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海峡两岸第十八届照明科技与营销研讨会 LED照明的谐波及配电设计 杨光 (中国科学技术大学国家同步辐射实验室(合肥)) 摘要：绿色照明的大力倡导和节能减排意识的日益加强，使得LED照明得到了更加广 泛的应用。对于工作于交流市电的LED照明来说，驱动电源的特性造成了照明配电线路上存 在着严重的谐波，而照明谐波的存在还带来了许多其他相关的问题。文章主要从LED照明的 工作特性入手，着重分析照明线路上谐波存在的主要危害，探讨如何在现有的谐波条件下有 效地进行LED照明配电线路的设计与施工。 关键词：LED照明；照明配电谐波；照明配电设计；施工措施 1前言 LED是极具照明优势和良好发展前景的新一代固态照明光源。当前，随着社会经济的快 速发展、国家大力倡导绿色照明以及节能减排战略的广泛实施，那些已经被广泛使用的、以 荧光灯和高压钠灯为代表的第二、三代节能光源将逐步被新型、优质高效的LED照明所取代， 并且会得到越加广泛的推广和应用。如此一来，LED照明的广泛应用在极大地提高了照明能 效和照明品质的同时，也节约了大量宝贵的电能。 在实际的应用中应该看到，由于LED照明在工作时需要相应的驱动电源与之配套，而工 作于交流市电的驱动电源主要是以高频开关电源为工作模式的AC—DC变换器，其自身的输入 特性决定了输入电流和电压将产生相应的畸变，特别是大功率低功率因数的LED照明，这种 畸变将更为严重，因此在大量使用时极易造成照明配电线路中有严重的高次谐波电流成分， 并引发照明线路上高次谐波电压的加剧，因此，有必要探讨基于谐波条件下的LED照明配电 的有关问题，以及在设计和施工中所要采取的相应措施。 2 LED照明驱动电源的架构及输入特性 LED照明驱动电源的电路构成具有多种形式，常用的主要有三种：无功率因数校正式、 148 海峡两岸第十八届照明科技与营销研讨会 无源功率因数校正式和有源功率因数校正式，当其工作于交流市电时所表现的输入特性主要 是指输入电流、电压的谐波特性、视在功率、有功功率和功率因数等相关的技术指标。 2．1照明谐波的相关规范 从原理上来说，LED照明驱动器的输入部分(整流、滤波和功率因数校正)与低压荧光 灯的电子镇流器是相同的，是一种成熟的电路形式，然而目前LED照明驱动器相关的国家标 准尚缺乏，在此不妨借用电子镇流器的相关标准来说明问题。 而可以降低某些技术指标的要求以减低产品成本；而对于25W以上的照明，输入电流畸变所 产生的谐波污染极为明显而且后果严重，甚至会对电网的安全运行构成危险，因此特别强调 输入的谐波指标在允许的范围内。 此外，美国能源部在“能源之星”固态照明规范中对LED照明提出了更高的要求，规定任 何功率等级的都必须强制具有功率因数校正环节。 具体的谐波限制要求见表l所示。 表1标准对照明谐波的限制要求 注：九为功率因数。 为了防止供电线路的谐波超标而影响运行和使用的安全，公共电网对于电压、电流谐波 指标【3】的要求见表2、表3。 表2公共连接点的谐波电压允许值 表3公共连接点的谐波电流允许值 海峡两岸第十八届照明科技与营销研讨会 2．2照明配电谐波的危害【4】’【5】’【6】 照明谐波的危害表现在许多方面，既有对供配电设备、开关电气及输配电线路的危害， 也有对用户端所使用的负载的危害，罗列如下： 1)在配电设计时导线(电缆)截面积的选择一般是按照正常低谐波工作电流为依据的， 而照明线路上大量高次谐波电流附加在正常的50Hz工频电流上，就会使得配电导线(电缆) 过载，引起过热和高温，加速导线绝缘的老化，同时存在着严重的火灾安全隐患； 2)配电线路上大量高次谐波电流影响过流防护开关的保护特性，导致在正常使用中的频 繁误跳闸，影响LED照明的正常使用，特别是在重要和应急的场合可能会造成严重的后果， 而一般的测量表计在谐波含量较大时的误差远远超标，测量时往往反映不出线路电流的真实 大小，检修时也容易造成误判断，为事故埋下了隐患； 3)线路