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

2014-04-09俞安琪陆世鸣

照明工程学报 2014年4期

俞安琪，陆世鸣，李妹

(国家电光源质量监督检验中心(上海)、国家灯具质量监督检验中心、上海时代之光照明电器检测有限公司，上海 201114)

1 国际安全标准的协调一致引起的变化

照明电器产品的快速发展使原来的IEC标准中的光源、控制装置及灯具的内容不一致，甚至有矛盾的情况时有出现，造成了执行方面的困惑。为此IEC的TC34技术委员会专门成立了安全标准的协调一致工作组，经过该工作组的协调，在基本实现安全标准的协调一致的前提下，主要还具有以下特点：

(1)IEC 60598和IEC 61347标准都大幅降低了爬电距离和电气间隙的要求[1-2]

表1中的要求栏中带下划线的限值都是修改后的放宽数据，其中举常用的250V列的例子，括号内的限值是老标准中的爬电距离和电气间隙限值，而新标准的限值是带下划线的放宽数据。

表1 GB 7000.1/IEC 60598和GB 19510.1/IEC 61347-1新标准的最小距离Table 1 Requirements of Minimum distances in new standards ‘GB 7000.1/IEC 60598-1 and GB 19510.1/IEC 61347-1’

(2)IEC 60598和IEC 61347新标准都大幅降低了电气强度的要求

表2中带括号的是老标准对电气强度的要求。从表2可以看出，附加绝缘从原来的2U+1750下降为2U+1000；强化绝缘从原来的4U+2750下降为4U+2000的要求。

表2 GB 7000.1/IEC 60598-1和GB 19510.1/IEC 61347-1标准的电气强度部分内容Table 2 Part of the electrical strength in new standards ‘GB 7000.1/IEC 60598-1 and GB 19510.1/EEC 6847-1’

1.1 改变对LED照明产品设计和研发的现实意义

我们知道LED照明产品的核心参数是工作时的结温，所以尽可能小的热阻和良好的散热结构是提高LED模组的光效、光衰和色漂移指标的关键。但是因为原来标准过高的爬电距离和电气间隙要求及电气强度的要求势必引起LED模组与散热器贴合的热阻变大，造成LED光效降低，光衰加快。国际标准适当地降低这些安规要求既有利于LED模组的光效、光衰和色漂移指标，也能符合基本的安全要求，在保证安全的前提下适当放宽上述要求，使绝缘层、离边距离等可以适当缩小，很有利于散热，使光效提高以及光通维持率的提升。

1.2 改变明确了各种场合的安全特低电压的使用限值

对于安全特低电压(SELV)，以前的标准只规定最大电压低于50 V a.c.有效值，而LED的驱动电流很多采用直流，并且直流电流中的纹波又各不相同。新的IEC 60598-1和IEC 61347-1标准对此作了明确并且一致的规定，当光源的电源来自安全隔离变压器时, 安全特低电压分为：

(1)额定不高于50 V a.c.有效值或无纹波的120V d.c.，该直流系统中最大峰值不超过140V。这一电压可以用于仅能触及该SELV系统一个裸露电极的情况。

(2)额定不高于25V a.c.有效值或无纹波的60V d.c.，该直流系统中最大峰值不超过70V。这一电压可以用于能同时触及该SELV系统两个裸露电极的情况。

(3)额定不高于12V a.c.有效值或无纹波的30V d.c.，该直流系统中最大峰值不超过35V。这一电压可以用于游泳池及戏水池用灯具(即人和灯具在一水池)的场合。

在标准中又规定，“无纹波” 是指纹波电压有效值不超过直流电压的10%。

对于LED照明器具，因为散热和耐压绝缘的矛盾，所以采用安全特低电压输出和把LED控制装置或灯具设计成Ⅱ类是较好的选择，但是Ⅱ类器具因为没有接地因而使得EMC很不容易符合电磁兼容标准要求，从IEC 61347-1标准给出的路径是可以采用功能接地，其符号见图1。标准对功能接地的描述是：“不是因安全缘故而接地的接线端子。功能接地必须有助于启动和/或避免无线电干扰。”标准还规定“Ⅱ类绝缘的控制装置和灯具的功能接地极其连接应与带电部件之间具有双重或加强绝缘。”这也提醒设计者，功能接地与主电路之间的爬电距离和电气间隙以及耐压和绝缘要求也必须按双重或加强绝缘来考虑。

图1 接地Fig.1 Earthing (Grounding)

2 LED的发展及应用需求影响了国际标准的走向

LED照明产品的出现及其发展与应用需求在很大程度上影响了国际标准的走向[3]，主要体现在以下方面：

2.1 有关外部导线的规定

GB 7000.1老标准对外部导线只有下述规定：

普通灯具 0.75 mm2

其它灯具 1.0 mm2

如果灯具提供一个10/16 A的插座，软导体的标称截面积应至少是1.5 mm2。

但是在IEC 60598新标准的第5 章“外部接线和内部接线”中增加了“如果有足够的载流能力和机械特性，Ⅲ类灯具中、或灯具中的SELV电路、或其他类型灯具用于部件之间的SELV连接的外部电缆，而且最大额定电流不超过2A，导体截面积可以小于0.75 mm2或 1.0 mm2，但不小于0.4 mm2。具有两根或更多导体的电缆，如果电缆可以承受相关控制装置提供的正常电流和短路电流的话，每根导体的最小横截面积可以是0.2 mm2”。LED灯以小巧、形式多变并且能隐蔽在建筑中而达到见光不见灯的效果。但是，以前受到老标准的制约往往外部导线较粗而达不到这种效果。现在只要保证导线内安全特低电压，就可以采用较细的导线，该条款的有条件放宽是在保证安全要求的前提下迎合了LED照明灯具的这种使用要求。

2.2 有关内部导线的新决议

GB 7000.1标准5.3对内部导线主要作了下述规定：

“正常工作电流高于2 A时

-标称截面积：最小0.5 mm2，

-绝缘层标称厚度：最小0.6 mm(聚氯乙烯或橡皮)。

正常工作电流低于2 A有机械保护的接线：

-标称截面积：最小0.4 mm2，

-绝缘层标称厚度：最小0.5 mm(聚氯乙烯或橡皮)。”

还描述道：“通过一个内部的限流装置与固定布线连接的接线，例如灯电流控制装置、电路断路器、熔断器、保护阻抗或隔离变压器，并将最大电流限制在2 A以内，下列方式是适当的：

-选择小于0.4 mm2为最小截面积时，应考虑在正常工作条件下的最大电流以及故障条件下流过电流的时间和强度，以避免在任何条件下导线绝缘层的过热。

-选择小于0.5 mm2为最小绝缘层厚度(聚氯乙烯或橡皮)时，应考虑产生的电压应力。”

但是，标准并没有规定当满足上述条件时，内部导线的下限是多少。为此，我国的专家在参加有关国际会议时专门提出了该问题，在2013年柏林的IP会议上已做出灯具“内部导线无下限”决议，主要条件是：“当内部导线不受到机械力；连续工作时导线温度不超过90℃；最大载流不大于电工手册的规定(≤20A/mm)；内部导线可以无下限”。

这一决议的实行给LED照明产品的设计和开发同样开启了很多的方便之门。

3 产品特点及环境对LED照明产品的新要求

3.1 LED照明产品的蓝光危害

因为LED照明产品的出现，有关视网膜蓝光危害的问题已经越来越被人们所重视，但是现在需要考虑蓝光危害的光源类型只有LED、金卤灯和一些特殊的卤钨灯，从可能近距离看到光源的情况来看，LED灯具产生视网膜蓝光危害的可能性最大。 IEC 60598-1新标准中引用了IEC/TR 62778 的要求，规定为：“对于IEC/TR 62778 分类为具有一个阈值照度Ethr的可移式和手持式灯具，应该有“不要注视亮着的光源”的符号(见图2)。”而且，“符号应处于辨识它的同时不会看到亮着的光源的位置。这个要求只适用于达到该Ethr时与灯具间的距离超过200 mm的情况。” 还规定：“对固定式灯具，要按IEC/TR 62778进行附加的评估来找到灯具和RG2与 RG1间边界的距离xm”，“灯具应安装在不预期以小于xm的距离长时间盯着灯具看的位置。”

当幼儿教师在充分观察的基础上，对幼儿游戏作出正确的判断之后选择介入的方式也是十分重要的。像笔者观察到的这一幼儿一样，教师给幼儿提供的是技艺性帮助，有提出引导性的问题但没有给幼儿思考解决问题的时间，而是自己全全代办把幼儿本该自己游戏的环节都进行了，所以幼儿后面无所事事，无精打采，可能教师的这一举动也破坏了幼儿对这一游戏的规划，本该幼儿自己进行的游戏环节教师替代了，从而造成最后幼儿的行为反应。本身在这一情景中教师完全可以以情感性的鼓励方式介入，面带微笑的提出一些引导性的问题，给幼儿充分的思考时间来自我解决问题，让幼儿真正的意识到自己是游戏的主人。

图2 “不要注视亮着的光源”的符号Fig.2 Symbol ‘Do not stare at the operating light source’

另外，当灯具含有根据IEC/TR 62778分类为具有Ethr条件的光源，而且该光源在灯具维护期间可以直接看到的，也应标记图2的符号。

新标准又规定：“灯具使用按IEC/TR 62778为RG0无限制或RG1无限制等级的光源、或被评估为RG0无限制或RG1无限制等级完整装配使用的灯具，在相同条件下，视网膜蓝光危害的要求不适用”。

另外还规定：“不宜使用蓝光危害类别大于RG2的光源”。

所有这些要求，把原来IEC 62471标准对光生物安全的内容具体地体现在我国CCC认证的强制性标准中，使得产品设计、制造及检测和认证都有明确的依据，当然，这方面的要求也加严了。对于上述的要求，在室内照明和光生物安全方面，应在保证高效率输出光通量的前提下，用扩散板等类似技术，降低照明器具出光口面的表面亮度，这不仅使LED照明产品的光生物危害等级下降(如果达到无危害级，则可适用于各种场合)，还能大大降低眩光。

3.2 防雷电浪涌

由于全球气候变暖，各种恶劣气候出现的概率也越来越大，其中雷电感应过电压对户外照明电器的破坏力很大，必须有应对之策。我国的供电网络是Y-Y型零线接地的220V/380V极性电源。雷电是一种广谱的无线电波，照明电网的架空线在接受到雷电造成的电磁波后，因为相线和零线对地阻抗的不同，会产出相线——零线之间的差模浪涌电压和相线、零线——地(外壳)之间的共模浪涌电压。全国在LED道路灯具中，各种防雷电感应电路很多，但一直缺少明确的考核要求，在IEC 60598-1新标准中的结构章中增加了“4.32过电压保护装置”，并且规定“过电压保护装置应符合IEC 61643-11。控制装置外部的接地的过电压保护装置只能在固定式灯具中使用，而且仅连接到保护接地。”这意味着过电压保护装置只能用于Ⅰ类灯具。另外，在IEC 60598-1新标准中的10.2绝缘电阻和电气强度条中还规定：“对固定式Ⅰ类灯具，符合IEC 61643的过压保护装置(在进行绝缘电阻和电气强度试验时)从电路中断开。”所以要求LED道路灯具的生产企业在产品中还要附上详细的过压保护装置“断开”和“接入”的使用说明。

为了与IEC 60598-1新标准相呼应，在IEC 61347-1的新版标准中增加了“附录M：打算用于脉冲承受类别Ⅲ的控制装置的电气强度试验电压”。

该附录是为脉冲承受类别Ⅲ而设计的控制装置设立的, 使得该控制装置在IEC 60598第2部分之一的灯具中会有更高的利用性。

表3 (原标准中表M.1) 打算用于脉冲承受类别Ⅲ的控制装置的电气强度试验电压表Table 3 Dielectric strength test voltages for control gear intended for the use in impulse withstand categry Ⅲ (Table M.1 in IEC 61347-1)

从表3可以看出，对于脉冲承受类别Ⅲ的控制装置的电气强度试验的电压，较普通灯具有明显的提高，其本质上是保证能承受雷电感应产生的差模浪涌电压尤其是共模浪涌电压。但是，对于控制装置的两根输入引线之间的差模浪涌电压的耐受能力，还得按GB/T 17626.5/IEC 61000-4-5标准规定的方法考核。