【技术】LED路灯雷击浪涌技术及相关标准

时间： 2019-07-27 来源：Littelfuse

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路灯的主要客户是政府单位，而非普通消费者，因而是一个比较特殊、比较封闭的产业。路灯从最初的钠灯、水银灯到现在的LED灯，经过了一个漫长的发展过程，同时，在这个发展过程中遇到了一些技术性问题。

时至今日，LED路灯在国内已经约有十年之久，包括电源供应器、电源驱动、散热技术、光学技术等每年都有新的突破，而一些基本技术在国内却没有得到解决，LED路灯防雷问题就是有待解决的问题之一。

LED路灯防雷的必要性

雷击是一种静电放电现象，通常携带数百万伏特的电压从云层传输到地面或另一云层。在传输过程中，雷电会在空中产生电磁场，感应出上千伏电压(即浪涌)到电源线路并产生感应电流传输到几英里以外，这些间接的攻击通常发生在户外暴露的电线，例如路灯、交通灯、基站等设备发射电涌。浪涌保护模块是在电路前端直接面对来自电源线的浪涌干扰。它将浪涌能量转移或吸收，最大限度地减少浪涌威胁其他工作电路，例如LED照明灯具中的交流/直流电源单元等设备。

对于LED路灯，雷电在电源线路上产生感应浪涌，这个浪涌的能量会在电线上产生一个突波，即浪涌波，浪涌就是通过这样的感应方式进行传输的，外界来一个浪涌波，就会在220V的输电线中的正弦波上产生一个尖端，这个尖端进入到路灯中，就会对LED路灯电路产生破坏。

路灯已经存在很多年了，为什么现在才提出路灯需要防雷这件事情?其实，在过去使用的高压钠灯和传统水银灯是用高压灯泡设计的，其本身就有防雷的效果。到近些年，LED灯逐渐普及，LED灯需要供电电压较小，通常是利用电源供应器将交流电转换为直流电来驱动，这使得LED路灯本身的防雷性就没有了，因而需要为路灯设计防雷模块。

路灯防雷的重要性是由投资回收期这一概念决定的。由于LED路灯比传统路灯价格大概贵一倍，政府在一开始购买时的投资金额较大，所以需要在运行过程中靠节省电力支出来逐渐将成本赚回来，因而，LED灯的寿命很重要。如果LED灯还没赚回成本就在投资回收期内坏了的话，还需要另外花钱维修，维修时付出的人力成本比安装时要贵一倍。因而，在LED时代，要实现LED省电、省钱的效果，需要保证其寿命能够达到你的预期，即产品保质期要长。要实现节省成本，保证投资回收期内路灯不损坏，就需要将可靠度拉高。这就需要为LED路灯加上防雷模块，以达到经济最大化。

国内一直在做节能路灯，定义的路灯规格通常是亮度、发光角度、灯光色彩、功耗等看得见的指标，而常常会忽略防雷这一项看不见的指标。不仅美国和欧洲等国，其实在高落雷国家，例如马来西亚、印度等国很早就已经建立了要求当地路灯通过一个设定的防雷测试的相关标准。由于国内也只有海南、珠江等沿海城市的落雷比较严重，而大部分内陆地区则要好很多。因而，至今相关标准还未推出。

美国三级防雷标准

在2015年发布的美国国家标准中，就已经推出了三级防雷标准，如表1所示。之所以是三种等级，是因为美国东西部落雷情况差异较大，高落雷地区可以达到30～40次，而低落雷地区则只有1～2次，因而做了三个等级的标准，分别是6kV、10kV和20kV。这也是给灯具厂商和地方政府一个弹性，各地地方政府可以根据实际情况决定使用相应的标准。

国内相关标准有待制定

国内在通讯基站有类似标准。早在十几二十年前，手机即将开始普及的时候，基站防雷就已经有相关国家标准。由于基站主要是设置在屋顶或塔上，因而落雷对基站的影响会很大。而由于我国南北差异较大，沿海还有内陆环境上的差异也较大，而且路灯基本上是各个地方政府自行管理、规定标注规格、招标、监工、维护等，因而，至今仍没有相国家关标准出台。

随着近些年来的相关需求的突显，国内2017、2018年已经有LED路灯防雷相关国家标准在审查中，如表2所示。参考世界各国的国家标准，驱动电源模块若仅满足第四级别(线-线 2kV，线-地4kV)，将不足以应付户外照明所可能面临的雷击浪涌威胁，建议对路灯采用更高的防雷等级，并采用防雷模块。

防雷模块

虽然防雷模块本身可以为LED灯提供防雷保护，但是同时其本身也有着自己的风险。当防雷模块老化后，会在内部发生过热反应，甚至会起火。也就是说，防雷模块在用到最后一刻会有起火的风险，如图2所示是灯具厂商因防雷模块老化起火后的器件。因而，防雷模块的安全性是一个很重要的概念，安装防雷保护模块是一个概念，安装一个安全的防雷保护模块是更进一步的理念和挑战。

力特公司的防雷模块以压敏电阻(电压敏感型电阻)来实现防雷功能，浪涌电压上升时，压敏电阻阻值下降，并将浪涌电流排出到电网中，从而避免大电流流经驱动器。其原理就是不论L/N/G三线中的哪一条线受到雷击的影响，都可以从另外一条线排出。力特LSP05 & LSP10相关产品如图3所示。

力特公司的防雷模块能够得到美规UL和欧规IEC/EN两个安全机构的验证，能够确保他们的防雷模块的安全性，防雷模块除了保护灯具不受雷击以外，模块本身的安全也要靠安规来确保。从而在一个很小的体积下提供一个很大的防雷能力，在一个合理的成本、尺寸和价格下提供一个安全、可靠的防雷模块给路灯产业。

结论

随着智能化时代的到来，智能路灯已经进入实际应用场景中。智能路灯代表路灯能够在远端物联网实现路灯的开启和关闭，能够调整路灯灯光的颜色和亮度。相对来讲，智能设备的功能越来越多，可靠性也要跟着提升，安全问题至关重要。而对于防雷保护，则应该同时满足防雷的功能和安全的功能。

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全部评论（8）

xiaoRobert Lv5. 技术专家 2019-11-05

不错，正在设计LED相关项目。
风一样的男子 Lv7. 资深专家 2017-11-29

都是大型设备啊
zyl Lv8. 研究员 2017-10-25

不错
serena Lv7. 资深专家 2017-10-16

智慧路灯是物联网领域的重要应用场景，这篇干货很赞
志成 Lv7. 资深专家 2017-10-14

设计时作为参考使用

shurenzhi Lv4. 资深工程师 2017-10-14

这个可以用到其他领域去！不错
killyo Lv5. 技术专家 2017-10-01

这个可以设计时参考
嗨嗨 Lv7. 资深专家 2017-09-06

这个牛，用到生活中去了

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2023-04-19 - 原厂动态代理服务技术支持采购服务

浪涌保护器LSP05系列的热保护型浪涌保护器最大能抑制2KV到4KV的瞬变电压吗？

浪涌保护器LSP05系列符合IEC61643-11 ClassII的等级，要符合这个等级必须要通过6KV的脉冲实验（这是模拟雷击实验的过程），因此该系列通过了IC61643-11 classII的认证，可以满足应用要求。

2017-10-10 - 技术问答代理服务技术支持采购服务

以太网RJ45的隔离变压器后端需要一款保护器件做ESD防护，请推荐一款保护器件。

以太网RJ45接口后端的隔离变压器输出的是两对差分信号，对于100M以上的通讯速率要求防护器件的结电容小，推荐用TVS阵列SP0504S，这个TVS阵列的结电容为0.85pF，反向工作电压为6V，钳位电压范围为9-13V。

2017-09-26 - 技术问答代理服务技术支持采购服务

【应用】国产升压LED恒流驱动芯片用于台灯照明，外围器件少，具有智能过温保护、软启动功能

在我们日常的生活工作之中，我们会经常使用到台灯，虽然随着科技的发展，在台灯的创新上面也层出不穷，但是本质上，台灯还是使用的LED作为光源来发光，所以不可避免地需要一个LED驱动芯片，本文介绍国产升压LED驱动OC6700在台灯中的应用。

2023-02-16 - 应用方案代理服务技术支持采购服务

【产品】LED照明浪涌保护模块保护能力达10kV/5kA

LSP05GI系列LED照明浪涌保护模块能够提供10kV/5kA浪涌保护能力，并通过了IEC/EN 61643-11认证，具有极强浪涌保护能力。

2016-10-24 - 新产品代理服务技术支持采购服务

Littelfuse（力特） LSP Module Series 的物料标签变更通知

Littelfuse公司通知，从2014年11月20日起，LSP模块系列的产品标记将从激光标记改为标签标记，以提升标记的可见性。电气和尺寸规格将保持不变。客户将在过渡期间继续收到带有激光标记的LSP模块，直到库存耗尽。所有现有样品订单将从发布此通知之日起使用新的标签标记。客户需在2014年10月30日前确认此变更。

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2014年10月20日 - 产品变更通知及停产信息代理服务技术支持采购服务

【应用】防雷更高！SPD模块与小型化保险丝共护LED照明灯

UL认证最新规定，户外LED照明灯具的抗雷击浪涌水平必须达到20KV和20KA，目前市场上能够满足此要求的SPD防雷模块不多，而这款正好满足！此外Littelfuse也针对目前室内照明小型化、高耐压值的保险丝需求推出了新的470-476系列保险丝。

2019-07-30 - 新应用代理服务技术支持采购服务

【产品】热保护浪涌保护器LSP05G，专为室外及商用LED照明设施提供瞬变过压保护

Littelfuse的LSP05G热保护浪涌保护器件是一种自保护器件，专为室外及商用LED照明设施提供瞬变过压保护。其采用了Littelfuse热保护压敏电阻技术开发而成。即使在压敏电阻寿命即将结束或者持续过压条件等极端情况下，内置热断路功能仍能在灾难性故障和火灾发生时提供额外的保护。其还可提供线对地/接地电阻，促进加速生产线调试。

2018-11-09 - 新产品代理服务技术支持采购服务