LED灯具接地保护的特殊性

2020-07-18张佰军钱刘星

光源与照明 2020年1期

张佰军钱刘星

上海市质量监督检验技术研究院，上海201114

国家电光源质量监督检验中心（上海），上海201114

0 引言

LED灯具的光源不同于传统光源。除部分使用螺口灯座的LED球泡灯以及带有标准接口的自镇流LED模块外，很少有普通用户可自行更换的LED产品。通常，LED产品大都设计成非用户替换或者不可替换型，这在一定程度上也体现了LED灯具长寿命、免维护的特点。然而，光源使用方式的变化也引出了接地保护的一些特殊情况，文章以接地连续性作为线索，展开对LED灯具的分析。

1 I类防触电结构

GB 7000.1—2015[1]定义：“Ⅰ类灯具的防触电保护不单单是依靠基本绝缘，还包括附加的安全措施，即易触及的导电部件连接到固定布线的保护（接地）导体上，目的在于万一易触及的导电部件上基本绝缘失效，易触及的导电部件不至于带电。”常用的Ⅰ类结构的灯具有：路灯/隧道灯、投光灯、吸顶灯等，如图1所示。

LED灯具通常会用铝基板和PCB板（纤维板）作为LED光源的基材，如图2所示。

图1 一些常见的Ⅰ类灯具

图2 LED光源板的基材

2 LED模块使用的铝基板

为得到更好的散热，很多大功率LED灯具或长寿命LED灯具，会选择铝基板作为LED模块的基材。铝基板已被CTL（IEC标准解释的国际组织）定义为仅能达到基本绝缘的基材[2]。根据 CTL第 DSH1086号决议书：“目前已知的MCPCB（Metal Core PCB），也就是铝基板绝缘系统，仅仅是作为一个单独级别的绝缘（基本绝缘或附加绝缘）”，如图3所示。

图3 铝基板的绝缘特性

3 铝基板在I类灯具中的使用

铝基板作为一种金属材料，仅敷设铜箔的地方有一层薄薄的绝缘，模块的侧面和底面一般都是铝材。根据标准的定义，更换光源过程中，能够触及的基本绝缘金属部件应“永久可靠”的接地。然而，如果是非用户替换光源，光源最终要被取下，其上的接地导体也肯定会被取下，那便无法保证“永久可靠”的接地，铝基板很有可能成为带电部件。基于铝基板的现实状况，分析它在灯具中的两种应用场景。

3.1 不可替换光源

根据标准GB 7000.1—2015[1]的定义：“除非破坏灯具或其部件，光源是不可替换和触及带电部件的。”目前，常见的不可替换光源大多设计成由一次性密封材料封闭的灯具部件，或拆卸即破坏的挡板。对于不可替换光源，基本是从结构判断的。理论上认为，不可替换光源是安全的，因为操作人员只需要更换整个灯具而不需要去更换光源。所以，只要满足不可替换光源的要求，仅对铝基板接地就行。

3.2 非用户替换光源

根据标准GB 7000.1—2015[1]的定义：“光源的罩盖是使用至少两个独立的固定件可靠地保持在位，例如两个螺钉，每个固定件应使用工具才能移动。”同时，在对铝基板提供防触电保护的罩盖上贴上闪电符号“警告，触电危险”，能够避免普通用户触及非用户替换光源的带电部件，并为专业人士提供必要的提醒（闪电符号告知本腔体内有带电部件）。然而，在更换光源的过程中，无法对铝基板的接地提供必要的保障，在铝基板断开接地线的同时，会产生触电风险。因此，有必要对非用户替换光源结构中，腔体内载流部件的电压进行分类讨论。

（1）Ⅲ类非用户替换光源

当灯具光源输入电压为不超过120 V DC的安全特低电压（SELV）时，无需接地。灯具可使用类似于图4的LED控制装置。

图4 SELV输出的LED控制装置

（2）Ⅰ类非用户替换光源

当光源输入电压是大于120VDC的高压或者LED控制装置上无SELV标记的，则输出一般为带电部件，即使它输出的电压只有50V，那也只是正负极之间50V，每个极到金属外壳（0电位）之间的“线电压”还是高的，如图5所示的控制装置。因为光源本身含有带电部件，则需要在安装完成后，更换光源的过程中，都能保证光源铝基板的接地良好。

灯具安装完成后，光源铝基板接地实现起来较为简单，但由于灯具设计为非用户替换光源的结构，在更换光源的过程中，如何保证铝基板的接地则是需要重点考虑的问题。普通的连接方式为光源供电的正负极采用无螺纹端子或直接焊接在光源板上，然后通过防松螺钉提供接地连续性。但是，为了更换光源，势必会拆卸螺钉导致接地失效，而且没有结构上的措施保证一定先拆供电2极，再装接地螺钉。因此，应该设计一个专用的连接器去保证接地连续性。