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

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

作為照明系統(tǒng)中的重要組成部分的電子鎮(zhèn)流器在實際使用過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)品的電路設計結構和配套的燈具以及在安裝施工過程中都應特別注意加強預防雷擊所產(chǎn)生的浪涌電流造成對電子鎮(zhèn)流器的大面積的損壞，尤其是作為戶外照明使用的照明系統(tǒng)。一方面由于電子鎮(zhèn)流器內部結構具有較高的集成化 (IC芯片)，從而導致電子鎮(zhèn)流器較傳統(tǒng)電感鎮(zhèn)流器在耐壓、耐過電流的水平下降，對雷電 (包括感應雷及過電壓浪涌)的承受能力下降。另一方面由于信號來源路徑增多，如感應雷擊、電磁干擾 (EMC)、無線電干擾和靜電干擾等，尤其是具有0～10V或DALI等調光控制信號功能的電子鎮(zhèn)流器較以前更容易遭受雷電波侵入。因為，浪涌電壓可以從電源線或信號線等途徑竄入電子鎮(zhèn)流器。

電子鎮(zhèn)流器作為整個照明系統(tǒng)的重要組成部分，其安全性能的好壞將直接影響到整個照明系統(tǒng)的正常穩(wěn)定工作。如何在實際應用過程中真正實現(xiàn)照明系統(tǒng)的安全可靠運行而不受雷擊的侵擾是所有燈具和電子電路設計人員以及終端用戶都應當加以重視的。從實際使用情況看，要做好照明系統(tǒng)的防雷措施，應從以下幾個方面加以重視:

2 重視和加強電子鎮(zhèn)流器自身防雷保護電路的設計

目前電子鎮(zhèn)流器的設計中通常會采用在電源線路或者其他被保護的電子元器件前端，通過防雷壓敏電阻用做瞬態(tài)電壓的抑制保護電路，使其符合相關標準要求，保證了電子鎮(zhèn)流器不因電源中瞬時過電壓而影響其性能或受傷害。其中比較常見的有以下圖1所示結構的電路。線路中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以上的持續(xù)電流，在過電壓保護電路中，它不能長期工作在過電壓狀態(tài)下。因此，在電子鎮(zhèn)流器中采用壓敏電阻時應在電源輸入端配置合適的保險熔斷絲或保險管。線路正常工作時，壓敏電阻器只相當于一個小容量的電容器，對電源線路具有一定的濾波作用，并不影響線路的正常工作。當電路的輸入端出現(xiàn)瞬態(tài)過電壓且過電壓超過壓敏電阻的壓敏值時，壓敏電阻的內阻急劇下降，呈導通狀態(tài)，從而使輸入電壓通過壓敏電阻泄放短路，此時，其工作電流迅速增加，使串聯(lián)在電源輸入端的保險絲瞬間熔斷，從而保護了電子鎮(zhèn)流器中各元器件不會被過高的瞬態(tài)過電壓所燒毀。

從目前防雷電路的設計結構看，線路的保護方式主要有相線與零線的防護，相線與地的防護，零線與地的防護。當電路中出現(xiàn)雷電感應過電壓或瞬態(tài)操作過電壓Vs時，保護電路和被保護的設備 (或者線路中的元器件)同時承受了過電壓Vs。由于壓敏電阻 (保護電路的核心元件)的響應速度快，它以納秒級的時間迅速呈現(xiàn)優(yōu)良的非線性導電特性，使壓敏電阻其兩端的電壓迅速下降，遠遠低于Vs值，有效地將過電壓限制在被保護設備或被保護元器件的絕緣耐壓值等級下，從而使電子鎮(zhèn)流器免受過電壓的傷害。因此，在整個電子鎮(zhèn)流器保護電路的設計中對壓敏電阻的標稱電壓的選擇是比較關鍵的。壓敏電壓值選得過高，意味著增大了保護電路的動作電壓，同時壓敏電壓值越高，相對的承受電壓會增高，則壓敏電阻對電子鎮(zhèn)流器可能起不到保護作用。如果壓敏電壓值選得太低，頻繁的過電壓沖擊，會使壓敏電阻器的性能有所下降，漏電流增大，當壓敏電壓低于電源電壓的峰值時，造成壓敏電阻器的劣化失效，不僅會影響電子鎮(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與EMI凈化電路共同組成比較可靠的保護電路。因此，我們說良好的照明系統(tǒng)的接地不僅有利于防雷的設計要求，同時也對抗防電磁干擾 (EMC電磁兼容)起到積極的作用。

圖1

3 配套燈具的規(guī)范設計、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

最新版的國標GB7000.1—2007《燈具一般安全要求與試驗》中7.2條就明確規(guī)定照明燈具的接地安全問題。接地的主要作用不僅是防止人身遭受電擊、預防火災，其中另一重要作用也是為防止雷擊造成燈具內電器附件遭受損壞，同時也符合電磁兼容 (EMC)國家相關標準，不會對其他儀器設備產(chǎn)生干擾。因此，作為一家正規(guī)照明生產(chǎn)企業(yè)應該按照國標要求在照明燈具內設置符合規(guī)范的接地裝置。應當在照明燈具內設置專用接地端子，在燈具外殼內設置專用接地螺絲柱，將黃綠接地線用金屬銅焊片可靠焊接后用綠色專用接地螺絲固定在燈具內的專用接地螺絲柱上，同時將電子鎮(zhèn)流器引出的PE黃綠接地線一同牢靠地接入接地端子，并通過電源接地線引出。在該接地端子下方應該有明顯的接地標識 (圖2)。根據(jù)GB50034—2004建筑照明設計標準7.2.12要求，1類燈具外露可導電部分應可靠接地，接地電阻小于0.5歐姆。燈具如果不接地時一旦燈具出現(xiàn)漏電時人體如果接觸燈具將產(chǎn)生觸電的危險 (圖3)，同樣如果一旦有雷電通過燈具，因燈具沒有接地措施，導致雷電瞬間的高電壓無法通過接地導入大地將直接造成對燈具內電器附件的破壞，也有可能導致整條線路的照明燈具出現(xiàn)大面積的損壞。

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

照明系統(tǒng)尤其是戶外照明燈具的使用場合為露天，用電環(huán)境較為復雜，不正常的接線方式時常發(fā)生，例如，三相4線制供電時的零線斷線，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)沒有按規(guī)定可靠接地，導致無法吸收雷擊時的感應雷所帶來的尖峰電壓，進而危及燈具的正常運行，引發(fā)燈具的非正常損壞。從實際應用情況看，電源浪涌并不僅源于雷擊，當電力系統(tǒng)出現(xiàn)短路故障、投切大負荷時都會產(chǎn)生電源浪涌。電網(wǎng)綿延千里，不論是雷擊還是線路浪涌發(fā)生的幾率都很高。當距你幾百公里的遠方發(fā)生了雷擊時，雷擊浪涌可以通過電網(wǎng)光速傳輸，經(jīng)過變電站等衰減，到燈具內的鎮(zhèn)流器上可能仍然有上千伏。雖然這個高壓很短，只有幾十到幾百個微秒，或者不足以燒毀電子鎮(zhèn)流器，但是對于其內部的半導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路施工中主要應該注意以下幾方面的規(guī)范要求:

圖2

圖3 燈具不接地對人體的危害示意

(1)根據(jù)國家相關規(guī)范要求，對于防雷分區(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，并且通過接地線和建筑物的接地系統(tǒng)相連接，這點對照明系統(tǒng)尤其是戶外照明配電系統(tǒng)的接地尤為重要。在實際應用中我們知道，在建筑物內采用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。其中一個重要因素是室內環(huán)境要求作等電位聯(lián)結，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，這是TN-S廣泛應用于建筑物內，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作保護器的今天，有條件采用TT方式，對于戶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足規(guī)范要求，所以應選用剩余電流動作保護器，這種保護器的動作電流僅為幾十、以至幾百毫安，最大達幾安培，容易使之動作，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，使用的材料還應該根據(jù)可能的腐蝕情況進行選擇。

表1 接地導線的最小尺寸，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)生電擊風險的措施，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，應在照明燈電線桿周圍3m范圍內，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，比如電勢控制等。這里，在照明電燈桿周圍，按照距離1.0 m、4.0 m、7.0 m以及10.0 m，相應安裝四個深度為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°，彼此間通過連接導線連接，并與照明燈桿連接。

(5)防雷分區(qū)中的所有室外照明，都應該使用1級雷電流保護器，安裝在配套的配電系統(tǒng)上。為確定它的防雷分區(qū)范圍，可使用滾球法來確定:在所有室外照明可能的方向上“滾動”，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級雷電流保護器之前，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)調的2級電涌保護器，如果沒有，則建議應在電力變壓器的二次側加裝電源模塊式電涌保護器 (SP系列D級電源模塊式電涌保護器)。

圖4

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

5 提高照明尤其是戶外照明用戶的防雷意識

從實際使用過程中發(fā)現(xiàn)，有的因為對照明燈具防雷意識不足，認為照明燈具不接地一樣可以使用，并不會影響什么。但是，往往就是因為這種對防雷接地不重視的思想，導致照明燈具的大面積損壞，甚至影響到其他用電設備的正常使用。尤其是作為戶外照明使用的燈具，有的因原舊的電力線路在線路設計上沒有設計和預埋接地線路，在新改換燈具時沒有按現(xiàn)有國家標準進行接地線路整改，如果再重新安裝新的燈具尤其是現(xiàn)在的節(jié)能照明燈具內部往往采用電子觸發(fā)器、電子鎮(zhèn)流器或電子調光器等等電子設備時，就很容易遭到雷擊的破壞，從而給用戶帶來損失。例如，在某一森林公園內的一個盤山道路照明改造工程中，因原電力線路沒有預埋專用接地線，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。在該工程結束并運行一段時間后的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)過相關技術人員到現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，因為原接入的電力線路不規(guī)范，電力線路沒有設置專用接地線，導致燈具專用接地線閑置沒有接入。同時使用方片面的認為燈桿是埋入地面的可以作為接地使用，但其不知，這種方式是完全無法滿足接地要求的。結合燈具內電子鎮(zhèn)流器損壞情況看均為保險絲和場效應管被擊穿燒毀，技術人員結合現(xiàn)場安裝情況并了解到近日該地區(qū)雷電頻繁，且該森林公園地勢較高，樹木茂密，容易引入雷電，從而發(fā)生燈具內電子鎮(zhèn)流器大面積被雷擊損壞的事故。隨后我們建議用戶在每個燈桿下方加裝一個避雷裝置，將燈具內接地線與燈桿可靠連接，并要求其在配電系統(tǒng)中加裝復合型雷電流電涌保護器。改進后的該道路照明工程至今未出現(xiàn)雷擊損壞現(xiàn)象，運行穩(wěn)定。

6 結束語

以上所述照明系統(tǒng)的防雷措施都是多年實踐經(jīng)驗以及發(fā)生在身邊的實際案例。本文希望通過個人的一些見解給從事照明技術推廣和照明燈具開發(fā)一線的照明工作者以及照明產(chǎn)品的使用者一些參考，以此來重視照明系統(tǒng)防雷措施的設計和應用，避免在實際應用過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

［2］GB50034—2004.建筑照明設計標準

［3］國際電工委員會標準.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