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灯具电源连接方式的设计选择

灯具总需要与电源连接,其电源连接方式各有不同,灯具电源连接方式的结构设计需要满足灯具的使用功能,方便顾客使用,并与灯具整体结构相适宜,必须保证电气连接的可靠性、防触电保护的安全性和外壳防护的环境适用性,是灯具结构设计不可忽视的重要环节。


1.灯具电源连接方式


常见的灯具与电源连接方式有:


①接线端子,将电源线引入灯具内连接;


②连接引线,将电源线与灯具连接引线连接后,放入灯具外壳内或说明书规定的接线盒内,使内部导线和接线端子得到保护;


③不可拆卸的软缆或软线,将灯具的电气连接系统引出灯具外壳,由不可拆卸的软缆或软线连接插头或接入接线盒内与电源连接;


④不可拆卸的软缆或软线+带插头或器具插座,适用于可移式灯具,正常使用时,灯具连接电源后能够很方便地从一处移到另一处使用;


⑤与插座配合的插头,适用于插座安装式灯具;


⑥与电源导轨连接的接合器,适用于导轨安装式灯具;


⑦器具插座,用电源连接器插入灯具外壳上安装的器具插座,完成灯具的电源连接,如环路连接的荧光灯灯带;


⑧螺口或卡口灯头,适用于半灯具。


上述灯具电源连接方式中,最常见的灯具电源连接方式是前三种,可以适用于各种灯具,具有通用性,大多数灯具均能选择采用上述电源连接方式①至③中的任何一种。后五种电源连接方式均与灯具的特殊结构和用途相适宜,具有特殊性和专用性,没有可比性。


2.常见的灯具电源连接方式的比较


2.1常见的灯具电源连接方式的差异


由于上述前三种电源连接方式适用于各种灯具,大多数灯具在设计时均可以选择这三种电源连接方式中的任何一种,有可比性和关联性,我们可以用图1来简单说明三种电源连接方式的差异。






图1所示的埋地灯具采用“不可拆卸的软缆或软线”的电源连接方式,由不可拆卸的软缆将灯具的电气连接系统引出灯具外壳,与电源连接。如果将不可拆卸的软缆拆掉,灯具只能将电源线引入灯腔内与接线端子座连接,这种电源连接方式称作“接线端子”。如果再将接线端子座也一起拆掉,灯具只能将电源线引入灯腔内,再配上接线端子座,才能将电源线与灯具内部连接引线连接,这种电源连接方式称作“连接引线”。


三种电源连接方式的结构配置见表1,通常电源连接附件由顾客自己配备。




2.2三种灯具电源连接方式的特点


三种灯具电源连接方式各有特点,能够适用于大多数灯具的电源连接,各类灯具可以根据每种电源连接方式的特点,选择合适的电源连接方式。


①接线端子:将电源线引入灯具内,连接在接线端子中,使接线端子得到充分的绝缘保护。优点:电源连接方便,接线可靠。缺点:在灯腔内需要预留接线空间,安置电源连接部分(包括部分内部接线+接线端子座+部分电源线)。


②连接引线:将灯具内部导线使用接线端子与电源线连接,然后,将电源连接部分放入灯具外壳内或按说明书规定的接线盒内,使电源连接部分得到充分的绝缘保护。若灯具有接线空间,则与上述第①种电源连接方式相仿。优点:减少了接线端子座的成本。缺点:需要客户自配接线端子座,同样需要在灯腔内预留接线空间,安置电源连接部分。


若灯具内没有接线空间,灯具制造商需要在说明书中详细说明,灯具内部导线与电源线连接后,其连接部分应放入符合说明书规定要求的接线盒内,使全部引出灯具外的内部接线和接线端子座得到充分的绝缘保护,接线盒为灯具提供了接线空间。优点:灯具可以减少接线空间,减少了接线端子座的成本。缺点:需要顾客自配符合规定要求的接线盒和接线端子座,安装接线麻烦。


③不可拆卸的软缆或软线:将灯具的电气系统采用不可拆卸的软缆或软线引出灯具外壳,连接插头或接入接线盒内与电源连接,不可拆卸的软缆或软线须符合外部接线的要求。优点:灯具可以减少接线空间,安装时不需要开灯具外壳,便于保持灯具的密封性。缺点:需要客户自配外壳防护等级与灯具相符的电源连接插头或电源连接接线盒,增加了不可拆卸的软缆或软线,增加了安装成本。


2.3三种灯具电源连接方式的比较


从上述三种电源连接方式比较来看,采用连接引线电源连接方式的灯具制造成本最低,但要用规范的方法完成灯具电源连接却是一件麻烦事。这种电源连接方式的灯具在美国、日本非常普遍,原因是这两个国家的建筑规范非常完善,对建筑内的电器安装部位都有详细的标准化要求,通常每个固定安装灯具的墙面位置都会预埋供灯具连接电源的标准化电气接线盒,因此,采用连接引线的灯具就能直接安装在接线盒外表面,很方便地将连接引线直接引入接线盒内完成与电源连接。由于我国的房屋建筑还没有这样规范,灯具安装位置往往不会有预先安装的标准化电气接线盒,因此,连接引线的灯具往往无法实施规范安装,造成不规范的电源连接。


IEC标准比较推崇接线端子的电源连接方式,它适合于全世界的绝大部分国家的安全使用习惯,只需要将电源线引入灯具内,连接在接线端子中,使接线端子得到充分的绝缘保护,电源连接方便,接线可靠。采用接线端子电源连接方式的灯具结构比较完整,顾客不需要增加额外的附件就能方便可靠地使用。


采用不可拆卸的软缆或软线的灯具最大优点是将灯具的电气系统采用不可拆卸的软缆或软线引出灯具外壳,安装时不需要打开灯具外壳,便于保持灯具的密封性。由于制造厂担心,将电源线引入灯具内进行连接,需要在安装现场打开灯具,完成电源线接线后再安装灯具,容易造成户外灯具电缆引入口密封损坏,灯具外壳防护失效,因此,宁愿增加成本,许多具有防水、防尘外壳防护等级的灯具采用了不可拆卸的软缆或软线的电源连接方式。其实,这种担心是不必要的,以现在的制造技术制造出密封性能良好的电缆引入装置并非是件难事,已有多种密封性能良好的电缆引入装置结构可供选择,灯具标准中也已规定了电缆引入装置的考核要求。


3.相关的标准要求


在GB7000.1/IEC60598-1《灯具——第1部分:一般要求与试验》标准中,与上述三种常见的电源连接方式相关的要求如下:


3.1接线端子


相关的标准要求见GB7000.1/IEC60598-1第4.7条。如果灯具使用过程中电源线可能受到应力,应采取适当的预防措施防止电线脱落,使金属部件带电。预防措施的方法有许多种,例如:在接线端子附近的连接电线上安装导线固定架,防止将电源线受到的应力传递到接线端子上;也可以在接线空间内增加绝缘层,防止脱落的电线接触金属部件等等。


电源接线端子的接线往往由使用的顾客自己连接,由于顾客的操作并不会很专业,安装的环境(如光线、空间)较差,安装后也缺乏检查,经常会发生多股导线中的几股导体未被插入接线端子,游离的导体可能会接触到可触及的金属部件,接地线的游离导体可能会碰到带电部件,导致灯具的不安全。因此电源接线端子必须加大安全防护尺寸,防止游离导体的触及。见图2。


接线端子部件的标准要求见GB7000.1/IEC60598-1第14章和第15章。接线端子部件是三种电源连接方式都需要使用的。




3.2连接引线


相关的标准要求见GB7000.1/IEC60598-1第4.6条。灯具的连接引线与电源线需要用一个独立的接线端子座进行连接,这个接线端子座及内部接线需要得到保护,应在灯具内为这个接线端子提供接线空间,或在随灯具一起提供或者制造商规定的接线盒内提供接线空间容纳该接线端子座,如制造商没有提供接线端子座或没有规定接线端子座的尺寸,接线空间的大小至少应该能够容纳如图3所示的接线端子座和连接的导线。




接线空间在装入接线端子座及导线后应确保爬电距离和电气间隙符合标准的规定,连接的导线不得过分锐弯,接线端子接线后,导体中的其中一股可能游离在外,应不能接触到任何可触及的金属部件。如果接线端子没有固定的位置,接线空间应确保不固定的接线端子座在任何位置都能满足上述同样的要求。


接线端子座完成导体连接后应放入灯具内、或者随灯具一起提供或者由制造商规定的接线盒内,如果灯具内不能放置接线端子座、也没有随灯具一起提供接线盒,制造商应在说明书中详细、明确地告知接线盒和接线端子座的形式、尺寸及电源连接要求。


3.3不可拆卸的软缆或软线


相关的标准要求见GB7000.1/IEC60598-1第5.2条。不可拆卸的软缆或软线应符合灯具外部接线的要求,其机械和电气性能至少应符合相关绝缘电缆标准的要求,标准还对灯具软缆的导线截面积和绝缘层厚度、电缆引人口的保护措施、导线固定架等等提出了相关要求。


不可拆卸的软缆或软线最终会由顾客来连接插头或接入接线盒内与电源连接,插头和接线盒内的接线空间同样需要符合标准要求。


4常见的三种电源连接方式的关联性


标准所推荐的导线连接方法都需要使用接线端子来完成,这样才能确保导线连接的可靠性。灯具的电源连接接线部分的接线端子座和导线需要得到保护,需要有一个接线空间,如果灯具内没有接线空间,就需要配备接线盒来提供接线空间。规范的接线方式配备如表1所示。


从上述三种电源连接方式的配置和标准要求来看,相互间存在包容的关系。灯具连接引线与电源连接最终需要使用接线端子来完成,因此,采用连接引线的灯具按标准要求完成与电源连接就需要配备接线端子座和接线空间,并应符合与“连接引线+接线端子”相关的标要求。接线端子座和接线空间可以由制造厂提供,也可以由顾客自己配备,通常表1所列的电源连接附件由顾客自己配备。


采用连接引线的灯具完成电源连接安装后,如果连接引线不能被装入灯具外壳或接线盒内,得不到有效的绝缘保护,那么连接引线就需要符合灯具外部接线的要求,即不可拆卸的软缆或软线相关的标准要求,外露的连接引线就是不可拆卸的软缆或软线,所以,不可拆卸的软缆或软线电源连接方式应符合与“连接引线+接线端子+不可拆卸的软缆或软线”相关的标准要求。


如果灯具由于采用连接引线的电源连接方式而没有配备接线空间,这样能使灯具的制造成本有所下降,但是,为了规范使用灯具就必须配备接线盒来提供接线空间,顾客就会增加附件的成本和使用麻烦。因此,通常情况下连接引线的电源连接方式仅仅是为制造厂转嫁了一部分灯具生产成本给顾客,而且,还增加了使用麻烦,会促使灯具使用者采用不规范的接线方式(导线绞接)来连接电源,埋下不安全的隐患。


5几种常见的灯具电源连接方式实例


5.1荧光灯具支架


常见的荧光灯支架电源连接方式为接线端子,见图4。


荧光灯支架采用连接引线电源连接方式,见图5。




两者比较,灯具制造厂减少了接线端子座的成本,而顾客却要自己配备接线端子座,增加了安装成本和麻烦,制造厂转嫁了一部分灯具生产成本给顾客。


5.2小型吸顶灯具


电源连接方式为接线端子小型吸顶灯具,见图6。


两款灯具相比之下,图6所示灯具的制造成本肯定要高于图7所示灯具,但图6所示灯具安装方便,图7所示灯具安装比较麻烦,灯具在连接电源后,连接引线和接线端子座需要装入房顶墙面预埋的接线盒内,顾客必须在灯具安装位置配备预埋的接线盒和接线端子座。如果这段外露的软线为不可拆卸的软线,顾客还要为软线连接插头,再在灯具附近安装插座,才能完成电源连接,安装后软线外露也不美观。大多数使用者为了方便和美观,会采取导线绞接的方式来连接电源,埋下安全隐患。




5.3电源连接方式设计不合理的荧光吸顶灯具


我们经常在市场上看到有这样一类采用连接引线的荧光吸顶灯具,见图8。这种荧光吸顶灯具安装面细长,安装后难以遮盖墙面预埋的接线盒,因此,安装时通常不会再配套使用预埋的接线盒。灯具连接电源后,接线端子座和连接引线不能装入灯具,使用者只能以导线绞接的方式来连接电源,见图9。岂不知导线绞接是一种临时接线的方式,时间长久后导线连接处容易松脱,内阻增大,连接点发热,绝缘胶布容易脱胶,造成安全隐患。


5.4电源连接方式设计不合理的嵌入式灯具


图10为采用连接引线的嵌入式灯具,试想如果要为这款嵌入式灯具规范连接电源的话必须在灯具的背部增加一个接线盒和电源接线端子。那么,既然灯具需要一个含有接线端子座的接线盒才能规范接线,为什么灯具设计的时候就不配备这样一个含有接线端子座的接线空间呢?究竟是灯具制造厂希望转嫁一部分生产成本给顾客,还是设计者不懂得灯具电源连接方式的设计要领。




图10采用连接引线的嵌入式灯具


5.5采用不可拆卸软缆的埋地灯具


采用不可拆卸软缆的埋地灯具见图1,由于制造厂担心,将电源线引入灯具内进行连接,需要在安装现场打开灯具,完成电源线接线后再安装灯具,电缆引入装置的密封性能难以保证,容易造成埋地灯具漏水现象,因此,宁愿增加成本,增加不可拆卸的软缆,将灯具的电气连接系统引出灯具外壳来与电源线连接。但是,试想一下引出灯具外的不可拆卸软缆与电源线该如何连接,规范的连接方法还是需要再配备一个外壳防护等级达到IP57以上、能浸泡在水里长期工作而不漏水的接线盒和接线端子座,大大的提高了安装成本,而且,导线连接系统还由此增加了连接点,多一个连接点就多一份故障危险。由于规范接线的安装工作太麻烦,施工者就会采用导线绞接的方式来连接电源,然后用防水绝缘胶布包裹起来,这样的临时接线方式耐不住水的长期浸泡,埋下安全故障隐患。


埋地灯具正确的电源连接方式是采用接线端子,将电源线直接引入灯具内连接在接线端子座上,然后压紧螺纹密封压盖,确保灯具的密封性能。以现在的制造技术制造出密封性能良好的电缆引入装置并非是件难事,已有多种密封性能良好的电缆引入装置结构可供选择,确保埋地灯具密封性能的关键是配备高质量的电缆引入装置。


5.6LED道路灯具


由于LED道路灯具是一类比较新的照明灯具产品,有许多电子元器件行业生产企业参与了LED道路灯具的设计和生产,这类企业对传统的道路灯具不够了解,因此,设计的LED道路灯具的电源连接方式绝大多数采用不可拆卸的软缆或软线,见图11。道路灯具采用不可拆卸的软缆或软线会增加制造厂的生产成本,不可拆卸的软缆或软线如果过长,会造成浪费。不可拆卸的软缆或软线如果不够长,会增加导线连接点,增加安装成本和发生故障的概率。不可拆卸的软缆或软线与电源电缆连接时,由于电源电缆的自重,会将的拉力传递给接线端子,造成电源连接脱落的危险。必须在电源连接接线端子的两端各加设一个导线固定架来消除接线端子处的导线张力。




传统的道路灯具电源连接方式均为接线端子,见图12,将电源电缆通过路灯杆引入道路灯具的腔内,用导线固定架压紧在电源电缆的绝缘外套上,固定电源电缆,消除电源电缆上的应力,然后连接在电源接线端子座上,完成电源连接。这样安装简便,安装成本低,安全隐患少。




6结束语


综上所述,在接线端子、连接引线、不可拆卸的软缆或软线三种常见的电源连接方式中,接线端子是一种比较完善的灯具电源连接方式,能适用于大部分灯具的电源连接。采用接线端子电源连接方式的灯具结构完整,比较适合于我国的安全使用习惯,顾客不需要增加额外的附件就能方便可靠地使用。


灯具设计人员应了解各种灯具电源连接方式的结构,把握电源连接结构的设计细节,以方便顾客安全使用为宗旨,在设计好灯具的光学、安全结构同时,也要注重为顾客提供安装使用的便利,在灯具结构上没有特殊要求的前提下,尽可能采纳接线端子电源连接方式,为消费者提供安全可靠、安装使用方便的灯具。

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