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LED路燈及其光源控制裝置

發布日期:2016-03-24    【字號:  
LED路燈及其光源控制裝置
國內認證中常見問題解析
倪濟宇 李 棟 劉為楷 劉泳海 
(國家日用電器質量監督檢驗中心,威凱檢測技術有限公司,廣東 廣州 510663)
摘要:本文主要對LED路燈及其光源控制裝置(下稱LED控制裝置)開展國內認證以來發現的一些問題進行分析,明確了標準中一些關鍵要求,并通過實例說明如何判斷LED路燈及LED控制裝置是否滿足標準要求,可以為相關產品生產廠家及相關產品在道路照明中的設計、認證、生產和使用中提供指導和參考。
關鍵詞: LED路燈;LED控制裝置;道路照明;安全;電磁兼容;節能 
引言
近幾年隨著LED光源和LED控制裝置技術的發展,LED路燈產品應用技術和產品性能有了較大提升:智能控制管理技術日趨成熟,產品平均光效日益提高。伴隨產品價格較大幅度的調整以及各地政府支持力度的進一步加大,具有節能環保、安全可靠、耐久高效、便捷智能等多種優勢的LED路燈產品需求量逐年攀升,預計未來幾年內,我國LED路燈產業將步入快速發展階段,LED路燈產品市場發展前景非常廣闊。
目前LED路燈在國內屬于自愿性認證,LED控制裝置在國內屬于強制性認證,在開展國內認證的檢測過程中、在最近幾年市場監督抽查過程中,還是會發現一些產品質量問題,這些問題直接影響了企業獲取認證證書,影響了道路照明工程驗收,因此我們認為有必要,對一些認證中出現的常見進行解析,使我們的企業和使用方對此產品有一個比較清楚的理解。
一. LED路燈安規常見問題
1. 適用標準
LED路燈申請國內自愿性認證時,安規要求需要同時滿足標準GB 7000.1-2007《燈具 第1部分:一般要求與試驗》、GB 7000.203-2013《燈具 第2-3部分:特殊要求 道路與街路照明燈具》。其中GB 7000.203-2013依據路燈的特殊使用條件,在標記、結構、外部接線和內部接線、耐久性試驗和熱試驗等方面都有與普通燈具不同的考核要求,LED路燈生產廠家在設計產品時需要特別關注。
2.外部接線線徑、材質、顏色要求
LED路燈使用條件與普通燈具不同,道路照明應用中一般是露天安裝,長期耐受曝曬、塵埃、雨水等較惡劣的使用情況,因此對外部接線有較高的要求,但在認證過程中常見LED路燈接電網的電源線截面積為0.75 mm2、絕緣護套材質為PVC,不符合GB 7000.1-2007《燈具 第1部分:一般要求與試驗》標準中非普通燈具外部接線截面積不應小于1.0mm2、絕緣護套材質為橡膠的規定。
另外,LED路燈在國內認證中規定,如果未按照GB 7000.1-2007的要求對火線、零線和地線進行標記,則電線本身的顏色應符合GB/T 5013.1-2008 《額定電壓450/750V及以下橡皮絕緣電纜 第1部分:一般要求》標準中的顏色識別要求。不合格案例見圖1。
LED路燈導線截面積低于標準要求會使其承載電流的能力不夠,導致導線過熱,電線燒焦,絕緣層燒壞,以至發生短路,產生著火危險或觸電事故,對人身財產安全造成危害。
絕緣護套材質使用PVC在室外使用時易老化變質導致絕緣性能降低,電線顏色識別/標記錯誤易導致接線錯誤,這些都可能引起漏電觸電事故。

3.外部接線和內部接線(絕緣襯套和軟線固定架)
LED路燈在電源線的出線口未采用襯套保護,或者電源線進線口的固定強度不夠,使得其在受力(推力、拉力和扭力)時在接線端子處位移或與燈具中的活動部件、高溫部件接觸,不符合GB 7000.1-2007《燈具 第1部分:一般要求與試驗》標準中外部接線的規定。圖2所示案例中,制造商使用軟橡膠圈和尼龍扎帶固定電源線,經過25次60N拉力測試,位移都超過了2mm,按GB 7000.1-2007 第5.2.10.3章要求判定為不合格。

4.防塵和防水
LED路燈的燈具防水防塵設計不合理,或者為了節約成本,使用了不合格的防水材料,或者使用的防水襯墊沒有安裝到位,不符合GB 7000.1-2007《燈具 第1部分:一般要求與試驗》、GB 7000.203-2013《燈具 第2-3部分:特殊要求 道路與街路照明燈具》標準防塵和防水的要求,根據標準要求:路燈的外殼防護等級至少應達到IPX3,但隧道照明燈具和柱式合成燈具帶的側開式外部部件配玻璃件至少達到IPX5。圖3所示案例中,燈具光源腔進水且沒有設計排水孔,按GB 7000.1-2007 第9.2 d)章要求判定為不合格。
LED路燈安裝使用后,要經受惡劣的自然環境如暴雨、沙塵等的考驗,防塵防水不合格會使LED路燈的整體性能急劇下降甚至失效,情況嚴重的燈具內部入水,可能導致浸泡帶電導體,從而導致燈具外殼帶電,產生觸電事故,對人身財產安全造成危害。


5.絕緣電阻和電氣強度
受益于近幾年國家大力發展半導體照明節能產業,各地陸續出臺地方性的推進方案,其中廣東省要求2015年底之前全省公共照明領域普遍使用LED照明,LED路燈改造加速對LED路燈需求激增。不少生產企業考慮美觀和成本,LED路燈設計改變使燈具體積越來越小,重量越來越輕,空間和材質的改變,可能會導致LED路燈的電氣間隙不夠或者絕緣等級不夠,或者電源的電路板設計不夠合理,不符合GB 7000.1-2007《燈具 第1部分:一般要求與試驗》標準絕緣電阻和電氣強度的要求。LED路燈安裝使用后,燈具絕緣等級不夠,電氣強度達不到要求,可能使燈具防觸電保護措施實效,從而導致燈具外殼帶電,產生觸電事故,對人身財產安全造成危害。
6.耐熱、耐火和耐電痕
LED路燈中的固定帶電部件材料,在125℃下球壓壓痕直徑超過2mm, 不符合GB 7000.1-2007《燈具 第1部分:一般要求與試驗》標準中球壓壓痕直徑不得超過2mm的規定。球壓不合格可能存在產品在使用過程中由于固定帶電部件材料受熱而出現變形,導致燈具短路,引起火災或觸電危險。
7.接地連續性和接地線顏色
防觸電類型為I類的LED路燈,其頂蓋在正常使用過程中有可能會觸及到基本絕緣的內部線,頂蓋未接地,并且與已接地的底板通過活動金屬支架連接,但連接處沒有彈簧墊圈等結構確保良好的電接觸,不符合GB 7000.1-2007《燈具 第1部分:一般要求與試驗》標準中接地連續性的要求。接地連續性不好造成產品中部分可觸及金屬部件已接地的假象,當絕緣失效時無法起到應有的保護作用,反而易使人麻痹大意,導致觸點危險。



另外,LED路燈中將黃綠雙色電線用于帶電功能電路也是不符合GB 7000.1-2007《燈具 第1部分:一般要求與試驗》標準要求的。這樣在重新接線維修中,容易與用于接地的黃綠雙色線混淆錯接,一旦錯接就會導致原本接地的可觸及金屬部件帶電,從而使人觸電。


8.申請節能認證LED路燈需要注意的要求
對于申請節能認證的LED路燈產品,在進行安全認證時部分條款存在差異,往往在認證過程中會被忽略,常常導致安規獲證后因為節能差異要求而反過來變更安規證書的情況,主要差異條款如下:
(1)標記
     除應符合GB 7000.203-2013第5章要求外,LED路燈應清晰耐久地標有以下標志:
a)型號、規格(額定光通量和額定相關色溫);
b)額定電源電壓和電源頻率、電源電流、額定功率、功率因數;
c)安裝角度可調節的LED路燈,應有相應的角度標記;
除上述強制性標記以外,必要時還應將下述適用的內容標記在燈具上,或標記在產品生產商或責任經銷商的說明書中:
a)適用的電源電壓范圍;
b)外形尺寸和重量;
c)可使用的控制裝置的型號規格及其制造商;
d)如果安裝角度可以調節,產品上應相應標記的含義;
e)安裝條件,包括道路類別、道路寬度、車道數、道路表面材料、布置方式、安裝高度、燈桿安裝間距、懸挑長度和仰角等;
(2)防塵、防固體異物和防水
     LED路燈IP防護等級應為IP65或IP66。
(3)重量
     針對不同的LED路燈規格,產品重量不應超過表1中的限值:
          
規格3000lm5400lm/9000lm14000lm
重量限值10kg16kg20kg
表1 LED路燈產品重量限值表(含驅動器和安裝接頭)
(4)適用工作要求
     在90-110%額定電源電壓范圍內應能正常工作,在-30℃~45℃的條件下應能正常工作,同時LED路燈應滿足具體使用場合的環境溫度要求、適度和腐蝕性等其他特殊要求。
二. LED路燈電磁兼容常見問題
1. 適用標準
LED路燈申請國內自愿性認證時,電磁兼容需要同時滿足標準GB 17743-2007《電氣照明和類似設備的無線電騷擾特性的限值和測量方法》、GB 17625.1-2012《電磁兼容 限值 諧波電流發射限值(設備每相輸入電流≤16A)》、GB/T 18595-2001《一般照明用設備電磁兼容抗擾度要求》中浪涌部分的要求。很多生產廠家在產品設計時往往會忽略電磁兼容抗擾度中的浪涌部分,導致認證測試過程中不滿足相關要求出現不合格并進行整改,影響認證進度。
2. 騷擾電壓
主要是LED路燈中的控制器電路設計過程中未考慮電磁兼容問題,電源濾波電路設計不夠理想,導致電磁輻射超出限值要求,導致產品騷擾電壓項目不符合GB 17743-2007《電氣照明和類似設備的無線電騷擾特性的限值和測量方法》限值要求。該項目不合格容易導致電網的電壓和電流波形發生畸變,污染電網,對其他接入到電網的電氣設備特別是高靈敏設備的正常工作造成影響。
騷擾電壓騷擾主要包括差模騷擾和共模騷擾,對于不同頻段的傳導騷擾超標,常用的整改措施有:
(1)5MHz以下主要為差模共?;旌?。對于差模騷擾超標可調整X電容容量,添加差模電感器,調差模電感量(如圖5);對于共模騷擾超標可添加共模電感,選用合理的電感量來抑制,或者增加Y電容,適當調整Y電容的參數和位置(如圖6)。


(2)5M---20MHz以共摸騷擾為主,采用抑制共摸的方法。對于外殼接地的,在地線上用一個磁環串繞2-3 圈會對10MHz 以上騷擾有較大的衰減作用?;蛘咴谳敵稣鞴軆啥瞬⒙揜C濾波器且調整合理的參數(如圖7)。

(3)20--30MHZ的騷擾:常用的整改措施可以采用調整對地Y電容容量或改變Y 電容位置;或者變壓器外面包銅箔;或者輸出線前面接一個雙線并繞的小共模電感。


3. 輻射場騷擾
主要是LED路燈具整體設計存在缺陷,例如燈具或電源的屏蔽效果不好,燈具電源外的恒流模塊的設計不合理,接地布線、燈具內部走線布置不合理,感性元器件的非合理應用等導致騷擾不符合GB 17743-2007《電氣照明和類似設備的無線電騷擾特性的限值和測量方法》限值要求。
作為輻射騷擾的抑制措施,要特別注意開關電源的布局和布線。作為補救,在開關電源的結構上和器件的采用上也可采取適當措施(如屏蔽和濾波等)。常見的抑制措施如下:
1. 印刷線路板的設計
電子設備(包括開關電源在內)設計對所有的信號線都實現最佳布線是不可能的,應首先考慮最重要的部分。從電磁騷擾發射的角度考慮,最重要的信號是高電流和電壓變化率信號,如時鐘線、數據線、大功率方波振蕩器等。從敏感度的角度考慮,最重要的信號是前后沿觸發輸入電路、時鐘系統、小信號模擬放大器等。開關調整回路和整流輸出回路是最重要的電磁騷擾發射線路;而反饋控制則是最重要的敏感線路。
2. 采用屏蔽罩來抑制輻射噪聲
屏蔽效應的原理是用屏蔽罩反射或吸收不需要的噪聲。對高頻段,主要是反射,常用鋁、銅或其他低阻抗的材料。要求開孔尺寸和緊固件的間隔盡量小,還要避免由于覆蓋涂層造成某些區域的絕緣。
3. 騷擾源的常見整改方法為:調整輸出整流管的吸收電路參數,或者在輸出整流管和MOS管管腳上串磁珠,或者在MOSFET的D-S腳并聯一個小吸收電路。
4. 浪涌(沖擊)抗擾度
主要是LED路燈及LED控制裝置抗浪涌電路的設計不合理,或者壓敏電阻、瞬態抑制二極管或氣體放電管的選擇不合理,不符合GB/T 17626.5-2008《電磁兼容試驗和測量技術 浪涌(沖擊)抗擾度試驗》限值要求。該項目不合格會LED路燈防雷效能差,在雷雨天氣不能很好的保護設備的正常工作,甚至很快出現燈具故障,影響正常的路面夜間行車安全。
    根據浪涌測試原理和產品設計原理,主要的整改措施為增加防浪涌裝置的設計,以及接地處理。
三.獨立式LED控制裝置常見問題
1. 適用標準
獨立式LED控制裝置申請國內強制性認證時,安規要求除了要滿足GB 19510.1-2009《燈的控制裝置 第1部分:一般要求和安全要求》、GB 19510.14-2007《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》,獨立式LED控制裝置還要滿足GB7000.1-2007《燈具 第1部分:一般要求與試驗》的要求。電磁兼容需要同時滿足標準GB 17743-2007《電氣照明和類似設備的無線電騷擾特性的限值和測量方法》、GB 17625.1-2012《電磁兼容限值 諧波電流發射限值(設備每相輸入電流≤16A)》。雖然國內強制性認證沒有要求LED控制裝置要滿足電磁兼容抗擾度中的浪涌部分,但很多LED燈具廠都希望燈具的防雷措施在LED控制裝置得到實現,往往優先采購帶有防雷措施的LED控制裝置。所以需要提醒LED控制裝置生產廠家,假設LED控制裝置是配套路燈使用的,那么在產品設計時就要注意電磁兼容抗擾度中的浪涌部分,以免獲證后用在LED路燈中不滿足相關要求出現不合格而無法銷售。
2. 獨立式LED控制裝置電源連接問題
對獨立式LED控制裝置,如果提供電源連接方式是不可拆卸的軟纜或軟線和接線端子的連接方式,必須滿足GB7000.1第5章5.2.10.3條款的拉力的要求的,特別注意的是,在使用接線端子連接方式的獨立式LED控制裝置,為了防止護套線從控制裝置上脫落,必須配備導線固定架。

3. 獨立式LED控制裝置IP防護問題
目前LED光源在戶外照明燈具得到了廣泛的使用,為之配套的獨立式LED控制裝置的IP等級一般為IP65,并且這種控制裝置一般為灌膠型式,有的人認為由于灌膠,在做完IP等級試驗后,里面雖然有水滴,但控制裝置依然可以正常工作,是可以接受的。由于灌膠的質量會明顯受到制作環境、制作材料,制作工藝等因素的影響,在國內認證中普遍認為灌膠是一種不可重復一致的型式,所以在進行完IP等級試驗后LED控制裝置里面有水滴是不可接受的。
當對一個IP等級為IP65并且是灌膠結構的獨立式LED控制裝置進行外殼防護等級試驗后,需打開LED控制裝置的外殼,查看里面是否有水滴,有水滴則不合格,即使控制裝置仍能正常工作。



4.LED控制裝置與燈具配套測試時存在的問題
如果LED控制裝置與LED路燈的光源腔是分別獨立的,且獨立式LED控制裝置標記上的ta和IP等級與光源腔(燈具)標志上的ta和IP不同,則此獨立式LED控制裝置應按照LED控制裝置標志上的ta和IP等級進行檢測進行GB7000.1檢測。這個應該比較好理解,因為這個獨立式LED控制裝置的使用環境完全可以獨立于控制裝置后面的光源腔,這種情況可能出現在超薄LED路燈燈頭結構中。
但是當一個獨立式LED控制裝置固定在光源腔上時,并且是不可以隨意取下來的,則即使在此LED控制裝置標志上的ta和IP等級與光源腔(燈具)上的ta和IP等級不同,在對此控制裝置進行隨機檢測時,則沒有必要單獨按照LED控制裝置標志上的ta和IP等級進行GB7000.1檢測,但是LED控制裝置標志上的ta和IP不得小于光源腔(燈具)上的ta和IP等級。


四.結束語
   近幾年,我國LED路燈產業發展迅猛,LED路燈產品在照明市場中的需求越來越大,但部分企業的在設計和生產過程中容易忽略一些細節,所生產的LED路燈及電源控制器產品無法滿足國家LED路燈產品的相關安全、EMC及光電性能標準的要求。LED路燈及電源控制器企業的產品質量意識還有待提高,容易出現安全隱患和質量事故,且其產品質量對公眾人身財產安全有較重要影響。希望通過上文對標準、概念、案例的解析,能對我們的LED路燈及LED控制裝置生產企業在設計、認證、生產和使用中有所幫助。


參考文獻
[1] GB 7000.1-2007,燈具 第1部分:一般要求與試驗 [S]
[2] GB 7000.203-2013, 燈具 第2-3部分 特殊要求 道路與街路照明燈具 [S]
[3] GB/T 5013.1-2008,額定電壓450/750V及以下橡皮絕緣電纜 第1部分:一般要求 [S]
[4] CQC12-465313-2010,燈具和燈具用電源導軌系統安全與電磁兼容認證規則 [S]
[5] GB 17743-2007,電氣照明和類似設備的無線電騷擾特性的限值和測量方法 [S]
[6] GB 17625.1-2012,電磁兼容 限值 諧波電流發射限值(設備每相輸入電流≤16A) [S]
[7] GB/T 18595-2001,一般照明用設備電磁兼容抗擾度要求 [S]
[8] GB 19510.1-2009,燈的控制裝置  第1部分:熒光燈用交流電子鎮流器的特殊要求 [S]
[9] GB 19510.14-2009,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 [S]


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