照明安規對比分析示例,歐盟與美國

2020-12-16 C小巷酒館

當把新產品推向市場的時候,LED照明製造商通常要面臨很多挑戰。在把產品交給客戶之前不斷要解決很多技術上面的挑戰和問題,在一個技術快速變化的行業很容易忽略掉一些有強制性但是不太顯眼的要求,這些要求在不同的國家有所差別。一些比較大的公司很注重設計規範,甚至會僱傭一些專門的安全設計人員。但是LED產業高速發展,出現了很多新成立的公司,它們往往缺乏安規方面的意識和實踐經驗。對已經成立的大公司來說,同樣面臨著訓練新工程師、進入新市場和避免回收產品風險等挑戰。這些挑戰隨著市場範圍的擴大和產量的增長而加大。為了應對萬一出現的產品召回事件,一些大公司往往會僱傭一些法律專家來制定相關應對策略。

以下解釋產品安全方面的一些關鍵規範,主要針對歐洲市場和美國市場。針對這些要求,製造商可以更好地制定他們的產品安全策略,讓產品在設計、交付客戶、量產這個過程中更加順暢。

歐洲和美國握手,來自WTO的歐美GDP數據對比

高水平安全規範

要設計出高規格的產品,必須對目標市場的安規情況有深刻的認識。只要做到這一點,製造商可以管理和執行一個安全的設計過程,這樣可以及時划算地得到強制的或者渴望得到的認證。

歐洲高水平安全規範

大多數製造商熟悉歐盟制定的一些高級安規?即CE的低電壓指令(Low Voltage Directive ? LVD(2006/95/EC))。該指令在新產品安全設計方面有很多相關規定,特別是針對一些新的或稀有的應用。設計產品的時候必須牢記遵從LVD的這些高水平要求。

這些技術一般來自一些對安全要求較高的行業,比如能源(石油和天然氣)和交通(如鐵路信號)行業,現正在逐漸轉向消費類產品。這些技術包括了故障樹分析(FTA)、事件樹分析(ETA)和故障模式影響和危害性分析(FMECA)。另外,一些重要的安全功能正在集成到新的產品中。

舉全球自動化工業為例,以前在馬達電子變速控制器中的「safe stop」功能現在已經變成一些安全標準的一部分,比如電子/電氣/可編程電子安全相關系統法規EN 61508-1的第一部分。在很多對安全要求較高的領域中,我們很容易看到LED應用,比如機場跑道照明系統。 相關LED產品設計師必須懂得如何計算安全完整性(SIL),然後把這些知識用到更多傳統安全領域,比如電子空間計算,如何才能保證不會有電子電壓擊穿(如瞬態抑制二極體),既要滿足實際應用需求,又要符合強制性的安全規定。

機場跑道照明系統

機場跑道照明系統,為了保證非常安全,對照明系統的安全規定很嚴格!

當然,上面所談及的安全分析應用有助於LED照明製造商實行初步及後續的產品隱患分析,用到更多的產品安全應用領域,不是單單滿足於基本的安規。

詢問你的產品可靠性保險人當產品出現問題後的保險金額,然後在性能分析和制訂整改措施的時候把這些考慮進去。謹慎的製造商會在自己的用戶說明書上寫上一些法律聲明,比如聲稱它的LED產品不適合於一些對安全要求較高的應用,因為該產品不是針對這個應用而設計的(除非在系統中設置了安全保障機制)。建議就相關問題向法律專家諮詢,確保說明書所寫的安全警告是符合法律的。

美國高級安全法規

我們已經知道美國的安規跟歐盟的LVD有很多相似之處,那主要的不同點在哪裡呢?

主要的高級安規

●(OSHA) 29 CFR裡面有部分關於電子的安規,OSHA是美國勞工部旗下的一個機構,稱為職業安全和健康協會。●美國國家消防協會標準第70條(NFPA)??國家電氣法規(NEC)。●美國消防協會標準編號70E??「工作場所電氣安全標準」。這是美國工作場所電子和電氣安全與健康方面的法規,它覆蓋了歐盟LVD指令的大部分目標。實際上美國的上述法規面向常規健康和安全要求,比LVD更詳細,因為歐盟還有其他單獨的工作場所健康和安全規定。很明顯LVD直接引用了低級指令的相關規定,比如EN 61347-2-13:2006的燈具控制相關規定??Part 2-13,對AC和DC供電的LED控制裝置做了特別的規定,這是歐盟官方公報中公布的協調標準。

歐盟和美國的安規對比

與美國低級規格一樣??這些標準由美國國家標準(ANS)認可的OSHA 和 NEC發起。ANS是標準發展組織(SDO)開發的標準,受美國國家標準協會(ANSI)管轄。這樣確保了標準開發的一致性和質量,是多方利益相協調的產物。

ANS涵蓋了照明部門相關的電子、火災、機械方面的失效,由UL實驗室開發。由於這是一個古老的電子工程行業,UL有很多照明方面的相關標準。UL大約發布了27個照明相關標準,比如UL 1230,用於業餘電影燈具(Amateur Movie Luminaires)。燈具安全領域廣泛使用的還有UL 1598。當然現在比較熱門的是UL 8750,目前正在制訂當中(為了完整評估LED終端產品,採用邊注對已存在的LED終端產品標準進行說明)。

OSHA規範可以看做是美國電子安規的核心規定,是聯邦法律的核心部分。通過專家對聯邦法律的解釋,可以終結某項案例訴訟。

在電子安裝和採用安全產品方面可以參照NFPA 70 (NEC),例如當某項產品必須被國家認可實驗室(NRTL)認可的時候。在設備安裝、運行和保養的時候,NFPA 70E標準將給老闆們一些建議。

NEC的410條款包含了燈具方面的很多規定,比如410.16條款就有把燈具安裝在隱蔽地方的相關規定。當照明系統運行電壓小於30VAC的時候,可以考慮採用411條款(根據美國法律,30Vac / 42.4Vpk以下的電路會被認為不會觸電)。條款411還有低電壓照明系統的一些重要定義。

美國國家認可實驗室認證(NRTL)

當製造商要把新產品打入美國市場的時候,他們可能立即會想到申請UL認證,不過這還不夠,可能會遺漏掉更高級別的審查。在很多案例中,UL和部分NRTL條款審查被認為是必需的。但是不能假定NRTL是必需的,除非涉及到這方面,可能其他方案也是可以的。舉個例子,在一個固定的終端用戶地點安裝一次性客戶定製照明系統,可以不必列出滿足的條款。在某些情況下,可以跟當地的主管部門聯繫確定是否不用列出相關符合條款。

最好解釋一下一些術語和相關技術要求。首先根據UL的定義,「UL認證」這個表達方式就不恰當,雖然已經形成習慣。正確的說法應該是UL列名、認可、分級。UL列名標誌 (Listing Mark,圓圈裡面有個UL),應用於終端產品,比如一個完整的燈具,隨時可以接到電網上。UL認可標誌(UL recognition mark,UR倒過來寫),主要應用於元器件,這些器件會集成到終端產品中,比如一些LED照明模塊會申請UL認可標識。UL分級(UL Classification)比較少見,主要用於一些特殊的應用,有一些獨特的評價要求。

假如一個終端產品的零件通過了UL認可的話,那麼整個終端產品取得UL列名(UL Listing)就會很容易。已經被認可的元件已經在某些條件下測試過,假如它所集成到的終端產品是在認可的條件下,那麼對終端產品的評估將會最小化。另外需要確定的是UL是NRTL的一部分,製造商應該意識到產品安全列名可以由NRTL來做,NRTL得到了OSHA的授權,可以進行產品目錄和標準方面的一些工作,所以市場上還有其他選擇。OSHA是美國勞工部旗下的一個部門,NRTL由OSHA任命和管理。

在一個地方電子產品和安裝安全方面的主管機關可能很多,比如NRTL的辦事處、一個城市任命的工作人員或者是多個部門同時負責。如果發現存在問題,主管機關有權阻止設備安裝,比如不遵守國家電力法,或者製造商的安裝手冊有偏差,或者UL/NRTL列名和可接受條件有偏差。

雖然NRTL源頭在美國,但在其他國家也能找到NRTL的機構。OSHA將跑到NRTL的駐地對該機構進行初始的認證並執行定期的審查。CE標識用於很多產品,包括了很多照明產品。製造商能夠完成很多CE標識的很多自我認證,不一定需要像NRTL這樣的第三方機構參與。一些特別的產品(如用在爆炸環境中的產品)強制要求第三方機構(歐盟認可的實驗室)認證。這類機構稱為公告機構(Notified Body),由歐盟成員國委任。

總結

歐盟的高級安全法規CE/LVD被認為給製造商在強制一致性方面更多的彈性,而美國的UL需要太多第三方機構如NRTL的參與。主要是因為歐盟允許更多的自我認證,範圍包括了大部分產品種類。

這並不能說明符合歐盟安規的產品比符合美國安規的產品更安全,反之亦然。準確地概括和對比兩者並不容易。重要的一點是理解兩者在市場定位和理念方面的詳細差別,以此為根據來設定產品的設計過程,在最少的時間內花最小的成本做安全的產品。在項目開發初期,安全設計應該包含在計劃之內,而不是留在最後階段。高級安規是法律期待安全的產品進入市場的產物。這意味著製造商必須想出儘可能多的產品隱患。但是並不是所有的產品隱患都能預防和應對,假如有些隱患無法找到對策,製造商必須提醒相關方,相關方包括了用戶、安裝者、服務人員、維修工、廢物回收者等。在產品不同的生命階段和使用模式中,產品隱患亦不同。最後的方法是在產品標籤和產品文檔中給出警告。

雖然這些安全標準規定了某些要求,給出了在現實情況使用的標語,但是這些警告可能是不夠的,製造商最好增加額外的特別警告,特別是針對在產品使用的時候可能產生的隱患。在美國很多製造商會專門聘請律師來顧問相關問題,確定好相關警告的措辭。制定一個強大的訴訟管制計劃防止惡意的「滋擾」和「投機」型的訴訟,對產品一旦出現在市場上可能出現的訴訟也要做好準備。

從更高的層次考慮,特別的安全隱患應該被考慮到,比如高強度的LED光線可能會刺傷人眼。隨著LED技術的進步,高亮度的LED產品不斷湧現,這點尤其值得注意。應該制定法律和安全標準來防止這種事情,不過指導方針必須是清晰的。製造商必須做出額外的盡職調查,如果必要的話向相關機構展示這些問題,說明自己已經考慮了眼睛可能受到傷害這個隱患。

從隱患分析的觀點來看,應該單個元件失效和安全重要領域中的多個元件失效都要考慮到,舉個例子,電路的某個元件失效導致亮度大增,可能的最大亮度是多少。最新制定的標準,如消費電子領域的IEC 62368有望取代信息技術設備方面的EN 60950和音視頻安全方面的EN 60065。引進潛在危險防護及安全工程(HBSE)的概念,通過制定特別的標準來強化安全評估的概念。看這些標準的發展史是一件很有趣的事情。如果成功了,HBSE方法可能會在其他產品安全標準中採納。HBSE技術已經成為分析產品安全隱患的一個工具。

危險防護及安全工程過程圖

本文聚焦於歐美的安規要求,滿足其中一個要求,或者兩者都滿足,就可以銷售到很多歐美以外的國家,只要它們認可CE標識和美國NRTL安全標識。尋求其他認證也是可以的,比如基於IEC標準的國際CB體系。不過無論走哪種路線,最好在產品開發的初期就準備好LVD文檔、UL認可元件列表和其他強制性信息。在最後向NRTL提交實地測試之前,要做好安全相關的一些關鍵測試和「dry-run」,避免測試失敗、重新設計、重新測試和產品推遲上市。

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