LED燈具及控制裝置絕緣電阻和電氣強(qiáng)度試驗(yàn)要求

郭衛(wèi)軍 俞安琪

(國家電光源質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心(上海)，國家燈具質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，上海時(shí)代之光照明電器檢測有限公司，上海200233)

1 原理與一般要求

絕緣電阻和電氣強(qiáng)度試驗(yàn)條款看似很簡單，并且大部分行業(yè)內(nèi)人士都認(rèn)為對(duì)該條款能理解，但實(shí)際在操作執(zhí)行中往往存在較多的錯(cuò)誤現(xiàn)象。

首先應(yīng)分清電氣強(qiáng)度中的高壓擊穿與絕緣電阻和泄漏電流的不同之處。在電器使用中，其絕緣層會(huì)受到感性電器斷、通時(shí)產(chǎn)生的高壓脈沖沖擊，也會(huì)受到觸發(fā)脈沖和雷電感應(yīng)脈沖的沖擊，電氣強(qiáng)度指標(biāo)是為了考核絕緣層抗電擊穿的能力，電擊穿一般有兩種情況，一種是電氣間隙不夠，在高壓作用下發(fā)生空間擊穿放電，此類擊穿一般不會(huì)造成永久性的絕緣破壞。另一種擊穿是絕緣介質(zhì)被擊穿，由于絕緣介質(zhì)通常是有機(jī)物，當(dāng)有機(jī)物被高壓擊穿后，擊穿點(diǎn)處的絕緣物被高壓放電所碳化，因此造成永久性的電絕緣被破壞。照明電器的高壓擊穿大部分為后者。在IEC標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)一般電器電擊穿的定義是在高壓作用下，高壓造成的電流≥100mA時(shí)才認(rèn)為是電氣強(qiáng)度不符合要求，而用電器一旦發(fā)生電擊穿后一般是不可恢復(fù)的，并且是直接危及人身安全的。而絕緣電阻以及泄漏電流是考核在一定的電壓作用下，透過絕緣物產(chǎn)生的漏電流，這一漏電流并不會(huì)使絕緣物失效。當(dāng)這一漏電流較大時(shí)(按人的對(duì)電感覺靈敏性不同大約在0.5mA～5mA)，會(huì)使人產(chǎn)生麻電的感覺，這一漏電流是不會(huì)對(duì)健康人直接產(chǎn)生危害的，但如在高空作業(yè)時(shí)人會(huì)因?yàn)楦械铰殡姸灸艿亩汩W，可能造成高空跌落傷害。另外，對(duì)某些心臟病人可能會(huì)產(chǎn)生明顯的危害，因此要進(jìn)行限制。大部分采用兆歐表測量絕緣電阻的方法來限制控制裝置和燈具某些部位的漏電流，但是，要求在測量絕緣電阻時(shí)斷開影響測量結(jié)果的電容和電感(見GB 7000.1標(biāo)準(zhǔn)10.2)，而用具有加權(quán)網(wǎng)絡(luò)的泄漏電流儀來測量整個(gè)燈具的泄漏電流，整個(gè)燈具的泄漏電流的測量結(jié)果不僅包括了在電壓作用下，透過絕緣物產(chǎn)生的漏電流，而且還包括了燈具的電容性感應(yīng)產(chǎn)生的漏電流(見GB 7000.1標(biāo)準(zhǔn)10.3)。

了解上述的電氣強(qiáng)度試驗(yàn)內(nèi)涵后，我們還應(yīng)注意IEC標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照明電器電氣強(qiáng)度的要求。在標(biāo)準(zhǔn)中所說的工作電壓的含義是照明電器在工作時(shí)，包括正常狀態(tài)和異常狀態(tài)情況下任何接線端子間或接線端對(duì)地間產(chǎn)生的最大穩(wěn)態(tài)有效值電壓(不包括瞬態(tài)值)。由于照明行業(yè)的發(fā)展，目前已有較多的光源控制裝置的輸出端在工作狀態(tài)或者是異常狀態(tài)時(shí)按上述的要求檢查，其工作電壓完全可能超出輸入電壓(在標(biāo)志項(xiàng)目中也要求標(biāo)出光源控制裝置的工作電壓值)。因此，在進(jìn)行電氣強(qiáng)度試驗(yàn)時(shí)，對(duì)每一光源控制裝置的試驗(yàn)電壓2U+1000V中的U應(yīng)按標(biāo)稱的工作電壓來計(jì)算。

2 采用LED光源的燈具電氣強(qiáng)度試驗(yàn)要求

采用LED光源的燈具電氣強(qiáng)度試驗(yàn)大多比一般的燈具要復(fù)雜，按燈具內(nèi)所用的控制裝置不同以及燈具防觸電分類的不同，基本可分成以下幾個(gè)情況:

(1) 采用輸出為安全特低電壓(SELV)或隔離式控制裝置的燈具

在進(jìn)行絕緣電阻和電氣強(qiáng)度試驗(yàn)時(shí)，首先應(yīng)關(guān)注LED控制裝置的標(biāo)志。

圖1所示的控制裝置輸出為隔離式安全特低電壓(SELV)，所以其內(nèi)部輸入與輸出間也一定采取了隔離措施。

圖1 LED控制裝置標(biāo)志

對(duì)于采用此類LED控制裝置的燈具，應(yīng)按照GB 7000.1第10章表10.1和表10.2的要求進(jìn)行如下試驗(yàn)。

圖2是比較典型的采用LED光源的Ⅰ類燈具各電極示意圖。

1) 因?yàn)檩敵龆藶镾ELV，所以輸出端對(duì)安裝表面及燈具金屬外殼(大多情況這兩者是同一電位連接在一起)的絕緣電阻應(yīng)≥1MΩ，電氣強(qiáng)度所施加的電壓是500V/1min不擊穿。

輸出側(cè)的不同極性之間試驗(yàn)只能把接線端子B上的控制裝置和LED模塊接線拆下后，在接線端子B上進(jìn)行，絕緣電阻也應(yīng)≥1MΩ。電氣強(qiáng)度試驗(yàn)所施加的電壓也是500V/1min。

圖2 采用LED光源的I類燈具各電極示意圖

2)因?yàn)檩斎攵藶榉荢ELV，并且為Ⅰ類結(jié)構(gòu)，所以輸入端對(duì)安裝表面及燈具金屬外殼(大多情況兩者為同一電位)應(yīng)按基本絕緣考核，即絕緣電阻應(yīng)≥2MΩ，電氣強(qiáng)度所施加的電壓應(yīng)為(2Uin+1 000V)/1m in。

如果燈具內(nèi)存在電源的開關(guān)S，則應(yīng)在開關(guān)處于斷開位置狀態(tài)對(duì)L和N進(jìn)行不同極性帶電部件的絕緣電阻和電氣強(qiáng)度試驗(yàn)。還應(yīng)把接線端子A上的電源線和控制裝置線拆除后，對(duì)接線端子A進(jìn)行不同極性帶電部件的絕緣電阻和電氣強(qiáng)度試驗(yàn)。由于后兩種情況都只需基本絕緣就能滿足要求，所以試驗(yàn)限值和電壓與本條第一種情況相同。

3) 從圖2可看出，輸入端子電極到人可觸及的導(dǎo)電部件有兩條可能的通道:

a) 人—燈具外殼(接地)—(基本絕緣)—輸入電源端及有關(guān)線路

b) 人—輸出端子—LED控制裝置(雙重或加強(qiáng)絕緣)—輸入電源端及有關(guān)線路

注:因?yàn)楫?dāng)輸出電壓為SELV且負(fù)載電壓≤25V時(shí)，輸出端可外露，人可觸及。

對(duì)于a) 通道，屬于Ⅰ類結(jié)構(gòu)，比較好理解，是屬于基本絕緣加保護(hù)接地的形式。對(duì)于b)通道，因?yàn)檩敵龆穗妷簽镾ELV，且當(dāng)負(fù)載電壓≤25V時(shí)，輸出端可外露，并且輸出端無法實(shí)現(xiàn)保護(hù)接地，所以屬Ⅰ類燈具中的局部Ⅱ類結(jié)構(gòu)。這一通道中的加強(qiáng)絕緣是由LED控制裝置內(nèi)部的強(qiáng)化隔離來實(shí)現(xiàn)的，所以對(duì)此類燈具，應(yīng)進(jìn)行輸入/輸出間的絕緣電阻和電氣強(qiáng)度試驗(yàn)，絕緣電阻應(yīng)≥4MΩ，并進(jìn)行4UIN+2750V的加強(qiáng)絕緣電氣強(qiáng)度試驗(yàn)。

這里應(yīng)注意，既使對(duì)于輸出電壓＞25V但仍屬于SELV輸出，因?yàn)檩敵龆俗訉?duì)人可觸及的燈具外殼，只要求1 MΩ的絕緣電阻且只進(jìn)行500V的電氣強(qiáng)度試驗(yàn)，這并不具備基本絕緣和附加絕緣的基本要求，所以其輸入/輸出間仍應(yīng)按加強(qiáng)絕緣的要求進(jìn)行絕緣電阻和電氣強(qiáng)度試驗(yàn)。如果對(duì)于電器箱與光源腔分開的情況(光源腔為Ⅲ類)，LED控制裝置內(nèi)部更要具有強(qiáng)化隔離功能。

值得指出的是，在GB 7000.1標(biāo)準(zhǔn)10.2.2中指出，“對(duì)于既有加強(qiáng)絕緣又有雙重絕緣的Ⅱ類燈具，應(yīng)注意施加于加強(qiáng)絕緣的電壓不應(yīng)使基本絕緣或附加絕緣受到過高的電壓。”我們知道，大多數(shù)高壓儀的輸出端都具有一個(gè)對(duì)地的高電位極和低電位極，并且其低電位極一般都接地(或與潮濕箱的機(jī)殼相連)，這時(shí)如果該燈具已進(jìn)行完潮態(tài)處理，并在潮濕箱內(nèi)，高壓儀的高電位端出極輸出的強(qiáng)化試驗(yàn)電壓不管連接在輸入端還是輸出端，都將發(fā)生把強(qiáng)化電壓直接強(qiáng)施加在基本絕緣上的情況。正確的做法是，把高壓儀的對(duì)地低電位極與“地”連接切斷，并確認(rèn)高壓儀內(nèi)部也不存在該電極與地連接的情況，把兩個(gè)輸出電極直接引出施加到上述燈具的輸入端與輸出端。

4) 在LED控制電路中，如果輸出端屬于SELV，則其內(nèi)部輸入/輸出間一定得符合強(qiáng)化隔離的要求，但輸入/輸出間屬于隔離的，輸出電壓還一定滿足SELV要求，對(duì)于這種情況，輸出端對(duì)殼絕緣電阻應(yīng)≥2MΩ并進(jìn)行(2U+1000V)的電氣強(qiáng)度試驗(yàn)。值得指出的是，千萬不要以為燈具內(nèi)LED控制裝置輸出端的輸出電壓都低于電源電壓，為了提高轉(zhuǎn)換效率且簡化控制裝置電路，有的LED控制裝置的輸出電壓可達(dá)400V左右(100顆LED串聯(lián))，所以一定要關(guān)注隔離式非SELV控制裝置的標(biāo)志中有關(guān)輸出電壓的內(nèi)容以確定U值，必要時(shí)可通過輸出端開路來測量U的值來確定。

對(duì)于隔離式輸出非SELV的控制裝置，其輸入/輸出間只要求具有基本絕緣功能，即潮態(tài)絕緣電阻≥2MΩ，電氣強(qiáng)度2U+1000V，只是要注意，這里的U應(yīng)取Uin或Uout中較高的值。

(2) 采用自耦式(非隔離)LED控制裝置的燈具

(3) 具有獨(dú)立調(diào)光控制端子的照明電器的絕緣電阻和電氣強(qiáng)度試驗(yàn)要求

在迄今為止的各類人造光源中，LED是最適合于在調(diào)光狀態(tài)下工作的，其寬廣的動(dòng)態(tài)工作范圍只要求控制流過其的工作電流就能方便地并且在不損害其壽命的前提下實(shí)現(xiàn)0～100%的調(diào)光。另外，LED也是各類人造光源中，唯一具有與控制電路配合且當(dāng)輸出功率減小時(shí)，壽命延長且光效反而升高的光源。

LED這種優(yōu)良的調(diào)光特性，使人們都躍躍欲試地想嘗試制造各種具有調(diào)光功能的LED控制裝置來實(shí)現(xiàn)調(diào)光。但在調(diào)光LED控制裝置的設(shè)計(jì)時(shí)，必須注意LED控制裝置中控制電路與主電路的隔離絕緣問題。一般的具有調(diào)光功能的LED控制裝置，在其控制端都采用一個(gè)低壓直流電壓源(一般為0～10V)來實(shí)現(xiàn)控制(外接一個(gè)調(diào)光電位器本質(zhì)上也是利用控制裝置的內(nèi)部電路，實(shí)現(xiàn)調(diào)整直流電壓來控制調(diào)光的功能)。科技的進(jìn)步使人們都廣泛采用電腦及相應(yīng)的配套電路來實(shí)現(xiàn)調(diào)光的自動(dòng)化(OL)，如果我們把LED控制裝置的控制端直接連接到智能化的電腦控制網(wǎng)絡(luò)端口就能實(shí)現(xiàn)既有舒適照明，又能自動(dòng)節(jié)電的效果，但這一系統(tǒng)中，如果控制裝置內(nèi)部的電源電路和控制電路發(fā)生電連接或擊穿，將會(huì)使電源電壓“竄入”到電腦的低壓控制系統(tǒng)中，這將嚴(yán)重危及人們的防觸電安全性。為此，國際國內(nèi)有關(guān)燈的控制裝置標(biāo)準(zhǔn)中特別規(guī)定了“控制端子與電源電路之間起碼具有基本絕緣，當(dāng)控制端子聲稱能直接連接安全特低控制電壓時(shí)(SELV)，則控制裝置內(nèi)控制電路與電源電路之間應(yīng)具有強(qiáng)化絕緣功能”。這意味著，具有調(diào)光功能的LED的控制裝置，其內(nèi)部控制電路與電源電路之間在線路板上、元器件之間以及具有隔離作用的變壓器內(nèi)部的爬電距離、電氣間隙、電氣強(qiáng)度都要達(dá)到基本絕緣或加強(qiáng)絕緣的指標(biāo)要求。在這一方面，采用光電隅合器和合適的隔離變壓器是解決這一問題的較好方案。從這一點(diǎn)可以引申到，對(duì)于具有觸摸開關(guān)和/或觸摸調(diào)光的照明電器，其觸摸點(diǎn)與照明電器內(nèi)的電源電路之間也必須按加強(qiáng)絕緣的要求進(jìn)行絕緣電阻和電氣強(qiáng)度試驗(yàn)。

對(duì)于采用電源線載波輸入控制信號(hào)方式或者采用各種日光、紅外、聲控等感應(yīng)器的輸入控制信號(hào)方式則不需要單獨(dú)進(jìn)行控制端子的絕緣電阻和電氣強(qiáng)度試驗(yàn)。

3 對(duì)于高壓儀的要求以及施加高壓的要求

(1)對(duì)于高壓儀的要求

對(duì)高壓儀標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，應(yīng)在輸出額定高電壓時(shí)，保證有200mA的高壓短路輸出電流。這句話的含義是:當(dāng)燈具中的控制裝置的工作電壓(U)最高為1000V時(shí)，2U+1000V的電壓值應(yīng)為3000V，4U+2750V的電壓值應(yīng)為6750V，要保證在3000V時(shí)具有200mA的輸出電流則高壓儀的輸出功率應(yīng)≥600VA，要保證在6750V時(shí)具有200mA的輸出電流則高壓儀的輸出功率應(yīng)≥1350VA，如果考慮到高壓儀內(nèi)為了顯示擊穿而在高壓變壓器輸入或輸出端串入的取樣電阻阻抗，實(shí)際的高壓儀內(nèi)的變壓器功率還應(yīng)稍微加大，這樣才能保證在試驗(yàn)時(shí)如發(fā)生少量的極間輝光放電，不會(huì)使輸出高壓有明顯的跌落現(xiàn)象。還有，要求高壓儀顯示的高壓值誤差應(yīng)≤3%，這樣才能保證電氣強(qiáng)度試驗(yàn)的準(zhǔn)確性。當(dāng)輸出電流低于100mA時(shí)，過電流繼電器不應(yīng)跳閘，即高壓造成電擊穿電流≥100mA時(shí)才認(rèn)為是電氣強(qiáng)度不符合要求。

(2)施加高壓的試驗(yàn)要求

在絕緣電阻的測量完成之后，立即對(duì)燈的控制裝置進(jìn)行電氣強(qiáng)度試驗(yàn)。試驗(yàn)電壓施加持續(xù)lmin。不會(huì)造成電壓降的輝光放電可忽略不計(jì)。

試驗(yàn)電壓為50Hz或60Hz正弦波電壓，其值應(yīng)與GB 7000.1表1所示之值相符。最初施加的電壓不應(yīng)超過規(guī)定值的1/2，然后，再將電壓逐漸提高至規(guī)定值。

［1］GB 7000.1/IEC 60598－1燈具．第1部分:一般要求與試驗(yàn)

［2］GB 19510.14/IEC 61347－2－13燈的控制裝置．第14部分:LED模塊用直流或交流電子控制裝置的特殊要求．