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led庭院灯直流配电应注意哪些

文章出处:庭院灯资讯 网责任编辑: 兴凯照明 阅读量: 发表时间:2020-07-07 09:04:39

LED光源具有环保、节能、高效、可控、环境 适应性强、更换周期长等优势。尽管其显色指数、 透雾能力和蓝光控制尚在发展和研究中,但由于庭 院灯所处环境并非工作场所且人们逗留时间较短, 因此LED是1种较为理想的庭院灯光源。LED光源属 于直流负载,采用交流供电需要在每个灯具处单独 设置整流、滤波、以及功率因数控制等装置。如果 采用直流配电则有利于简化单灯构造,提升LED灯 具的寿命。而且,直流电压的安全阈值要高于工频 交流电压,电击风险更小[1。2】。 尽管直流配电有诸多优点,但由于各项标准 尚不完善,配套产品尚不成熟。 对于处于起步阶段 的直流配电而言,首先要解决的问题便是电压等级 的选择。近年来国外研究较多的直流配电电压等 级为:美国有关高校选用的DC380 V、DC48 V、 DC400 V电压等级;日本有关高校选用的DC340 V、DCl00 V电压等级;欧洲有关高校选用的DC750 V、DCl20 V的电压等级【3】。与此同时,国内有关高 校和科研机构也展开了相关的研究,如文献[4]提出 的DC750 V、DC400 V、DCll0 V、DC48 V多级电 压等级,文献[5]提出的DC230/460 V双极直流配电 电压等级等。不同文献采取的电压等级方案各有侧 重,且均没有专门针对室外照明场所的研究。本文 将通过分析室外低压直流配电的电击风险和供电能 力,来探讨可用于室外LED庭院灯的直流配电电压 等级。 1 LED庭院灯交流配电时的用电安全分析 对于工频交流而言,一般取50、作为干燥场所的 安全电压值,25 V作为潮湿场所的安全电压值嘲。

现代简约庭院灯

LED庭院灯通常采用AC220 V工频交流电压配电,由于 庭院灯通常工作于室外露天场所,故设计时其安全 接触电压通常取25 V。 由文献[7]可知,当灯具距离建筑物小于20 m 时,应采用与建筑物内低压配电系统相同的接地形 式(通常为TN—S式);当距离大于20 m时,宜采用 TT接地形式。对于TN—S系统,当低压侧发生接地故 障时,灯具外露可导电部分的对地电压可高达约100 v;当10 kv侧(小电流接地系统)发生单相接地故 障时,变配电房共用接地网的对地电压较长时间内 将可能高达约60 V。而对于室外场所,PE线传导高 电位将会增加电击风险。有鉴于此,部分研究对于 室外照明的配电系统更倾向于采用TT形式[8J。 TT系统中附加电击保护主要依赖于剩余电流动 作保护器(Residual Current Devices,RCD),而实 际应用中,由于回路泄漏电流的变化及RCD自身因 素,不免出现RCD误动和拒动的情况,给使用带来 困扰和危险。且RCD需要定期按动实验按钮进行测 试,而TT系统中RCD的数量众多,对于RCD的定期测试又常常容易被忽略。由文献[9】可知,局部TT 系统存在1处N线对地绝缘损坏而另l处L线对地故障 时,RCD不能检测到泄漏电流的情况。由此可知, 对于TT形式,当发生接地故障时一旦RCD不能及时 脱扣,灯具外露可导电部分的对地电压将可能高达 约220V。 因此,对于LED庭院灯交流配电,由于室外没 有天然的等电位条件,尽管在设计中设置了相关附 加电击防护措施,但电击风险依然较大。 2直流电流对人体的效应及安全阈值 2.1 直流电流对人体的效应 由文献[2]可知,人体对直流电流(含有不大于 10%方均根值的正弦纹波电流的直流)的感应阈约 为2 mA,但没有确切的摆脱阈。对于纵向向下的直 流电流路径(双脚为负极性),其安全系数近似于 纵向向上的直流电流路径(双脚为正极性)的2倍。 对于电流路径为左手到双脚,纵向向上的直流电流 对人的效应。

对于庭院灯可能出现的手到双脚电 流路径的安全电流阈值,当接触电压为正极时,为 不小于256 mA,负极时,为不小于128 mA。对于跨 步电压,尽管安全电流阈值较高,但考虑跨步电流 可能导致肌肉收缩从而引起人体摔倒,继而电流路 径可能变为其他阈值更小的路径。因此,本文参考 交流配电系统,以接触安全电压值作为跨步安全电 压参考值。 综合图1、表1可知,当长期通过人体的电流超 过表2所列相应安全阈值时,可能会危及生命安全。 如果可以将电击电流控制在相应安全阈值范围内, 或者通过切断故障电源将电流.时间特性限制到图1 中c1曲线左侧,则可以有效降低电击风险。考虑到 切断故障电源会影响到人们对室外照明的需求,因 此本文优先考虑限制接触电压的方式。 3接触电压分析 3.1直流电压与人体电阻 由文献[2]可知,不同直流接触电压对应的人体 电阻及计算电流如表3、表4所示(原文献中50%级 阻抗值被认为是可取的)。鉴于庭院灯通常的工作 环境,本文仅分析干燥和水湿润的条件,不考虑灯 杆浸入水中的情况。 对表3、表4的数据进行分析可知,大约200 V是左手到双脚电流路径纵向向下电流的安全电压阈 值,大约120 V是左手到双脚电流路径纵向向上电流 的安全电压阈值。 3.2计算接触电压值 一般而言,室外的电击风险高于建筑物内普通 场所,且纵向向下电流路径的安全电流阈值较大。 为兼顾照明需求和用电安全,本文考虑采用正极 DC200 V作为配电电压。由于TN系统具有简单、可 靠、短路电流大的特点,因此优先采用TN接地形式 进行分析

当采用正极DC200 V作为配电电压时,若发生 接地故障,灯具外露可导电部分的接触电压一般不 超过DCl00 V,该电压比原ACl00 V在用电安全上 有了很大的提高。考虑发生接地故障时PE线断裂的 情况,此时配电回路将由TN系统变为TT系统。一 般情况下,我国大多数城市的土壤电阻率主要分布 于100~500 Q·m之间,灯杆基础的自然接地电阻约为30~150 Q,计算故障电流为1.3-6.7 A。此时, 各单灯支路处和回路首端的短路保护器均不能可靠 动作,灯具外露可导电部分的对地电压可能接近 DC200 V。为避免灯具表面长期存在较高的接触电 压产生安全隐患,应考虑在回路首端设置带报警功 能的RCD,以便及时排除接地故障。 文献[10]中对1组垂直接地极(接地极共3根, 每根长9 m,极间距10 m,单根接地极的接地电阻均 略小于2 Q,人地电流均约为20 A)进行试验,数 据显示,接地极附近的跨步电压最大,离接地极5 m 处跨步电压为接地极附近的10%,10 m远处跨步电 压接近为零。从垂直接地极的顶端至底端,散流逐 渐加大,且有明显的端部效应。对于不同的土壤电 阻率,接地极上端部散流越大时,跨步电压越高。 鉴于此,由于灯杆的自然接地体埋深通常较浅,散 流区几乎在地表附近。因而本文取灯杆外露可导电 部分的直流对地电压为接触电压考虑。 另外,工程应用中,通常配电回路首端电压会 达到标称电压的105%【6】,对于标称电压为DC200 V 时,首端电压可达DC210 V。因此,将庭院灯的标 称供电电压调整为正极DCl 90 V时,回路首端电压 为DCl99.5 v是符合计算要求的。 4 LED庭院灯直流配电时的供电能力 由文献[7】可知,夜景照明设备供电半径不宜超 过0.5 km,照明分支线路每1单相回路电流不宜超过 30 A。以某小区为例,庭院灯采用16LED.HP高功 率颗粒LED灯具,光源色温4 000 K,光通量2 500 lm,单灯功率为37.5 W,功率因数为0.9。以1个回 路35盏灯具考虑,则回路总功率为1 312.5 w。当采 用AC220 V供电时,计算电流为6.63 A,采用DCl90 V供电时,不考虑减少整流电路等元器件对计算结 果的影响时,计算电流为6.91 A。由此可知,采用 DCl90 V时的供电能力与AC220 V时的相当。 5结束语 综上可知,对LED庭院灯采用正极DC 1 90 V直 流配电,不但有利于简化LED灯具的构造、提升 单灯寿命,而且在与AC220 V相同供电能力的前提 下,还能较大地提高室外场所的用电安全性。因 此,该电压等级可以作为未来室夕bLED庭院灯照明 配电的1种参考。

参考文献 [1】全国建筑物电气装置标准化技术委员会.GB 16895.21— 2011低压电气装置第4-41部分:安全防护电击防护[s】. 北京:中国标准出版社,2012. [2】全国建筑物电气装置标准化技术委员会.GB/T 13870.1— 2008电流对人和家畜的效应第l部分:通用部分[s】.北 京:中国标准出版社,2008. 【3】宋强,赵彪,刘文华,等.智能直流配电网研究综述【J】. 中国电机工程学报,2013,33(25):9—19. [4】4盛万兴,李蕊,李跃,等.直流配电电压等级序列与典型 网络架构初探[J]中国电机工程学报,2016,36(13); 3391.3403. 【5]李光曦,刘真全.建筑物直流配电电压等级选择探讨[J】. 智能建筑电气技术,2016,10(4):9-13. 【6】6住房和城乡建设部.GB 50034--2013建筑照明设计标准 [s】.北京:中国建筑工业出版社,2013. [7】住房和城乡建设部。JGJ/T 1 63--2008城市夜景照明设计规 范is].北京:中国建筑工业出版社,2008. [8】陈车,李蔚,刘敏.室外照明系统接地形式及接地电阻浅 析[J].智能建筑电气技术,2010,4(1):43.47. [9】王厚余.TT系统接地和防电击简析【J】.建筑电气,2013 (9):3-5. [10】罗思敏.垂直型直流接地极散流特性试验研究[J】.南方电 网技术,2015,9(

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