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LED 灯具及控制装置绝缘电阻和电气强度试验要求[1]

《照明工程学报》2010-2012年优秀论文评选 优秀奖

2013-8-19  来源:照明工程学报  作者:郭卫军 俞安琪  有5149人阅读

文章介绍了国际/ 国内采用LED 的灯具及LED 控制装置绝缘电阻和电气强度试验原理和试验要求。分析了采用LED 及控制装置的灯具内各电极之间的绝缘电阻和电气强度试验等级。文章还介绍了具有调光端子的LED控制装置及灯具的附加的绝缘电阻和电气强度试验要求以及照明电器产品标准对高压仪器的要求。

  1 原理与一般要求

  绝缘电阻和电气强度试验条款看似很简单,并且大部分行业内人士都认为对该条款能理解,但实际在操作执行中往往存在较多的错误现象。

  首先应分清电气强度中的高压击穿与绝缘电阻和泄漏电流的不同之处。在电器使用中,其绝缘层会受到感性电器断、通时产生的高压脉冲冲击,也会受到触发脉冲和雷电感应脉冲的冲击,电气强度指标是为了考核绝缘层抗电击穿的能力,电击穿一般有两种情况,一种是电气间隙不够,在高压作用下发生空间击穿放电,此类击穿一般不会造成永久性的绝缘破坏。另一种击穿是绝缘介质被击穿,由于绝缘介质通常是有机物,当有机物被高压击穿后,击穿点处的绝缘物被高压放电所碳化,因此造成永久性的电绝缘被破坏。照明电器的高压击穿大部分为后者。在IEC 标准中对一般电器电击穿的定义是在高压作用下,高压造成的电流≥100mA 时才认为是电气强度不符合要求,而用电器一旦发生电击穿后一般是不可恢复的,并且是直接危及人身安全的。而绝缘电阻以及泄漏电流是考核在一定的电压作用下,透过绝缘物产生的漏电流,这一漏电流并不会使绝缘物失效。当这一漏电流较大时( 按人的对电感觉灵敏性不同大约在0. 5mA ~ 5mA) , 会使人产生麻电的感觉,这一漏电流是不会对健康人直接产生危害的,但如在高空作业时人会因为感到麻电而本能的躲闪,可能造成高空跌落伤害。另外,对某些心脏病人可能会产生明显的危害,因此要进行限制。大部分采用兆欧表测量绝缘电阻的方法来限制控制装置和灯具某些部位的漏电流,但是,要求在测量绝缘电阻时断开影响测量结果的电容和电感( 见GB 7000. 1 标准10. 2) ,而用具有加权网络的泄漏电流仪来测量整个灯具的泄漏电流,整个灯具的泄漏电流的测量结果不仅包括了在电压作用下,透过绝缘物产生的漏电流,而且还包括了灯具的电容性感应产生的漏电流( 见GB 7000. 1 标准10. 3)。

  了解上述的电气强度试验内涵后,我们还应注意IEC 标准对照明电器电气强度的要求。在标准中所说的工作电压的含义是照明电器在工作时,包括正常状态和异常状态情况下任何接线端子间或接线端对地间产生的最大稳态有效值电压( 不包括瞬态值)。由于照明行业的发展,目前已有较多的光源控制装置的输出端在工作状态或者是异常状态时按上述的要求检查,其工作电压完全可能超出输入电压( 在标志项目中也要求标出光源控制装置的工作电压值)。因此,在进行电气强度试验时, 对每一光源控制装置的试验电压2U + 1000V 中的U 应按标称的工作电压来计算。

  2 采用LED 光源的灯具电气强度试验要求

  采用LED 光源的灯具电气强度试验大多比一般的灯具要复杂,按灯具内所用的控制装置不同以及灯具防触电分类的不同,基本可分成以下几个情况:

  (1 ) 采用输出为安全特低电压( SELV) 或隔离式控制装置的灯具在进行绝缘电阻和电气强度试验时,首先应关注LED 控制装置的标志。

  图1 所示的控制装置输出为隔离式安全特低电压( SELV) ,所以其内部输入与输出间也一定采取了隔离措施。

  对于采用此类LED 控制装置的灯具, 应按照GB 7000. 1 第10 章表10. 1 和表10. 2 的要求进行如下试验。

  图2 是比较典型的采用LED 光源的Ⅰ类灯具各电极示意图。

  1) 因为输出端为SELV,所以输出端对安装表面及灯具金属外壳( 大多情况这两者是同一电位连接在一起) 的绝缘电阻应≥1MΩ,电气强度所施加的电压是500V /1min 不击穿。

  输出侧的不同极性之间试验只能把接线端子B上的控制装置和LED 模块接线拆下后,在接线端子B 上进行,绝缘电阻也应≥1MΩ。电气强度试验所施加的电压也是500V /1min。

  2) 因为输入端为非SELV, 并且为Ⅰ类结构,所以输入端对安装表面及灯具金属外壳( 大多情况两者为同一电位) 应按基本绝缘考核,即绝缘电阻应≥2MΩ, 电气强度所施加的电压应为( 2Uin +1 000V) /1min。

  如果灯具内存在电源的开关S,则应在开关处于断开位置状态对L 和N 进行不同极性带电部件的绝缘电阻和电气强度试验。还应把接线端子A 上的电源线和控制装置线拆除后,对接线端子A 进行不同极性带电部件的绝缘电阻和电气强度试验。由于后两种情况都只需基本绝缘就能满足要求,所以试验限值和电压与本条第一种情况相同。

  3) 从图2 可看出,输入端子电极到人可触及的导电部件有两条可能的通道:

  a) 人—灯具外壳( 接地) — ( 基本绝缘) —输入电源端及有关线路

  b) 人—输出端子—LED 控制装置( 双重或加强绝缘) —输入电源端及有关线路

  注: 因为当输出电压为SELV 且负载电压≤25V时,输出端可外露,人可触及。对于a) 通道, 属于Ⅰ类结构, 比较好理解,是属于基本绝缘加保护接地的形式。对于b) 通道,因为输出端电压为SELV,且当负载电压≤25V 时,输出端可外露,并且输出端无法实现保护接地,所以属Ⅰ类灯具中的局部Ⅱ类结构。这一通道中的加强绝缘是由LED 控制装置内部的强化隔离来实现的,所以对此类灯具,应进行输入/输出间的绝缘电阻和电气强度试验, 绝缘电阻应≥4MΩ, 并进行4UIN + 2750V 的加强绝缘电气强度试验。

  这里应注意,既使对于输出电压> 25V 但仍属于SELV 输出,因为输出端子对人可触及的灯具外壳,只要求1 MΩ 的绝缘电阻且只进行500V 的电气强度试验,这并不具备基本绝缘和附加绝缘的基本要求,所以其输入/输出间仍应按加强绝缘的要求进行绝缘电阻和电气强度试验。如果对于电器箱与光源腔分开的情况( 光源腔为Ⅲ类) ,LED 控制装置内部更要具有强化隔离功能。

  值得指出的是,在GB 7000. 1 标准10. 2. 2 中指出,“对于既有加强绝缘又有双重绝缘的Ⅱ类灯具,应注意施加于加强绝缘的电压不应使基本绝缘或附加绝缘受到过高的电压。”我们知道, 大多数高压仪的输出端都具有一个对地的高电位极和低电位极,并且其低电位极一般都接地( 或与潮湿箱的机壳相连) ,这时如果该灯具已进行完潮态处理, 并在潮湿箱内,高压仪的高电位端出极输出的强化试验电压不管连接在输入端还是输出端,都将发生把强化电压直接强施加在基本绝缘上的情况。正确的做法是,把高压仪的对地低电位极与“地”连接切断,并确认高压仪内部也不存在该电极与地连接的情况,把两个输出电极直接引出施加到上述灯具的输入端与输出端。

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