大。