LED日光燈常見安規問題詳解
2015-09-22 15:32:39 admin
LED日光燈常見安規問題詳解 案件概況：
目前，LED應用于日常照明越來越普及，從戶外照明到室內照明，都能看到LED照明產品的足跡。隨著LED成本的下降，LED照明產品也不再局限于道路照明燈具，市場上開始更多的出現LED自鎮流燈、LED日光燈等符合大眾購買能力的LED產品，這類產品的設計參考自鎮流熒光燈、雙端熒光燈的結構，可方便直接安裝在傳統家居燈具上，不會給民眾增添額外的燈具購買成本。由于LED產品推陳出新的速度比較快，很多LED產品到現在都沒有相應的安全標準可循，使用傳統照明光源的安全標準去考核已然不全面，也不適合，這就會導致許多LED產品在安全設計上存在不合格的問題，影響LED產品的安全質量。 目前常見的LED日光燈，外型尺寸上基本參照T8、T10的日光燈進行設計，不同的地方主要在于光源使用材料不同，LED日光燈有內置電源(也不排除有些設計成電源外置)而傳統雙端熒光燈靠外置鎮流器激發。從電氣角度看，LED日光燈既是光源，又極似燈具，它既要符合雙端熒光燈安全標準GB 18774-2002中對燈頭部分尺寸和耐熱、耐火的要求，也需要滿足燈具標準GB7000.1-2007標準和GB19510.1-2009標準中對整燈以及內置LED驅動電源關于結構、內部線、爬電距離和電氣間隙、絕緣和電氣強度、耐熱、耐火等方面的要求。 本文將結合GB18774-2002與GB7000.1-2007兩個標準的內容，從結構、內部接線、防觸電保護、絕緣電阻和電氣強度、爬電距離和電氣間隙、耐熱和耐火這幾個方面分析LED日光燈可能存在的安全問題。 一、結構方面 LED日光燈容易出現問題的是燈頭、螺釘、基本絕緣與可觸及金屬件的接觸這三個地方。燈頭需要符合GB18774-2002規定的扭矩試驗和GB2799-2001規定的尺寸要求。其中，GB18774-2002規定的扭矩試驗要求高溫試驗前后都須符合該標準2.3.1條款的規定，即扭矩試驗施加時，燈頭各部件之間的轉動不超過6°。燈頭施加的高溫條件為(125±5)℃，加熱時間為(2000±50)h。如果使用G13燈頭，并且燈功率大于40W時，高溫條件為：(140±5)℃。高溫條件和持續時間對于燈頭使用塑料材料的LED日光燈的考核比較嚴酷，使用耐熱性不大好的塑料燈頭，在施加這么長時間的高溫條件后，很可能塑料件就已經軟化。若使用金屬燈頭，相對而言，較容易滿足這個試驗條件，但也需考慮到金屬燈頭與LED日光燈燈體之間的連接牢靠程度以及爬電距離和電氣間隙等。 LED日光燈燈頭處螺釘主要起著燈頭與燈體之間的連接與固定作用。目前，常見的LED日光燈燈頭處的螺釘直徑是小于3mm的，而根據GB 7000.1的規定，這類螺釘需要旋入金屬。目前常見的做法是，LED日光燈使用鋁外殼，而這個螺釘直接旋入金屬外殼，這樣也可以滿足要求。但由此產生的一個常見問題是，螺釘在旋入金屬外殼后，螺釘與燈頭帶電金屬件之間靠的太近，容易導致爬電距離和電氣間隙不合格。 LED日光燈內部接線主要用于連接燈頭插銷與內置電源的輸入和輸出，內置電源與鋁外殼之間通過套管隔離開。根據GB7000.1的規定，內部帶電部件與可觸及金屬件之間的絕緣須滿足雙重絕緣或者加強絕緣。這就要求套管的絕緣需要滿足加強絕緣級的抗電強度要求。 二、內部接線 根據GB7000.1標準的要求，LED日光燈使用的內部接線需要考核的地方主要是線徑和絕緣厚度，機械損傷，絕緣層受熱溫度，以及絕緣是否符合要求四個方面。一般而言，內部線在機械損傷的防護方面不會有問題，主要問題會出在其他三個方面。按照GB7000.1標準的要求，正常電流低于2A(一般LED日光燈的工作電流不會超過2A)時，內部導線的標稱截面積不小于0.4mm2，絕緣層厚度不小于0.5mm。并且，從絕緣角度講，由于鋁殼屬于可觸及金屬部件，內部基本絕緣不能與鋁殼直接接觸，這就要求內部導線需為雙重絕緣線，除非有相關證書能證明導線的絕緣層能符合加強絕緣要求，這時內部線使用單層絕緣線也是可以的。但目前市場上LED日光燈使用的內部線很少同時考慮到截面積、絕緣層厚度和絕緣線等級的要求。 另外，內部導線在走線的時候，還需要注意避免導線與內部電源發熱較大的部件直接接觸，例如變壓器、濾波電感、橋堆、散熱片等，因為這些部件在LED日光燈工作時，溫度很有可能會超過內部導線絕緣材料的耐熱溫度值。內部導線走線時不接觸發熱較大的部件，能避免產生絕緣層局部過熱導致的絕緣層破損，產生漏電或者短路等安全問題。
內部線使用單層絕緣線，并且線與可觸及金屬鋁外殼直接接觸 圖2 內部線在布線時，與發熱量大的變壓器、電感等接觸 三、防觸電保護 LED日光燈在防觸電保護方面，可能會出現不合格的情況一般有兩種，一是燈頭與燈體之間未可靠連接導致人手可直接拆下燈頭，從而導致試驗能直接觸及內部帶電部件;二是內部絕緣未做好，導致外殼漏電。 四、絕緣電阻和電氣強度 從電氣的分類看，LED日光燈屬于II類防電擊類型，這就要求LED日光燈的輸入到可觸及件之間，以及輸入到安裝表面之間需要滿足加強絕緣級的絕緣電阻和抗電強度要求。目前很多LED日光燈在進行絕緣電阻試驗時能通過，但抗電強度試驗通不過，主要是內置電源的變壓器選擇以及LED模塊鋁基板的安裝位置所導致。很多企業出于節約成本或者電源效率高的目的，選擇使用非隔離變壓器，這就會導致內置電源的輸入和輸出端之間不能滿足加強絕緣級的抗電強度要求。同時，由于在安裝時，LED模塊的鋁基板與金屬外殼直接接觸，這就導致輸入端到可觸及件之間的絕緣等級不能滿足加強絕緣級的抗電強度要求。 要滿足加強絕緣級的抗電強度要求，可以選擇使用隔離變壓器將內置電源的輸入與輸出進行電氣隔離，或者不使用金屬外殼，改用絕緣材料的外殼。但如果使用絕緣材料外殼的話，還需考慮前文所述的直徑小于3mm的螺釘需旋入金屬的問題。 五、爬電距離和電氣間隙 LED日光燈在設計時，除了需要考慮燈頭帶電部件到可觸及件以及不同極性帶電部件之間的爬電距離和電氣間隙外，由于電源內置，所以內部驅動電源還需滿足GB19510.14-2009標準中規定的爬電距離和電氣間隙的要求。 六、耐熱和耐火
對于耐熱和耐火試驗，GB18774-2002和GB7000.1-2007中的規定有一定差異，差異主要集中在LED日光燈使用的絕緣材料燈頭上。燈頭部位的絕緣材料屬于防觸電絕緣部件，也同時屬于固定帶電部件的絕緣材料。 GB18774-2002標準耐熱方面的要求是，燈頭施加高溫條件為(125±5)℃，加熱時間為168h。如果使用G13燈頭，并且燈功率大于40W時，高溫條件為：(140±5)℃。試驗結束后，不能出現燈頭插腳松動、發生破裂、鼓脹和皺縮，并且燈頭插腳與可觸及件之間的絕緣電阻不小于2MΩ，能承受抗電強度1500V(交流有效值)1分鐘。耐火方面，要求能經受650℃灼熱絲試驗。 GB7000.1-2007標準對燈頭絕緣材料耐熱方面的要求是通過球壓試驗來考核的，球壓試驗溫度為該絕緣部件的最高工作溫度高25℃或者125℃，二者取最大值。試驗時間為1h，通過壓痕直徑是否大于2mm來判定是否合格。耐火方面，由于燈頭絕緣件既屬于防觸電絕緣件，有屬于固定帶電部件的絕緣件，所以需要同時進行650℃灼熱絲和針焰試驗。 兩個標準考核方式各有其嚴酷的地方，目前也沒有標準出臺規定是按照哪種要求來對LED燈頭絕緣件考核。但歸根結底，還是要求廠家在選擇LED日光燈燈頭絕緣件時，要著重考核該絕緣材料的耐熱和耐火性能。 從產品結構看，LED日光燈結合了雙端熒光燈和燈具的特征，在對LED日光燈進行電氣安全考核時，需要綜合雙端熒光燈的安全標準，燈具的安全標準以及LED驅動電源的安全標準，才能對產品進行更全面、細化的電氣安全評估
目前，LED應用于日常照明越來越普及，從戶外照明到室內照明，都能看到LED照明產品的足跡。隨著LED成本的下降，LED照明產品也不再局限于道路照明燈具，市場上開始更多的出現LED自鎮流燈、LED日光燈等符合大眾購買能力的LED產品，這類產品的設計參考自鎮流熒光燈、雙端熒光燈的結構，可方便直接安裝在傳統家居燈具上，不會給民眾增添額外的燈具購買成本。由于LED產品推陳出新的速度比較快，很多LED產品到現在都沒有相應的安全標準可循，使用傳統照明光源的安全標準去考核已然不全面，也不適合，這就會導致許多LED產品在安全設計上存在不合格的問題，影響LED產品的安全質量。 目前常見的LED日光燈，外型尺寸上基本參照T8、T10的日光燈進行設計，不同的地方主要在于光源使用材料不同，LED日光燈有內置電源(也不排除有些設計成電源外置)而傳統雙端熒光燈靠外置鎮流器激發。從電氣角度看，LED日光燈既是光源，又極似燈具，它既要符合雙端熒光燈安全標準GB 18774-2002中對燈頭部分尺寸和耐熱、耐火的要求，也需要滿足燈具標準GB7000.1-2007標準和GB19510.1-2009標準中對整燈以及內置LED驅動電源關于結構、內部線、爬電距離和電氣間隙、絕緣和電氣強度、耐熱、耐火等方面的要求。 本文將結合GB18774-2002與GB7000.1-2007兩個標準的內容，從結構、內部接線、防觸電保護、絕緣電阻和電氣強度、爬電距離和電氣間隙、耐熱和耐火這幾個方面分析LED日光燈可能存在的安全問題。 一、結構方面 LED日光燈容易出現問題的是燈頭、螺釘、基本絕緣與可觸及金屬件的接觸這三個地方。燈頭需要符合GB18774-2002規定的扭矩試驗和GB2799-2001規定的尺寸要求。其中，GB18774-2002規定的扭矩試驗要求高溫試驗前后都須符合該標準2.3.1條款的規定，即扭矩試驗施加時，燈頭各部件之間的轉動不超過6°。燈頭施加的高溫條件為(125±5)℃，加熱時間為(2000±50)h。如果使用G13燈頭，并且燈功率大于40W時，高溫條件為：(140±5)℃。高溫條件和持續時間對于燈頭使用塑料材料的LED日光燈的考核比較嚴酷，使用耐熱性不大好的塑料燈頭，在施加這么長時間的高溫條件后，很可能塑料件就已經軟化。若使用金屬燈頭，相對而言，較容易滿足這個試驗條件，但也需考慮到金屬燈頭與LED日光燈燈體之間的連接牢靠程度以及爬電距離和電氣間隙等。 LED日光燈燈頭處螺釘主要起著燈頭與燈體之間的連接與固定作用。目前，常見的LED日光燈燈頭處的螺釘直徑是小于3mm的，而根據GB 7000.1的規定，這類螺釘需要旋入金屬。目前常見的做法是，LED日光燈使用鋁外殼，而這個螺釘直接旋入金屬外殼，這樣也可以滿足要求。但由此產生的一個常見問題是，螺釘在旋入金屬外殼后，螺釘與燈頭帶電金屬件之間靠的太近，容易導致爬電距離和電氣間隙不合格。 LED日光燈內部接線主要用于連接燈頭插銷與內置電源的輸入和輸出，內置電源與鋁外殼之間通過套管隔離開。根據GB7000.1的規定，內部帶電部件與可觸及金屬件之間的絕緣須滿足雙重絕緣或者加強絕緣。這就要求套管的絕緣需要滿足加強絕緣級的抗電強度要求。 二、內部接線 根據GB7000.1標準的要求，LED日光燈使用的內部接線需要考核的地方主要是線徑和絕緣厚度，機械損傷，絕緣層受熱溫度，以及絕緣是否符合要求四個方面。一般而言，內部線在機械損傷的防護方面不會有問題，主要問題會出在其他三個方面。按照GB7000.1標準的要求，正常電流低于2A(一般LED日光燈的工作電流不會超過2A)時，內部導線的標稱截面積不小于0.4mm2，絕緣層厚度不小于0.5mm。并且，從絕緣角度講，由于鋁殼屬于可觸及金屬部件，內部基本絕緣不能與鋁殼直接接觸，這就要求內部導線需為雙重絕緣線，除非有相關證書能證明導線的絕緣層能符合加強絕緣要求，這時內部線使用單層絕緣線也是可以的。但目前市場上LED日光燈使用的內部線很少同時考慮到截面積、絕緣層厚度和絕緣線等級的要求。 另外，內部導線在走線的時候，還需要注意避免導線與內部電源發熱較大的部件直接接觸，例如變壓器、濾波電感、橋堆、散熱片等，因為這些部件在LED日光燈工作時，溫度很有可能會超過內部導線絕緣材料的耐熱溫度值。內部導線走線時不接觸發熱較大的部件，能避免產生絕緣層局部過熱導致的絕緣層破損，產生漏電或者短路等安全問題。
內部線使用單層絕緣線，并且線與可觸及金屬鋁外殼直接接觸 圖2 內部線在布線時，與發熱量大的變壓器、電感等接觸 三、防觸電保護 LED日光燈在防觸電保護方面，可能會出現不合格的情況一般有兩種，一是燈頭與燈體之間未可靠連接導致人手可直接拆下燈頭，從而導致試驗能直接觸及內部帶電部件;二是內部絕緣未做好，導致外殼漏電。 四、絕緣電阻和電氣強度 從電氣的分類看，LED日光燈屬于II類防電擊類型，這就要求LED日光燈的輸入到可觸及件之間，以及輸入到安裝表面之間需要滿足加強絕緣級的絕緣電阻和抗電強度要求。目前很多LED日光燈在進行絕緣電阻試驗時能通過，但抗電強度試驗通不過，主要是內置電源的變壓器選擇以及LED模塊鋁基板的安裝位置所導致。很多企業出于節約成本或者電源效率高的目的，選擇使用非隔離變壓器，這就會導致內置電源的輸入和輸出端之間不能滿足加強絕緣級的抗電強度要求。同時，由于在安裝時，LED模塊的鋁基板與金屬外殼直接接觸，這就導致輸入端到可觸及件之間的絕緣等級不能滿足加強絕緣級的抗電強度要求。 要滿足加強絕緣級的抗電強度要求，可以選擇使用隔離變壓器將內置電源的輸入與輸出進行電氣隔離，或者不使用金屬外殼，改用絕緣材料的外殼。但如果使用絕緣材料外殼的話，還需考慮前文所述的直徑小于3mm的螺釘需旋入金屬的問題。 五、爬電距離和電氣間隙 LED日光燈在設計時，除了需要考慮燈頭帶電部件到可觸及件以及不同極性帶電部件之間的爬電距離和電氣間隙外，由于電源內置，所以內部驅動電源還需滿足GB19510.14-2009標準中規定的爬電距離和電氣間隙的要求。 六、耐熱和耐火
對于耐熱和耐火試驗，GB18774-2002和GB7000.1-2007中的規定有一定差異，差異主要集中在LED日光燈使用的絕緣材料燈頭上。燈頭部位的絕緣材料屬于防觸電絕緣部件，也同時屬于固定帶電部件的絕緣材料。 GB18774-2002標準耐熱方面的要求是，燈頭施加高溫條件為(125±5)℃，加熱時間為168h。如果使用G13燈頭，并且燈功率大于40W時，高溫條件為：(140±5)℃。試驗結束后，不能出現燈頭插腳松動、發生破裂、鼓脹和皺縮，并且燈頭插腳與可觸及件之間的絕緣電阻不小于2MΩ，能承受抗電強度1500V(交流有效值)1分鐘。耐火方面，要求能經受650℃灼熱絲試驗。 GB7000.1-2007標準對燈頭絕緣材料耐熱方面的要求是通過球壓試驗來考核的，球壓試驗溫度為該絕緣部件的最高工作溫度高25℃或者125℃，二者取最大值。試驗時間為1h，通過壓痕直徑是否大于2mm來判定是否合格。耐火方面，由于燈頭絕緣件既屬于防觸電絕緣件，有屬于固定帶電部件的絕緣件，所以需要同時進行650℃灼熱絲和針焰試驗。 兩個標準考核方式各有其嚴酷的地方，目前也沒有標準出臺規定是按照哪種要求來對LED燈頭絕緣件考核。但歸根結底，還是要求廠家在選擇LED日光燈燈頭絕緣件時，要著重考核該絕緣材料的耐熱和耐火性能。 從產品結構看，LED日光燈結合了雙端熒光燈和燈具的特征，在對LED日光燈進行電氣安全考核時，需要綜合雙端熒光燈的安全標準，燈具的安全標準以及LED驅動電源的安全標準，才能對產品進行更全面、細化的電氣安全評估
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