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LED燈具國標和IEC標準的現狀與發展

文章作者:深圳市聚利興儀器有限公司    時間:2015/5/29 11:03:09

       LED與傳統光源存在特性差異,以傳統光源為關注焦點的燈具標準需要進行修訂和補充,對 標準的強烈需求使LED燈具安全和性能標準成為行業的熱點。本文介紹了LED燈具我國和IEC標準的現狀和發展,燈具安全標準中關于LED燈具的要求,以 及使用雙端LED管燈替代燈的新型LED燈具可能存在的安全隱患。

       LED燈具標準是LED照明標準體系中的有機組成部分,同時由于LED燈具開發和應用的漸趨成熟,在現有的產品標準的基礎上,國際國內對LED燈具的安全和性能特性的研究結果將在相關安全標準和性能標準中體現。

一、我國燈具標準的現狀

       1.安全標準

       燈具安全標準由等同采用IEC的標準和我國自主制定的標準組成,燈具安全國家標準及其適用的光源見表1。

LED燈具國標和IEC標準的現狀與發展

LED燈具國標和IEC標準的現狀與發展

表1 燈具安全國家標準及其適用的光源

       2.性能標準

       目前已發布的燈具性能國家標準共4項(見表2),均為我國自主制定,除了GB/T 9473-2008和GB/T 7256-2005以外,其他標準均適用于LED光源的燈具。

LED燈具國標和IEC標準的現狀與發展

表2 已經發布或報批的燈具性能標準

       3.方法標準

       已經發布的3個燈具測量方法國家標準(見表3)均適用于LED燈具。國家標準《LED燈具可靠性試驗方法》正在起草過程中。

LED燈具國標和IEC標準的現狀與發展

表3 已經發布的燈具試驗方法標準

       二、我國國家標準的發展

       (一)GB 7000.1-2007《燈具 第1部分:一般要求與試驗》正在修訂

       GB 7000.1-2007正在修訂,技術差異包括了IEC 60598-1:2008的修訂內容和IEC 60598-1:2013的修訂內容,其中涉及LED燈具的內容如下:

       1.藍光危害的要求

       使用安全標準中不免除視網膜藍光危害評估的光源的燈具,應根據IEC/TR 62778《評估光源和燈具藍光危害時IEC 62471標準的應用》進行評估。

       不應使用藍光危害類別大于RG2的LED光源。對這種類型光源的要使用更多的繁重管理要求。

       使用按IEC/TR 62778評估具有RG0無限制或RG1無限制等級的光源的燈具、或已經使用評估為RG0無限制或RG1無限制等級完整裝配使用,在相同條件下,不使用視網膜藍光危害的要求。

       對按照IEC/TR 62778評估具有閾值照度Ethr的燈具,應使用下述要求:

       -對固定式燈具

       要按IEC/TR 62778進行附加的評估,如果大于RG1,要找到達到Ethr的距離Xm,當這個距離大于200mm時,應在燈具上標記“應將燈具放在預期不會以小于Xm的距離持續朝燈具盯著看的位置。”的說明。

       -可移式和手提燈具

       在200mm處評估超過RG1的可移式和手提燈具,應在燈具上標記“應將燈具放在預期不會以小于Xm的距離持續朝燈具盯著看的位置。”的說明。

       -兒童用可移式燈具和電源插座安裝的夜燈

       GB 7000.4《燈具 第2-10部分:特殊要求 兒童用可移式燈具》覆蓋的兒童用可移式燈具,以及GB 7000.212《燈具 第2-12部分:特殊要求 電源插座安裝的夜燈》覆蓋的電源插座夜燈,按IEC/TR 62778在200mm處不應超過RG1。

       2.不可替換光源和非使用者替換光源燈具的標記和結構要求

       (1)標記要求

       -不可替換光源

       “此燈具的光源是不可替換的;當光源到其壽終時,應替換整個燈具”

       -非使用者替換光源

       “此燈具內的光源應由制造商或其服務代理商或一個類似的有資格的人來更換。”

       (2)結構要求

       不破壞燈具及其部件應不可能替換和(或)觸及帶電部件。檢驗時為了觸及光源可以用手或使用工具打開的燈具部件應打開或拆卸。

       設計成或其形狀為只使用一次的密封、膠粘、或用螺釘固定的燈具部件,或永久性嵌入的絕緣不打開。

       上述所有部件都移開后,當用本標準第8章的試驗探頭和試驗方法檢驗時,不應觸及帶電部件。

       3. 設計使用標準的燈座或連接器的燈具的連接方式的要求

       使用設計成要用IEC 60061(系列)燈座或連接器連接的光源、但使用時沒有相關燈座或連接器,用其他方式(如,用電線直接焊接到插腳)完成電氣連接是不允許的。

       4.細化了LED燈具的絕緣要求

       LED芯片具有特低電壓、低電流的電氣特性,所以LED燈具具有與傳統燈具不同的電氣系統,即含有輸出特低電壓的控制電路、緊貼著 LED封裝的印刷線路板的外露的高導熱散熱部件,等等。為了保證在LV電源下的LED燈具的可觸及導電部件安全絕緣,IEC 60598-1:2013在第4章結構中規定了絕緣要求,詳見表4。

LED燈具國標和IEC標準的現狀與發展

表4 帶電部件與可觸及導電部件之間的絕緣要求(同IEC 60598-1:2013FDIS草案的表X.1)

       4. 在符合規定的條件時,外部接線導體的截面積的規格和截面積降低

       (1)電源線的線規

       -對于不大于25V a.c./60V d.c.的III類燈具或SELV電路的燈具,可以使用無絕緣導體;

       -對于大于25V a.c./60V d.c.,包括等于50V a.c./120 d.c的 III類燈具或SELV電路的燈具,可以使用無護套基本絕緣導體。

       (2)外部線的絕緣層材料

       適合室外使用燈具不應使用聚氯乙烯絕緣的外部接線。新版標準對III類燈具或燈具中的SELV電路等作了放松,規定這個要求不適用于:

       -III 類燈具;

       -燈具中的SELV電路(不超過25V a.c./60V d.c);

       -有其他方式保護的室外環境中的外部接線,例如在光源腔與將電源引入照明桿(整個長度)之間的接線。

       (3)導體截面積

       標準的第5.2條規定為提供足夠的機械強度,普通燈具外部接線導體的標稱截面積應不小于0.75mm2,其它燈具應不小于1.0 mm2 ,如果燈具提供一個10/16 A的插座,軟導體的標稱截面積應至少是1.5 mm2。

       在新版標準中,對包括LED燈具在內的III 燈具中的外部電纜或燈具中的SELV電路等接線的截面積有條件的降低了要求。即: 

       如果有足夠的載流能力和機械特性,最大額定電流不超過2A的電路,下列接線的截面積可以小于0.75 mm2 (普通燈具)或 1.0 mm?(非普通燈具),但不小于0.4 mm ,

       -III 燈具中的外部電纜或燈具中的SELV電路;

       -其他類型燈具部件之間III類連接。

       同時正在確定使用更小截面積的可能性和相關技術條件,包括如果電纜可以承受關聯的控制裝置提供的正常和短路電流的話,提供兩根及以上芯線的電纜的每個導體的最小橫截面積(0.2 mm2)。

       (二)國家標準的發展

       隨著LED燈具有更多的應用實例,以及人們對其性能的了解,制定LED燈具一般性能要求以及具體LED燈具性能要求國家標準顯得越來越急迫,2013年國家標準化管理委員會下達了多個LED燈具國家標準的制定計劃(見表4),目前這些標準正在起草過程中。

LED燈具國標和IEC標準的現狀與發展

表4國標委下達的2013年LED燈具國家標準制定計劃

       二、國際標準的發展

       (一)SC 34D的動態

       1.IEC 60598系列標準范圍中關于適用的光源和文本中涉及到的條款的相關性正在進行評審,大部分標準中的光源將從原來的鎢絲燈、管形熒光燈和氣體放電燈改為“電光源”

       2.IEC 60598-1:2013版將于2014年初出版,目前正在修改CDV文件,準備FDIS文件,在今年10月的技術委員會會議后將形成FDIS文件。

       3.正在制定IEC 62722-2-1《燈具 性能 LED燈具特殊要求》。

       (二)雙端LED管燈替代燈(retrofit)工作組的工作

       雙端LED管燈的特點是使用熒光燈燈頭,但燈管的工作電壓可達到220V,采用塑料燈管,燈管內含有自鎮流LED模組,燈具電路中含有熒光燈座,但不含有燈的控制裝置和啟動器,燈座觸點間的電壓是220V,使用時燈管插入熒光燈座中。

       大家知道,在熒光燈具中,燈座觸點之間的電壓在1.5V~8.5V之間,但使用LED管燈的LED燈具電路中,G5燈座觸點間的電壓可達到220V。這是LED管燈應用的一個風險點。

       LED管燈應用的其他風險來源于其多種不同的內部電路結構(見圖2),以及存在的多種LED管燈燈具電路(見圖2)。

LED燈具國標和IEC標準的現狀與發展

圖1 列入分析的9種LED燈管

       1.對LED管燈的應用風險分析結果如下:

       (1)LED管燈B:燈管一端插入燈座后,人手接觸的燈管的另一端馬上帶電,有觸電危險性,是一種應該剔除的LED管燈的內部電路結構;

       (2)LED管燈A和E:尚未發現安全問題,但由于插入某些燈具可能不能形成回路,光源可能不能點亮;

       (3)LED管燈C和F:由于燈管的燈頭短接,使用到燈具電路1、4和(或)電路5中可能發生短路。

       (4)LED管燈D:在電路4和電路5中可能發生控制裝置誤匹配而過熱。

       (5)LED管燈G、H和I:由于兩個電路可能被串聯,可能發生短路或過熱。

       2.普通雙端熒光燈誤裝到5種新LED燈具的燈電路中的風險研究

       在熒光燈具中,燈座觸點之間的電壓在1.5V~8.5V之間,但對于一個5種新的LED燈具電路中,G5燈座觸點間的電壓可達到220V。圖2所示的LED燈具電路上誤用雙端LED管燈將造成:

       -穿過熒光燈管的瞬間閃光;

       -瞬間的爆炸聲;

       -預熱陰極破壞造成的燈管損壞;

       -在玻璃管上可能產生破洞使帶電部件被觸及。

       (三)可靠性研究

       可靠性是指在聲稱條件下和規定的時間內,設備完成規定功能而不失效的能力。

       LED燈、LED燈具等最終產品中除了使用LED模塊等組件以外,還使用了模塊連接件、光學部件、電器附件和冷卻系統等主要部件,是 一個集電子部件、機械構件、光學材料和連接部件于一體的復雜系統,使用者對于聲稱25000h或更長壽命時間的LED照明產品,對其在聲稱工作條件下無故 障工作的能力的關注,是LED照明產品可靠性研究的驅動力。

       TC34的可靠性研究和標準以縮短最終產品試驗試驗為關注焦點。

       IEC TC34制定的LED最終照明產品標準中,雖然標準并不對制造商聲稱壽命進行檢驗,但標準仍規定了確定流明維持等級的6000h光通量維持值試驗,耗時長久。

       IEC TC34制定可靠性標準的目的是對最終產品中使用的主要部件進行可靠性試驗,對基于LED提供一般照明的產品建立一個優化試驗周期的方法和標準,這樣,對 于最終產品來說,如果能提供其主要部件的可靠性數據,可以得到其加速因子,然后計算最終產品可以減少的流明維持率試驗時間,最多可減少至1000h。

       這樣對于最終產品來說,就可以在1000h試驗和6000小時試驗之間進行選擇。

       需提供可靠性數據的主要部件包括:LED封裝和互聯件、光學材料、電子器件、冷卻系統,包括主動(如風扇)和被動(如熱界面材料)和機械部件。

結束語:

       LED燈具安全和性能特性的關鍵是燈具中的LED模塊和及其控制裝置,在實際應用中,LED模塊的互換性又顯得及其重要,這些關鍵元件的標準是燈具整機標準的重要技術基礎。標準制修訂需要互相協調共同開發。

       開發新的LED技術及其燈具需要有相應的技術評價標準。一些細分的產品可以從制定行業標準開始,近兩年LED平板燈具的應用和開發呈現良好勢頭,開發LED平板燈具的行業標準已列入工信部的標準制定計劃,目前該標準已完成起草工作。


       

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