На сегодняшний день светодиодные технологии являются наиболее перспективными с точки зрения эффективности и долговечности. Однако и то, и другое находится в прямой зависимости от условий эксплуатации. Такие параметры как температура, электрический ток и напряжение должны поддерживаться в определенном безопасном диапазоне, чтобы предотвратить преждевременный выход из строя электронных компонентов. Поэтому одной из задач производителей светодиодного оборудования является разработка эффективной защиты от избытка тепла и импульсных помех.
Резкое изменение напряжения в сети, помехи, создаваемые другим электронным оборудованием, короткие замыкания и удары молний могут вывести светильники из строя или нанести серьезный урон, что отразится на сроке службы и качественных характеристиках светового потока. Чтобы этого избежать, уличные светильники оборудуют устройствами защиты от импульсных помех и скачков напряжения.
Что такое импульсные помехи и перенапряжения
Существуют внутренние и внешние причины возникновения скачков напряжения в сети. К внутренним относят так называемые коммутационные изменения, возникающие при внезапных включениях/отключениях линий электропередач, трансформаторов, мощных электрических двигателей, при двухфазных и однофазных замыканиях и т. д.
Например, при отключении производственных электродвигателей в сеть выбрасывается энергия, накопленная за время работы на электромагнитном поле катушек, и возникает высоковольтный импульс, который может длиться от единиц до сотен микросекунд. Всплеск энергии настолько быстрый, что различные реле напряжения и стабилизаторы просто не успевают среагировать и отключить приборы, если в блоках питания нет специальной защиты. В результате прибор может выйти из строя.
Внешние перенапряжения вызывают удары молнии в провода линий электропередач или в землю в непосредственной близости от электроустановки, возле кабелей, ЛЭП и других элементов сети. При ударе молнии, которая представляет собой перемещающиеся электростатические разряды силой в миллионы вольт, по оголенным проводам уличной сети может индуцироваться электрический ток, вызывая скачки напряжения до тысяч вольт на расстояния до нескольких километров.
Выделяют также квазистационарные перенапряжения, возникающие при временных с точки зрения эксплуатации режимах работы или неблагоприятных сочетаниях параметров сети. Такие изменения могут быть достаточно длительными и продолжаться до тех пор, пока не изменится схема и режим сети — от долей секунды до десятков минут. Но обеспечить защиту от резонансных перенапряжений очень сложно, так как из-за длительного воздействия выделяется большое количество энергии, которое не выдержит ни одно защитное устройство.
Как работают устройства защиты от перенапряжения?
Устройства защиты от перенапряжения (УЗИП, в английском — Surge Protection Device, или SPD) состоят из специально спроектированных электронных компонентов, включая металлооксидный варистор. При скачке напряжения подключенный в самом начале цепи подачи питания светильника УЗИП первым получит удар и мгновенно среагирует. Он обнаруживает аномальное напряжение и начинает проводить ток, чтобы погасить скачок высокой энергии. Так называемое «зажимное действие» вернет напряжение к нормальному уровню и перенаправит выброс высокой энергии от чувствительных компонентов к УЗИП — устройству защиты от импульсных перенапряжений.
Работа варистора похожа на работу двух стабилитронов, включённых последовательно навстречу друг другу: они ограничивают напряжение, открываясь при определенном значении, и пропускают «лишний» ток через себя. Для защиты от импульсных перенапряжений варисторы устанавливают параллельно защищаемой цепи, и их классификационное напряжение должно в 1.5-2 раза превышать номинальное напряжение этой цепи.
Современные устройства защиты от перенапряжения обеспечивают все фазы защиты для линии/нейтрали, линии/земли и нейтрали/земли в распределительной электрической сети. Чем выше рейтинг защиты, тем больше энергии УЗИП сможет потреблять и тем дольше прослужит. Например, уличные светильники RADUGA™ могут поставляться с защитой 6, 10 и 20 киловольт.
В современных блоках питания, как правило, уже предусмотрена защита от импульсных помех. Защита на 6 кВ встречается в 80 % устройств, на 10 кВ — только в более дорогих аналогах. Если говорить о защите на 20 кВ, то это уже отдельный прибор, входящий в дополнительную комплектацию. Выбор конкретного устройства и уровня защиты зависит от требований проекта или условий эксплуатации. Учитывая нестабильность наших городских систем электроснабжения, в светильниках наружного освещения рекомендуется всегда использовать хотя бы минимальную защиту от скачков напряжения, тем более что стоимость этих устройств не так велика — затраты на замену вышедшего из строя оборудования будут куда выше.