作者：陳富濟
最近處理的一項工程，具體的資料和狀況如下：
1) 1 個 20A 帶指示燈的兩極開關（“燈曲”）作為區域總開關，用來組合控制 11 套 2 X 18W LED（圖 1）的燈盤；
2) 全部 LED 亮著的總電流是 1.7A（圖 2）；
3) 但是“燈曲”用不了多久，便出現無法正常關上（OFF）的狀況，一連更換了多次仍然如此。把 “燈曲”拆下解體後，可以觀察得到的是：開關的觸點已經嚴重損壞（圖 3）；
4) 最後的處理方法：是把 11 套 LED 燈盤分成兩組（5 套和 6 套），由一個重新更換“燈曲”的兩個開關極分別來控制，N 線用接線器連接；
5) 以上述第 4 點的接線方式，使用了一段時間後，再沒有出現無法正常關上（OFF）的狀況。
LED 燈盤的開關操作，雖然看來得到解決，也可以交付客戶使用，但是原來的開關處理方式，為什麼會出現這樣的損壞狀況，郤引起了筆者的“職業興趣”，決定從兩個方面來探究其內裡原因。
1. 使用儀表來量度 11 套 2 X 18W LED 燈盤，在接通電力時的總浪湧 (Inrush) 電流圖 1.1 是測量儀表顯示的照片，可以看到最大 (MAX) 的浪湧電流量是 65.2A。圖 1.2 是把儀表的測量結果，再用軟件分析而得到的圖表，看到在接通電力時的浪湧電流是 68A，同時浪湧電流由68A 至 40A 的時間約為 5ms( 毫秒 )。需要說明一下的是，為了能夠凸顯有關的資料，圖 1.2 是經過筆者的剪輯。
65.2~68A 的浪湧電流相對於工作電流的 1.7A，是 38~40 倍。
2. 尋找技術資料來認識 LED 燈具的電流特性和可行的開關安排
以下章節的資料，都是採集自互聯网。在本文的結束，列有具體來源的网址。
2.1 LED 燈具通電後，從起始供電 (Power-up) 到穩態 (Steady-state) 的過程，可以分成 4 個時
段 ( 圖 2.1)：
起始時段，時間約為 0.1~1 毫秒。根據施耐德電氣的資料，浪湧電流相對額定電流的 倍數可以達到 30~250，這是和燈具接入時的電源電壓“相角”有關。同一燈具，當 0° 時為最小，而當 90° 時為最大；
2 LED 燈具驅動器的初始化 (Driver initialization) 時段。在此期間，消耗的電流小於額定電流；
3 LED 燈具開始亮起 (LED light-up) 時段。驅動器初始化後，LED 燈具通電並開始亮起。這時段的電流大約是額定電流的兩倍；
4 穩態 (Steady state) 時段。LED 燈具穩定亮著，這時段的電流便是額定電流。
圖 2.1 LED 燈具通電的 4 個時段
2.2 LED 燈具接入時，電源電壓“相角”(0° 和 90°) 對起動電流的影響 ( 圖 2.2)：
從圖 2.2 可以看到 LED 燈具起動電流，受到接入時電源電壓“相角”的重要影響。根據資料，在電壓過零時接入 LED 燈具，可以把浪湧電流大大的降低。
2.3 LED 燈具的浪湧電流對電路供電 MCB 的影響
電路供電 MCB 的選擇取決於負載供電的性質。額定值 (In) 取決於需要保護的電纜的規格，
以及安裝條件；而 MCB 的類型特性，便需要根據負載的起動 / 浪湧電流來選擇。 IEC 60898 定義的 MCB 標準類型特性曲線，其“瞬間”跳脫時間是根據持續超過 10ms
(0.01Sec) 的故障 / 浪湧電流 ( 圖 2.3) 而訂定，但對於持續時間小於 10ms 的瞬態電流，不存在著標準化曲線。在持續時間小於 10ms 的跳脫可能性，主要取決於不同產品的設計。
施耐德電氣在商業建築的照明裝置中進行了這方面的實驗，以 B 型曲線 20A(B20)MCB 為 25 個LED 燈具 ( 每個容量為 56 瓦 ) 供電的電路一起同時通電，觀察和測量到以下情況：
n 額定電壓 230V
n 額定功率為 1400W
n 最大瞬態浪湧電流為 237A
n 瞬態電流的持續時間為 2.5ms
n B20 MCB 跳脫。
因此施耐德電氣提供了，根據 MCB 的特性而可以連接在 MCB 下游的燈具數量的有關信息 ( 圖 2.5)，
這些信息是基於在向 LED 燈具電路通電時，產生最大浪湧電流的不利條件。圖 2.5 中的 3 個小圖的水平軸表達的是 LED 燈具的額定功率 ( 單位：W)，垂直軸表達的是可以接入 LED 燈具的數量。舉例：一組C10 MCB 能夠供電給 26 支 ( 約 )18W 的 LED 燈具，而不會因起動的浪湧電流而跳脫。
2.4 LED 燈具的浪湧電流對使用電磁式接觸器 (“索掣”) 作為開關的影響
2.4.1 接觸器的降額使用
接觸器的標準化使用類別 (IEC 61095，IEC 60947-4-1) 規定了接觸器的使用條件，以及相應的接通 (Making) 電流值，但在有效性和耐用性方面，也取決於負載的性質以及執行電路 ( 接通和斷開 ) 的條件。訂定這些標準的時候，只涵蓋採用傳統技術的照明負載，對於開關高浪湧電流的設備，如果不加以特別的考慮，這是有機會產生接觸點 (Contact) 的過早損壞
( 圖 2.6)。
因此，在設計階段便需要考慮製接觸器的降額使用，以適應 LED 燈具在接通時浪湧電流的衝擊。但多大的降額系數才算適當，筆者準備從兩個角度來進行介紹。
a) 參考市場產品的信息
以下引用了市場上的 3 個產品，來比對接觸器的額定電流 (AC-1) 和製造商的建議。原資料雖然是英文，但是因為引用的重點主要只涉及數字，所以不再把內容翻譯了。同樣需要說明的，引用的資料是經過筆者剪裁。
(1) ESB-20 是 ABB 適合安裝在標準配電箱內的接觸器，提供控制極為 1~4 的產品。
AC-1 的額定電流是 20A，使用在 LED 燈具開關控制上，製造商建議的總燈具額定電流是3A。降額系數 (D.F.，Derate Factor) 為 0.15(3A/20A)。值得注意的是這產品的標準化使用類別，除了提供 AC-1 外，還提供 AC-7a。
(2) ERC125 是 Hager 適合安裝在標準配電箱內的接觸器，整個系列也提供 1~4 控制極的產
品。需要為燈具選擇 Hager 的接觸器時，可通過製造商的一個网上軟件“ContactorLighting Selection Tool”( 用於照明裝置的接觸器選擇 ) 來進行。圖中產品的額定電流是25A(AC-7a)。
(i) 製造商建議使用在 230V / 18W 不可以調光的 LED 燈具控制上，數量是 40 支。通過計算總燈具額定電流是 18W x 40 / (230V x 0.95) ≒ 3.3A，0.95 是估算的功率因數。降額系數 (D.F.) 約為 0.13。
(ii) 製造商建議使用在 230V / 50W 不可以調光的 LED 燈具控制上，數量是 22 支。通過計算總燈具額定電流是 50W x 22 / (230V x 0.95) ≒ 5.0A，0.95 是估算的功率因數。降額系數 (D.F.) 約為 0.20。
(3) ICT 是 Schneider Electric 適合安裝在標準配電箱內的接觸器，提供控制極為 1~4 的產品，額定電流是 16A(AC-7a)。
製造商建議使用在 230V / 10W 的 LED 燈具控制上，數量是 48 支。通過計算總燈具額定電流是 10W x 48 / (230V x 0.95) ≒ 2.2A，0.95 是估算的功率因數。降額系數 (D.F.) 約為0.14。值得注意的是：這型號的接觸器用在不同功率的 LED 燈具時，降額系數也是有改變，例如用在 230V / 200W 的 LED 燈具控制時，數量可以是 7 支，那時候降額系數 (D.F.) 約為 0.40。
(4) 總結：從上列摘引的 3 個接觸器產品資料，可以看到：
n 使用在開關 LED 燈具時，都要有一定的降額系數。而降額系數是會隨著不同的燈具功
率而有所改變，這因為是和多少數量的 LED 燈具驅動器有關；
n 接觸器產品的標準化使用類別，除了提供 AC-1 外，也有提供 AC-7a 和 AC-7b。
2.4.2 接觸器的使用類別
註： Ie，接觸器額定電流 (AC-1 / AC-7a) 電流；
I，正常接通 (Making) 電流；
Ic，正常斷開 (Breaking) 電流。
第 3 欄和第 4 欄中，沒有在 ( ) 內的數字：是依據接觸器的額定電氣耐久性 ( 產品提供的最多開關次數 ) 資料的電流倍數第 3 欄和第 4 欄中，在 ( ) 內的數字：是配合接觸器在不經常使用時可抵受的電流倍數表 2.1 的內容，是筆者把在互聯网上所得的資料綜合而成，可以看到 AC-1 和 AC-7a 的代表特性大
致相同，特別是從浪湧電流承受能力的角度來看 ( 圖 2.7)。
3. 開關 LED 燈具的改善措施
3.1 使用智能繼電器
參考本文的 2.2 節，在電壓過零的時候才接通 LED 燈具，可以使到浪湧電流達到最小化，從而減低對供電設備的影響，特別是在更換舊有燈具裝置的工程。
圖 3.1 和圖 3.2 都是筆者剪輯自施耐德電氣的產品資料。ICT 是電磁式接觸器，ICT+ 是具有電壓過零的時候接通性能的智能繼電器，圖 3.1 是產品結構的示意。通過圖 3.2 的對比，可以看到如果使用 ICT 接觸器，降額系數約為 0.13~0.35，但是使用 ICT+ 接觸器，降額系數可以達到 0.95，功率因數同樣使用 0.95。值得注意的是：
n 製造商提供的計算公式是：4660W x CosФ；
n 這類產品在現時市場，未見有所供應。
3.2 使用浪湧電流限制器 (Inrush Current Limiter)
浪湧電流限制器 ( 圖 3.3)，是一種可防止 LED 燈具接通電力時產生過大浪湧電流的設備。
可以簡單地連接在供電斷路器和負載 ( 燈具電路 ) 之間，連續工作額定電流為 16A。根據网上資料說明，這產品可限制的浪湧電流量 (AC peak current) 是：165 A for 20 ms / 800 A for200μs。
3.3 使用低浪湧電流的 LED 燈具
這方面的產品，筆者沒有什麼有價值的介紹，但筆者認為在電子工程學的角度來看，在產品的設計階段，便把限制浪湧電流的考慮放進去，也應該不是一個很難以解決的可行課題。
4. 結束語
本文內容的主要引用資料，都是來自互聯网，但是為了方便在文章中說明，大多數都是經過筆者的剪輯，讀者朋友如果需要更詳細的研讀，可以直接到下面列出的网址瀏覽。對於本文的內容，讀者朋友如果有指正或補充，歡迎給我電郵。
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