戶外用燈具IPX5防水試驗測試結(jié)果分析

　　陳宗嘉(福建省產(chǎn)品質(zhì)量檢驗研究院,?福建?福州?350002)

　　摘?要：GB 7000.1-2015《燈具 第1部分：一般要求與試驗》和GB/T 4208-2017《外殼防護等級（IP代碼）》

　　中要求燈具在IPX5試驗之后，電氣連接件、載流部件或者可能危害使用者或環(huán)境的絕緣體上沒有水跡。本文主要對IPX5戶外燈具的防水結(jié)構(gòu)特點進行總結(jié)，并介紹各種結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點，供廣大設(shè)計師參考。

　　關(guān)鍵詞：防水；戶外用燈具；結(jié)構(gòu)

　　0 引言

　　近年來，隨著城市照明工程的興起，越來越多的燈具產(chǎn)品被布置在復(fù)雜的環(huán)境中，經(jīng)受風(fēng)吹日曬，隨之而來的就是戶外燈具漏電事件時有發(fā)生。大多數(shù)的戶外燈具漏電事件是由于其防水結(jié)構(gòu)做得不到位發(fā)生進水或霧化，使帶電部件與外界接觸造成人身傷害。因此防水性能是衡量一個燈具是否安全的重要指標(biāo)。大部分的戶外燈具是以GB 7000.1—2015和GB/T 4208—2017中的IPX5防噴水燈具的防水要求設(shè)計的，因此，本文中將探討防水等級為IPX5的LED路燈、高壓鈉燈和洗墻燈的防水結(jié)構(gòu)，供廣大設(shè)計人員進行參考。

　　1 標(biāo)準(zhǔn)條款和試驗要求

　　按照GB 7000.1—2015和GB /T4 208—2017中對IPX5防噴水燈具的要求燈具在做試驗前，要將整套燈具在額定電壓下點亮直至達(dá)到穩(wěn)定的工作溫度，在關(guān)閉燈具電源開關(guān)的情況下，立即經(jīng)受用帶噴嘴的軟管從各方向噴水15 min，噴嘴離樣品距離應(yīng)保持3 m，調(diào)節(jié)噴嘴處的水壓，使水流速達(dá)到12.5× (1±5%) L/min（約30kN/㎡）。按照標(biāo)準(zhǔn)中的試驗方法，將燈具點亮到穩(wěn)定的工作溫度，會讓燈具從常溫到燈具的最高發(fā)熱溫度，燈具腔體內(nèi)氣壓會上升，使燈具腔體的空氣沖出防水結(jié)構(gòu)。同時，燈具受熱會膨脹，也可能會破壞防水結(jié)構(gòu)。

　　之后立刻做防噴水試驗，水的沖擊會使燈具迅速冷卻，讓燈具腔體內(nèi)的氣壓迅速下降，燈具腔體會從外部吸入空氣。突然性的冷卻會讓燈具受冷收縮，也可能造成燈具防水結(jié)構(gòu)的損壞。標(biāo)準(zhǔn)中的流速規(guī)定會產(chǎn)生約30 kN/㎡的力沖擊燈具的防水結(jié)構(gòu)，這是考核燈具是否會因為平時使用過程中受到外力沖擊而損壞。如果戶外燈具的防水結(jié)構(gòu)做得不到位，會造成防水結(jié)構(gòu)無法承受熱脹冷縮出現(xiàn)縫隙，也有可能會因為水流的沖擊造成滲水甚至造成燈具結(jié)構(gòu)上的損壞，從而造成人身傷害。

　　2 測試案例和結(jié)果分析

　　2.1 案例一：洗墻燈

　　洗墻燈上常見的防水措施有4個點。第1個點是外殼的金屬卡扣結(jié)構(gòu)，其是用于組成洗墻燈的基本外觀，同時也是洗墻燈防水的第一道防線，如圖1（a）；第2個點在洗墻燈表面玻璃與金屬外殼固定處有封膠，這里的封膠可以防止水通過玻璃直接進入燈具腔。這是洗墻燈防水的第2道防線，如圖1（b）；第3個點在洗墻燈兩側(cè)的蓋板上有橡膠墊，防止水進入燈具腔。這是洗墻燈防水的第3道防線，如圖2；第4個點在洗墻燈內(nèi)部電路板上下表面有封膠，保護電路板上的銅線不與水接觸。這是洗墻燈防水的第4道防線，如圖1（c）。由第1、2和3點構(gòu)成的一個無排水孔的燈具結(jié)構(gòu)，其中的封膠使其符合GB/T7000.1-2015第9.2（c）中1）的要求。第四點的結(jié)構(gòu)使其符合GB/T7000.1-2015第9.2（c）的要求，使水不觸及帶電部件。

　　洗墻燈常見的進水原因分析：

　　1）在生產(chǎn)燈具的時候可能是夏天，氣溫很高，空氣中濕度比較大，這些空氣被燈具生產(chǎn)時封裝入光源腔中。在進行防水試驗時，25 ℃±10 ℃的水從噴水口噴出會讓整個燈具降溫，而燈具腔內(nèi)的空氣是富含水汽的空氣與突然降溫的冰冷的燈具玻璃燈罩上相遇會出現(xiàn)霧化現(xiàn)象，這樣的現(xiàn)象會讓試驗人員誤以為進水，這種現(xiàn)象在其他燈具中也會產(chǎn)生。

　　2）洗墻燈的外殼是由兩個金屬卡扣結(jié)構(gòu)組成。因為材料切割的問題，兩個金屬無法做到長度一致，一個金屬部分會突出頂在配有橡膠墊圈的蓋板上，使橡膠墊圈出現(xiàn)間隙，水會在壓力的作用下進入燈具內(nèi)部。兩個金屬卡扣結(jié)構(gòu)還有可能因為生產(chǎn)工藝的問題，使兩個金屬無法緊密結(jié)合在一起從而形成縫隙。洗墻燈的蓋板無法和燈具緊密貼合在一起，水就會在壓力的作用下，從洗墻燈的蓋板進入，順著金屬卡扣結(jié)構(gòu)的縫隙流入到燈具內(nèi)部造成燈具進水。

　　2.2 案例二：高壓鈉燈燈具

　　高壓鈉燈通常懸掛于隧道內(nèi)或者是安裝在路燈桿上。文中討論的是懸掛于隧道內(nèi)的高壓鈉燈，如圖3。隧道高壓鈉燈因為其懸吊于隧道頂上，所以隧道高壓鈉燈的背面是一個全封閉的外殼。隧道高壓鈉燈一般是用密封圈防水。密封圈是用防水膠水黏在隧道高壓鈉燈金屬外殼邊框內(nèi)的一圈金屬上,軟硬度適中，其截面形狀是正方形的，在受力之后可以緊緊地貼合兩個面。當(dāng)隧道高壓鈉燈的發(fā)光面玻璃蓋蓋上后，隧道高壓鈉燈蓋上有個壓緊裝置會施加一個很大的力將玻璃蓋與金屬外殼上凸起的密封圈緊緊地夾在一起形成整個燈具的防水結(jié)構(gòu)，如圖4（燈具邊框上白色的一圈即為密封圈）。這樣的結(jié)構(gòu)使其符合標(biāo)準(zhǔn)9.2（c）條款要求。

　　隧道高壓鈉燈常見的進水原因分析：

　　1）由于隧道高壓鈉燈的密封圈是由一條橡膠條首尾相圈圈成的。在生產(chǎn)過程中，橡膠條在隧道高壓鈉燈邊框內(nèi)的金屬圈上粘合時，橡膠條的首尾沒有使用防水膠水粘合上，造成密封圈有一個縫隙，如圖5。因為發(fā)光面玻璃蓋和燈具金屬外殼的縫隙很大，在做IPX5試驗的時候，帶有壓力的水流可以直接沖擊密封圈。材料為橡膠材質(zhì)的密封圈會在水流的沖擊下短暫地擴大縫隙，同時聚集在密封圈周圍的水會在壓力的沖擊下順著金屬外殼的凹槽流進密封圈的縫隙中，造成隧道高壓鈉燈進水。若要防止水進入燈具內(nèi)部，通過對密封圈的首尾用膠水結(jié)合，同時可以將金屬外殼設(shè)計的玻璃蓋圍起來，這樣既減小了水直接沖擊到密封圈上的力，也防止進水情況的發(fā)生，如圖6。

　　2）密封圈因為高壓鈉燈設(shè)計的問題，密封圈在金屬外殼的凹陷處沒有密封圈的粘著點，導(dǎo)致密封圈僅僅只是在壓緊裝置的作用下壓在金屬外殼上。在試驗中，水在壓力的作用下沖擊密封圈，因為密封圈的彈性，在壓力的作用下密封圈會出現(xiàn)縫隙，水會從縫隙沖進燈具內(nèi)，造成燈具進水，如圖7（a）。

　　2.3案例三：LED路燈

　　LED路燈有2種常見類型，一種是由LED發(fā)光模塊組成，如圖8，另一種是LED燈珠板放置在密封的光源腔內(nèi)的路燈，如圖9。第1種LED發(fā)光模塊的防水是通過發(fā)光模塊與透鏡之間的密封圈和接線孔處的金屬防水接頭實現(xiàn)，如圖10。第2種LED路燈的防水措施是用燈具的外殼和玻璃之間有一層密封圈（如圖11，灰色密封圈）和固定玻璃板的螺絲下的橡膠墊圈，如圖12。本文討論第2種LED路燈的防水措施。

　　LED路燈常見的進水分析：

　　1）第2種路燈發(fā)光面旁邊有排水孔，排水孔的上面就是光源腔。其光源腔內(nèi)的燈珠電路板為了接上控制器輸出的電源，在靠近控制器的位置上開了正方形的孔洞，伸出引線連接控制器，并且焊接在燈珠面板上的正負(fù)極沒有做任何防護直接裸露在外，如圖13。在GB/T7000.1的IPX5試驗要求中規(guī)定噴水是從各個方向噴水，向燈的發(fā)光面噴水，水會從燈具的排水孔進入到燈具腔內(nèi)，再從燈具腔噴入或者是流入到光源腔內(nèi)有出現(xiàn)從控制器到光源腔內(nèi)，與無任何防護的燈珠板正負(fù)極接觸，造成控制器短路。若要防止水進入光源腔內(nèi)部，可以在引線入口處安裝防水接頭，讓引線從防水接頭處穿過即可解決問題。

　　3 結(jié)論

　　本文通過分析標(biāo)準(zhǔn)中IPX5試驗規(guī)定和要求并從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和試驗操作上分析了檢測過程中遇到的3種戶外燈具的典型產(chǎn)品，同時對3種戶外燈具中在試驗中出現(xiàn)的問題給出改進意見，期望可以為戶外燈具企業(yè)在設(shè)計相關(guān)燈具時提供借鑒。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1] GB/T 7000.1，燈具 第1部分：一般要求與試驗[S].

　　[2] GB/T 4208-2017，外殼防護等級（IP代碼）[S].

　　[3] 陳國秋，付東明，樓潤瑜.論燈具IP等級測試的要求與實施[J].中國照明電器,2011(11):30-35.

　　本文來源于科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2019年第12期第60頁，歡迎您寫論文時引用，并注明出處。