IEC和UL安全标准对于LED灯具的新规定

程　晔

(依古姿妮照明(中国)有限公司，上海市　201401)



IEC和UL安全标准对于LED灯具的新规定

程晔

(依古姿妮照明(中国)有限公司，上海市201401)

摘要：LED灯具技术的飞速发展导致了产品与现有标准起了冲突。产品本身结构无法符合现有标准，而标准对新的技术不能很好地规范。本文立足于与人身安全相关的灯具安全标准，分析和比较世界两大标准体系IEC和UL，简述了其标准IEC60598和UL8750对于LED灯具的新规定。

关键词：LED灯具；安全标准；IEC60598；UL8750；Class 2

LED新技术正推动和改变整个照明行业。LED光源相较于其他传统光源的明显优势正加速整个市场的升级换代，LED新技术的推陈出新为这个变革中的行业推波助澜。从路灯、室内灯具到装饰灯具，LED灯具已经渗透到我们的日常生活中。这是照明行业最好的时代，是我们从业者的福音。当然，当我们的生活正被越来越多五花八门的LED灯具改变着的时候，我们也发现LED灯具本身与相关标准有了冲突。新的结构与原来的标准有了矛盾怎么解决，新的技术使用是否会有安全隐患，原有的标准还能否全面地规范LED灯具的安全性？对于消费者而言，他们也关心这样的产品到底使用安全不安全、孩子使用是否安全这样切身利益的问题，毕竟LED灯具还属于发展中的非完全成熟产品。LED灯具标准涉及电气安全、光生物安全、电磁兼容、寿命要求、光色要求等。而其中最为基础的与人身安全休戚相关的安全标准往往都是各国的强制性标准。所有的问题都把矛盾焦点集中在了灯具安全标准上。这迫切的标准更新也变成了行业从业者的当务之急和首要任务。

1IEC及UL标准体系

众所周知，欧洲和北美是LED照明技术相对比较成熟的两大市场。它们对于LED灯具产品安全的相关研究比较系统和领先，并且都把标准和检测放到极其重要的地位，以规范市场和加快LED灯具的推广和应用。这也催生出了当今最主要的两种灯具安全标准体系，即国际电工委员会IEC标准及美国保险商实验室UL标准。IEC的宗旨促进电工标准的国际统一，其标准以推荐的形式供各国使用，并得到IEC各国家委员会的认可。我国标准就是参考了IEC标准来建立相关GB安全标准的。欧盟低电压指令(LVD)在认证中规定所采用的协调标准EN其所引用的文件也是IEC标准。UL标准是美国保险商试验室公司的标准，自成一体，是个区域性标准体系，美国和加拿大等北美地区使用。由于标准的差异性加上欧美市场是我国最大的灯具出口市场，对于企业实时掌握这些标准也是保证产品质量和销售的必要条件，特别是发展中的LED灯具安全标准。

2IEC灯具安全标准

2.1　IEC灯具安全标准简介

IEC成立于1906年，是世界上成立最早的国际性电工标准化机构。LED照明产品的相关标准由3个技术委员会制定，即TC34灯和相关设备、TC76光辐射安全和激光设备以及CISPR国际无线电干扰特别委员会(图1)。其中灯具安全标准就归口为TC34下属的SC34D分技术委员会。

图1　LED照明产品IEC标准体系Fig.1　IEC standard system of LED lighting products

IEC60598系列标准构成了IEC灯具安全标准。其分为第一部分的一般要求与试验以及第二部分的特殊要求部分。其中第二部分一共有25个部分，涉及到23类产品标准，如下：

第2-1部分 固定式通用灯具；第2-2部分 嵌入式灯具；第2-3部分 道路和街路照明灯具；第2-4部分 可移式通用灯具；第2-5部分 投光灯具；第2-6部分 内装变压器的钨丝灯灯具；第2-7部分 庭院用可移式灯具；第2-8部分 手提灯；第2-9部分 照相和电影灯具(非专业用)；第2-10部分 儿童用可移式灯具；第2-11部分 水族缸灯具；第2-12部分 电源插座安装的夜灯；第2-13部分 地面嵌入式；第2-14部分 使用冷阴极管形放电灯(霓虹灯)和类似设备的灯具；第2-15部分 目前没使用；第2-16部分 目前没使用；第2-17部分 舞台照明、电视及摄影场所(室内外)用灯具；第2-18部分 游泳池和类似场所用灯具；第2-19部分 通风式灯具；第2-20部分 灯串；第2-21部分 密封灯串；第2-22部分 应急照明用灯具；第2-23部分 钨丝灯特低电压照明系统；第2-24部分 限制表面温度的灯具；第2-25部分 医院和康复大楼诊所用灯具。

第一部分的目的是提供一套适用于多数类型灯具的要求与试验，并被IEC60598系列标准特殊要求部分的具体要求引用。特殊要求部分引用第一部分某章的要求时，规定了该章的适用程度、试验顺序以及一些必要的附加要求。

2.2　IEC对于LED灯具安全标准新规定

一个完整的LED灯具产品主要有机械组件、光源组件、光学组件、热学组件、电器组件、电气连接组件等六大组件组成。每个组件都担负着组成LED灯具的重要部分。所以安全标准就起到了规范这些结构的作用。

目前第一部分最新标准是IEC60598-1：2014。相对于之前的版本，该版本主要就是针对LED灯具进行了修改，在该标准的前言中我们可以找到3点与LED有关的重要技术修改归纳。a)对进入市场的LED灯具，支撑起结构系统的要求；b)引伸出来的光生物要求；c)在不同类型电路间更具体的绝缘要求。

2.2.1结构

在新标准中，电气结构方面的更新主要涉及如下条款：

1) 细分了螺纹密封压盖试验扭矩规定(4.12.5章条)，增加了试验棒直径小于或等于7mm的相关要求；

2) 增加了对带有不可替换光源的灯具的结构要求(4.29章条)，不破坏灯具及其部件应不可能替换和/或触及带电部件；

3)对于Ⅲ类或有SELV电路的灯具(不大于25V a.c./60V d.c.)外部接线增加了无绝缘电源线规格(表5.1)；

4)对于Ⅲ类灯具或灯具中的SELV电路(不大于25V a.c./60V d.c.)，以及用其他方式从室外环境得到保护的外部接线可以使用PVC线；

5)在符合规定的条件时，外部接线导体点截面积的要求可以降低(5.2.2章条)，不再是0.75mm2而限制了实际使用；

6)给出了允许Ⅲ类灯具SELV线路中的载流部件外露的条件，并规定III类灯具仅接受与SELV源连接(8.2.3章条)；

7)对附加绝缘、双重绝缘和加强绝缘降低了电气强度的试验电压、修改了接触电流的要求(10.3章条)；

8)对应绝缘的爬电距离和电气间隙数值有部分变小。

LED控制装置需要从电源(市电或直流电源)获取能量，并转化为驱动LED正常工作所需的直流恒流。电气连接组件负责把它们联系在一起，起到桥梁作用。电气结构组件包含各种导线(内部导线、外部导线、电源线、信号线、高温线)(图2)。此外，根据LED的特点还包括各种新型的器具耦合器、接线端子、其他连接方式(如焊接)等。

看似最简单的电气结构组件却是标准更新的重要部分。由于在线路中有既有交流又有直流、有电力传输也有信号传输，这就给各绝缘配合提出了新课题。LED的连接需要更细的线径，这就需要重新考虑标准条款以适应新的要求。LED的连接还可以通过焊接，这裸露的焊点对于防触电保护也是一个需要明确的地方。

图2　LED灯具电气连接组件Fig.2　Electrical connection components for LED luminaire

电气结构相关的条款放宽了LED灯具的要求，允许使用更细线径的导线、更小的连接件以及各种电路板通过焊接或接线端子等进行相互电气连接。作为放宽条款能顺利与新的电气结构衔接，使得LED灯具能使用适应其本身要求的小型化电气组件而又不产生安全问题有了依据，直接推动LED灯具向小型化、电子化方向发展，使得制造商能更容易创新出新颖别致的LED灯具。

在新标准中，热学结构方面的更新主要涉及如下条款：

1) 增加了安装在伸手能触摸到的灯具的调节装置的要求(4.14.3 b),c)章条)

2) 增加对热感应控制器的固定要求(4.28章条)。

为了控制LED的PN结温度，我们会用到主动散热(风扇)、被动散热(铝制热沉)、NTC等多种手段，新标准对于这些热学结构产生的问题起了规范作用。

现在很多LED驱动都增加NTC(Negative Temperature Coefficient)热敏电阻对LED提供额外的热保护，温度过热时主动降低LED的工作电流。新标准规定了所有灯的控制装置外部的温度传感控制器都不应是插接式或其他易于替换型。它应可靠地保持在与控制装置有关的位置上。对于粘合剂固定的温度传感控制器还应进行100周期的温度变化试验。试验期间温度控制器的固定不应有任何影响其进一步使用的变化，特别是相对于工作温度。

随着COB技术的出现，LED的功率逐步提高，在设计空间尺寸有限制的情况下，往往热沉上的温度很高，在调节灯具时甚至有始料不及的烫手感觉并且超过标准表12.1的限值(图3)。新标准在权衡安全条件下给出了注释f条款，即对于安装说明书明确要安装在够不着的地方的可调节灯具，以及对于可设置灯具，调节手段的温度限值不适用。

图3　某灯具热模拟结果显示外壳温度接近100℃Fig.3　Thermal simulation shows body temperature is close to 100℃

否则，应符合标准关于调节装置的新规定4.14.3c)的要求，即对于打算安装咋伸臂范围内的灯具，距调节手段5cm以内的周围空间应符合表12.1列出的调节手段的温度限值，出光口除外。伸臂范围也是新增加的概念与要求。新标准中增加了关于非伸臂范围范围内安装灯具的信息要求(标准3.3.20章条)。根据1.2.82章条定义：伸臂范围arm reach是指从人通常站立或行动的表面的任一点延伸到人不借助任何手段、从任何方向能徒手达到最大范围。GB16895.21含有代表可触及区域图样(图4)。通常来讲，从人可能出于对位置起，离地板2.5m的高度，以及所有水平方向1.25m的宽度。

图4　GB 16895.21中伸臂范围示意图Fig.4　Arms reach in GB 16895.21

2.2.2光生物安全

与传统光源使用反射器配光不同，LED光源通常采用透镜、反射杯等二次光学设计。新的光学设计使得LED控光更精准，使得更多超窄光束角产品出现。多芯片集成及二次光学设计技术发展，令LED芯片功率及外量子效率日益提高，紫外和蓝光波段的短波LED芯片被广泛应用，技术与市场占有率的提高均使得LED的危害性更加显著。与传统光源比较，人们第一直观感觉就是LED特别刺眼，随着研究的不断深入科学家发现了这种光对于人类的潜在危害，特别是LED光源对视网膜的危害(图5)。这提示我们要清醒地看到LED照明对人体生物安全方面的风险。在光辐射波段中，紫外线及蓝光波段对人体的危害尤为明显。有别于日光，LED的光谱中有不同比例的紫外及蓝光谱段，其中可见光蓝光部分会对视网膜色素层产生损伤，过强的短波蓝光容易引起视网膜上感光细胞的光化学损伤和色素上皮功能的退化，过强的辐射还会引起视网膜的热损伤。鉴于以上问题，新版标准中增加了视网膜蓝光危害的评估要求(4.29章条)。

图5　视网膜蓝光危害Fig.5　Blue light hazard in retina

目前IEC标准体系中涉及照明产品光生物危害的基础标准是IEC 62471系列标准，由于LED照明产品涉及LED芯片、LED封装、LED模组和LED灯具等产品链，如果在各个产品阶段都对LED照明产品进行视网膜蓝光危害评价将带来很多重复性的工作，就此，IEC/TC34出版了技术报告IEC/TR 62778，其目的是应用IEC 62471对LED光源和灯具的蓝光危害进行评价。正在制定过程中的LED光源类产品和LED灯具产品安全的IEC标准中，都引用了IEC 62778的评价方法，对LED产品的标记、结构提出安全要求。

2.2.3不同类型电路间的绝缘要求

由于LED丰富的色彩以及适宜调光的特性，越来越多的LED灯具都使用了带有调光功能的驱动。调光线路根据调光协议不同有0~10V、DALI、DMX，而这些调光电路也与电源线路即LV电路绝缘有区别。新标准中增加了电路间绝缘的要求(4.31章条)。

3UL对于LED灯具安全标准新规定

3.1　UL灯具安全标准简介

UL主要从事产品的安全认证和经营安全证明业务，其最终目的是为市场得到具有相当安全水准的商品，为人身健康和财产安全得到保证作出贡献。

美国制定LED标准主要有三个标准化组织，分别是美国国家标准所(ANSI)、北美照明学会(IES)以及美国保险商试验室(UL)。美国国家标准所主要负责固态照明产品的色度规定。北美照明学会主要负责半导体照明的电气和光度测量以及光衰测量的标准工作。而LED成品的安全规范如灯具安全标准则由UL负责(图6)。

图6　美国LED照明产品标准体系Fig.6　United states standard system of LED lighting products

UL灯具安全标准与IEC不同的是其没有通用标准，而是根据产品类别分别给予标准。每个UL标准的结构都是一般要求+补充要求+试验要求+标志要求，其中一般要求是适用于该标准所涵盖的所有灯具的要求，补充要求是对具体类型的灯具如荧光灯具、HID灯具、杂类灯具、特殊环境使用灯具的特殊要求。这些标准是各自独立的，可以单独使用。UL灯具安全标准与IEC标准结构排布方式不同，不是将考核要求和相对应试验放在一起，而是将所有试验集中放置在“试验要求”中。UL安全标准也不是通用标准和特殊标准结合使用，而是在一份标准里完成全部考核。其灯具标准主要有以下11个标准。

a) UL 48信号灯；b) UL 153便携式灯具；c) UL 676水下灯具；d) UL 924应急照明；e) UL 1573舞台灯；f) UL 1574 轨道照明系统 ；g) UL 1598灯具；h) UL 1786直插式小夜灯；i) UL 1838低压景观照明系统；j) UL1994 出口通道指示灯；k) UL2108 低压照明系统。

3.2　UL对于LED灯具安全标准新规定

为了规范日新月异的LED照明产品，UL为其量身定做了UL8750标准《用于照明产品的LED设备的标准》。标准的制定经过了研发测试，照明行业调查，市场产品反馈等各方信息这些过程。从2007年初的8750 Issue No.1到2008年7月份的Issue No.3, 前后一共做了三次修改。2009年又经历了一些讨论，最终制定第一版本-UL 8750 第一版于2009年11月18日正式发布。

需要明确的是，UL8750是一个与其它标准并列的标准，并不属于哪一个具体的灯具标准。在评定产品时，除了用该标准评估LED的安全性外，整个灯具产品仍然以现有的灯具标准为评定依据。例如：固定式灯具，如果使用LED作为光源，就要使用UL8750来评估LED光源本身，除此之外，还要使用UL1598来评估整个灯具的安全性能。在应用这些标准进行产品符合度评估的时候都应该同时参考UL8750，UL8750总体上来说是一个LED产品的安规指引。

UL8750对LED范围作了比较明确的规定，限定于可见光范围，排除了紫外、红外光等不可见光。它也涵盖了LED设备零部件部分，包括LED驱动、控制器、阵列、模组以及封装。

UL8750分结构和功能特性两大章节进行考核(如表1所示)。

结构包括环境考虑、机械结构和电气结构等三大部分。机械结构需考核金属外壳、具有电气绝缘功能的聚合物外壳、绝缘层、导体保护、防应力等章条。电气结构需考核危险带电体的接触性、内部导线、电源和负载的连接、电路的分离、绝缘材料、电路板、电气间隙、电路零部件、保护装置、线圈绝缘、Class2输出线路等章节。

功能特性包括功能特性测试和标记两部分。性能特性测试需考核输入测试、温度测试、介电强度、异常试验、50W功率输出点测量、泄漏电流、导线拉拔测试、输出端子安全性、绝缘穿刺端子连接热循环试验、环境测试、金属外壳机械强度测试、低电压及限能电路状态确认等。

UL标准中有两个重要的概念，其明显区别于IEC标准，一个叫Class 2电路(Class 2 circuit)，另一个是隔离低压限能电路(LVLE)。需要注意的是同样是为了安全标准的定义，其与IEC标准中的II类灯具和SELV安全特低电压、ELV特低电压、FELV功能特低电压有明显的区别，在使用不同标准时不要混淆。

UL8750定义的Class 2电路是指符合UL1310标准(UL1310是包含在室内和户外使用的CLASS 2电源单元的安全标准要求)要求的隔离电源供电，或符合UL5085-3的要求的低压Class 2和Class 3变压器供电的电路。

根据UL1310，Class 2就是一个有限制电压及能源容量的源。其输入功率在任何负载情况下输入功率都不超过660W。最大输出电压交流峰值42.4V ac或60Vdc。对于输出电流和功率，UL1310也分别按照固有限制和非固有限制给出了限值。

LVLE是一种输入和输出之间没有直接电气连接的电路，如使用变压器或光耦等，并且输出参数需符合输出电压最大值峰值42.4V ac(30V rms)或60V dc，并且最大输出电流须限制在：

a) 在峰值0~42.4V ac或0~30V dc，最大8A；b)在30~60V dc，最大150/V A。

表1　IEC60598和UL8750中相关定义区别

如果在LED灯具中使用了上述两种线路，有些测试可以豁免。例如这两类电路可以没有外壳。若聚合物材料用于这两类电路的外壳和电气绝缘时，也不需要考虑抗冲击、抗UV、耐燃性、材料等试验。除了这两类电路，其他电路都被认为存在着火风险。UL8750还对于线路板及线路板上使用的零部件作了要求规定。

对于LED灯具产品，UL主要从以下三个方面进行评估，有无触电危险；有无火灾危险；有无机械伤害。UL标准体系更为注重材料、防火等方面的考核，而IEC标准体系则对防触电方面进行较为严酷的规定，这也与地区使用环境是有一定关系。在UL标准体系中，电器的额定电压多为120V，低于IEC标准体系的230V。对于同样功率的灯具，电压低意味着电流大，发热量也厉害一些，又加之北美家庭房屋多采用木质结构这一特点，因此对于材料和防火的考核就着重一些。而IEC标准体系对于防触电方面就更加重视，对材料和结构的耐受高压击穿的电气绝缘性能方面有较严格的规定。触电危险是指，当施加在人体上的电压大于30 V rms或60 V dc(干燥环境下)，大于15 V rms或30V dc(潮湿环境下)，且流经人体的电流大于5.0 mA rms 或5.0 mA dc时，人体存在触电危险。火灾危险的产生可以从电能量和热能量两个方面分析。目前，UL标准是通过产品成品温升测试来评估火灾危险的。特别需要注意到是UL8570中并没有加入视网膜蓝光危害要求，这也是明显区别于IEC标准的地方。

参考文献

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[6] 俞安琪，陆世鸣，李妹. 国际照明产品标准的变动给了LED照明产品更好的发展机遇及挑战[J]. 照明工程学报，2014, 25(4) ：1-5.

New Requirement of IEC and UL Safety Standard on LED Luminaires

Cheng Ye

(iGuzziniLighting(China)Co.,LTd.,Shanghai201401,China)

Abstract：The rapid development of LED luminare’s technology leads to the conflict between products and current standards. The product’s construction can not meet the standard while the standard can not guide the new technology as well. This article starts from the luminaire safety standard, which is closely related to people lives. Analyzing and comparing 2 most popular international standard system IEC and UL, it clarifies the new requirement about LED luminaires in IEC60598 and UL8750.

Key words:LED luminaires; safety standard; IEC60598; UL8750；Class 2

中图分类号：TM923.4

文献标识码：A

DOI:10.3969j.issn.1004-440X.2016.01.013