LED照明防雷=電源防雷？

文 | 龔瑋

我曾經(jīng)在一家很出色的深圳企業(yè)里聽到一句話：“無論波峰焊這件事相對回流焊來說簡不簡單，我們公司都需要有專職的專長人員來做這件事，我們公司需要的是：專人做專事”。我僅以此句作為開篇吧，專人做專事，個人有專長！同理于公司。

在 LED 照明行業(yè)，我已經(jīng)發(fā)表了四篇文章，每一篇都是一半在講解何為合理的防雷技術(shù)，一半在講為何 LED 照明行業(yè)在戶外照明領域沒有做好。今天我們來對比看一看原鐵道部的照明用燈、信號指示燈、用電設備、站臺及車庫是怎么做“防雷”這檔子事的。

鑒于整個 LED 照明行業(yè)都把防雷相關事宜甩給電源公司去處理，那么我們來看看雷擊浪涌到底是怎么回事。

①

隨便百度一下，大家都會發(fā)現(xiàn)雷擊浪涌的起因分為兩個部分：外部原因與內(nèi)部原因。

外部原因：直擊雷或云間閃電，極不穩(wěn)定的變化電磁場等原因；

內(nèi)部原因：操作過電壓、地電位反擊、空間電磁耦合等原因。

②

電源線串擾、空間電磁耦合進入敏感器件、PE 電位過高或不穩(wěn)造成 PE 向 N 擊穿、天線效應等。

③

單次直擊雷的能量約合55千焦耳能量，也就是55度電。但問題就是，這55度電要在不到1納秒的時間內(nèi)通過一個固定的物理點。因此我們才說雷擊浪涌能量很大，但是是有辦法解決這個問題的。

在我們防雷行業(yè)有一個笑話：漫威的英雄們總會吸收點雷電能量啥的，然后就變得很猛很強大，各種裝逼各種飛。那么問題就來了，這悲催的英雄需要被雷劈多久才能充滿那種超人的能量呢？

④

沿用 EMC 理論，在防雷行業(yè)，我們也運用同樣的辦法：分區(qū)多級防護，具體辦法我已經(jīng)在以前發(fā)表的文章中有過詳細的介紹，這種“分區(qū)多級防護”的方法在百度上也可以很輕易的查詢到。

那么，我們來看看 LED 照明行業(yè)，由于我的文章被很多人看過以后，都在說能否請我一起參與戶外大功率電源的解決方案。那我在這里可以很負責任地說：感謝大家對我的信任。但是我不認為防雷是電源一個主功能部件的事，我不認同防雷的責任需要由電源公司一家來承擔，我不認同系統(tǒng)防護工程只是電源公司能承擔得起的事。

在電源行業(yè)，所需要遵循的標準與防雷行業(yè)完全不一樣，電源的安規(guī)測試要求： 

1、不能有漏電流；

2、絕緣耐壓至少3000V。

但是 SPD 的核心原理是泄放，不可能在浪涌入侵時沒有漏電流，而且漏電流就是標稱放電電流In，高達 5000A 或 10000A。在電源行業(yè)，有些公司的 SPD 產(chǎn)品，差模采用單壓敏，壓敏的啟動電壓為 470V；共模采用同樣規(guī)格的壓敏電阻串接一個 3000V10kA的陶瓷氣體放電管。

在這個電路里，有以下幾個問題：

1、電路結(jié)構(gòu)不對稱，L-N 與 L-PE 路徑不相等；

2、壓敏電阻在470V時會發(fā)生動作，但是氣體放電管的啟動電壓高達3000V，嚴重阻礙了浪涌能量的泄放，當有一個低于3000V的浪涌侵入設備時，氣體放電管不會動作，但是壓敏電阻會開始工作，過多的能量在無法泄放的時候只能被壓敏電阻自身吸收，此時一旦超過壓敏電阻自身的耐受極限，壓敏電阻會發(fā)生劇烈燃燒并向外噴射高溫濺射物。

而這個，就是我的幾個案例中著火的原因。在這里我要提醒大家，10A 的玻璃管電流保險絲在承受 8/20us 波形下 In10kA 時，不會發(fā)生開路保護，所以在 SPD 內(nèi)使用電流保險絲是絕對錯誤的，毫無意義的噱頭！那么采用熱敏電阻 RTH 呢？

我親手進行試驗：RTH在600V10A下做預期短路電流實驗，根本不會脫開連接，該短路起火的還是要短路起火，所以RTH一樣是個噱頭。

我們防雷行業(yè)非常感謝電源行業(yè)及 LED 照明行業(yè)，在 SPD 這個黑匣子的內(nèi)部電路想出了很多奇葩的主意，極大地豐富了我們的見識，坦白地講：這些主意，毫無用處、一無是處。

在 EMC 行業(yè)，大家都說 EMC 是個系統(tǒng)工程。在我們防雷行業(yè)也不例外，比方說應用標準 IEC61000-4-5 解決了恒流開關電源自身的浪涌抗擾度問題，那么這個電源在戶外應用時就可以解決防雷問題嗎？答案很明顯是不可能！因為防雷標準是 GB18802.1-2011以及IEC61643.11-2011、UL1449 等。防雷必須在整燈的系統(tǒng)角度上，為整個系統(tǒng)進行防護設計。目前做的比較好的公司，也只是在系統(tǒng)角度上為整燈系統(tǒng)打補丁。LED戶外照明設備是由哪幾個部分構(gòu)成的？

分別需要實現(xiàn)怎樣的目標任務？防雷只需要在每一個接口部位做好防護即可，那么整燈系統(tǒng)每兩個相鄰部件的接口，我們都需要想一些辦法去做一些可靠性的處理。

作為業(yè)主，我每天晚上走在家門口的路上，我個人只關心一點：這個燈亮不亮？閃不閃？壞不壞？如果一個路燈不亮了，我個人不會糾結(jié)是什么原因它不亮了，我只會想：我花了￥100.00交了稅，買回來多少光？現(xiàn)在這些光都死到哪里去了？難道這時候設備供應商還要找到電源公司說：你們?nèi)ソo我賠！這種惡性循環(huán)的事，中國的 LED 行業(yè)還需要繼續(xù)做下去嗎？

以前我多次講華為公司關于防雷技術(shù)這樣牛那樣牛，通訊行業(yè)對防雷行業(yè)這樣懂那樣懂。這次我們換一換，我們來看看中國原鐵道部是怎么做防雷的。

大家應該都有很多公司很多人，經(jīng)歷過“地鐵系統(tǒng)照明”這個項目吧，有什么委屈的感覺嗎？我曾經(jīng)遇到最奇葩的事:在某一個地鐵站里一切正常的情況下，一列地鐵按照規(guī)定減速后換換進站，進站時整個地鐵站所有空開全部跳閘斷電。

在剖析原因之前，先請大家想一想我以前多次說過的：如果被保護設備應用場合近水源（江河湖海）、跨橋、隧道、空曠干燥地帶、山頂?shù)鹊貐^(qū)，就必須要加裝防雷器，而且還要做好工程接地。為什么？原因就是我們所說的“地電位反擊”。地鐵的鐵軌是良導體，它是可以把遠端雷擊浪涌吸引過來的，浪涌能量在經(jīng)歷了長距離的傳輸以后，其幅值是疊加增大還是衰減變小都是要看上帝心情的，那時候再去祈禱肯定來不及了，萬一要是變大，那么相鄰車站的電子設備就有無妄之災。

原鐵道部的部標：TB/T 2311-2008，其中明確規(guī)定了 SPD 的各項電氣參數(shù)及其測試辦法、判定依據(jù)。而目前在LED照明行業(yè)，對于SPD選型具備實際指導意義的，我認為只有這一篇TB/T 2311-2008。目前很多公司找到我的公司，動不動就是：我們要15kV的防雷器。對不起，我們防雷行業(yè)都是用電流值來表征能量值的，所有的電壓值都是換算過來的，您要15kV我只能給您推薦5kA的SPD。在國際上，北美地區(qū)不僅僅要求以電流值來表征 SPD 泄放能力，還要求標出 SPD 所能承受的沖擊能量具體是多少焦耳。這個用焦耳數(shù)來表征 SPD 性能的方式，在通信行業(yè)是有的，原因很簡單：華為要求。

在TB/T 2311-2008有一個SPD“標稱放電電流In”的參數(shù)優(yōu)選表，在這個表中，所有人可以根據(jù)自己的實際使用情況選擇相應參數(shù)的產(chǎn)品。同樣的參數(shù)優(yōu)選表，也出現(xiàn)在由我參與起草的LED行業(yè)標準CSA027-2014中，請注意：交流市電輸入的情況下，最低規(guī)格應選取In10kA的產(chǎn)品。

在鐵路系統(tǒng)，應用在軌道上的“信號指示燈”、“照明”、“無線通訊系統(tǒng)”也都是使用交流市電，有些是專線，有些是TN-S系統(tǒng)，最好的地方是單項220 。

在溫州事故以后，整個鐵道部都是不準許把防雷作為一個選配功能甩給某個主功能部件的供應商去解決的，必須由鐵道部親自來進行技術(shù)、品質(zhì)的把控。在這里，鐵道部對于SPD的失效脫扣預警要求是非常嚴苛的。在我上一篇文章中(防雷行業(yè)怎么看 LED 路燈防雷？)，我展示了幾張失效防雷器著火的照片，而在鐵道部的要求里，用600V擊穿 SPD 后，SPD 必須要能夠耐受小中高三中持續(xù)電流的短路實驗：

大家都知道現(xiàn)在給LED戶外照明的SPD是個什么電路原理？差模單壓敏，共模壓敏串氣放，還要求必須做成不分極性的產(chǎn)品！我相信很多公司都拆解過自己購買的SPD，請相信我，那是因為LED行業(yè)的“低成本要求”造成的，你們當中有人曾經(jīng)直接對我講：我們不要求認證，也不用那些大公司的要求，反正你給我做個東西有這個意思就可以了！那么這種電路能都承受這種實驗嗎？這種玩意是個假貨，但就是有人要買，而且還敢用！這個實驗，就是在我們防雷行業(yè)鼎鼎有名的 TOV 實驗，目前在我們行業(yè)只有那么幾家公司敢跟客戶承諾可以通過這個實驗！

為什么我們防雷行業(yè)對于這個實驗很糾結(jié)？其實原因很簡單：工程界面的東西有些不可以改變，我們只希望我們的 SPD 在遭遇第一次傷害時就能起到保護效果，當 SPD 無力繼續(xù)承受時就慘叫一聲：我不行了，快找下一個來替我的班！一般這種把 SPD 慘叫聲傳達到業(yè)主方的辦法，我們會使用 LED 指示燈或遙信輸出。我們很怕 SPD 失效以后會造成L/N線間短路而進一步引起電力線火災。防雷行業(yè) TOV 實驗的一個目的就是為了避免“二次傷害”。目前我手頭有兩個中國國內(nèi)的 LED 路燈項目，因為 SPD 造假而引起路燈燈頭火災的案例，可惜的是我都被人警告不準發(fā)出。

最后，我們來聊一聊 SPD 如何配合電源。恒流開關電源是 LED 戶外照明唯一的選擇，無論隔離、非隔離，還是大功率、小功率，開關電源總有一個 EMC 部分吧？有些企業(yè)要求我做產(chǎn)品，SPD 的殘壓必須控制在900V以內(nèi)，也就是Up≤0.9kV，那么我只有一個要求：可以做，但是我必須跟貴司聯(lián)合開發(fā)！

為什么？SPD 要想將殘壓做低，只有增加“多級防護”的辦法，每增加一級成本翻一倍，而且，為了做多級之間的退耦功能，在工頻市電中我們會選擇電感做退耦器件。這也會帶來很多副作用，我就多次遇到這樣的情況：增加了SPD以后，電源的傳導輻射過不了。我們又不能不在SPD內(nèi)增加一個共模電感。要知道電感這玩意工作時溫升很高很快，我們SPD產(chǎn)品的要求是電感溫升不得超過45開爾文，整個SPD內(nèi)各個器件自身的工作溫度不得超過85℃。所以在我們防雷行業(yè)有種說法：SPD的熱設計重于一切！

我曾經(jīng)預言：通信行業(yè)在全球范圍內(nèi)因為雷擊浪涌吃過的虧，LED照明行業(yè)也要重新走一遍才能明白自己做的很錯要改，目前看起來，一點都不差。

我一直認為氣象局監(jiān)管防雷行業(yè)是一件很奇葩的事，一直都很反對，但是現(xiàn)在看到LED行業(yè)及光伏行業(yè)，我突然覺得有氣象局監(jiān)管我們防雷行業(yè)是一件好事，至少我們行業(yè)中大多數(shù)企業(yè)都是在兢兢業(yè)業(yè)搞實體做產(chǎn)品的，我們防雷這個行業(yè)，絕對沒有衣著光鮮卻在干坑蒙拐騙的公司！

龔瑋

防雷工程師，多項專利授權(quán)。主要編寫有 CSA027-2014《LED戶外照明防雷技術(shù)要求》、《LED 行業(yè)防雷器規(guī)范要求》等，現(xiàn)于“北京興天通小熊科技有限公司”就任總裁一職。北京興天通小熊科技有限公司——北京興天通電訊科技有限公司下屬的全資控股子公司，在LED照明行業(yè)擁有第一流的浪涌防護技術(shù)，并接受訂制品。