户外用灯具IPX5防水试验测试结果分析

作者：陈宗嘉时间：2019-11-29来源：电子产品世界收藏

　　陈宗嘉(福建省产品质量检验研究院, 福建福州 350002)

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201911/407673.htm

　　摘要：GB 7000.1-2015《灯具第1部分：一般要求与试验》和GB/T 4208-2017《外壳防护等级（IP代码）》

　　中要求灯具在IPX5试验之后，电气连接件、载流部件或者可能危害使用者或环境的绝缘体上没有水迹。本文主要对IPX5户外灯具的防水结构特点进行总结，并介绍各种结构的优缺点，供广大设计师参考。

　　0 引言

　　近年来，随着城市照明工程的兴起，越来越多的灯具产品被布置在复杂的环境中，经受风吹日晒，随之而来的就是户外灯具漏电事件时有发生。大多数的户外灯具漏电事件是由于其防水结构做得不到位发生进水或雾化，使带电部件与外界接触造成人身伤害。因此防水性能是衡量一个灯具是否安全的重要指标。大部分的户外灯具是以GB 7000.1—2015和GB/T 4208—2017中的IPX5防喷水灯具的防水要求设计的，因此，本文中将探讨防水等级为IPX5的LED路灯、高压钠灯和洗墙灯的防水结构，供广大设计人员进行参考。

　　1 标准条款和试验要求

　　按照GB 7000.1—2015和GB /T4 208—2017中对IPX5防喷水灯具的要求灯具在做试验前，要将整套灯具在额定电压下点亮直至达到稳定的工作温度，在关闭灯具电源开关的情况下，立即经受用带喷嘴的软管从各方向喷水15 min，喷嘴离样品距离应保持3 m，调节喷嘴处的水压，使水流速达到12.5× (1±5%) L/min（约30kN/㎡）。按照标准中的试验方法，将灯具点亮到稳定的工作温度，会让灯具从常温到灯具的最高发热温度，灯具腔体内气压会上升，使灯具腔体的空气冲出防水结构。同时，灯具受热会膨胀，也可能会破坏防水结构。

　　之后立刻做防喷水试验，水的冲击会使灯具迅速冷却，让灯具腔体内的气压迅速下降，灯具腔体会从外部吸入空气。突然性的冷却会让灯具受冷收缩，也可能造成灯具防水结构的损坏。标准中的流速规定会产生约30 kN/㎡的力冲击灯具的防水结构，这是考核灯具是否会因为平时使用过程中受到外力冲击而损坏。如果户外灯具的防水结构做得不到位，会造成防水结构无法承受热胀冷缩出现缝隙，也有可能会因为水流的冲击造成渗水甚至造成灯具结构上的损坏，从而造成人身伤害。

　　2 测试案例和结果分析

　　2.1 案例一：洗墙灯

　　洗墙灯上常见的防水措施有4个点。第1个点是外壳的金属卡扣结构，其是用于组成洗墙灯的基本外观，同时也是洗墙灯防水的第一道防线，如图1（a）；第2个点在洗墙灯表面玻璃与金属外壳固定处有封胶，这里的封胶可以防止水通过玻璃直接进入灯具腔。这是洗墙灯防水的第2道防线，如图1（b）；第3个点在洗墙灯两侧的盖板上有橡胶垫，防止水进入灯具腔。这是洗墙灯防水的第3道防线，如图2；第4个点在洗墙灯内部电路板上下表面有封胶，保护电路板上的铜线不与水接触。这是洗墙灯防水的第4道防线，如图1（c）。由第1、2和3点构成的一个无排水孔的灯具结构，其中的封胶使其符合GB/T7000.1-2015第9.2（c）中1）的要求。第四点的结构使其符合GB/T7000.1-2015第9.2（c）的要求，使水不触及带电部件。

　　洗墙灯常见的进水原因分析：

　　1）在生产灯具的时候可能是夏天，气温很高，空气中湿度比较大，这些空气被灯具生产时封装入光源腔中。在进行防水试验时，25 ℃±10 ℃的水从喷水口喷出会让整个灯具降温，而灯具腔内的空气是富含水汽的空气与突然降温的冰冷的灯具玻璃灯罩上相遇会出现雾化现象，这样的现象会让试验人员误以为进水，这种现象在其他灯具中也会产生。

　　2）洗墙灯的外壳是由两个金属卡扣结构组成。因为材料切割的问题，两个金属无法做到长度一致，一个金属部分会突出顶在配有橡胶垫圈的盖板上，使橡胶垫圈出现间隙，水会在压力的作用下进入灯具内部。两个金属卡扣结构还有可能因为生产工艺的问题，使两个金属无法紧密结合在一起从而形成缝隙。洗墙灯的盖板无法和灯具紧密贴合在一起，水就会在压力的作用下，从洗墙灯的盖板进入，顺着金属卡扣结构的缝隙流入到灯具内部造成灯具进水。

　　2.2 案例二：高压钠灯灯具

　　高压钠灯通常悬挂于隧道内或者是安装在路灯杆上。文中讨论的是悬挂于隧道内的高压钠灯，如图3。隧道高压钠灯因为其悬吊于隧道顶上，所以隧道高压钠灯的背面是一个全封闭的外壳。隧道高压钠灯一般是用密封圈防水。密封圈是用防水胶水黏在隧道高压钠灯金属外壳边框内的一圈金属上,软硬度适中，其截面形状是正方形的，在受力之后可以紧紧地贴合两个面。当隧道高压钠灯的发光面玻璃盖盖上后，隧道高压钠灯盖上有个压紧装置会施加一个很大的力将玻璃盖与金属外壳上凸起的密封圈紧紧地夹在一起形成整个灯具的防水结构，如图4（灯具边框上白色的一圈即为密封圈）。这样的结构使其符合标准9.2（c）条款要求。

　　隧道高压钠灯常见的进水原因分析：

　　1）由于隧道高压钠灯的密封圈是由一条橡胶条首尾相圈圈成的。在生产过程中，橡胶条在隧道高压钠灯边框内的金属圈上粘合时，橡胶条的首尾没有使用防水胶水粘合上，造成密封圈有一个缝隙，如图5。因为发光面玻璃盖和灯具金属外壳的缝隙很大，在做IPX5试验的时候，带有压力的水流可以直接冲击密封圈。材料为橡胶材质的密封圈会在水流的冲击下短暂地扩大缝隙，同时聚集在密封圈周围的水会在压力的冲击下顺着金属外壳的凹槽流进密封圈的缝隙中，造成隧道高压钠灯进水。若要防止水进入灯具内部，通过对密封圈的首尾用胶水结合，同时可以将金属外壳设计的玻璃盖围起来，这样既减小了水直接冲击到密封圈上的力，也防止进水情况的发生，如图6。

　　2）密封圈因为高压钠灯设计的问题，密封圈在金属外壳的凹陷处没有密封圈的粘着点，导致密封圈仅仅只是在压紧装置的作用下压在金属外壳上。在试验中，水在压力的作用下冲击密封圈，因为密封圈的弹性，在压力的作用下密封圈会出现缝隙，水会从缝隙冲进灯具内，造成灯具进水，如图7（a）。

　　2.3案例三：LED路灯

　　LED路灯有2种常见类型，一种是由LED发光模块组成，如图8，另一种是LED灯珠板放置在密封的光源腔内的路灯，如图9。第1种LED发光模块的防水是通过发光模块与透镜之间的密封圈和接线孔处的金属防水接头实现，如图10。第2种LED路灯的防水措施是用灯具的外壳和玻璃之间有一层密封圈（如图11，灰色密封圈）和固定玻璃板的螺丝下的橡胶垫圈，如图12。本文讨论第2种LED路灯的防水措施。

　　LED路灯常见的进水分析：

　　1）第2种路灯发光面旁边有排水孔，排水孔的上面就是光源腔。其光源腔内的灯珠电路板为了接上控制器输出的电源，在靠近控制器的位置上开了正方形的孔洞，伸出引线连接控制器，并且焊接在灯珠面板上的正负极没有做任何防护直接裸露在外，如图13。在GB/T7000.1的IPX5试验要求中规定喷水是从各个方向喷水，向灯的发光面喷水，水会从灯具的排水孔进入到灯具腔内，再从灯具腔喷入或者是流入到光源腔内有出现从控制器到光源腔内，与无任何防护的灯珠板正负极接触，造成控制器短路。若要防止水进入光源腔内部，可以在引线入口处安装防水接头，让引线从防水接头处穿过即可解决问题。