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READ MOREOs problemas mais comuns com Luzes de rua LED são falha prematura do driver, problemas de gerenciamento térmico, operação de saída de luz, brilho e umidade luminosa, entrada de umidade e corrosão, cintilação e inconsistência de temperatura de cor . Embora a tecnologia LED seja protegida mais confiável do que as lâmpadas de vapor de sódio e de iodetos metálicos que ela substituiu, a taxa de falha real das luzes de rua LED varia enormemente entre os tipos de produto - unidades de alta qualidade de fabricantes respeitáveis alcançam vidas úteis de 50.000 horas ou mais com declínio mínimo de produção, enquanto produtos econômicos podem durar dentro de 2 a 3 anos após a instalação. Compreender os mecanismos de falhas específicos por trás de cada questão é uma chave para tomar decisões de aquisição e planos de manutenção que realmente proporcionam o retorno do investimento de 15 a 20 anos que a iluminação pública LED foi concebida para fornecer.
O driver de LED – uma unidade de fonte de alimentação que converte a energia CA da rede elétrica em corrente CC controlada que os módulos de LED desativados – é consistentemente identificado como o principal ponto de falha em sistemas de iluminação pública de LED. Estudos de luzes de rua LED retornadas em campo estimam que falha do driver é responsável por 50 a 70% de todas as falhas de iluminação pública de LED nos primeiros 5 anos de serviço, excedendo em muito a falha do chip LED como modo de falha dominante. (Fonte: Departamento de Energia dos EUA, Folha de dados sobre tecnologia de iluminação de estado sólido - Iluminação pública LED, DOE/EE-1038, 2014)
A falha do driver antes dos chips de LED por uma razão estrutural: os capacitores eletrolíticos dentro do circuito do driver – que suavizam a CA retificada para CC estável – têm uma vida útil nominal de 5.000 a 15.000 horas a 85 graus Celsius temperatura de operação. Os chips de LED, por outro lado, são classificados para 50.000 a 100.000 horas nas mesmas condições. Como o capacitor e o chip LED experimentam o mesmo ambiente térmico, o capacitor falha primeiro na esmagadora maioria dos casos.
A vida útil do capacitor dobra aproximadamente a cada redução de 10 graus Celsius na temperatura operacional. Um driver usando capacitores classificados em 105 graus Celsius (contra o padrão mais barato de 85 graus) operando em uma caixa bem resfriada pode alcançar 40.000 a 60.000 horas de vida útil do capacitor - preenchendo significativamente a lacuna entre a vida útil do driver e do chip LED. Um driver que usa capacitores de 85 graus em uma caixa mal resfriada que funciona a 95 graus Celsius pode falhar em menos de 15.000 horas – aproximadamente 5 anos em um dia de operação de 8 horas. (Fonte: Nichicon Corporation, Descrição Geral de Capacitores Eletrolíticos de Alumínio, Notas Técnicas, 2022)
É por isso que a temperatura de funcionamento do compartimento do condutor – e não apenas a previsão declarada do condutor – é o fator mais importante na longevidade da iluminação pública LED. Os produtos que especificam capacitores de 105 graus, separam termicamente o driver do dissipador de calor de LED e projetam o compartimento do driver com resfriamento por convecção natural eficaz, superam consistentemente os produtos que economizam custos no grau do capacitor e no design térmico do invólucro.
Mesmo quando o driver funciona corretamente, o gerenciamento térmico inadequado do próprio módulo LED é a principal causa da depreciação acelerada do lúmen – a redução gradual na saída de luz que ocorre à medida que os chips LED envelhecem. A relação entre a temperatura da privacidade do LED e a manutenção do lúmen é bem exigida: para cada aumento de 10 graus Celsius na temperatura do LED acima do ponto operacional nominal, a taxa de depreciação do lúmen aproximadamente dobra . (Fonte: Departamento de Energia dos EUA, IES TM-21-11, Projeção de manutenção de lúmen a longo prazo de fontes de luz LED, 2011)
O padrão IES L70 - o padrão de referência amplamente utilizado no qual a saída de LED caiu para 70% de seu valor original - é o ponto final de vida útil para a maioria das especificações de iluminação pública LED. Uma iluminação operando na temperatura nominal específica do fabricante do LED pode atingir L70 em 50.000 horas. O mesmo funcionamento com design térmico que permite que a temperatura da lareira fique 20 graus Celsius acima da previsão atinja L70 em aproximadamente 12.500 horas – uma redução de quatro vezes na vida útil apenas com o gerenciamento térmico.
As luzes de rua LED externas ficam expostas à chuva, condensação, ar salgado costeiro e água limpa durante toda a sua vida útil. A entrada de umidade é a segunda causa mais comum de falha na iluminação pública de LED após uma falha do driver, e os dois modos de falha geralmente interagem: a umidade que entra no compartimento do driver acelera a corrosão do capacitor, enquanto a umidade que atinge o módulo de LED degrada o fósforo e causa corrosão por contato metálico no pacote de LED.
As caixas de iluminação públicas são exceções para proteção contra entrada de acordo com o padrão IEC 60529 IP, com IP65 sendo a concepção mais comum para aplicações de iluminação rodoviária (protegido contra poeira e jatos de água de todas as restrições) e IP66 ou IP67 especificado para locais sujeitos a chuva forte, respingos ou limpeza. (Fonte: IEC 60529:2013, Graus de proteção fornecida por gabinetes, Comissão Eletrotécnica Internacional)
A classificação IP de uma iluminação pública é verificada sob condições de teste no momento da fabricação. A instalação no mundo real apresenta vários fatores que podem reduzir a proteção eficaz contra entrada ao longo do tempo:
Luzes de rua LED produz uma intensidade de luz de fonte pontualmente significativamente maior do que as lâmpadas de vapor de sódio de fonte distribuída que substituem, porque a saída de luz LED é equipamento em uma área física muito menor. Esta alta luminância – a intensidade de luz por unidade de área da fonte – cria brilho para motoristas, pedestres e residentes próximos que os tipos de lâmpadas tradicionais produzidas em níveis mais baixos para a mesma saída total de luz.
O sistema Unified Glare Rating (UGR) quantifica o desconforto do encandeamento numa escala onde valores acima de 19 são considerados inaceitáveis para ambientes de iluminação rodoviária. Luzes de rua LED mal projetadas - especialmente aquelas sem óptica secundária adequadas ou painéis de difusão - podem produzir valores UGR de 22 a 28 em geometrias típicas de iluminação rodoviária , bem acima do limite aceitável. (Fonte: CIE 115:2010, Iluminação de estradas para tráfego motorizado e de pedestres, Commission Internationale de l'Eclairage)
A cintilação nas luzes LED da rua ocorre quando a saída de luz varia a uma frequência abaixo dos limiares de fusão visual humana – aproximadamente 50 a 80 Hz para a maioria das pessoas sob condições típicas de iluminação – produzindo um efeito estroboscópico oculto que causa cansaço visual, dores de cabeça e, em indivíduos sensíveis, riscos de epilepsia fotossensível. As luzes LED de rua são mais suscetíveis à cintilação visível do que as lâmpadas HPS tradicionais porque o tempo de resposta do LED às mudanças de corrente é medido em nanossegundos, em vez dos milissegundos que os caracterizam como fontes de luz térmica, o que significa que qualquer ondulação de corrente do driver é imediatamente visível como variação de saída de luz.
A inconsistência de temperatura de cor – diferenças visíveis na cor da luz produzida por diferentes postes de iluminação na mesma estrada – é um problema estético e funcional que ocorre quando luminárias de diferentes lotes de produção usam chips de LED que ficam fora de uma faixa estreita de tolerância de cor, ou quando chips de LED no mesmo equipamento envelhecem em taxas diferentes, produzindo mudança de cor ao longo do tempo.
O padrão ANSI/ANSLG C78.377 define elipses MacAdam de sete etapas como a faixa aceitável de tolerância de núcleos para produtos de iluminação LED. Produtos que especificam Tolerância do elipse MacAdam em 3 etapas (SDCM 3 ou menos) consistência de cor que é invisível a olho nu em condições normais. Os produtos que especificam tolerância de 5 ou 7 etapas — ou que não especificam nenhuma classificação de núcleos — podem produzir núcleos de luz visivelmente diferentes entre postes adjacentes ao mesmo lote de instalação. (Fonte: ANSI/ANSLG C78.377-2017, Especificações para a cromaticidade de produtos de iluminação de estado sólido)
O Índice de reprodução de cores (CRI) das luzes de rua LED afeta a precisão com que os observadores humanos percebem as cores dos objetos – veículos, roupas de pedestres, marcações rodoviárias e características visuais – sob a luz da rua. As lâmpadas de som de alta pressão (HPS) que as luzes LED de rua substituem normalmente tinham valores CRI de 20 a 25 – reprodução de núcleos extremamente pobre que dificultava o reconhecimento de núcleos. As luzes de rua LED normalmente atingem valores CRI de 70 a 90 , melhorando significativamente o reconhecimento de núcleos para usuários da estrada e câmeras CFTV.
No entanto, algumas luzes de rua LED com custo limitado alcançam uma saída de lúmen aparentemente alta usando formulações de fósforo que sacrificam o CRI para maximizar os lúmens por watt, produzindo uma saída de lúmen alta em valores de CRI de 65 a 70, em vez de 80 a 90 alcançáveis com correspondências de maior qualidade. As luzes de rua com CRI abaixo de 70 estão associadas a distâncias reduzidas de percepção de perigo para os motoristas – especialmente em condições de estrada molhada, onde o contraste de núcleos ajuda na detecção precoce de perigos.
A infraestrutura de iluminação pública é particularmente vulnerável a danos causados por surtos elétricos porque os cabos de distribuição percorrem longas distâncias em ambientes onde descargas atmosféricas, surtos de segurança da rede elétrica e isolamento indutivo de equipamentos de alta tensão geram picos de tensão transitórios que se propagam através de todos os circuitos de iluminação pública para os equipamentos conectados.
Um raio de menos de 1 km de um cabo de iluminação pública pode induzir transitórias transitórias de 4.000 a 10.000 volts no circuito - excedendo em muito a tensão de ruptura de 800 a 1.000 V dos componentes padrão do estágio de saída do driver de LED. (Fonte: IEC 61547:2009, Equipamento para Fins Gerais de Iluminação — Requisitos de Imunidade EMC)
As lâmpadas de som de alta pressão e de iodetos metálicos eram relativamente tolerantes a eventos de surto porque sua conversão de energia usava reatores magnéticos que tinham características protetoras de absorção de surto de seus enrolamentos indutores. Os drivers de LED utilizam circuitos de semicondutores com sensibilidades de tensão transitórias ordens de magnitude inferiores à tolerância eletromagnética de um reator magnético. Os drivers de LED sem dispositivos de proteção contra surtos (SPDs) falham em um único grande evento de surto ou acumulam danos progressivos devido a surtos moderados repetidos que aceleram todos os outros modos de falha descritos neste artigo.
As luzes de rua especificadas para regiões com alta densidade de descargas atmosféricas ou ambientes conhecidos de surtos de densidade de rede devem incluir SPDs específicos para IEC 61643-11 Categoria C2 (10 kA, formato de onda de 8/20 microssegundos) não mínimo. As luzes sem SPDs ou com SPDs classificadas abaixo da Categoria C2 em ambientes com altas sobretensões experimentarão taxas de falhas significativamente mais altas devido a danos no driver induzidos por sobretensões do que sua previsão nominal sugeriria.
Moderno Luzes de rua LED incluem cada vez mais comunicações sem fio integrados – GPRS, NB-IoT, Zigbee ou LoRa – para monitoramento centralizado, controle de dimerização, relatórios de falhas e medição de energia. Esses sistemas de controle inteligentes adicionam funcionalidades, mas também adicionam modos de falha que não existem nas luzes de rua passivas casualmente:
| Problema | Causa Primária | Prazo típico | Prevenção / Solução |
|---|---|---|---|
| Falha do driver (apagamento completo) | Degradação do capacitor eletrolítico pelo calor | 3 a 8 anos (produtos econômicos) | Capacitores específicos com classificação de 105 graus; compartimento do motorista refrigerado |
| Depreciação do lúmen | Temperatura elevada da temperatura do LED | Progressivo a partir do 1º ano | Dimensionamento adequado do dissipador de calor; material de interface térmica de qualidade |
| Entrada de umidade | Degradação do selo devido ao ciclo térmico | 3 a 10 anos dependendo da qualidade do selo | Carcaça com classificação IP66; membranas respiratórias; Selos EPDM |
| Brilho e poluição luminosa | Controle óptico inadequado | Fazer comissionamento | Especifique óptica de corte total com classificação IK; UGR abaixo de 19 |
| Cintilação visível | Filtragem de driver insuficiente; capacitores de envelhecimento | (filtro ruim); 5 a 8 anos (envelhecimento) | Especifique abaixo de 8% de cintilação; Driver compatível com IEEE 1789 |
| Inconsistência de núcleos | Ampla tolerância de classificação de núcleos de LED | Fazer comissionamento | Especifique uma elipse MacAdam de 3 etapas (SDCM 3) |
| Dano de surto | SPD inadequado ou ausente | Após o primeiro grande evento de onda | Especifique IEC 61643-11 Categoria C2 SPD, mínimo de 10 kA |
| Falha sem controle inteligente | Falha no módulo de comunicação; obsolescência do protocolo | 5 a 10 anos dependendo da tecnologia | Sistemas específicos de protocolo aberto; selecione redes de geração atual |
As questões descritas acima não são inerentes à tecnologia LED – são consequências de design específicas e escolhas de componentes que separam produtos de qualidade de alternativas de custo reduzido. Uma concepção de aquisição que aborde os principais parâmetros de design para cada categoria de problema de filtragem eficaz dos produtos que provavelmente apresentarão falhas prematuras:
O Luzes de rua LED PODA são projetados para lidar com os modos de falha comuns descritos ao longo deste artigo - com capacitores de driver de 105 graus, compartimentos de driver separados termicamente, invólucros com classificação IP66 com proteção de membrana de respiro, óptica secundária de precisão para distribuição de luz controlada, proteção contra surtos IEC 61643-11 e binning de cores MacAdam de 3 etapas. Foram concebidos para municípios e autoridades rodoviárias que necessitam de iluminação pública que proporcione a vida útil de 15 a 20 anos que a tecnologia LED é capaz, em vez do ciclo de falhas de 3 a 5 anos que os produtos orçamentais produzem.
Mesmo com mais alta qualidade Luzes de rua LED beneficiário de um programa de manutenção estruturado que aborda os mecanismos de manipulação descritos acima:
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