浅析普通照明用自镇流LED灯的安全要求

陈立峰

浅析普通照明用自镇流LED灯的安全要求

陈立峰

普通照明用自镇流LED灯，俗称LED球泡灯，其外形跟传统的白炽灯差不多，但其原理、内部结构跟传统的白炽灯很不一样，LED球泡灯是通过点亮LED灯珠来达到照明目的的。一个完整功能的LED球泡灯包括以下几个部分：灯头、灯头绝缘支撑架和外壳、散热器、驱动电源、LED灯珠及透光罩。LED球泡灯以其节能、环保、使用寿命长、无频闪及绿色等优点，在生活中得到越来越广泛应用。

如何保证日常使用的LED球泡灯产品的安全性呢？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以上自镇流LED灯的安全要求》都对LED球泡灯的安全提出了要求。

标准中自镇流LED灯的定义是所有灯头符合IEC60060-1的 （如：B15d、B22d、E14、E17、E27、GU10、GZ10、GX53等灯头），内含LED光源和为保持其稳定燃点所相应的元件并使之为一体的灯，并且这种灯在不损坏其结构时是不可拆卸的。IEC 62560-2011、GB 24906-2010指出标准所适用的自镇流LED灯是在家庭和类似场合作为普通照明用、把稳定燃点部件集成为一体的LED灯：①额定功率60W以下；②额定电压大于50V并不超过250V；③灯头符合标准IEC60060－1中的要求。

要达到安全要求，首先就必须在安装、更换等使用过程对用户不会带来危害，其次是必须对周围环境没有危害，所以标准在开头的一般要求和一般试验要求章节中就设计者的设计灯的结构提出了原则要求：除了确保灯的正常使用功能，还要保证对用户和周围环境不带来危害，并且灯的各个部件均是工厂封装的，不可擅自拆卸或维修的。下面具体讨论IEC 62560-2011和GB 24906-2010对自镇流LED灯的安全要求并比较两个标准要求之间的差异、测试人员如何依照标准检验产品质量并对产品常见可能出现不符合标准质量要求的原因进行分析，提出相应的解决方案或措施。

灯的标志要求

灯上必须有的标志是来源标记、额定电压或电压范围、额定功率及额频率，除此外制造商还应在灯上，包装或说明书上提供以下信息：燃点位置限制示意图（如适用的话）；灯使用时应遵循的特定条件和限制，如灯用于调光电路中或不可调光电路中，目前用的比较多的是不可调光电路；对于眼睛的保护等。对于灯上的标志还需用标志试验方法进行试验，且试验之后，标志仍应清晰。对于此条款要求产品生产者可能出现的不合格地方主要是缺失部分标识和标志的模糊或不耐久。

灯头的互换性要求

标准对各种灯头的尺寸有严格要求，灯应该采用符合 IEC 60061-1规定的灯头及用符合IEC60061-3的量规来验证其合格性。如较为常用的E27、E14灯头有通规、止规、S1规及接触性规来验证灯头相应尺寸是否符合要求。下面就E27灯头量规的测试使用方法用以下图例做个简单介绍。

7006-27B灯头通规：将灯头尽可能旋入量规，灯头的中心触点应该平齐或突出量规的X面。见图1。

图1 7006-27B灯头通规

7006-28A灯头止规：把量规放在灯头螺纹上，灯头向上，依靠量规自重，灯头的中心触点不应突出X面。见图2。

图2 7006-28A灯头止规

7006-27C灯头的S1通规：将灯头尽可能推入量规，量规活动塞的W面应平齐或突出X面，但不能突出Y面。见图3。

图3 7006-27C灯头的S1通规

7006-50灯头接触性规：把灯泡推入量规，量规活动塞的W面应到达或突出V面，见图4。

图4 7006-50灯头接触性规

灯在使用过程中应该考虑到灯的重量对灯座产生的力，即灯的弯矩，标准对各种灯头的灯弯矩有具体的数值要求见标准的表1，基于对IEC 62560的理解，弯矩的最大值应是灯旋进灯座后呈水平位置状态，此时的弯矩值应是灯的自重与灯正常旋进灯座后的长度乘积。IEC 62560还增加了灯应能承受的轴向拉力（见IEC 61199的A.2.1）和部分灯头灯的重量限值，而国标则无这两方面要求。灯头的互换性不合格的主要原因是生产过程中未采用标准灯头，或生产、存储、运输中灯头受机械作用而变形；而常见的LED球泡灯弯矩基本上是没问题，除非灯质量很大，长度很长。

意外接触带电部件的防护要求

IEC 62560-2011、GB 24906-2010在防触电保护这方面要求是一致的。用模拟人指头的标准试验指检验当灯装在符合IEC灯座数据活页的灯座中，不能触及灯头或灯体内的金属部件，基本绝缘的外部金属部件和带电金属部件，必要时施加10N的力。用符合IEC 60061-3的7006-51A防触电规来检验E 27灯头、7006-55防触电规来检验E14灯头的防意外接触的要求，如E27灯头防触电规见图5。

图5 E27防触电规

7006-51A灯头防触电规：将灯泡尽可能推入量规，量规活动塞的W不能突出V面。

该条款还有一条要求：除了灯头上的载流金属部件以外，灯头外部的金属部件都不应带电或易带电。合格与否则采用后面要讲的绝缘电阻和介电强度试验来验证。对于该项目出现不合格的主要原因是未采用标准灯头及结构设计不合理使得人容易碰到的部位没有达到加强绝缘要求。

潮湿处理后的绝缘电阻和介电强度要求

灯在进行该项目试验时应先进行预处理，应将灯泡放置在湿度为91%～95%的潮湿箱 （箱内气温为20℃～30℃，温差在1℃内）中48h取出后在灯头的载流金属件与灯的易触及部件（易触及的绝缘件包一层金属箔）之间测试的绝缘电阻应不小于4MΩ。绝缘电阻测试后，应立即进行介电强度测试，在上述的相同部位施加相应的电压1min，不允许出现闪络（飞弧）或击穿现象。金属箔和载流部件之间的距离在研究中，标准中没有对该距离明确规定。GB 24906-2010的对试验电压值的规定是，所有HV型灯头 （电源电压220-250Vr.m.s）：4000V，所有BV型灯头 （电源电压100-120Vr.m.s）：2U+ 1000(U为额定电压)；而IEC 62560-2011的试验电压值则依照灯具标准IEC 60598-1,表 10.2的II类灯具要求值，为4U+2000。介电强度在这点上国标比IEC标准要求更严。

机械强度要求

考虑在使用过程中不可避免地会旋动灯头，所以灯的设计结构应使得灯头与灯体或灯上用来旋进或旋出的部位牢固的连接。可以使用灯头扭矩仪来验证，E27灯头扭矩值要求为3Nm，E14灯头为1.15Nm，试验过程应缓慢施加扭矩值至规定值，试验后灯头不能脱落，移动。对于不采用粘结方式固定的灯头，可以允许在灯头和灯体之间有相对移动，但角度不应超过10°。在试验前应在灯头和灯体对应部位做位置标记以验证有否灯头和灯体相对移动。注意此处标准要求在扭矩试验后，样品还应符合绝缘电阻和介电强度的要求。

机械强度的不合格原因主要是灯头的金属部件和灯体绝缘件不能牢固地铆合或粘接，导致灯在使用过程中由于需要旋进旋出灯头致使灯头脱落而存在潜在的危险。

灯头温升要求

试验电压为额定电压或电压范围最高值（根据灯上的标识值），采用标准灯头（见GB/T 24392），将灯点燃至温度稳定，其灯头温升应不超过120K。

耐热、防火与防燃要求

固定带电部件的绝缘部件以及提供防触电保护的绝缘材料的外部部件，必须有充分的耐热性，应能承受650℃灼热丝试验。耐热即球压试验，固定带电部件的绝缘部件的试验温度为按温升试验有关部件正常工作温度高 25℃±5℃，但至少125℃；其他部件则为80℃。防火与防燃试验按GB/T 5169.10-2006～GB/T 5169.13-2006要求试验，试验温度650℃。30s后试样从灼热丝顶部移开，试样上的任何燃烧火焰应在30s内熄灭，并且任何燃烧着的下落物质不应点燃水平放置在试样下面距离为200mm±5mm的薄纸。陶瓷材质的部件不进行耐热、防火与防燃试验。常见中一般是连接灯头载流体的绝缘部件需做耐热耐燃试验，此部分为固定带电部件，在此部件温升一般不会超过100K，所以球压试验温度一般为125℃，连接灯头的绝缘件一般也提供防触电功能。而对于灯的透光罩，一般不是用于固定带电部件，但有些情况下会提供防触电保护功能，这种情况下就需进行耐热80℃及耐燃试验，这就要具体分析该部件是否提供防触电保护功能了。

该实验项目用来验证产品所采用绝缘材料是否符合要求，如不符合要求则需考虑更换绝缘材料。

故障状态要求

此项试验旨在模拟灯在特定使用中可能出现的故障状态，要求即使灯在可能出现的故障状态下工作也不降低其安全性能。对于调光灯，试验以灯的最大电压为试验电压，调节至制造商所标识的最恶劣的条件或将功率升至额定功率的1.5倍，持续至灯热稳定后，灯应能承受此极端电气条件至少15min。如果灯含有自动保护装置或限制功率的电路，则应在该限制功率条件下点亮15min。试验后灯应不给周围和用户带来危害，灯不应发生着火或产生可燃气体或烟雾的现象，且带电部件不应变成可触及的。根据前面提到的防触电要求检验易触及的部件是否变为带电体，故障试验后还应满足绝缘电阻要求。对于不可调光灯，应尽在制造商所标识的最恶劣的条件下尽可能按以上调光灯的要求试验。

该试验项目如果出现不合格结果，则需对驱动电路、产品结构进行重新设计。

IEC 62560-2011的故障状态要求还增加了电容器之间的短路试验和元器件的短路或断路故障试验，根据电路原理图分析评估某故障可能会引起安全失效，这就需要进行该故障试验。需注意的是每次故障试验只引入一个元器件故障条件。

除了以上各项要求，IEC 62560-2011还多了对爬电距离与电气间隙的考核，具体参照IEC 61347-1的要求。这对驱动电路板提出严格要求，要考虑的因素更复杂了，包括带电部件之间距离、带电部件与可触及部件的距离、电路板上变压器初次级的距离等都要符合IEC 61347-1的要求。而相对于IEC标准，国标则没这方面要求，但国标则在耐压要求方面更高，以此来控制安全距离要求。

通过对以上IEC 62560-2011、GB 24906-2010标准的分析，普通照明用自镇流LED灯除了要满足一般使用的要求外，还应满足安全的要求，这就使得普通照明用自镇流LED灯的结构设计、使用部件材料显得尤其重要，如绝缘部件的材料直接影响到耐热、防火与防燃性能，也影响到耐压绝缘电阻；而结构设计影响到除标志及耐热、防火与防燃外的其他要求。值得注意的是当一个普通照明用自镇流LED灯的耐压试验或绝缘电阻不合格时，则可能导致的是其防触电保护试验、机械强度及故障状态等项目不合格，因为防触电保护试验中验证灯的外部金属部件是否带电或容易带电需通过耐压试验和绝缘电阻试验来验证；而机械强度试验、故障状态试验后也要求进行耐压试验和绝缘电阻来验证该试验过后，灯的耐压试验和绝缘电阻这两项重要安全要求指标是否受到影响。所以说灯的设计者在开始设计灯的结构时就要把这些要求综合考虑进去，设计灯的结构之前要先把IEC 62560-2011、GB 24906-2010标准理解透彻；而对于质量监控及测试人员则也只有对标准很熟悉及理解透彻才能更好地完成自镇流LED灯产品的检测及质量评判、质量分析工作。

（工作单位：厦门市产品质量监督检验院 国家半导体发光器件(LED)应用产品质量监督检验中心）

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以上自镇流LED灯安全要求》