被常見光源聚光燈照射物體溫升的分析及在標準中應用

鄭少鋒 馮小軍 韓 強

(東莞出入境檢驗檢疫局，廣東東莞523071)

1 引言

國際電工委員會(IEC)制定的燈具安全標準IEC60598中關于被聚光燈照射的物體(以下簡稱:被照射物)要求涉及兩個方面，一個是警告標識，另一個是溫升要求，包括正常溫升和異常溫升(如:可移式燈具傾倒后)。根據標準要求，所有使用鎢絲燈泡(包括鹵鎢燈)的燈具進行安規測試時都需要考核被照射物的溫升，也就是說，在進行發熱試驗和異常發熱試驗時，被照射物點的溫升一定需要進行測試。

日常使用中，由于鈉燈、汞燈、金屬鹵化物燈、管型鹵鎢燈等與杯形鹵鎢燈一樣屬于發熱明顯大于鎢絲燈的光源，其通常都需要進行標識被照射物距離，其距離的選定需要通過復雜的試驗進行判定歸類。而管型熒光燈、LED燈等的發熱遠遠小于鎢絲燈。因此，本文總結了上述有代表性的光源(常見鎢絲燈和杯狀鹵鎢燈)引起被照射物溫升的特點和規律，研究最合理的與被照物距離，以給予測試過程和試驗判定一定的指導。

2 標準要求

燈具標準IEC60598—1∶2008中，關于與被照物距離的要求主要是以下兩個方面。

條款3.2.13:“適用的話，與被照物體的最小距離的符號，例如由于使用的燈泡型號、反射器形狀、可調節安裝方法或安裝說明書上規定的安裝位置可以使被照物過熱的燈具。所標的最短距離由12.4.1j)條的溫度試驗確定。”

條款12.4:“熱試驗(正常工作)燈具不應使被照射物體過分受熱。

12.4.1 j)3.2.13所屬的燈具射出的光束射向類似于附錄D中所述的涂黑的無光澤的垂直木表面。燈具安裝于燈具上標出的距該面的距離上。試驗期間，應按第13章試驗要求測量絕緣部件的溫度。”

關于被照物溫升溫度限制值(最高溫度)標準要求為90℃(試驗面)。

3 被照射物溫升試驗與結果分析

常見的幾種鎢絲燈的功率規格比較統一，如15W、40W、60W、100W的普通鎢絲燈和35W、50W的杯狀鹵鎢燈，且應用非常廣泛。

3.1 普通鎢絲燈

通過多次的溫升測試，我們得出了如表1所示各種功率和特性的鎢絲燈裸燈泡(230V)與被照射物距離在0.1m到1m之間的試驗面溫度值(環境溫度25℃)。

表1 在常見鎢絲燈泡(230V)照射下被照射物溫度與照射距離的關系(單位:℃)

3.1.1 距被照射物0.1m時的溫升曲線

隨著當前國內居民用電量的增大，生產力的發展和人民生活質量水平的不斷增強，也為我國電力行業的未來發展提供便利的條件。當前國內對用電需求量的提升也使得電力系統擴大電網的覆蓋面積。處于這種時代背景下的電力系統，相關從業人員就要不斷增強其運行的安全性、穩定性和有效性，進而才可以不斷滿足當前電力系統的信息化發展要求。在本質上來看我國經濟體系發展，人民日常生活和電力能源產生直接聯系，因此相關領域人員要有效掌控電力系統運行的穩定性和安全性，滿足人民對于電能日益增長的使用需求。除此之外，電氣自動化系統中對于信息化技術的大力應用也可以對電力系統運行期間的故障問題進行有效判斷。

通過表1里面的數值，描述出來不同功率梨形鎢絲燈燈泡與被照射物距離0.1m時的溫升曲線圖，如圖1所示。可以看出，溫升值隨著功率值的增加而增大，但是增加的速率卻是遞減的。這一方面是發射光線隨著功率增大在過程中損耗也在加大，另一個方面是被照物本身與環境溫度差的梯度增加，散熱也明顯的結果。按該曲線趨勢，即便是在150W時，0.1m的被照物距離溫度值也不會超過65℃，小于90℃的溫度限值。

圖1 被照物距標準鎢絲燈(梨形鎢絲燈燈泡)0.1m時候的溫升曲線

3.1.2 不同功率下溫升隨被照物距離變化

由表1數值描繪出在不同功率標準鎢絲燈(梨形鎢絲燈泡)照射下被照物溫升隨距離變化曲線(見圖2)。

從圖中的四組曲線可以看出，隨著功率的增加，在0.5m到0.1m的區間內，溫度在30℃到52℃之間變化。而在0.5m到1.0m的距離間，溫度變化非常小，且幾組曲線差異不大。因此，如果需要標識被照物距離，那么0.5m是比較好的選擇。一方面溫升值限制在比較小的范圍，另一方面距離區間比較符合實際使用的情況。

圖2 在不同功率標準鎢絲燈(梨形鎢絲燈燈泡)照射下被照物溫升隨被照物距離變化曲線

3.1.3 熒光粉對溫升的影響

通過表1所示值，描繪出100W的梨形鎢絲燈燈泡，添加了熒光粉與無添加的曲線，如圖3所示。由該圖可知，添加熒光粉后，一部分的熱量通過熒光輻射出去，使得溫升值略微的下降了，100W鎢絲燈0.1m被照射物距離溫升也只是降低了3℃。因此可以判定，添加熒光粉后，溫升值會略微降低，但差異性不大。

圖3 梨形鎢絲燈燈泡100W塗熒光粉與不塗熒光粉對被照物溫升的影響

3.1.4 球形燈泡和梨形燈泡的差異

圖4描繪出了兩款同是40W梨形和球形的鎢絲燈燈泡，引起被照物溫升的差異曲線。從表1中的數值和圖4中的曲線重疊程度來看，可以得出這樣的結論:兩者差異極小，即使在距離非常近的溫升值也相差無幾。那么在較大功率下距離不是特別近如0.1m，0.2m時，考慮一定的試驗誤差，兩曲線的值基本可以相互取代。

造成這種結果的原因主要是因為燈泡內結構是一致的，只是外層的玻璃形狀發生變化，對于光的輻射影響并不明顯。該結論也同樣地適用于橢圓形的燈泡。

圖4 球形燈泡和梨形燈泡引起的被照物溫升差異

3.1.5 反射型燈泡

反射型燈泡:在玻殼內專門裝有反光器，或在適當形狀玻殼的內表面部分地覆以金屬反射層，使之具有定向發光性能的燈泡。

帶反光鏡的T形燈泡(見圖5)屬于反射型燈泡，由于其輻射角度縮小在較小的角度內，熱量也得到了集中，因此，在0.2m到0.1m的區間內，燈泡的70%以上熱量集中在被照物上，并且在功率為40W時被照物溫升最終超過了90℃(見圖6)。

圖5 帶反光鏡的T形燈泡

圖6 帶反光鏡的T形燈泡引起的被照物的溫升差異

該類燈泡受燈具外殼的影響很小，即實際使用時的被照物溫升與裸泡的溫升差異很小，基本可以忽略。而40W的該類燈泡在距被照物0.1m時被照物溫度為97.2℃，同時39W、38W…35W的該系列燈泡也不存在(實際未生產)，30W的該類燈泡已經達不到90℃的溫升限值(只有約74℃)，所以，40W的該類燈泡為溫升的警戒點。也就是說，40W即以上的該類燈泡，需要滿足標準條款3.2.13的要求，對被照物距離進行標識。

另一方面，T形的燈泡的墻壁安裝(壁燈安裝方式)時，對垂直方向的溫升值與普通梨形燈泡的曲線相當的接近。也基本可以相互取代。

3.1.6 其他

磨砂燈泡、乳白燈泡和彩色燈泡由于在表面玻璃的處理上發生改變，使得光的發熱輻射效果降低，轉換為其他視覺效果。這種情況下，溫升值也會不同程度的下降，對幾組磨砂燈泡和紅色涂層燈泡進行試驗，結果磨砂燈泡溫升值降低7%;紅色涂層燈泡約降低23%。

由于這些燈泡的溫升值相對于標準無處理的燈泡溫升值是不同程度的降低，所以很難進行統計。但是由于其低于標準燈泡的溫升特性，在標準判定考慮時，可以將其納入到標準燈泡的考核范圍。

3.2 鹵鎢燈

與普通鎢絲燈相比，鹵鎢燈的發熱特性要明顯許多。通過對常見的35W和50W的杯狀鹵鎢燈(GU10)進行試驗，具體溫升數值見表2。

表2 35W和50W的杯狀鹵鎢燈(GU10)引起被照物溫升與被照距離的關系(單位:℃)

通過描繪這些溫升值的曲線(見圖7)，可以看出以下的特性:

a) 兩者都超過了90℃的溫度限值(0.1m以上時);

b) 兩組曲線在0.5m的被照物距離內溫升值快速上升;

c) 兩個函數分別接近于

35W:y=－0.5059x3+10.456x2－68.992x+176.48(1)

50W:y=－0.4994x3+10.681x2－74.575x+206.4(2)

式中y——溫度值(℃);x——被照物距離(10cm)。

d) 35W和50W的該類燈泡90℃溫度限值點分別是在16.5cm和20cm附近。

4 實際應用中的差異

在實際使用時，燈具通常會配備不同類型的外罩。包括玻璃外罩、塑料外罩和金屬外罩等類型。而玻璃外罩和塑料外罩一般情況下反射效果不明顯，大部分的熱量也是給透出或吸收，對被照物溫升的影響不大。而金屬外罩也是以非鏡面反射為主，通常為表面涂漆，一般還有通孔進行散熱，外罩的寬度也遠遠比T形的反射內鏡要大。加上金屬本身的吸熱，金屬外罩對溫升的貢獻值也不會太大。

圖7 35W和50W的杯狀鹵鎢燈(GU10)被照物溫升曲線及函數

通過對幾組使用金屬外罩的臺燈進行溫升試驗，100W燈泡作用下，外罩在非鏡面反射，被照物的溫升均不超過30%的差異。綜合2.1.1的描述，可以知道在一般使用環境情況下，即便是150W燈泡同樣也不超過90℃的溫度限值。

5 結束語

綜上所述，在一般使用環境下，常見燈具的普通鎢絲燈光源引起被照物溫度值并不會超過90℃的溫度限值;而燈泡的玻璃外形對光源溫升可忽略，熒光粉、磨砂等措施則是不同程度的降低了溫升值。40W及以上的T形反射燈泡及杯形等鹵鎢燈需標注被照射物距離符號，以0.5m以上為比較合適標識內容。

通過掌握這些光源的一些被照射物規律，便可以給予被照射物點的溫升充分的參照值，即不用試驗也可以對這些條款進行一定判定，同時在標準制定時，還可以考慮將常用的光源(低功率普通鎢絲燈、節能燈和冷光源燈)在這些條款進行豁免。相反地，對于鹵鎢燈、汞燈、鈉燈、金屬鹵化物燈等，則可強制要求其標識被照射物距離，在一些條款(如3.2.13)中，強調被照射物距離的一些特殊試驗和要求。

［1］IEC 60598—1 7 Th edition．Luminaries-Part 1:General requirements and tests［S］:36，88～93．2008-04．