淺析普通照明用自鎮(zhèn)流LED燈的安全要求

陳立峰

淺析普通照明用自鎮(zhèn)流LED燈的安全要求

陳立峰

普通照明用自鎮(zhèn)流LED燈，俗稱LED球泡燈，其外形跟傳統(tǒng)的白熾燈差不多，但其原理、內(nèi)部結(jié)構(gòu)跟傳統(tǒng)的白熾燈很不一樣，LED球泡燈是通過(guò)點(diǎn)亮LED燈珠來(lái)達(dá)到照明目的的。一個(gè)完整功能的LED球泡燈包括以下幾個(gè)部分：燈頭、燈頭絕緣支撐架和外殼、散熱器、驅(qū)動(dòng)電源、LED燈珠及透光罩。LED球泡燈以其節(jié)能、環(huán)保、使用壽命長(zhǎng)、無(wú)頻閃及綠色等優(yōu)點(diǎn)，在生活中得到越來(lái)越廣泛應(yīng)用。

如何保證日常使用的LED球泡燈產(chǎn)品的安全性呢？IEC 62560-2011《Self-ballasted LED-lamps for general lighting services by voltage＞50 VSafety specifications》及GB 24906-2010《普通照明用50V以上自鎮(zhèn)流LED燈的安全要求》都對(duì)LED球泡燈的安全提出了要求。

標(biāo)準(zhǔn)中自鎮(zhèn)流LED燈的定義是所有燈頭符合IEC60060-1的 （如：B15d、B22d、E14、E17、E27、GU10、GZ10、GX53等燈頭），內(nèi)含LED光源和為保持其穩(wěn)定燃點(diǎn)所相應(yīng)的元件并使之為一體的燈，并且這種燈在不損壞其結(jié)構(gòu)時(shí)是不可拆卸的。IEC 62560-2011、GB 24906-2010指出標(biāo)準(zhǔn)所適用的自鎮(zhèn)流LED燈是在家庭和類似場(chǎng)合作為普通照明用、把穩(wěn)定燃點(diǎn)部件集成為一體的LED燈：①額定功率60W以下；②額定電壓大于50V并不超過(guò)250V；③燈頭符合標(biāo)準(zhǔn)IEC60060－1中的要求。

要達(dá)到安全要求，首先就必須在安裝、更換等使用過(guò)程對(duì)用戶不會(huì)帶來(lái)危害，其次是必須對(duì)周圍環(huán)境沒有危害，所以標(biāo)準(zhǔn)在開頭的一般要求和一般試驗(yàn)要求章節(jié)中就設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)燈的結(jié)構(gòu)提出了原則要求：除了確保燈的正常使用功能，還要保證對(duì)用戶和周圍環(huán)境不帶來(lái)危害，并且燈的各個(gè)部件均是工廠封裝的，不可擅自拆卸或維修的。下面具體討論IEC 62560-2011和GB 24906-2010對(duì)自鎮(zhèn)流LED燈的安全要求并比較兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)要求之間的差異、測(cè)試人員如何依照標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)產(chǎn)品質(zhì)量并對(duì)產(chǎn)品常見可能出現(xiàn)不符合標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量要求的原因進(jìn)行分析，提出相應(yīng)的解決方案或措施。

燈的標(biāo)志要求

燈上必須有的標(biāo)志是來(lái)源標(biāo)記、額定電壓或電壓范圍、額定功率及額頻率，除此外制造商還應(yīng)在燈上，包裝或說(shuō)明書上提供以下信息：燃點(diǎn)位置限制示意圖（如適用的話）；燈使用時(shí)應(yīng)遵循的特定條件和限制，如燈用于調(diào)光電路中或不可調(diào)光電路中，目前用的比較多的是不可調(diào)光電路；對(duì)于眼睛的保護(hù)等。對(duì)于燈上的標(biāo)志還需用標(biāo)志試驗(yàn)方法進(jìn)行試驗(yàn)，且試驗(yàn)之后，標(biāo)志仍應(yīng)清晰。對(duì)于此條款要求產(chǎn)品生產(chǎn)者可能出現(xiàn)的不合格地方主要是缺失部分標(biāo)識(shí)和標(biāo)志的模糊或不耐久。

燈頭的互換性要求

標(biāo)準(zhǔn)對(duì)各種燈頭的尺寸有嚴(yán)格要求，燈應(yīng)該采用符合 IEC 60061-1規(guī)定的燈頭及用符合IEC60061-3的量規(guī)來(lái)驗(yàn)證其合格性。如較為常用的E27、E14燈頭有通規(guī)、止規(guī)、S1規(guī)及接觸性規(guī)來(lái)驗(yàn)證燈頭相應(yīng)尺寸是否符合要求。下面就E27燈頭量規(guī)的測(cè)試使用方法用以下圖例做個(gè)簡(jiǎn)單介紹。

7006-27B燈頭通規(guī)：將燈頭盡可能旋入量規(guī)，燈頭的中心觸點(diǎn)應(yīng)該平齊或突出量規(guī)的X面。見圖1。

圖1 7006-27B燈頭通規(guī)

7006-28A燈頭止規(guī)：把量規(guī)放在燈頭螺紋上，燈頭向上，依靠量規(guī)自重，燈頭的中心觸點(diǎn)不應(yīng)突出X面。見圖2。

圖2 7006-28A燈頭止規(guī)

7006-27C燈頭的S1通規(guī)：將燈頭盡可能推入量規(guī)，量規(guī)活動(dòng)塞的W面應(yīng)平齊或突出X面，但不能突出Y面。見圖3。

圖3 7006-27C燈頭的S1通規(guī)

7006-50燈頭接觸性規(guī)：把燈泡推入量規(guī)，量規(guī)活動(dòng)塞的W面應(yīng)到達(dá)或突出V面，見圖4。

圖4 7006-50燈頭接觸性規(guī)

燈在使用過(guò)程中應(yīng)該考慮到燈的重量對(duì)燈座產(chǎn)生的力，即燈的彎矩，標(biāo)準(zhǔn)對(duì)各種燈頭的燈彎矩有具體的數(shù)值要求見標(biāo)準(zhǔn)的表1，基于對(duì)IEC 62560的理解，彎矩的最大值應(yīng)是燈旋進(jìn)燈座后呈水平位置狀態(tài)，此時(shí)的彎矩值應(yīng)是燈的自重與燈正常旋進(jìn)燈座后的長(zhǎng)度乘積。IEC 62560還增加了燈應(yīng)能承受的軸向拉力（見IEC 61199的A.2.1）和部分燈頭燈的重量限值，而國(guó)標(biāo)則無(wú)這兩方面要求。燈頭的互換性不合格的主要原因是生產(chǎn)過(guò)程中未采用標(biāo)準(zhǔn)燈頭，或生產(chǎn)、存儲(chǔ)、運(yùn)輸中燈頭受機(jī)械作用而變形；而常見的LED球泡燈彎矩基本上是沒問題，除非燈質(zhì)量很大，長(zhǎng)度很長(zhǎng)。

意外接觸帶電部件的防護(hù)要求

IEC 62560-2011、GB 24906-2010在防觸電保護(hù)這方面要求是一致的。用模擬人指頭的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)指檢驗(yàn)當(dāng)燈裝在符合IEC燈座數(shù)據(jù)活頁(yè)的燈座中，不能觸及燈頭或燈體內(nèi)的金屬部件，基本絕緣的外部金屬部件和帶電金屬部件，必要時(shí)施加10N的力。用符合IEC 60061-3的7006-51A防觸電規(guī)來(lái)檢驗(yàn)E 27燈頭、7006-55防觸電規(guī)來(lái)檢驗(yàn)E14燈頭的防意外接觸的要求，如E27燈頭防觸電規(guī)見圖5。

圖5 E27防觸電規(guī)

7006-51A燈頭防觸電規(guī)：將燈泡盡可能推入量規(guī)，量規(guī)活動(dòng)塞的W不能突出V面。

該條款還有一條要求：除了燈頭上的載流金屬部件以外，燈頭外部的金屬部件都不應(yīng)帶電或易帶電。合格與否則采用后面要講的絕緣電阻和介電強(qiáng)度試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證。對(duì)于該項(xiàng)目出現(xiàn)不合格的主要原因是未采用標(biāo)準(zhǔn)燈頭及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理使得人容易碰到的部位沒有達(dá)到加強(qiáng)絕緣要求。

潮濕處理后的絕緣電阻和介電強(qiáng)度要求

燈在進(jìn)行該項(xiàng)目試驗(yàn)時(shí)應(yīng)先進(jìn)行預(yù)處理，應(yīng)將燈泡放置在濕度為91%～95%的潮濕箱 （箱內(nèi)氣溫為20℃～30℃，溫差在1℃內(nèi)）中48h取出后在燈頭的載流金屬件與燈的易觸及部件（易觸及的絕緣件包一層金屬箔）之間測(cè)試的絕緣電阻應(yīng)不小于4MΩ。絕緣電阻測(cè)試后，應(yīng)立即進(jìn)行介電強(qiáng)度測(cè)試，在上述的相同部位施加相應(yīng)的電壓1min，不允許出現(xiàn)閃絡(luò)（飛?。┗驌舸┈F(xiàn)象。金屬箔和載流部件之間的距離在研究中，標(biāo)準(zhǔn)中沒有對(duì)該距離明確規(guī)定。GB 24906-2010的對(duì)試驗(yàn)電壓值的規(guī)定是，所有HV型燈頭 （電源電壓220-250Vr.m.s）：4000V，所有BV型燈頭 （電源電壓100-120Vr.m.s）：2U+ 1000(U為額定電壓)；而IEC 62560-2011的試驗(yàn)電壓值則依照燈具標(biāo)準(zhǔn)IEC 60598-1,表 10.2的II類燈具要求值，為4U+2000。介電強(qiáng)度在這點(diǎn)上國(guó)標(biāo)比IEC標(biāo)準(zhǔn)要求更嚴(yán)。

機(jī)械強(qiáng)度要求

考慮在使用過(guò)程中不可避免地會(huì)旋動(dòng)燈頭，所以燈的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)應(yīng)使得燈頭與燈體或燈上用來(lái)旋進(jìn)或旋出的部位牢固的連接?？梢允褂脽纛^扭矩儀來(lái)驗(yàn)證，E27燈頭扭矩值要求為3Nm，E14燈頭為1.15Nm，試驗(yàn)過(guò)程應(yīng)緩慢施加扭矩值至規(guī)定值，試驗(yàn)后燈頭不能脫落，移動(dòng)。對(duì)于不采用粘結(jié)方式固定的燈頭，可以允許在燈頭和燈體之間有相對(duì)移動(dòng)，但角度不應(yīng)超過(guò)10°。在試驗(yàn)前應(yīng)在燈頭和燈體對(duì)應(yīng)部位做位置標(biāo)記以驗(yàn)證有否燈頭和燈體相對(duì)移動(dòng)。注意此處標(biāo)準(zhǔn)要求在扭矩試驗(yàn)后，樣品還應(yīng)符合絕緣電阻和介電強(qiáng)度的要求。

機(jī)械強(qiáng)度的不合格原因主要是燈頭的金屬部件和燈體絕緣件不能牢固地鉚合或粘接，導(dǎo)致燈在使用過(guò)程中由于需要旋進(jìn)旋出燈頭致使燈頭脫落而存在潛在的危險(xiǎn)。

燈頭溫升要求

試驗(yàn)電壓為額定電壓或電壓范圍最高值（根據(jù)燈上的標(biāo)識(shí)值），采用標(biāo)準(zhǔn)燈頭（見GB/T 24392），將燈點(diǎn)燃至溫度穩(wěn)定，其燈頭溫升應(yīng)不超過(guò)120K。

耐熱、防火與防燃要求

固定帶電部件的絕緣部件以及提供防觸電保護(hù)的絕緣材料的外部部件，必須有充分的耐熱性，應(yīng)能承受650℃灼熱絲試驗(yàn)。耐熱即球壓試驗(yàn)，固定帶電部件的絕緣部件的試驗(yàn)溫度為按溫升試驗(yàn)有關(guān)部件正常工作溫度高 25℃±5℃，但至少125℃；其他部件則為80℃。防火與防燃試驗(yàn)按GB/T 5169.10-2006～GB/T 5169.13-2006要求試驗(yàn)，試驗(yàn)溫度650℃。30s后試樣從灼熱絲頂部移開，試樣上的任何燃燒火焰應(yīng)在30s內(nèi)熄滅，并且任何燃燒著的下落物質(zhì)不應(yīng)點(diǎn)燃水平放置在試樣下面距離為200mm±5mm的薄紙。陶瓷材質(zhì)的部件不進(jìn)行耐熱、防火與防燃試驗(yàn)。常見中一般是連接燈頭載流體的絕緣部件需做耐熱耐燃試驗(yàn)，此部分為固定帶電部件，在此部件溫升一般不會(huì)超過(guò)100K，所以球壓試驗(yàn)溫度一般為125℃，連接燈頭的絕緣件一般也提供防觸電功能。而對(duì)于燈的透光罩，一般不是用于固定帶電部件，但有些情況下會(huì)提供防觸電保護(hù)功能，這種情況下就需進(jìn)行耐熱80℃及耐燃試驗(yàn)，這就要具體分析該部件是否提供防觸電保護(hù)功能了。

該實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目用來(lái)驗(yàn)證產(chǎn)品所采用絕緣材料是否符合要求，如不符合要求則需考慮更換絕緣材料。

故障狀態(tài)要求

此項(xiàng)試驗(yàn)旨在模擬燈在特定使用中可能出現(xiàn)的故障狀態(tài)，要求即使燈在可能出現(xiàn)的故障狀態(tài)下工作也不降低其安全性能。對(duì)于調(diào)光燈，試驗(yàn)以燈的最大電壓為試驗(yàn)電壓，調(diào)節(jié)至制造商所標(biāo)識(shí)的最惡劣的條件或?qū)⒐β噬令~定功率的1.5倍，持續(xù)至燈熱穩(wěn)定后，燈應(yīng)能承受此極端電氣條件至少15min。如果燈含有自動(dòng)保護(hù)裝置或限制功率的電路，則應(yīng)在該限制功率條件下點(diǎn)亮15min。試驗(yàn)后燈應(yīng)不給周圍和用戶帶來(lái)危害，燈不應(yīng)發(fā)生著火或產(chǎn)生可燃?xì)怏w或煙霧的現(xiàn)象，且?guī)щ姴考粦?yīng)變成可觸及的。根據(jù)前面提到的防觸電要求檢驗(yàn)易觸及的部件是否變?yōu)閹щ婓w，故障試驗(yàn)后還應(yīng)滿足絕緣電阻要求。對(duì)于不可調(diào)光燈，應(yīng)盡在制造商所標(biāo)識(shí)的最惡劣的條件下盡可能按以上調(diào)光燈的要求試驗(yàn)。

該試驗(yàn)項(xiàng)目如果出現(xiàn)不合格結(jié)果，則需對(duì)驅(qū)動(dòng)電路、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。

IEC 62560-2011的故障狀態(tài)要求還增加了電容器之間的短路試驗(yàn)和元器件的短路或斷路故障試驗(yàn)，根據(jù)電路原理圖分析評(píng)估某故障可能會(huì)引起安全失效，這就需要進(jìn)行該故障試驗(yàn)。需注意的是每次故障試驗(yàn)只引入一個(gè)元器件故障條件。

除了以上各項(xiàng)要求，IEC 62560-2011還多了對(duì)爬電距離與電氣間隙的考核，具體參照IEC 61347-1的要求。這對(duì)驅(qū)動(dòng)電路板提出嚴(yán)格要求，要考慮的因素更復(fù)雜了，包括帶電部件之間距離、帶電部件與可觸及部件的距離、電路板上變壓器初次級(jí)的距離等都要符合IEC 61347-1的要求。而相對(duì)于IEC標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)標(biāo)則沒這方面要求，但國(guó)標(biāo)則在耐壓要求方面更高，以此來(lái)控制安全距離要求。

通過(guò)對(duì)以上IEC 62560-2011、GB 24906-2010標(biāo)準(zhǔn)的分析，普通照明用自鎮(zhèn)流LED燈除了要滿足一般使用的要求外，還應(yīng)滿足安全的要求，這就使得普通照明用自鎮(zhèn)流LED燈的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、使用部件材料顯得尤其重要，如絕緣部件的材料直接影響到耐熱、防火與防燃性能，也影響到耐壓絕緣電阻；而結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)影響到除標(biāo)志及耐熱、防火與防燃外的其他要求。值得注意的是當(dāng)一個(gè)普通照明用自鎮(zhèn)流LED燈的耐壓試驗(yàn)或絕緣電阻不合格時(shí)，則可能導(dǎo)致的是其防觸電保護(hù)試驗(yàn)、機(jī)械強(qiáng)度及故障狀態(tài)等項(xiàng)目不合格，因?yàn)榉烙|電保護(hù)試驗(yàn)中驗(yàn)證燈的外部金屬部件是否帶電或容易帶電需通過(guò)耐壓試驗(yàn)和絕緣電阻試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證；而機(jī)械強(qiáng)度試驗(yàn)、故障狀態(tài)試驗(yàn)后也要求進(jìn)行耐壓試驗(yàn)和絕緣電阻來(lái)驗(yàn)證該試驗(yàn)過(guò)后，燈的耐壓試驗(yàn)和絕緣電阻這兩項(xiàng)重要安全要求指標(biāo)是否受到影響。所以說(shuō)燈的設(shè)計(jì)者在開始設(shè)計(jì)燈的結(jié)構(gòu)時(shí)就要把這些要求綜合考慮進(jìn)去，設(shè)計(jì)燈的結(jié)構(gòu)之前要先把IEC 62560-2011、GB 24906-2010標(biāo)準(zhǔn)理解透徹；而對(duì)于質(zhì)量監(jiān)控及測(cè)試人員則也只有對(duì)標(biāo)準(zhǔn)很熟悉及理解透徹才能更好地完成自鎮(zhèn)流LED燈產(chǎn)品的檢測(cè)及質(zhì)量評(píng)判、質(zhì)量分析工作。

（工作單位：廈門市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)院 國(guó)家半導(dǎo)體發(fā)光器件(LED)應(yīng)用產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心）

IEC 62560-2011《Self-ballasted LED-lamps for general lighting services by voltage＞50 V-Safety specifications》

GB 24906-2010《普通照明用50V以上自鎮(zhèn)流LED燈安全要求》