Как защитить светодиодные светильники от скачков напряжения

Обновлено: 26.04.2024

Защита LED-светильников уличного исполнения

В статье описаны практические методы защиты светодиодного оборудования со стороны питающей сети, а также возможные способы защиты непосредственно светодиодных массивов и поддержания работоспособности изделий при отказе единичных элементов.

Сегодня приблизительно 25% всей вырабатываемой энергии предназначается для освещения, поэтому использование более высокоэффективных источников света способно существенно снизить общее потребление энергии, а также высвободить мощности генерации для иных нужд. Законодательство, запрещающее и ограничивающее применение ламп накаливания, становится основным движущим фактором для постоянного роста спроса на светодиодное оборудование.

В то же время и обычные пользователи, и промышленные предприятия заинтересованы в развитии энергосберегающих технологий, стимулируя спрос на светодиодную технику.

Технические инновации, постоянно применяемые в LED-технологиях, в том числе постоянное повышение эффективности (больше люмен на ватт), развитие оптики (совершенствование линз и отражателей), улучшение тепловых характеристик, позволяют LED-освещению вытеснять как обычные лампы накаливания, так и ртутные и газоразрядные лампы в уличном освещении. Тем не менее уличное LED-освещение по-прежнему остается дорогостоящим, а возврат инвестиций складывается не только из затрат энергии, но и из стоимости сервисного обслуживания и долговечности. Для обеспечения гарантированного периода окупаемости порядка пяти лет требуется высокая надежность и долговечность LED-светильников. При этом кратковременные всплески напряжения в линиях передачи переменного тока являются основной угрозой для уличного LED-оборудования.

Всплески напряжения вследствие воздействия молнии

Когда электрические устройства включаются или выключаются из сети, возникают кратковременные всплески напряжения в линии передачи рядом с устройством. Также разряды молнии способны генерировать всплески напряжения в линии, особенно в случае уличного оборудования, подключаемого к воздушным ЛЭП (рис. 1). Воздействие энергии разряда молнии способно неблагоприятно воздействовать на уличное LED-освещение.

Рис. 1. Непрямое воздействие разряда молнии на электрическую сеть напряжения переменного тока

Светильники уличного освещения уязвимы как к дифференциальному, так и к синфазному воздействию:

дифференциальные всплески напряжения и тока «линия-нейтраль» или «линия-линия» (для трехфазной схемы) способны повредить компоненты источника питания и/или светодиоды;
синфазные всплески напряжения/тока «линия-«земля» или «нейтраль-«земля» способны повредить изоляцию светильника, включая компоненты источника питания и изоляцию охладителя светодиодов.

Производители светодиодного оборудования должны внимательно относиться к выбору предохранителей, варисторов и TVS-диодов для обеспечения соответствия их оборудования требованиям безопасности и надежности.

В настоящее время во всем мире используется методика тестирования устойчивости к выбросам напряжения по IEC 61000-4-5, за исключением США, где придерживаются собственного стандарта. Дополнительно существует стандарт IEC61547, который регламентирует тестирование на электромагнитную совместимость осветительного оборудования общего применения.

На рис. 2 показаны две осциллограммы, характеризующие напряжение и ток тестового импульса. Тестовая последовательность состоит из комбинации 1,2Ѕ50 мкс напряжения холостого хода и 8Ѕ20 мкс тока короткого замыкания. Для прохождения данного теста определенный пиковый ток калибруется в генераторе тестовых импульсов путем замыкания его выхода на «землю» до подключения испытуемого светильника.

Рис. 2. Тестовые импульсы в соответствии с IEC61000-4-5: 1,2 ×50 мкс напряжения холостого хода и 8×20 мкс тока короткого замыкания:
а) форма напряжения на выходе генератора для режима холостого хода;
б) форма тока на выходе генератора для режима короткого замыкания

Для того чтобы предотвратить повреждение светильника энергией выброса, минимизировать затраты на обслуживание и повысить общую надежность изделия, необходимо заранее обеспокоиться надежной схемой защиты.

На рис. 3 показаны различные элементы, наиболее часто применяемые в схемах защиты уличных светильников от различных воздействий.

Рис. 3. Типовая схема включения уличного светильника с защитой

Металлооксидный варистор с температурной защитой (MOV)

MOV — недорогой вариант эффективной защиты от выбросов напряжения в источниках вторичного питания и других применениях, например в унифицированных блоках защиты (SPD) на входе LED-драйвера компании Littelfuse.

Варисторы предназначены для того, чтобы подавить всплеск напряжения в течение микросекунд. Тем не менее варистор, встроенный в модуль защиты SPD, сам по себе может вызвать проблемы при неправильном подключении или потере нейтрали, что приводит к его перегреву и даже возгоранию. Стандарт Северной Америки UL 1449 описывает методику тестирования модулей SPD в различных приложениях, чтобы удостовериться в их надежной работе в процессе эксплуатации. Надежная схема защиты с MOV должна обеспечивать его отключение в случае перегрева. К сожалению, варистор имеет способность деградировать после подавления одного сильного всплеска напряжения либо при последовательности всплесков небольшой мощности, что приводит к увеличению тока утечки. Даже в случае номинального режима работы варистора от сети 120/240 В AC происходит медленная деградация, приводящая к увеличению температуры варистора в процессе эксплуатации. Последовательное включение температурного предохранителя способно предотвратить перегрев варистора и дальнейшее ухудшение его параметров. Когда срок жизни MOV будет подходить к концу, температурный предохранитель разорвет цепь и предотвратит развитие аварийной ситуации в варисторе, защитив всю систему.

Индикация необходимости замены, окончания срока эксплуатации защитного SPD-модуля

После отключения MOV от цепи блок защиты от перенапряжения SPD больше не способен обеспечивать подавление выбросов. Чтобы предотвратить повреждение оборудования от выбросов, разработчик должен предусмотреть метод оповещения сервисного персонала о необходимости замены блока защиты SPD. Разработчики светильников используют две схемы подключения защитных SPD-модулей: параллельное и последовательное включение защиты (рис. 4).

Рис. 4. Последовательное включение тепловой защиты в схеме с MOV

Параллельное включение защиты: модуль SPD подключен параллельно нагрузке (рис. 5). В этом случае при выключении SPD-модуля и достижении им предельного срока эксплуатации происходит отключение защиты, однако нагрузка остается подключенной к питанию. По этой причине современные модули защиты SPD имеют светодиодный индикатор, который сигнализирует зеленым цветом при исправности SPD-модуля и красным — при его отключении. Иногда также предусмотрена выносная индикация состояния SPD-модуля.

Рис. 5. Подключение защитного SPD-модуля параллельно с нагрузкой

Последовательное соединение SPD-модуля в одной цепи с нагрузкой (рис. 6). В случае окончания срока эксплуатации SPD-модуля в такой схеме происходит отсоединение нагрузки от питающей сети. В последнее время данная конфигурация становится все более популярной, поскольку позволяет защитить дорогостоящее оборудование, обходясь заменой одного SPD-модуля в аварийной ситуации.

Рис. 6. Последовательное включение SPD-модуля в цепи с нагрузкой

Проблема защиты светодиодов

К сожалению, основной элемент построения LED-светильников часто становится самым хрупким компонентом, требующим повышенного внимания при проектировании и эксплуатации. Являясь простым p-n-переходом, излучающим фотоны при прямом прохождении тока, светодиод подвержен проблеме обрыва цепи из-за перегрева контакта полупроводника с металлическими электродами. Вторая распространенная причина обрыва цепи светодиода — воздействие электростатического разряда, который может возникнуть по причине близкого разряда молнии и др., что характерно в первую очередь для уличного освещения.

Традиционные решения на базе TVS-диодов, MOV и предохранителей могут быть эффективным решением для защиты светодиодов, но ни один из этих компонентов не способен защитить каждый отдельно взятый светодиод в массиве.

Для решения данной проблемы был разработан элемент защиты от обрыва цепи, выполняющий шунтирование вышедшего из строя светодиода и таким образом сохраняющий работоспособность оставшейся цепи светодиодов. Данный компонент способен самостоятельно детектировать отказ светодиода и активироваться, не допуская разрыва цепи. Принцип его работы — ключ, срабатывающий по напряжению, который имеет минимальный ток утечки в закрытом состоянии (порядка нескольких микроампер) и малое сопротивление после открывания, что обеспечивает минимальные потери энергии. Исправный светодиод имеет падение напряжения 0,7 В, чего недостаточно для срабатывания защиты, но как только происходит обрыв цепи светодиода, напряжение возрастает и переводит защитный элемент в низкоомное состояние, сохраняя целостность цепи.

Примеры использования защиты светодиодов

Внедрение защиты светодиодов не вызывает особых затруднений при любой топологии светильника. Обычно защита ставится параллельно каждому светодиоду в «гирлянде». Типовая схема включения элементов защиты приведена на рис. 7.

Рис. 7. Типовая схема включения защиты PLED

Типовой элемент защиты светодиодов PLED компании Littelfuse имеет малое прямое падение напряжения, около 1,5 В, и низкий ток утечки в закрытом состоянии. Такой элемент ориентирован на применение совместно с 1–3-Вт светодиодом с током 350 мА, имеющим прямое падение порядка 3 В, но иные серии могут применяться в схемах вплоть до 1000 мА.

В идеальном случае каждый светодиод должен быть обеспечен собственной защитой, но часто один защитный элемент устанавливается на два светодиода для экономии стоимости конечного изделия. Напряжение срабатывания элемента защиты должно соответствовать количеству защищаемых светодиодов. Так, серия PLED6 имеет напряжение срабатывания 6 В и ориентирована на защиту одного типового светодиода, в то время как серия PLED13 отличается напряжением срабатывания 13 В и способна защитить три типовых светодиода. На рис. 8 показаны основные характеристики PLED.

Рис. 8. ВАХ защитного элемента PLED

В выключенном состоянии VBR является суммой приложенных AC- и DC-напряжений, при этом ток, протекающий через PLED, не превышает 5 мкА. Значение IS характеризует ток при достижении напряжением порогового значения для открывания. Ток удержания IH характеризует минимально необходимый ток для поддержания защиты в открытом состоянии. Падение напряжения VT является максимальным напряжением на PLED в полностью открытом состоянии. IT характеризует максимально допустимый ток через компонент защиты в течение 2 с.

Данные компоненты имеют широкий диапазон рабочих температур –40…+150 °C и могут применяться в условиях агрессивных сред. Другое достоинство PLED — допустимая частота коммутации светодиодов вплоть до 10 кГц, что обеспечивает их совместимость с высокочастотными схемами регулировки яркости и т. п. Обычно яркость регулируется ШИМ на частотах 60–1000 Гц, но иногда применяется схема регулировки яркости протекающим током DC, хотя она и менее эффективна в плане энергопотребления. Защита PLED совместима со всеми перечисленными режимами и схемами включения.

Таким образом, выбор правильной стратегии защиты проектируемого LED-оборудования должен касаться не только защиты источника питания от всплесков входного напряжения, но и защиты самих светодиодов, а правильный взвешенный подход к созданию подобной схемы способен как увеличить срок службы всего изделия, так и уменьшить срок его окупаемости за счет сокращения сервисного/гарантийного обслуживания и вынужденного простоя.

Как защитить квартиру от превышения напряжения

От скачков напряжения перегорают лампочки, выходит из строя бытовая техника и даже может произойти аварийная ситуация в квартирной электропроводке. Повышенное напряжение наблюдается при перекосе фаз и других проблемах на линии. Давайте разбираться, как можно защитить электрооборудование квартиры от превышения напряжения.

Причины

Итак, по каким причинам происходит превышение напряжения в сети?

2. Импульсные перенапряжения или т.н. скачки напряжения.

3. Колебания, вызванные разницей нагрузки в разное время суток или время года.

Перекос фаз

Происходит в результате полного отгорания нулевого проводника на вводе в дом, квартиру или от ТП, или сильного ухудшения его контакта. При этом все однофазные потребители, которыми в большинстве случаев являются квартиры, оказываются соединёнными последовательно на Uлинейное.

Тогда напряжение между ними распределяется по закону Ома, где в качестве сопротивления R выступает приведенное сопротивления подключенной в квартирах нагрузки. Если сказать простым языком, то там, где подключено мало приборов и они маломощные напряжение будет высоким, а где подключены мощные обогреватели – низким.

Кстати, при отгорании нуля на вводе характерно такое явление как «две фазы в розетках».

Импульсные перенапряжения

Часто возникают в результате включения отключения мощных электроприборов или их группы. К этой же причине относятся и сварочные работы, чаще всего такое случается в частном секторе, когда какой-нибудь домашний мастер в очередной раз решает «подварить» ворота или забор.

Также скачки в питающей сети могут возникать из-за плохого контакта на воздушной линии электропередач (ВЛЭП),

Из-за погодных условий, таких как ветер, метель, ливень, гроза также может «прыгать» напряжение. Это происходит из-за их воздействия на ВЛЭП.

Сезонные или суточные колебания

В разное время суток происходят колебания напряжения из-за того, что изменяется нагрузка, например, вечером, когда люди приходят с работы они включают электроплиты, обогреватели и другие электроприборы, ток возрастает и в результате происходят просадки напряжения, а ночью, когда все спят и нагрузка уменьшается – напряжение может наоборот быть повышенным.

Летом также может повышаться напряжение, потому что отключаются электрокотлы и прочая техника. Хотя в городах летом наблюдаются просадки напряжения в связи с тем, что повсеместно начинают работать кондиционеры.

Если сказать простым языком, то колебания напряжения обусловлены тем, что на подстанции есть возможность регулировки напряжения либо с помощью переключения проводов к отводам обмоток, либо с помощью специальных систем. Так для того, чтобы обеспечить какой-то усредненный уровень напряжения под определенной нагрузкой и устанавливается определенное его значение. В результате, когда нагрузка большая – оно может проседать, а когда нагрузка маленькая – наоборот, повышаться.

Последствия

В результате длительных повышенных напряжений на нагревательных приборах выделяется большая мощность, что сокращает срок службы. При значительных превышения могут выходить из строя полупроводниковые и другие электронные компоненты бытовой техники – диоды, транзисторы и конденсаторы входных фильтров.

Последствия импульсных перенапряжений в сущности такие же, но амплитуда импульсов в этом случае может достигать нескольких киловольт.

Вероятны разные развития событий:

Перегорание предохранителей электроприборов;

Выход из строя компонентов схемы;

Срабатывание автоматических выключателей;

В самых негативных случаях возможны и возгорания.

Способы защиты

Чтобы обезопасить квартиру от превышения напряжения используют либо стабилизаторы, которые нормализируют напряжения до нормального уровня, либо отключают питание при критических параметрах сети.

В связи с этим можно выделить два вида приборов:

Регулирующие (стабилизаторы или ручные ЛАТРы);

Коммутирующие (РКН, РН, УЗМ и пр.).

Рассмотрим их особенности по отдельности.

Реле напряжения

Под названием «реле напряжения» на современном рынке представлено множество устройств, начиная от «безымянного» Китая, заканчивая популярными и общепризнанными моделями, так можно выделить следующие:

Есть встроенное реле для отключения цепи;

Следит за напряжением в сети;

Вы можете установить верхний и нижний предел допустимых напряжений питания;

Когда напряжение в электросети станет больше или меньше установленных пределов – реле отключится и защищаемая цепь обесточится. Это может быть, как отдельный электроприбор, так и вся квартира;

Не спасает от импульсных перенапряжений;

Защищает только от повышенного или пониженного напряжения.

В зависимости от модели, устройство может работать как реле:

Максимального и минимального напряжения.

Такой функционал позволяет обеспечить защиту только от повышенного или пониженного напряжения, что уменьшит число отказов или отключений электроустановки. В некоторых случаях пониженные значения питающей сети являются допустимыми для работы, а в некоторых наоборот (например, электродвигателя не «любят» пониженного напряжения – сильно снижается момент и растёт ток).

По исполнению бывают:

Для установки на DIN-рейку в электрощит;

Для подключения в розетку (розеточные реле).

По числу фаз – однофазные и трёхфазные. При сборе трёхфазного щита также можно использовать три однофазных реле напряжения.

Оба исполнения одинаково хороши – розеточным реле можно обезопасить отдельное устройство, например, установив прибор для защиты холодильника, или группу устройств, например, компьютер подключенный через удлинитель.

Рассмотрим некоторые популярные модели для монтажа на DIN-рейку:

РН-106 или РН-104 – модели отличаются только номинальным током – 63 и 40 А соответственно. Диапазон регулирования срабатывания по Umin (минимальное напряжение) от 160 до 210 В, а по Umах от 230 до 280В. Также настраивается время, через которое произойдет автоматическое повторное включение (также называют АПВ или задержка включения) – от 5 до 900 с. У прибора удобные и интуитивно понятные органы регулировки.

Схема подключения довольно стандартна для аналогичных приборов.

РН-111М и РН-113М – это реле напряжения от того же производителя, но более позволяет применять его в большем диапазоне задач, ограничивать только максимальное или минимальное напряжение, или оба порога срабатывания. Главное 111 и 113-й модели – номинальный ток 16 и 32А соответственно, а также РН-113М занимает на 1 модель в щите больше чем 111М. Остальные характеристики у него, как и остальных устройств этого типа подобны.

Обратите внимание, что у устройства цепь питания отделена от исполнительной цепи, а на выходе стоит реле с нормально-замкнутым контактом, что также позволяет реализовать большее число схем защитной автоматики.

На примере РН-113М схема подключения может быть выполнена в двух вариантах, в зависимости от выполняемой функции (ограничение верхнего, нижнего или обоих уровней напряжения). Для РН-111М – аналогично.

Учтите, что реле напряжения должно быть установлено в цепи защищенной автоматическим выключателем (на схеме QF), поскольку функции защиты от перегрузки в подавляющем большинстве моделей нет.

Для увеличения мощности, которую коммутирует реле – используйте контактный пускатель, подключив его катушку вместо нагрузки, а саму нагрузку к силовым контактам КМ.

УЗИП и ОИН

Устройство защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП) используется для защиты не от повышенного напряжения, а от высоковольтных скачков (импульсов). Представляют собой устройства, которые при возникновении импульсного перенапряжения величиной в несколько киловольт сбрасывают энергию импульса на землю.

Пример такого устройства является ОИН – ограничитель импульсных перенапряжений. Внутри которого установлен варистор.

Как уже было сказано, устройство подключается между фазным и защитным проводником. В случае использования системы TN-C (без заземления) – допускается установка между фазой и нулем после автомата.

Главным недостатком перечисленных устройств является то, что они условно одноразовые. Если энергия высоковольтного импульса была больше той, что может рассеять варистор в ОИН, то он выйдет из строя.

Но учтите, что установка таких приборов как УЗИП должна быть проведена только после консультации с опытным электриком. Поскольку сам по себе прибор может представлять опасность, если установлен, например, до автоматического выключателя, тогда ток КЗ, в случае пробоя УЗИП будет очень высоким, а отключить цепь сможет только ближайший автоматический выключатель, и будет очень плохо, если последний окажется аж в КТП. Также нельзя забывать и о том, что УЗИП может сработать и по причине естественного старения.

УЗМ

Хочется сказать отдельное слово о таких устройствах как УЗМ-50Ц и его аналогах производства ЭКМ «МЕАНДР», это комбинированное устройство, оно обеспечивает и функции реле напряжения, и защиты от высоковольтных импульсов, и вольт-амперметра. При этом производитель рекомендует использовать его совместно с полноценным УЗИП. Это обусловлено малой мощностью варистора. Технические характеристики приведены ниже:

На корпусе прибора кроме органов управления (двух кнопок) расположен трёхразрядный индикатор, на котором выводятся параметры при настройке, состояние и текущее напряжение, ток или потребляемая мощность.

Схема подключения достаточно простая, она приведена ниже.

Стабилизатор

И наконец для обеспечения стабильного напряжения в бытовой сети, а также защиты от скачков напряжения применяются стабилизаторы напряжения. Они бывают:

Самый дешевый вариант – релейные, а самый дорогой – инверторные. Стоит отметить что феррорезонансные приборы в настоящее время используются редко. Они использовались во времена СССР для питания телевизоров. Одним из популярных производителей является отечественная «РЕСАНТА», пример продукции которой вы видите ниже.

Релейные, электронные и электромеханические стабилизаторы построены на базе автотрансформатора, отличается лишь способ переключения отводов от его обмоток. Переключение может осуществляться с помощью:

сервопривода и подвижной щетки (электромеханические);

Подробнее мы рассматривали их принцип работы и виды в статье - Сетевые стабилизаторы напряжения 220В

Если кратко, то стабилизатор сетевого напряжения – это устройство, которое поддерживает одинаковое значение выходного напряжения при изменении входного, в установленных конструкцией пределах. Регулировка происходит плавно (сервоприводные приборы) и с заданным шагом (релейные или электронные).

По мощности эти приборы бывают как маломощные – на 500 Вт, для питания отдельных приборов, так и способные защитить всю квартиру – мощностью больше 10 кВт. По количеству фаз – однофазные и трёхфазные. На фото ниже вы можете наблюдать трёхфазную модель «РЕСАНТА АСН-15000/3-ЭМ», мощностью в 15 кВт.

Заключение

Посетители часто спрашивают «что лучше стабилизатор или реле напряжения?». На этот вопрос нельзя дать однозначный ответ, поскольку это разные приборы. Но если вы установите реле напряжения перед стабилизатором, то обезопасите не только электросеть вашего дома, но и сам дорогостоящий стабилизатор. В то время как для защиты отдельных электроприборов можно использовать как стабилизаторы, так и розеточные реле напряжения, так и эти устройства в паре.

Защита систем светодиодного освещения от перегрузок

Срок службы светодиодных систем для наружного освещения может быть сильно сокращен из-за импульсных перенапряжений в их силовых цепях питания. Решить эту проблему помогут специальные защитные приборы от компании Littelfuse, в частности, SPD-модули на основе варисторных сборок.

Светодиодное освещение стремительно вытесняет традиционные источники света. Более высокий КПД и возможность улучшения освещения при помощи вторичной оптики (линзы и отражатели) делают применение LED-светильников хорошо оправданным как с технологической, так и с экономической точек зрения.

В соответствии с требованиями нормативно-технических документов, все уличные светильники заземлены. При близком ударе молнии в землю происходит «растекание» заряда молнии, что вызывает разность потенциалов между различными точками заземления. Помимо заземления, для защиты электронной начинки осветительного оборудования применяются специальные защитные компоненты и приборы. Одним из производителей таких приборов является компания Littelfuse, которая, помимо иных защитных компонентов, производит и высококлассные средства защиты LED-светильников.

При питании прибора от сети переменного тока целостность его электрической цепи может быть нарушена перенапряжением. Некоторые виды перенапряжений являются неизбежными при эксплуатации линий, так как следуют из физических свойств самой линии и природы протекающих в них процессов.

Причины перенапряжения могут быть

Внутреннего происхождения:
- заземление линии;
- зануление линии;
- изменение нагрузки;
- включение и выключение линии, в частности – автоматическое повторное включение;
- перемещающиеся (неустойчивые) дуговые короткие замыкания на линии;
- резонанс и феррорезонанс в сети (например, при смещении и колебании нейтрали трехфазной сети).
- атмосферные явления;
- молнии, в том числе – шаровые.
В момент, когда поблизости от светодиодного прибора включается или выключается электрическое оборудование, перенапряжение, вызванное переходными процессами (рисунок 1), может вызвать скачки напряжения. Также причиной перенапряжения может быть молния, что особенно актуально для уличного освещения.

Рис. 1. Перенапряжения на линии питания переменного тока из-за переходного процесса

Светильники могут выйти из строя и из-за так называемого непрямого удара молнии (рисунок 2), когда ее разряд на расстоянии нескольких десятков или сотен метров от прибора генерирует электромагнитные поля, которые индуцируют импульсы порядка тысяч вольт в электросети.

Рис. 2. Воздействие непрямого удара молнии

Непрямым ударам молнии подвержены как открытые (воздушные), так и подземные силовые линии электропитания.

Для России весьма актуальна защита от разрядов молний. На рисунке 3 представлена мировая карта частоты ударов молний.

Рис. 3. Глобальная карта частоты ударов молний/км2/год

Светильник чувствителен к повреждению как в дифференциальном, так и в общем режиме.

Дифференциальный режим – большие скачки напряжения и тока на входе источника питания светильника между фазой и нейтралью, которые могут повредить компоненты цепи.

Обычный режим – большие скачки напряжения и тока на входе источника питания светильника между фазой и землей или нейтралью и землей, которые могут повредить его изоляцию и даже сами светодиодные линейки, пробив изоляцию между светодиодной платой и радиатором.

Компания Littelfuse производит устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП) для защиты уличных и промышленных LED-светильников, которые удовлетворяют требованиям UL1449/IEC61643-11. В зависимости от предъявляемых требований к защите источника питания могут применяться модули разной мощности, и, соответственно, величины максимального пропускаемого импульсного тока: 20 кА у LSP10 и 10 кА у LSP05 с максимальной защитой от перенапряжений до 20 кВ. УЗИП выполнены из варисторов с термозащитным элементом серии TMOV или TMOV25S. Данный тип варисторов выходит из строя при достижении критической температуры корпуса без возгорания или взрыва элемента. Существует две версии: для подключения модулей в параллель и последовательно.

Преимущества:
- привлекательная стоимость;
- пожаробезопасность;
- простая замена компонентов, вышедших из строя;
- герметичность (IP66);
- компактные размеры (48х48х30 мм).
Применение:
- уличное освещение;
- промышленное освещение;
- светофоры;
- посадочные огни аэродромов.
Мировые стандарты защиты светодиодного освещения

Во многих странах разработаны или разрабатываются стандарты защиты для светодиодного освещения. С развитием светодиодного освещения меняются и стандарты его защиты – как правило, они становятся все более жесткими.

Безопасность определяется максимальной токовой защитой, в частности, от короткого замыкания, и защитой от перегрузки. В Северной Америке UL8750 является стандартом безопасности светодиодного оборудования, относящегося к бытовым светодиодным лампам и уличным светильникам. Целью этого требования является свести к минимуму риск поражения электрическим током и снизить возможность возникновения пожара. Оно устанавливает нормы эксплуатации устройства защиты от перегрузок по току, чтобы прервать или ограничить ток во время короткого замыкания или состояния перегрузки. Плавкие предохранители являются надежной технологией защиты от таких угроз и, соответственно, наиболее часто используются.

За пределами США стандартом для светодиодных драйверов (источников питания, стабилизированных по току) являются спецификации IEC/EN 61347 и IEC/EN 62031. В Европе требования к защите от перегрузок по перенапряжению и току определяются такими документами как IEC/EN 61547, которые базируются на IEC/EN 61000-4-5. В них разграничиваются различные уровни пиков тока на основе 8 кА/20 мкс короткого замыкания и сочетания формы волны. Для применений в наружном освещении эти уровни могут варьироваться от 4 кВ/2 кА во многих азиатских странах до 10 кВ/5 кА в Европе.

В США очень важным стандартом для проверки защиты от скачков тока является ANSI/IEEE C.62.41-2002. Этот стандарт определяет две категории защиты освещения в зависимости от местоположения и связанных с ним требований к испытаниям, переходным перенапряжениям. В зависимости от места применения осветительного оборудования, например, в помещении или на улице, определяется категория. Скажем, на открытом воздухе светильники подпадают под категорию С (высокий или низкий тест требований) – они гораздо более подвержены ударам молний и, следовательно, будут подлежать испытаниям защиты от скачков тока. В таблице 1 представлены сводные показатели уровней перенапряжений IEEE C.62.41-2002 и их применение.

Таблица 1. Сводные показатели уровней перенапряжения и требования к испытаниям IEEE C.62.41-2002 для светодиодных светильников

Плавкие предохранители, MOVs и TVS-диоды производства компании Littelfuse имеют важное значение в обеспечении защиты LED-ламп. Они соответствуют главным нормативным стандартам и нормам безопасности. В настоящее время Соединенные Штаты являются страной, где наиболее проработаны стандарты защиты освещения, эффективности и безопасности для коммерческих помещений, уличного освещения, промышленного и складского. Существуют международные стандарты, которые определяются Международной электротехнической комиссией (МЭК), где указаны нормы защиты от перенапряжений, условия проведения тестирования в соответствии с МЭК 61000-4-5. Кроме того, часть IEC61547 «Оборудование для освещения общего назначения» требует тестирования на электромагнитную совместимость (ЭМС).

Все стандарты защиты можно разделить на две группы: стандарты безопасности, описывающие необходимую защиту от перегрузок по току, и стандарты, определяющие надежность и регламентирующие требования к устройству выдерживать перенапряжения.

Защита светодиодных осветительных систем с помощью изделий Littelfuse

Компания Littelfuse предлагает комплекты средств защиты на линии переменного тока, а также защиту от переходных процессов на стороне постоянного тока. Эти средства защиты могут быть использованы как на этапе производства светодиодного освещения, так и при модернизации для соответствия светильников отраслевым стандартам. На рисунке 4 изображена принципиальная схема устройства светодиодного светильника с защитой от перенапряжений, показаны основные блоки и компоненты. На этом рисунке показано, как предохранитель Littelfuse, соединенный последовательно с фазой, обеспечит безопасность и защитит от короткого замыкания и перегрузки по току. Эти предохранители доступны в широком диапазоне форм-факторов, рассчитаны на разную силу тока, напряжение и способ монтажа, чтобы обеспечить гибкость конструкции для инженеров-проектировщиков. SPD-модули спроектированы специально для защиты светодиодных светильников (рисунок 5) и выпускаются компанией Littelfuse в двух сериях: LSP05 (таблица 2) и LSP10 (таблица 3).

Рис. 4. Типовая схема драйвера LED-светильника с защитой от перенапряжения

Таблица 2. Характеристики SMD-модулей серии LSP05

Основные характеристики модулей:

Таблица 3. Характеристики SMD-модулей серии LSP10

Рис. 5. SMD-модули серии LS

Встроенная варисторная сборка использует мощные и высоконадежные варисторы, которые позволяют ограничивать выбросы даже очень больших энергий.

Уровень токов и напряжений отвечает самым жестким требованиям стандартов IEC/EN 61347 и IEEE C62.41.2. По этой причине основными приложениями модулей серий LSP являются уличное и дорожное освещение, прожекторы подсветки зданий, стадионов и бассейнов, светофоры, промышленное освещение и так далее.

Несмотря на то, что большинство источников питания для светодиодного освещения имеет встроенную защиту, значительные скачки напряжения на входе светодиодного источника питания могут привести к выходу из строя его компонентов. Как правило, в источниках питания используют минимальную защиту, которая обеспечивает соответствие стандартам безопасности: плавкий предохранитель на входе и небольшой, стоящий за ним, варистор стандартной (маломощной) серии и небольшого размера – не более 10 или 14 мм. В реальных условиях эксплуатации такой варистор не может абсорбировать достаточное количество энергии входного импульса перенапряжения, чтобы защитить компоненты в источнике питания. Внешний модуль защиты от перенапряжения ограничит пики напряжения и ток, чтобы избежать губительных для светильника процессов.

Необходимо отметить некоторые особенности выбора модуля защиты:
- рабочее напряжение должно быть больше или равно максимально допустимому напряжению сети;
- напряжение срабатывания должно быть больше максимально допустимого напряжения сети;
- напряжение ограничения должно быть меньше, чем уровень допустимых помех;
- напряжение ограничения модуля должно быть меньше, чем у других защитных элементов в блоке питания.
Последний пункт объясняется тем, что защитные элементы в блоке питания, например, те же варисторы, будут срабатывать до включения защитного модуля и в результате этого выйдут из строя быстрее, чем он.

Заключение

Стремительный рост развития светодиодного освещения и его повсеместное применение диктуют необходимость использования защитных приборов. Правильно выбранное устройство защиты от перегрузок по току и напряжению, дает ряд преимуществ, начиная с повышенной надежности конструкции и заканчивая низкими расходами на гарантийное обслуживание. Компания Littelfuse предлагает множество продуктов и решений, которые смогут удовлетворить различным требованиям разработчиков.

Все о блоках защиты для светодиодных и энергосберегающих ламп

Рано или поздно любые источники света, применяемые в приборах освещения, перегорают. Причин этому множество. В лампочках со спиралью происходит разрыв последней, а в лэд-элементах – расслоение и выход из строя полупроводников кристаллов.

Единственный способ максимально продлить срок службы светодиодных и энергосберегающих ламп – это установить в сеть специальный блок защиты. Рассмотрим, какие основные причины перегорания ламп существуют, каким наилучшим способ защитить их от резких изменений параметров бытовой сети, каковы основные технические данные блоков защиты, что нужно знать при их выборе, как правильно их подключить, установить и подобрать место монтажа.

Почему лампы перегорают

В отличие от обычных ламп накаливания у галогенных принцип работы позволяет частично восстанавливать постоянно утончающуюся в ходе свечения спираль. Это несколько продлевает срок ее действия. Светодиодный кристалл служит на порядок дольше, но он также не застрахован от перегорания. Помимо естественного износа спирали или полупроводниковой матрицы, существует целый ряд специфических причин, значительно снижающих их долговечность. Это такие свойства бытовой сети 220 В, как:

Рассмотрим их особенности более детально.

Скачки напряжения

Изменение значения напряжение – достаточно характерное явление для отечественной бытовой сети. Любая энергосберегающая светодиодная лампа, оснащенная элементарным гасящим драйвером, имеет защиту от эффекта повышения номинала. С другой стороны, от его падения лэд-элемент не может быть огражден таким блоком. Потребуется также установка высоковольтного конденсатора.

Фатальные скачки напряжения

К этому виду причин поломок светодиодных и энергосберегающих ламп относятся сверхвысокое повышение силы тока и напряжения в сети. Это происходит при разряде молнии в непосредственной близости с линией электропередач. Как правило, стандартные блоки защиты не успевают блокировать воздействие такой мощности, и электроника сгорает моментально. В этом случае происходит эффект мигающих лэд-светильников в отключенном состоянии.

Наведенная пульсация

При близком расположении двух проводников, один из которых ведет к мощному потребителю, во втором, ведущем к светодиодной лампе, возникает достаточная для инициации свечения сила тока. Проблема в том, что такое дополнительно включение/выключение (равное частоте переменного тока, то есть 50 раз в секунду!) очень быстро приведет энергосберегающее устройство в негодность.

Паразитарная пульсация

Эффект паразитной пульсации возникает при использовании выключателей с лэд-подсветкой. Через ее элементы проходит ток, достаточной силы, чтобы возбудить кристаллы светодиодной энергосберегающей лампы. В результате она мигает и, естественно, постепенно расходует ресурс полупроводниковой матрицы.

Как защитить лампы лед от скачков напряжения в электросети

Для устранения мерцания, основной причины уменьшения срока действия лэд-элемента, потребуется установка блока защиты. Это особый прибор, внутри которого расположен элемент с электрическим сопротивлением, несколько меньшим, чем в светодиодной энергосберегающей лампе. Возникающие паразитная и наведенные пульсации просто проходят через него, минуя светильник. Чтобы модуль начал работать, его необходимо подключить к входным контактам самого драйвера питания.

Почему встроенные блоки питания не защищают

Стандартные блоки питания, устанавливаемые в любой энергосберегающей светодиодной лампе, это гасящие драйвера. Их основное назначение – защитить кристалл от скачка напряжения. Однако они не могут предотвратить воздействия на нее микротоков, достаточных для мерцания. Полупроводниковый кристалл имеет меньшее сопротивление, и потому подвергается действию паразитной и наведенной пульсации. Также они не способны предохранить от падения номинала в сети, что также вредно для лэд-элементов. Поэтому требуется установка отдельно блока защиты.

Блоки защиты ламп: подключение и применение, работа и устройство

Блок защиты от импульсных перенапряжений предохраняет энергосберегающие светодиодные лампы от скачков в сети до 20 кВ. В зависимости от конструкционных особенностей он монтируется в схему параллельно или последовательно.

Технические данные

Устройства для защиты от перепадов сети для светодиодов и энергосберегающих ламп характеризуются тремя основными параметрами:

Важно! Дополнительными характеристиками, влияющими на функциональность блока защиты, являются диапазон рабочих температур и степень защиты от атмосферной влажности.

Особенности выбора

Первым необходимым условием выбора блока защиты для светодиодных и иных энергосберегающих ламп является правильный расчет суммарной мощности потребления. При этом к расчетной мощности для страховки лучше добавить еще 20-30% от полученного значения. Если устройство приобретается не только для лэд-элементов, но и для лампочек накаливания или галогенок, то желательно, чтобы оно было оснащено системой плавного повышения напряжения.

Правила и способы подключения

Блок защиты для одной или нескольких светодиодных или других энергосберегающих ламп устанавливается в самом начале схемы (после выключателя) в соответствии с конструкцией (последовательно или параллельно).

Важно! Если в схеме есть выключатель с подсветкой, потребуется установить дополнительный резистор (около 50 кОм и 1Вт) – параллельно блоку защиты. Последний в неактивном состоянии разрывает цепь, и потому лед-элемент работать не будет.

Места установки защиты

Если блок защиты для светодиодных и энергосберегающих ламп небольшой (до 300 Вт), его можно установить в распределительном модуле для проводки. Однако необходимо иметь ввиду, что он должен хорошо охлаждаться и быть доступным в случае необходимости ремонта или замены.

Основные выводы

Блок защиты устраняет перепады напряжения в сети, обеспечивая длительный срок службы галогенным и прочим энергосберегающим и светодиодным лампам. Чаще всего причиной перегорания лампочек являются:
1. Скачки напряжения.
2. Фатальное повышение силы тока.
3. Наведенная пульсация.
4. Паразитарная пульсация.
Для надежной защиты энергосберегающих ламп и светодиодных светильников необходимо в начало электросхемы установить параллельно или последовательно (в зависимости от конструкции) специальный блок. При его выборе нужно учесть суммарную мощность электроприборов, а также напряжение на входе и выходе и условия будущей эксплуатации.

Читайте также: