Справочная книга по светотехнике
ПАТРОНЫ
Патрон — это изделие, выполняющее две функции: фиксация ИС и электрическое соединение ИС с сетью. Пагрон должен обеспечивать достаточное контактное. іавление при установке ИС, пропустить электрический ток к ИС с наименьшим сопротивлением, обеспечить легкую заменяемость ИС. Для достижения этого ИС снабжены стандартными цоколями (по определению: поколь — это конечная часть ИС с электрическими контактами, входящими в патрон). Очевидно, что патрон снабжен стандартной ответной частью, обеспечивающей установку цоколя. Поэтому патрон маркируется тем же кодом, что и цоколь. Часть патрона, сопряженная с ИС, является единственной стандартизованной частью. Стандартизация этой части патрона оговорена международными нормами ІЕС (МЭК) 60061-2, а калибры, используемые для контроля патрона и кон - К1КТНОЮ давления, которое он должен обеспечивать, установлены международными нормами ІЕС (МЭК) 60061-3. Остальные части патрона, включая устройство фиксации его в ОП, не оговорены стандартами, и производитель свободен в выборе модификации патрона для достижения соответствия с требованиями осветительной арматуры, частью которой ои является. Все размеры, необходимые для сборки, оговариваются в каталогах производителей. Производитель обязан изготавливать патроны в соответствии с требованиями техники безопасности, включая следующие: номинальные электрические параметры (напряжение и эффективное значение тока), уровни защиты от влаги и пыли, механическая устойчивость, изоляционные расстояния, теплоустойчивость и огнеустойчивость, устойчивость к коррозии токопроводящих частей.
Таким образом, основными параметрами патрона являются: номинальное напряжение и ток, номинальная рабочая температура Т, степень защиты от влаги и пыли, сечение подводимых проводов.
Значения номинального тока и напряжения для патронов, стартеродержателей и клеммных колодок должны соответствовать значениям, указанным на светильниках. Все провода должны быть соответствующего типа, а их сечение совместимо с зажимами патронов, стартеродержателей и клеммных колодок. Патроны и стартсродержатели должны быть установлены в светильнике так, чтобы выдерживать механические на - ірузки, определенные стандартами. Расположение парных патронов (например, для ЛЛ, линейных ГЛН) должно соответствовать значениям, требуемым производителем ИС, и обеспечивать хороший электрический контакт. Расстояния между гнездами и допуски должны соответствовать размерам ИС и ОП. Угол между двумя патронами не должен превышать 1°. При этих условиях патроны обеспечивают механическое крепление ИС в рамках стандартов, но в некоторых случаях (например, ГЛН НН, длинные КЛЛ, U-образные ЛЛ) лампам требуются специальные кронштейны, клипсы, зажимы.
Ни в одном месте патрона, стартсродержателя или клеммной колодки не должна возникать температура, превышающая значение, определенное стандартами или оговоренное производителем ЭУ. Эта температура, как правило, максимальна в месте контакта с ИС и стартером. Патроны и стартеролсржатсли, для которых не оговорена предельная температура, должны работать при температуре не выше 80°С. Для ЛЛ с цоколями G5 и G13 могут быть предусмотрены температуры Т на контакте с цоколем и Тт (ниже 7) на тыльной стороне. Патрон для ЛЛ, установленный в светильнике, работает при температурах, создаваемых пе только ИС, но и ПРА и проходящим током. В этой связи важно учитывать теплоотводящую способность светильника.
Производитель ОП должен выбирать наиболее подходящие патроны и отношении конструкции, номи - пальных характеристик, рабочей температуры. Необходимо. чтобы температура патрона не превышала максимально допустимую. Согласно установленным правилам, температуру следует замерять и точке контакта с цоколем, поскольку это место является самой горячей точкой патрона.
Патроны, стартсродержатели и клеммные колодки — это компоненты, предназначенные для установки в ОП и сконструированные с использованием основной изоляции. Если они установлены в светильниках с классом электрозащиты II, пути утечки и воздушные зазоры между частями, находящимися под напряжением, и доступными деталями ОП должны соответствовать значениям, определенным стандартами, и проверяться после сборки. Таким образом, производитель ОП ответственен за выбор компонентов, их точную установку и контроль путей утечки и воздушных зазоров.
5.1.1. Международные стандарты для патронов
В международном стандарте 1Г;С (МЭК) 60400, озаглавленном «Патроны для трубчатых люминесцентных ламп и стартсродержатели». содержится обзор основных требований для обеспечения производства. Ниже дапо изложение некоторых требований и методы испытаний па соответствие им.
Защита от поражения электрическим током
|
Рис. 5.1. Испытатсльпый щуп Рис. 5.2. Устройство для из- для контроля электрической мерения крутящего момента безопасности патронов при установке ЛЛ в патрон |
Для проверки патрона на степень обеспечения зашиты от поражения электрическим током при установке ИС применяют стандартный испытательный щуп (рис. 5.1): его прижимают к патрону со всех сторон с усилием 10 Н. Срабатывание индикатора па шупс означает контакт с активными частями патрона. Такое испытание проводится на передней части патрона, когда лампа еще не установлена. Важно также предотвратить возможность ввола в патрон одного штыря лампы, т. к. испытатель может случайно коснуться второго штыря.
|
|
Очевидно, что патрон должен иметь средства соединения или контактные устройства. Имеются различные типы контактных устройств: резьбовые, автоматические, захватные, пружинные, паяные и т. д. Стандарт ■ НС (МЭК) 60400 «Патроны для трубчатых люминесцентных дамп и стартеродержагели» ссылается па стандарт ІЕС (МЭК) 60598-1 «Светильники. Общие рекомендации и тесты», который предписывает механическую проверку резьбовых зажимов, а для контактных устройств без винтов — как механическую, так и электрическую. Наиболее важна проверка на старение, состоящая из 25 температурных циклов (30 мин нагрева в печи при температуре, указанной в п. 17 стандарта 1ЕС (МЭК) 60400, с последующим охлаждением до 15—30°С) с последующим измерением падения напряжения па контактном устройстве патрона.
Конструкция
Первое испытание предназначено для проверки контактного усилия между токоведущим контактом цоколя ИС и контактом патрона и проводится с использованием соответствующих калибров (ІЕС 60061-3; 7006-47В, 111 и V). Для обеспечения хорошего электрического контакта максимальное усилие при установке лампы должно быть от 2 до 35 Н. Затем проверяется максимальный крутящий момент при установке лампы в рабочее положение (калибры 1ЕС 60061-3; 7006-47В, V и V модифицированный) и извлечении ее из патрона (рис. 5.2). Крутящий момент, требуемый для удаления калибров из патрона, должен находиться в диапазоне 0,02—0,03 Нм. Это обеспечивает нормальное расположение лампы во время обычных операций, а также подтверждает, что извлечение лампы из патрона не создает механических напряжений, способных повлиять на сс целостность. У парных патронов с помощью приспособления проверяют, что осевое усилие, требуемое для установки калибров (ІЕС 60061-3; 7006-47С). не превышает 15 Н. Затем проверяется наличие контакта с помощью предельных калибров взаимного расположения патронов (1F. C 60061-3; 7006-47В) с приложением вертикального усилия 0,5 Н. Этим подтверждается, что расположение патронов, указанное в каталоге, гарантирует оптимальное функционирование комплекта лампа-патрон с электрической и механической точек зрения.
Пыле- и влагоустойчивость
Если па патроне пет маркировки 1Р. то проводится следующее испытание: в течение 48 ч патроны выдерживаются при температуре 20—30°С при относительной влажности 91—95%, после чего проверяется сопротивление изоляции и электрическая прочность.
Сопротивление изоляции и электрическая прочность
Сопротивление изоляции между токоведущими частями с различной полярностью и между токоведущими частями и металлическими деталями (например, кронштейнами) должно быть пе менее 2 МОм. Величину со-
противления измеряют омметром е напряжением 500 В в течение 1 мин (рис. 5.3). Электрическую прочность проверяют сразу же после и змерения сопротивления изоляции. В течение 1 мин между контактами патрона полается переменное синусоидальное напряжение с эффективной величиной 500 В и частотой 50—60 Гц. Прочность изоляции между токоведу - шими частями патрона и м етап л ич е с к и м и летал я м и ОП измеряется при эффективном напряжении 1000 В плюс двойное номинальное напряжение патрона (2U + 1000).
|
1 |
|
|
|
Рис. 5.3. Измерение сопротивлении изоляции |
Износоустойчивость
Калибр цоколя с короткозамкнутыми контактами (рис. 5.4) 30 раз вставляется и удаляется из патрона при поминальном напряжении и токе индуктивного типа (cos ф = 0.6). Патрон со вставленным калибром в течение 1 ч подключается к сети при максимальном напряжении 6 В и номинальном токе, после чего измеряют сопротивление между проводниками па расстоянии 75 мм от клеммного зажима патрона. Это сопротивление пе должно превышать:
|
Ru |
-0.045 + (Art).
|
'Г |
|
Пути утечки и воздушные зазоры Токоведушие и смежные металлические летали должны быть отделены Друг от друга и от внешнего окружения патрона па соответствующее расстояние. Пути утечки и воздушные зазоры пе должны быть меньше значений, определенных стандартом. Соответствие стандарту проверяется непосредственно на патроне штангенциркулем, микрометром или другими подобными инструментами (рис. 5.7). |
|
Рис. 5.7. Измерение путей утечки и воздушных зазоров |
|
1’ite. 5.4. Калибр дли проверки износоустойчивости патронок Механическая прочность Патроны должны обладать соответствующей механической прочностью. Для проверки прочности ис - .одыуется маятник, показанный на рис. 5.5. После ус - :.тонки патрона в специальный металлический крон - ;н1сйн по самой слабой точке патрона наносятся три дара с высоты 100 мм. считая or воображаемой гори - юпталыюй линии, проходящей через центр ударного элемента. После испытания в образне не должно быть никаких повреждений, которые могли бы поставить пол сомнение сто дальнейшее использование. В част- |
і. те Л —0.01 при п = 2: А - 0.015 при п > 2: п — количество контактных точек между поколем и патроном.
|
|
|
Рис. 5.5. Устройство для проверки механической прочности патронов |
ности, не должны быть обнажены токоведущие летали, а образец должен оставаться в кронштейне.
Винты, токоведущие детсии и соединения
|
Рис. 5.6. Вил патрона лля ЛЛ с тыльной стороны |
Контактное давление пе должно создаваться за счет деформации изолирующих материалов, если только их некоторая усадка пе компенсируется эластичностью металлических частей. То - коведущис детали (рис. 5.6) должны быть изготовлены из материалов, содержащих не менее 50% мели или эквивалентных материалов.
Существует также серия механических проверок винтовых соединений и их способности противостоять механическим нагрузкам, неизбежным в рабочем режиме.
Теплоустойчивость, огнестойкость и устойчивость к токам поверхностного разряда
Для опенки теплоустойчивости применяют два вида испытаний: нагрев (тип «а» или «б») и давление шариком.
Нагрей в печи (тип «а») (рис. 5.8): патрон выдерживают в течение 168 часов (7 суток) при температуре, на 20°С выше номинальной для патрона (Т + 20°С). но не ниже 100°С.
|
Рис. 5.8. Испытание на теплоустойчивость нагревом п печи (тип «а») |
Испытание с применением внутреннего нагрева (тип «б»): в патрон вставляется поколь (рис. 5.9) со встроенным источником тепла, который поднимает температуру па 25°С выше поминальной ('/'+ 25°С). Во время испытания (168 часов) измеряется максимальная температура на тыльной стороне патрона, которая затем указывается в каталоіе. и па зажиме, используемом в автоматических клеммных колодках. Результаты испытаний признаются положительными, если не будут выявлены какие-либо изменения, влияющие па работоспособность патрона.
|
Рие. 5.13. Испытание па устойчивость к токам поверхностною разряда |
Испытание на теплоустойчивость с применением шарика (рис. 5.10) проводится для внешних частей из изолирующих материалов, обеспечивающих защиту от поражения током и удерживающих токоведущие детали
|
Рис. 5.9. Испытание на Рис. 5.10. Испытание на тепло- теплоустойчивость на - устойчивость вдавливанием гревом контрольною шарика цоколя |
|
Рис. 5.11. Испытание Рис. 5.12. Испытание па огне - на огнестойкость рас - стойкость игольчатым пламенем каленной проволокой |
в заданном положении. Измеряется диаметр отпечатка шарика, оставленного на изделии после паї рева в печи в течение 1 ч до температуры, па 25°С выше поминальной ( /'+ 25°С). после предварительного нагрева в течение 1 ч при номинальной температуре. Диаметр отпечатка не должен увеличиться более чем па 2 мм.
Испытания на огнестойкость проводятся одним из двух методов: раскаленной проволокой (рис. 5.11) иди игольчатым пламенем (рис. 5.12). Испытываются внешние детали из изолирующих материалов, обеспечивающие защиту от поражения током. Проволока нагревается до 650°С и проникает в изделие в течение 30 с. Изделие должно соответствовать требованиям, изложенным в стандарте IСС (МЭК) 695-2-1. (Испытание на огнестойкость. Часть 2: Методы испытаний).
Испытание на устойчивость к токам поверхностного разряда проводится лишь на патронах со степенью зашиты выше 1Р 20. 50 капель раствора хлорида аммония в дистиллированной воде вводят между двумя платиновыми электродами, контактирующими с изолирующей поверхностью патрона (рис. 5.13). Между электродами прикладывается напряжение 175 В. при этом ток между электродами должен быть не более
0. 5 А в течение не более 2 с.
Классификация патронов дана в таблице.
|
Цоколь Лампы і Цоколь Лампы |
|
Рис. 5.15. Патроны для одноцокольных ЛЛ: а -- для КЛЛ с цоколем G23, GX23: б — для КЛЛ с цоколем G32; в -- для КЛЛ с цоколем G24-d, GX24-d; г — для КЛЛ с цоколем G24-q; д — для КЛЛ типа 2D с цоколем GRIOq; е - - для КЛЛ с цоколем 2G7; ж — для КЛЛ с цоколем 2G11; з - для КЛЛ с цоколем 2G10 |
|
в) |
|
а) |
|
г) |
|
д) |
|
б) |
|
в) |
|
г) |
|
Рис. 5.14. Патроны для двухцокольпых ЛЛ: а — стоечный с поворотным узлом, устанавливаемый с тыльной стороны ОП; б — торцевой с поворотным узлом; в — стоечный без поворотного узла, устанавливаемый с тыльной стороны; г — стоечный с поворотным узлом и стартеродержатслем; д — навесной |
|
ж) |
|
д) |
Патроны для ЛЛ должны соответствовать стандарту ІЕС (МЭК) 60061-2. В течение десятилетий непременным атрибутом патропоп для ЛЛ было наличие безвин - товых зажимов, которые выдерживали многочисленные температурные циклы и обеспечивали быструю замену ламп. Размеры патронов постоянно уменьшаются; конструкция их обеспечивает автоматический монтаж при изготовлении светильников.
В качестве конструкционных изолирующих материалов в настоящее время используются, в основном, поликарбонат и полибутилснтсрефгалат, иногда со специальными добавками, повышающими устойчивость к воздействию УФ-излучсния.
По способу установки патроны для линейных ЛЛ можно разделить па стоечные, устанавливаемые в светильнике с лицевой или тыльной стороны (рис. 5.14. а. в, г), торцевые (рис. 5.14, 6) и навесные (рис. 5.14, д). Фиксация ламп в рабочем положении и обеспечение надежных электрических контактов осуществляется с помощью поворотного узла (рис. 5.14, а, б, г) или путем
|
Рис. 5.16. Патрон для миниатюрных ЛЛ с цоколем W 4.3 х 8,5d |
|
Рис. 17. Патрон для ЛЛ с холодными электродами с цоколем Fa 8 |
виола контактных штырей цоколя через олин паз и последующею попорота лампы вокруг оси на 90° (рис. 5.14. в). Контактные пластины делаются, как правило, из листовой латуни с высокой упругостью. По гину цоколя матроны для линейных ЛЛ делятся на 5 типов: G5, G13. W4,3x8,5d (рис. 5.16), Fa 8
(рис. 5.17) и R17d. Для кольцевых и U-образных ламп лелаются сдвоенные патроны 2G13 (рис. 5.18), 2GX13, GlOq. Для светильников со степенью защиты выше 1Р 20 выпускаются специальные патроны с муфтами и уплотнительными прокладками (рис. 5.19); для прокла-
Рнс. 5.18. Сдвоенный патрон лля U-образных ЛЛ с цоко - 1сч 2G13
|
Рис. 5.19. Стоечные патроны с уплотнительной муфтой, >сганавливаемые с лицевой стороны ОП, для ЛЛ с цоколями G5 (а) и G13 (6) |
док чаще всего используется кремнийорганическая резина и пористый каучук.
Патроны ;іля КЛЛ (рис. 5.15) чаще делаются из по - либутилентерефталата, имеющего более высокую рабочую температуру, чем поликарбонат. Эти патроны различаются числом контактных гнезд (2 или 4), расстоянием между гнездами (7, 2x7, 2x10, 2x11 мм), возможностью включения КЛЛ со встроенным стартером или без пего. Патроны одного типа (например, G24) выпускаются в нескольких модификациях, исключающих возможность включения в один натром ламп разной мощности. Защита обеспечивается введением в конструкцию патрона и цоколя специального ключа. Номинальное напряжение патронов для линейных и компактных ЛЛ — 250 В (некоторые тины — 500 В), поминальный ток — 2 А.
Для сокращения времени сборки ОП в настоящее время практически не используется установка патронов на винты или болты с гайками. Стоечные и торцевые патроны вставляются в специальные вырезы в корпусе ОП и фиксируются в них лапками (рис. 5.19), цапфами (рис. 5.14, б) или защелками (рис. 5.14, а, в, г). Такое крепление патронов позволяет автоматизировать процесс сборки ОП и проводить его с помощью роботов. В ОП с линейными ЛЛ один из патронов фиксируется жестко, а другой должен иметь некоторую степень свободы в направлении оси лампы, позволяющую компенсировать допуски на длину ламп. Патроны стоечного типа обеспечивают частичную компенсацию допусков за счет эластичности конструкционных материалов. В патронах торцевого типа компенсация допусков осуществляется за счет пружинных прокладок между тыльной стороной патрона и стенкой ОП (рис. 5.14, б). При установке пар патронов на винты в лапках патронов крепежные отверстия делаются овальной формы или незамкнутыми (рис. 5.14, а, в).
Для надежной фиксации длинных одпопокольпых ЛЛ (КЛЛ) кроме патронов применяются клипсы и защитные скобы (рис. 5.20); кольцевые ЛЛ фиксируются откидными пружинами (рис. 5.21). Для изготовления таких вспомогательных устройств используют поликарбонат или латунь.
|
Рис. 5.21. Откидные пружины для фиксации кольцевых ЛЛ |
5.1.3. Патроны для разрядных ламп высокой интенсивности и ламп накаливания
Патроны для ЛОН. ГЛН ВН и НН. НЛВД и МГЛ соответствую'! одному стандарту — 1НС (МЭК) 60838-1, а цоколь — IEC (МЭК) 60061-2.
Все эти лампы при работе имеют очень высокую температуру: до 300°С па цоколях и до 650°С на колбах ламп. Поэтому патроны и провода должны быть тщательно подобраны, чтобы выдерживать такие температуры. Высокая температура предопределяет выбор материалов для корпусов и контактов патронов. Основным материалом корпусов патронов для ГЛН НН является полифенилепсудьфид (ПФС). для ГЛН ВН и разрядных ламп — керамика и реже — стеклопаполнсн - пый жидкокристаллический полимер LSP. В патронах для ЛОН в России до сих пор широко применяется карболит — термореактивная смола на основе фенол - формальдегида. являющаяся экологически вредным материалом. Для контактов используется серебрённая или никелированная медь, хромопикелсвый сплав, в патронах для ЛОН — луженая или непокрытая латунь. Ряд патронов выпускается с заправленными гибкими проводами, как правило — с изоляцией из фторопласта (политетрафторэтилена, ПТФЭ). Патроны для разрядных ламп (МГЛ и НЛВД) рассчитаны на работу с импульсными зажигающими устройствами (ИЗУ) и во время зажигания ламп выдерживают напряжение ло 5 кВ. На рис. 5.22—5.30 показаны образцы современных патронов для ГЛН НН, ГЛН ВН, МГЛ и НЛВД.
|
а) б) |
|
в) г) |
|
Рис. 5.22. Патроны для ГЛН НН: а — цоколь G4; б — цоколь GY4; в — цоколь GZ4; г — цоколь GU4 |
а) б)
Рис. 5.23. Патроны для ГЛН НН: а — цоколь G6.35; б — цоколь GY6.35
Номинальное напряжение — от 50 В (патроны G4. G5.3, G6,35) до 1000 В (R7s), поминальный ток — от 2 до 18 Л.
Для ЛОН производятся стандартные резьбовые патроны для цоколей Е14, Е27, Е40, а также штифтовые патроны с байонетным креплением ламп с поколем В22.
|
а) б) в) г) Рис. 5.24. Патроны для ГЛІІ НН: а — цоколь 05,3; б — цоколь GX5,3; в — поколь GU5,3; г — цоколь 05,3-4,8 |
|
v - т |
|
в) Рис. 5.25. Патроны для ГЛН ВН: а цо- Рис. 5.26. Патрон для Рис. 5.27. Патрон для ГЛН и МГЛ с цоколем G9 коль GU10; б — цоколь GZ10 двухцокольпых ГЛН и МГЛ с поколем R7s |
|
а) |
|
6) |
|
д) |
|
г) |
|
в) |
Рис. 5.28. Патроны для МГЛ и НЛВД: а — с цоколем 012; б — с поколем Р012-2; в — с цоколем PGX12-2; г — с цоколем PG12-1: () — с цоколем GX12-1
|
Рис. 5.30. Патрон В22 для ламп с байонетным цоколем |
|
Рис. 5.29. Патрон для ламп с резьбовыми цоколями: а — Е27; б — Е40; в — ІІ14 |
|
а) |
|
б) |
|
в) |
