淺談電子鎮(zhèn)流器及其配套照明系統(tǒng)的防雷措施

蘭振興

(福建源光亞明電器有限公司，南平市 353000)

1 前言

隨著先進(jìn)的照明技術(shù)的快速發(fā)展尤其是電子技術(shù)在照明領(lǐng)域的普遍應(yīng)用，一批節(jié)能、高效、長(zhǎng)壽命的照明電子鎮(zhèn)流器產(chǎn)品開(kāi)始逐步取代傳統(tǒng)電感鎮(zhèn)流器，而被廣泛應(yīng)用于各種照明場(chǎng)所。因此，先進(jìn)的電子技術(shù)在照明系統(tǒng)的應(yīng)用不僅要符合國(guó)家提倡的高效節(jié)能、綠色環(huán)保的要求，還應(yīng)具有安全、穩(wěn)定、可靠的基本性能，才能真正被社會(huì)所接受。

作為照明系統(tǒng)中的重要組成部分的電子鎮(zhèn)流器在實(shí)際使用過(guò)程中除了自身原材料的性能下降容易造成損壞以外，在產(chǎn)品的電路設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和配套的燈具以及在安裝施工過(guò)程中都應(yīng)特別注意加強(qiáng)預(yù)防雷擊所產(chǎn)生的浪涌電流造成對(duì)電子鎮(zhèn)流器的大面積的損壞，尤其是作為戶(hù)外照明使用的照明系統(tǒng)。一方面由于電子鎮(zhèn)流器內(nèi)部結(jié)構(gòu)具有較高的集成化 (IC芯片)，從而導(dǎo)致電子鎮(zhèn)流器較傳統(tǒng)電感鎮(zhèn)流器在耐壓、耐過(guò)電流的水平下降，對(duì)雷電 (包括感應(yīng)雷及過(guò)電壓浪涌)的承受能力下降。另一方面由于信號(hào)來(lái)源路徑增多，如感應(yīng)雷擊、電磁干擾 (EMC)、無(wú)線(xiàn)電干擾和靜電干擾等，尤其是具有0～10V或DALI等調(diào)光控制信號(hào)功能的電子鎮(zhèn)流器較以前更容易遭受雷電波侵入。因?yàn)?，浪涌電壓可以從電源線(xiàn)或信號(hào)線(xiàn)等途徑竄入電子鎮(zhèn)流器。

電子鎮(zhèn)流器作為整個(gè)照明系統(tǒng)的重要組成部分，其安全性能的好壞將直接影響到整個(gè)照明系統(tǒng)的正常穩(wěn)定工作。如何在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中真正實(shí)現(xiàn)照明系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行而不受雷擊的侵?jǐn)_是所有燈具和電子電路設(shè)計(jì)人員以及終端用戶(hù)都應(yīng)當(dāng)加以重視的。從實(shí)際使用情況看，要做好照明系統(tǒng)的防雷措施，應(yīng)從以下幾個(gè)方面加以重視:

2 重視和加強(qiáng)電子鎮(zhèn)流器自身防雷保護(hù)電路的設(shè)計(jì)

目前電子鎮(zhèn)流器的設(shè)計(jì)中通常會(huì)采用在電源線(xiàn)路或者其他被保護(hù)的電子元器件前端，通過(guò)防雷壓敏電阻用做瞬態(tài)電壓的抑制保護(hù)電路，使其符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，保證了電子鎮(zhèn)流器不因電源中瞬時(shí)過(guò)電壓而影響其性能或受傷害。其中比較常見(jiàn)的有以下圖1所示結(jié)構(gòu)的電路。線(xiàn)路中RV1 RV2 RV3為防雷壓敏電阻，用做瞬態(tài)電壓的抑制器，其最大特點(diǎn)就是能夠吸收極大的瞬態(tài)浪涌能量，但它不能承受毫安級(jí)以上的持續(xù)電流，在過(guò)電壓保護(hù)電路中，它不能長(zhǎng)期工作在過(guò)電壓狀態(tài)下。因此，在電子鎮(zhèn)流器中采用壓敏電阻時(shí)應(yīng)在電源輸入端配置合適的保險(xiǎn)熔斷絲或保險(xiǎn)管。線(xiàn)路正常工作時(shí)，壓敏電阻器只相當(dāng)于一個(gè)小容量的電容器，對(duì)電源線(xiàn)路具有一定的濾波作用，并不影響線(xiàn)路的正常工作。當(dāng)電路的輸入端出現(xiàn)瞬態(tài)過(guò)電壓且過(guò)電壓超過(guò)壓敏電阻的壓敏值時(shí)，壓敏電阻的內(nèi)阻急劇下降，呈導(dǎo)通狀態(tài)，從而使輸入電壓通過(guò)壓敏電阻泄放短路，此時(shí)，其工作電流迅速增加，使串聯(lián)在電源輸入端的保險(xiǎn)絲瞬間熔斷，從而保護(hù)了電子鎮(zhèn)流器中各元器件不會(huì)被過(guò)高的瞬態(tài)過(guò)電壓所燒毀。

從目前防雷電路的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)看，線(xiàn)路的保護(hù)方式主要有相線(xiàn)與零線(xiàn)的防護(hù)，相線(xiàn)與地的防護(hù)，零線(xiàn)與地的防護(hù)。當(dāng)電路中出現(xiàn)雷電感應(yīng)過(guò)電壓或瞬態(tài)操作過(guò)電壓Vs時(shí)，保護(hù)電路和被保護(hù)的設(shè)備 (或者線(xiàn)路中的元器件)同時(shí)承受了過(guò)電壓Vs。由于壓敏電阻 (保護(hù)電路的核心元件)的響應(yīng)速度快，它以納秒級(jí)的時(shí)間迅速呈現(xiàn)優(yōu)良的非線(xiàn)性導(dǎo)電特性，使壓敏電阻其兩端的電壓迅速下降，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于Vs值，有效地將過(guò)電壓限制在被保護(hù)設(shè)備或被保護(hù)元器件的絕緣耐壓值等級(jí)下，從而使電子鎮(zhèn)流器免受過(guò)電壓的傷害。因此，在整個(gè)電子鎮(zhèn)流器保護(hù)電路的設(shè)計(jì)中對(duì)壓敏電阻的標(biāo)稱(chēng)電壓的選擇是比較關(guān)鍵的。壓敏電壓值選得過(guò)高，意味著增大了保護(hù)電路的動(dòng)作電壓，同時(shí)壓敏電壓值越高，相對(duì)的承受電壓會(huì)增高，則壓敏電阻對(duì)電子鎮(zhèn)流器可能起不到保護(hù)作用。如果壓敏電壓值選得太低，頻繁的過(guò)電壓沖擊，會(huì)使壓敏電阻器的性能有所下降，漏電流增大，當(dāng)壓敏電壓低于電源電壓的峰值時(shí)，造成壓敏電阻器的劣化失效，不僅會(huì)影響電子鎮(zhèn)流器的正常工作，甚至可能燒毀壓敏電阻器本身。通常比較常用的防雷電路會(huì)與EMI凈化電路共同組成比較可靠的保護(hù)電路。因此，我們說(shuō)良好的照明系統(tǒng)的接地不僅有利于防雷的設(shè)計(jì)要求，同時(shí)也對(duì)抗防電磁干擾 (EMC電磁兼容)起到積極的作用。

圖1

3 配套燈具的規(guī)范設(shè)計(jì)、組裝是確保照明系統(tǒng)及其配套電子鎮(zhèn)流器免受雷擊的重要保證

最新版的國(guó)標(biāo)GB7000.1—2007《燈具一般安全要求與試驗(yàn)》中7.2條就明確規(guī)定照明燈具的接地安全問(wèn)題。接地的主要作用不僅是防止人身遭受電擊、預(yù)防火災(zāi)，其中另一重要作用也是為防止雷擊造成燈具內(nèi)電器附件遭受損壞，同時(shí)也符合電磁兼容 (EMC)國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，不會(huì)對(duì)其他儀器設(shè)備產(chǎn)生干擾。因此，作為一家正規(guī)照明生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)該按照國(guó)標(biāo)要求在照明燈具內(nèi)設(shè)置符合規(guī)范的接地裝置。應(yīng)當(dāng)在照明燈具內(nèi)設(shè)置專(zhuān)用接地端子，在燈具外殼內(nèi)設(shè)置專(zhuān)用接地螺絲柱，將黃綠接地線(xiàn)用金屬銅焊片可靠焊接后用綠色專(zhuān)用接地螺絲固定在燈具內(nèi)的專(zhuān)用接地螺絲柱上，同時(shí)將電子鎮(zhèn)流器引出的PE黃綠接地線(xiàn)一同牢靠地接入接地端子，并通過(guò)電源接地線(xiàn)引出。在該接地端子下方應(yīng)該有明顯的接地標(biāo)識(shí) (圖2)。根據(jù)GB50034—2004建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)7.2.12要求，1類(lèi)燈具外露可導(dǎo)電部分應(yīng)可靠接地，接地電阻小于0.5歐姆。燈具如果不接地時(shí)一旦燈具出現(xiàn)漏電時(shí)人體如果接觸燈具將產(chǎn)生觸電的危險(xiǎn) (圖3)，同樣如果一旦有雷電通過(guò)燈具，因燈具沒(méi)有接地措施，導(dǎo)致雷電瞬間的高電壓無(wú)法通過(guò)接地導(dǎo)入大地將直接造成對(duì)燈具內(nèi)電器附件的破壞，也有可能導(dǎo)致整條線(xiàn)路的照明燈具出現(xiàn)大面積的損壞。

4 配套電力線(xiàn)路正確的供電及安全接地是對(duì)照明系統(tǒng)防雷保護(hù)的重要保障

照明系統(tǒng)尤其是戶(hù)外照明燈具的使用場(chǎng)合為露天，用電環(huán)境較為復(fù)雜，不正常的接線(xiàn)方式時(shí)常發(fā)生，例如，三相4線(xiàn)制供電時(shí)的零線(xiàn)斷線(xiàn)，而引發(fā)三相配電系統(tǒng)的相電壓大幅升高或降低，安裝燈具的供電系統(tǒng)沒(méi)有按規(guī)定可靠接地，導(dǎo)致無(wú)法吸收雷擊時(shí)的感應(yīng)雷所帶來(lái)的尖峰電壓，進(jìn)而危及燈具的正常運(yùn)行，引發(fā)燈具的非正常損壞。從實(shí)際應(yīng)用情況看，電源浪涌并不僅源于雷擊，當(dāng)電力系統(tǒng)出現(xiàn)短路故障、投切大負(fù)荷時(shí)都會(huì)產(chǎn)生電源浪涌。電網(wǎng)綿延千里，不論是雷擊還是線(xiàn)路浪涌發(fā)生的幾率都很高。當(dāng)距你幾百公里的遠(yuǎn)方發(fā)生了雷擊時(shí)，雷擊浪涌可以通過(guò)電網(wǎng)光速傳輸，經(jīng)過(guò)變電站等衰減，到燈具內(nèi)的鎮(zhèn)流器上可能仍然有上千伏。雖然這個(gè)高壓很短，只有幾十到幾百個(gè)微秒，或者不足以燒毀電子鎮(zhèn)流器，但是對(duì)于其內(nèi)部的半導(dǎo)體元件卻有很大的損害。目前，照明系統(tǒng)配套的燈桿及電力線(xiàn)路施工中主要應(yīng)該注意以下幾方面的規(guī)范要求:

圖2

圖3 燈具不接地對(duì)人體的危害示意

(1)根據(jù)國(guó)家相關(guān)規(guī)范要求，對(duì)于防雷分區(qū)屬于雷電密集區(qū)中的照明電燈桿，必須在地下做接地保護(hù)，并且通過(guò)接地線(xiàn)和建筑物的接地系統(tǒng)相連接，這點(diǎn)對(duì)照明系統(tǒng)尤其是戶(hù)外照明配電系統(tǒng)的接地尤為重要。在實(shí)際應(yīng)用中我們知道，在建筑物內(nèi)采用TN-S及TN-C-S方式比較多，但處于室外環(huán)境的照明系統(tǒng)，條件不盡相同，使用TN-S仍然不能完全保證安全。其中一個(gè)重要因素是室內(nèi)環(huán)境要求作等電位聯(lián)結(jié)，作為防電擊的重要措施之一;而處于室外環(huán)境的照明系統(tǒng)則難以作等電位聯(lián)結(jié)，這是TN-S廣泛應(yīng)用于建筑物內(nèi)，而不適宜于室外的主要原因。在已經(jīng)有較完善的剩余電流動(dòng)作保護(hù)器的今天，有條件采用TT方式，對(duì)于戶(hù)外照明更符合安全要求。TT方式的接地故障電流 (Id1)比TN方式更小，使用熔斷器或斷路器更不能滿(mǎn)足規(guī)范要求，所以應(yīng)選用剩余電流動(dòng)作保護(hù)器，這種保護(hù)器的動(dòng)作電流僅為幾十、以至幾百毫安，最大達(dá)幾安培，容易使之動(dòng)作，更能保證安全。另外，TT方式要求燈桿接地，由于多數(shù)使用金屬燈桿，有良好接地條件，使用鋼筋混凝土桿，接地條件也較好。

(2)在照明系統(tǒng)接地使用材料的尺寸及截面積上，建議采用IEC 62305—3(EN 62305—3)中的“表7”的要求。下表1是其中的節(jié)錄，使用的材料還應(yīng)該根據(jù)可能的腐蝕情況進(jìn)行選擇。

表1 接地導(dǎo)線(xiàn)的最小尺寸，用于雷電區(qū)照明燈桿的互連和與建筑物的接地系統(tǒng)的連接

(3)在照明系統(tǒng)中需減小由于直接接觸或跨步電壓而發(fā)生電擊風(fēng)險(xiǎn)的措施，根據(jù)具體情況而定。例如，依據(jù)IEC 62305—3(EN 62305—3)中減小接觸電壓的措施，應(yīng)在照明燈電線(xiàn)桿周?chē)?m范圍內(nèi)，要求至少要有5cm厚的瀝青層或15cm厚的砂礫層。

(4)在IEC 62305－3(EN 62305－3)中也提到減小跨步電壓的措施，比如電勢(shì)控制等。這里，在照明電燈桿周?chē)?，按照距離1.0 m、4.0 m、7.0 m以及10.0 m，相應(yīng)安裝四個(gè)深度為0.5 m、1.0 m、1.5 m以及2.0 m的環(huán)形接地體。這些環(huán)形接地體相互間的交角為90°，彼此間通過(guò)連接導(dǎo)線(xiàn)連接，并與照明燈桿連接。

(5)防雷分區(qū)中的所有室外照明，都應(yīng)該使用1級(jí)雷電流保護(hù)器，安裝在配套的配電系統(tǒng)上。為確定它的防雷分區(qū)范圍，可使用滾球法來(lái)確定:在所有室外照明可能的方向上“滾動(dòng)”，如果接觸到滾球，則該室外照明處于防雷分區(qū)。另外，在安裝1級(jí)雷電流保護(hù)器之前，必須檢查室外照明電路中是否在配電柜中已安裝了能量協(xié)調(diào)的2級(jí)電涌保護(hù)器，如果沒(méi)有，則建議應(yīng)在電力變壓器的二次側(cè)加裝電源模塊式電涌保護(hù)器 (SP系列D級(jí)電源模塊式電涌保護(hù)器)。

圖4

因此，照明系統(tǒng)安裝配套的電力設(shè)備的規(guī)范接地及其他線(xiàn)路輔助防雷措施所要求的規(guī)格較高，尤其對(duì)戶(hù)外照明系統(tǒng)的防雷接地等措施是確保照明系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要保證。

5 提高照明尤其是戶(hù)外照明用戶(hù)的防雷意識(shí)

從實(shí)際使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，有的因?yàn)閷?duì)照明燈具防雷意識(shí)不足，認(rèn)為照明燈具不接地一樣可以使用，并不會(huì)影響什么。但是，往往就是因?yàn)檫@種對(duì)防雷接地不重視的思想，導(dǎo)致照明燈具的大面積損壞，甚至影響到其他用電設(shè)備的正常使用。尤其是作為戶(hù)外照明使用的燈具，有的因原舊的電力線(xiàn)路在線(xiàn)路設(shè)計(jì)上沒(méi)有設(shè)計(jì)和預(yù)埋接地線(xiàn)路，在新改換燈具時(shí)沒(méi)有按現(xiàn)有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行接地線(xiàn)路整改，如果再重新安裝新的燈具尤其是現(xiàn)在的節(jié)能照明燈具內(nèi)部往往采用電子觸發(fā)器、電子鎮(zhèn)流器或電子調(diào)光器等等電子設(shè)備時(shí)，就很容易遭到雷擊的破壞，從而給用戶(hù)帶來(lái)?yè)p失。例如，在某一森林公園內(nèi)的一個(gè)盤(pán)山道路照明改造工程中，因原電力線(xiàn)路沒(méi)有預(yù)埋專(zhuān)用接地線(xiàn)，在改造中，公園管理人員采用高效節(jié)能電子鎮(zhèn)流器照明燈具作為該道路改造照明產(chǎn)品。在該工程結(jié)束并運(yùn)行一段時(shí)間后的5月份某天突然接到反饋，該批照明燈具一夜之間出現(xiàn)70多套燈具不亮，且發(fā)現(xiàn)有較多損壞都是7～8盞燈連續(xù)的不亮。隨后在經(jīng)過(guò)相關(guān)技術(shù)人員到現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)，因?yàn)樵尤氲碾娏€(xiàn)路不規(guī)范，電力線(xiàn)路沒(méi)有設(shè)置專(zhuān)用接地線(xiàn)，導(dǎo)致燈具專(zhuān)用接地線(xiàn)閑置沒(méi)有接入。同時(shí)使用方片面的認(rèn)為燈桿是埋入地面的可以作為接地使用，但其不知，這種方式是完全無(wú)法滿(mǎn)足接地要求的。結(jié)合燈具內(nèi)電子鎮(zhèn)流器損壞情況看均為保險(xiǎn)絲和場(chǎng)效應(yīng)管被擊穿燒毀，技術(shù)人員結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)安裝情況并了解到近日該地區(qū)雷電頻繁，且該森林公園地勢(shì)較高，樹(shù)木茂密，容易引入雷電，從而發(fā)生燈具內(nèi)電子鎮(zhèn)流器大面積被雷擊損壞的事故。隨后我們建議用戶(hù)在每個(gè)燈桿下方加裝一個(gè)避雷裝置，將燈具內(nèi)接地線(xiàn)與燈桿可靠連接，并要求其在配電系統(tǒng)中加裝復(fù)合型雷電流電涌保護(hù)器。改進(jìn)后的該道路照明工程至今未出現(xiàn)雷擊損壞現(xiàn)象，運(yùn)行穩(wěn)定。

6 結(jié)束語(yǔ)

以上所述照明系統(tǒng)的防雷措施都是多年實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)以及發(fā)生在身邊的實(shí)際案例。本文希望通過(guò)個(gè)人的一些見(jiàn)解給從事照明技術(shù)推廣和照明燈具開(kāi)發(fā)一線(xiàn)的照明工作者以及照明產(chǎn)品的使用者一些參考，以此來(lái)重視照明系統(tǒng)防雷措施的設(shè)計(jì)和應(yīng)用，避免在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中造成不必要的損失。

［1］GB7000.1—2007.燈具一般安全要求與試驗(yàn)

［2］GB50034—2004.建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

［3］國(guó)際電工委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn).IEC 62305—3(EN 62305—3)避雷系統(tǒng)

［4］GB15144—2005.管形熒光燈用交流電子鎮(zhèn)流器性能要求