【導讀】戶外LED照明設備逐漸增加，隨著環境的變化LED失效問題也越來越嚴重。尤其是當戶外LED燈具遭受雷擊浪涌的影響時失效的指數倍增。正因如此，防雷措施也越來越受重視。
隨著LED技術的深入發展，產品價格不斷的下降，市場逐漸打開，越來越多的照明產品使用LED作為光源。特別是在戶外的照明領域，大功率LED產品成為市場的主角。
然而，隨著LED燈具應用的增加，戶外LED燈具受雷擊浪涌影響失效的數量也在增加。據調查，在正常使用年限內受損的LED戶外燈具大多是因為雷擊浪涌產生的過電應力失效了燈具電源及LED光源。
這不僅影響燈具的使用壽命，而且增加企業的維護成本。鑒于此，LED戶外燈具的抗雷擊浪涌能力應引起足夠的重視。
LED照明器具防雷的必要性
據不完全統計雷擊所帶來的危害和損失全球每年以千億美元來計。雷擊分為直接雷和間接雷，間接雷主要包括傳導雷和感應雷。由于直接雷所帶來的能量沖擊非常大，破壞力極強，一般電源是無法承受的，所以必須要有災害規避的手段。
雷擊所形成的浪涌沖擊是一種瞬態波，是一種瞬變干擾，可以是浪涌電壓也可以是浪涌電流。沿著電源線或其它路徑(傳導雷)或通過電磁場(感應雷)而傳送至電源線路。其波形特征是先快速上升然后慢慢下降。
這種現象會對電源產生致命的影響，由于其產生的瞬間的浪涌沖擊遠遠超出一般電子器件的電性應力，導致的直接結果是電子元件損壞從而引起“死燈”現象。
如果是智能電源的話，即便是瞬態的浪涌沖擊沒有對器件造成損壞也可能會干擾程序的正常運行，從而發出錯誤性指令，致使電源無法按預期的指令工作。這也很好的解釋了為什么浪涌(沖擊)抗擾度在安規認證中是屬于電磁兼容的范疇。
LED照明器具防雷的措施
對戶外LED照明驅動電源而言，使用環境決定了防雷擊是衡量其性能的一個重要指標。正如上文所說，防雷應該是針對“直擊雷”、“間接雷”一起防護，才能起到防護效果。
防雷的“防”字，其實是用字錯誤，有根本意義上的歧義。防雷的核心手段是引導、泄放，“防”是防不住的。防雷手段分為外部防雷與內部防雷，一般的戶外用照明設備，因為沒有內部電路(設備終端)，因此不需要做內部防雷，只需要將外部防雷做好即可，即：接閃器、引下線、接地。
而在LED照明行業，每一個光源的前端都需要用一個“驅動電源”，因此它就有了一個內部的系統終端，那么在LED照明設備應用于戶外場合，就必須要有一個防雷器(防雷器)做末級保護。
通常意義上，防雷應該是分區多級，以確保最終端的用電設備不會被浪涌損壞。
那么在戶外LED照明設備的特殊性就體現出來了：它們一般是直接由片區總配電箱來控制一個終端設備，那么除了在片區配電箱內，按照GB50057標配防雷器以外，就戶外LED照明設備我們還需要做哪些動作呢?
圖1：防雷分區分級(一)
圖2：防雷分區分級(二)
第一.現在一般的LED路燈外部都是導體材料，本身就相當于一個避雷針，在設計上必須安裝引下線和地網，這些系統構成外部防雷系統。該系統可避免LED路燈因直擊雷引起火災及人身安全事故。
這兩者之間是相輔相成的，互為補充。內部防雷系統在很多器件上例如外殼、進出保護區的電纜、金屬管道等都要連接外部防雷系統或者設置過壓保護器，并進行等電位連接。
第二.徹底消除雷電引起的毀壞性的電位差，電源線、信號線、金屬管道等都要用過壓保護器進行等電位連接，各個內層保護區的界面處也要進行局部等電位連接，各個局部等電位連接處要互相連接，最后與主等電位處相連。
第三.目前LED路燈除了電源設備外，還會設置一些通信設備用于控制路燈的開關及亮度，這些設備及電源都需要安置在雷電保護區內，保護區域直接受外殼屏蔽。此處的電磁場要弱得多。
第四 防雷器的作用是在最短時間(納秒級)內將被保護系統連入等電位系統中，使設備各端口等電位。同時將電路中因雷擊而產生的巨大脈沖能量經短路線釋放到大地，降低設備各接口端的電位差，從而起到保護設備的作用。新力光源研發團隊認為，LED路燈電源模塊不僅要按照上述要求進行設計，而且必須經過嚴格的檢驗程序。
一般的防雷設計包含了一或二級防護電路。在這里并不是說一級(并聯)就一定比二級(串聯)差，一定要根據具體的被保護設備的自身耐受特性，再來決定防雷器的內部電路。
圖3：防護電路原理圖
防雷是一種約定俗成的習慣稱謂，轉化為對電源的要求來說是指電源要具備防浪涌沖擊的一種能力。LED驅動電源在安規認證上要求要對其進行浪涌(沖擊)抗干擾度試驗，以保證電源具有一定的抗干擾能力。國內執行的標準是GB/T17626.5《電磁兼容試驗和測試技術浪涌(沖擊)抗擾度試驗》，此標準等同采用IEC61000-4-5：2005。
筆者參與起草的CSA-027《LED戶外照明防雷技術要求》中已經有非常明確的防雷器選型優選參數表，建議參考選型，并嚴格按照標準要求進行施工作業。
事實上，電源除了在遭受雷擊外，在接通、斷開電感、容性負載或大型負載、電力系統的切換、與開關器件相關聯的諧振現象及各種系統故障如系統組合對接地系統的短路和電弧故障均會產生很高的瞬時操作過電壓(或過電流)。
例如大功率驅動電源在開通瞬間，特別是在冷啟機條件下，會產生一個很大的浪涌電流流入電源設備，是因為電源里面有很多不同用途的電容，尤其是用于PFC(功率因數調整)線路后的高壓、大容量的電解電容，在啟機前電壓很低，在接通市電很短的時間內對電容迅速充電，該峰值電流遠遠大于穩態條件下的輸入電流。
如果同時恰好在輸入電壓為90度相位角時接通，這個時候的沖擊電流會更大。
在現階段，無論是照明行業還是LED行業，對于防雷事宜均不專業，然而完全按照防雷行業的標準要求去制作戶外LED照明設備的外、內部防雷，成本極高。
尤其是最為關鍵的外部防雷，很少有施工方愿意遵循GB50343或GB50057的要求進行施工作業。而內部防雷，僅防雷器一項的成本就較高(約￥20.00以上)，如果再加上等電位連接、連接點三防處理，那么成本更高。
目前，必須面對一個事實：戶外LED照明設備正在往高度集成化、模塊化方向上去發展。如此，相對于末級保護用的防雷器來說，它不僅僅要保護電源部分，還要在一定程度上保護光源部分不受共模浪涌損害。防雷行業所說的0.5m原則及凱文接線法在這里就顯得尤為重要。
由于GB7000.1-2014的最新修改導致了安規條款的變化，爬電距離及電氣間隙都有降額，那么在一些戶外LED照明設備的光源板上就會有較大的“地電位反擊”的風險，當金屬散熱器上的光源板采用鋁基板時，LED焊點距離非工作區金屬部件的爬電距離較短，在前級防雷電路的作用下，地電位可能在納秒級的時間內被抬高了數萬伏特，極易引起光源板部分的“地電位反擊”，從而導致光源部分被擊穿。
那么我們會建議，在采用這種光源方式的項目中，在電源與光源之間加裝一個直流防雷器，以確保在有浪涌流過時，防雷器能夠將后級終端設備脫開電網并將所有的導電體拉在一起，形成等電位體，而在浪涌過后防雷器斷開泄放通道，整個系統繼續正常工作。
如有必要，建議改進光源板外形尺寸及其與散熱器的連接方式。
已經有企業走出LED照明器具的防雷第一步
我們必須認識到，不是什么電路都可以被稱之為防雷器的，在防雷行業,GB18802.1-2011中明確規定了，交流設備用防雷器必須通過TOV實驗條款.
我們曾經解剖分析了多家公司的“防雷器”，發現其原有電路中的很多器件都被省略了，特別不可以接受是省略了防雷器中的保險絲與退偶器件。
第一.壓敏電阻的長期失效模式只有一種：短路!如果連保險絲都省略了，那么我們可以想象，當防雷器長期使用后發生了劣化，而防雷器又無法再瞬間脫離電網，那么會引起零、火線間短路，這將是明火事故!
第二.一個自身擁有兩級防護電路的防雷器，省略了退耦器件，那么它的后級電路根本就不會發生動作。
換言之，要么它的后級電路要么是冗余設計，無法對電參數起到任何優化效果;要么它的后級電路就是在浪費成本!
事實上，一些國內專注與戶外電源的廠商已經對于防雷器(SPD)有比較深刻的理解。
其實電源前級有一個簡易的一級防護電路，但是該企業又增加一個防雷器(SPD)，該防雷器是假串聯真并聯的電路結構，依據該公司的操作指引說明書，它的防雷器必須安裝于電源前級10米開外的位置。
它正是使用連接導線做天然電感!這種方式對于LED照明行業來說非常合適。
第一.它的電源本身具備一定的抗浪涌功能，并且可以單獨使用!
第二.它的防雷器可以安裝在路燈桿的底部電氣窗口位置，便于維修更換!
第三.它的防雷器本身成本極低，但是需要和它自身的電源配合使用!
LED照明行業，已經走到了越來越規范、越來越健康的時代，防雷作為附屬保護手段，也已經被重視起來，但是要想達到如通訊行業那么規范還要走很長很遠的路，我們看到一個又一個的標準、規范發布實施，這是好事。
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