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금요일 저녁 동네 코트에서 선수 중 절반이 오지 않았다. 먼 쪽 바스켓은 그림자 속에 있고, 펜스 근처의 가로등 기둥은 자유투 라인을 가로질러 길고 어두운 줄무늬를 던지......
READ MORE가장 일반적인 문제 LED 가로등 이다 조기 드라이버 고장, 열 관리 문제, 광 출력 저하, 눈부심 및 광공해, 습기 및 부식 유입, 깜박임, 색온도 불일치 . LED 기술은 본질적으로 기존의 나트륨 증기 및 메탈 할라이드 램프보다 신뢰성이 높지만, LED 가로등의 실제 고장률은 제품 등급에 따라 엄청나게 다릅니다. 평판이 좋은 제조업체의 고품질 장치는 최소한의 출력 감소로 50,000시간 이상의 서비스 수명을 달성하는 반면, 저예산 제품은 설치 후 2~3년 이내에 고장날 수 있습니다. 각 문제 뒤에 숨은 구체적인 실패 메커니즘을 이해하는 것은 LED 가로등이 제공하도록 설계된 15~20년 투자 수익을 실제로 제공하는 조달 결정 및 유지 관리 계획을 내리는 데 핵심입니다.
주 AC 전원을 LED 모듈에 필요한 제어된 DC 전류로 변환하는 전원 공급 장치인 LED 드라이버는 LED 가로등 시스템의 주요 실패 지점으로 지속적으로 식별됩니다. 현장 반환 LED 가로등에 대한 연구에서는 다음과 같이 추정합니다. 드라이버 고장은 전체 LED 가로등 고장의 50~70%를 차지합니다. 서비스 시작 후 처음 5년 동안 LED 칩 고장을 훨씬 능가하는 주요 고장 모드가 발생했습니다. (출처: 미국 에너지부, 고체 조명 기술 자료표 - LED 거리 조명, DOE/EE-1038, 2014)
드라이버는 구조적인 이유로 LED 칩보다 먼저 고장납니다. 정류된 AC를 안정적인 DC로 평활화하는 드라이버 회로 내의 전해 커패시터의 정격 수명은 섭씨 85도에서 5,000~15,000시간 작동 온도. 반면 LED 칩은 동일한 조건에서 50,000~100,000시간의 정격을 갖습니다. 커패시터와 LED 칩은 모두 동일한 열 환경을 경험하므로 대부분의 경우 커패시터가 먼저 고장납니다.
커패시터 수명은 작동 온도가 섭씨 10도 낮아질 때마다 약 두 배로 늘어납니다. 잘 냉각된 하우징에서 작동하는 섭씨 105도(저렴한 85도 표준에 비해) 등급의 커패시터를 사용하는 드라이버는 다음을 달성할 수 있습니다. 40,000~60,000시간의 커패시터 수명 — 드라이버와 LED 칩 서비스 간의 격차를 크게 줄여줍니다. 섭씨 95도에서 작동하는 열악한 냉각 하우징에 85도 커패시터를 사용하는 드라이버는 15,000시간(일 8시간 작동 시 약 5년) 이내에 고장날 수 있습니다. (출처: Nichicon Corporation, 알루미늄 전해 커패시터에 대한 일반 설명, 기술 노트, 2022)
이것이 명시된 드라이버 사양뿐만 아니라 드라이버 구획의 작동 온도가 LED 가로등 수명에 가장 중요한 요소인 이유입니다. 105도 커패시터를 지정하고 LED 방열판에서 드라이버를 열적으로 분리하며 효과적인 자연 대류 냉각으로 드라이버 구획을 설계하는 제품은 커패시터 등급 및 하우징 열 설계 비용을 절감하는 제품보다 지속적으로 성능이 뛰어납니다.
드라이버가 올바르게 작동하더라도 LED 모듈 자체의 부적절한 열 관리는 루멘 감가상각(LED 칩이 노후화됨에 따라 발생하는 광 출력의 점진적인 감소)을 가속화하는 주요 원인입니다. LED 접합 온도와 루멘 유지 관리 사이의 관계는 다음과 같이 잘 확립되어 있습니다. LED 접합 온도가 정격 작동점보다 섭씨 10도씩 증가할 때마다 루멘 감가상각율은 약 두 배로 늘어납니다. . (출처: 미국 에너지부, IES TM-21-11, LED 광원의 장기 루멘 유지 관리 계획, 2011)
LED 출력이 원래 값의 70%로 감소한 널리 사용되는 벤치마크인 IES L70 표준은 대부분의 LED 가로등 사양에 대한 정격 수명 종료점입니다. LED 제조업체의 정격 접합 온도에서 작동하는 고정 장치는 50,000시간에 L70에 도달할 수 있습니다. 접합 온도를 사양보다 섭씨 20도 높게 실행할 수 있는 열 설계를 갖춘 동일한 고정 장치는 약 12,500시간 만에 L70에 도달합니다. 이는 열 관리만으로 유용한 서비스 수명이 4배 감소한 것입니다.
실외 LED 가로등은 전체 사용 수명 동안 비, 응결, 해안 염분 공기 및 깨끗한 물에 노출됩니다. 습기 유입은 드라이버 고장 다음으로 LED 가로등 고장의 두 번째로 흔한 원인이며, 두 가지 고장 모드가 종종 상호 작용합니다. 즉, 드라이버 구획에 들어가는 습기는 커패시터 부식을 가속화하는 반면, LED 모듈에 도달하는 습기는 형광체의 품질을 저하시키고 LED 패키지의 금속 접촉 부식을 유발합니다.
가로등 하우징은 IEC 60529 IP 표준에 따른 침투 보호 등급을 받았습니다. IP65는 도로 조명 애플리케이션의 가장 일반적인 사양입니다. (모든 방향의 먼지와 물 분사로부터 보호됨) 및 IP66 또는 IP67은 폭우, 물이 튀거나 청소할 수 있는 장소에 대해 지정되었습니다. (출처: IEC 60529:2013, 인클로저가 제공하는 보호 등급, 국제전기기술위원회)
가로등의 IP 등급은 제조 당시의 테스트 조건에서 검증됩니다. 실제 설치에는 시간이 지남에 따라 효과적인 유입 방지 기능이 저하될 수 있는 몇 가지 요소가 도입됩니다.
LED 가로등 LED 광 출력이 훨씬 더 작은 물리적 영역에서 집중되기 때문에 교체하는 분산 광원 나트륨 증기 램프보다 훨씬 더 높은 점 광원 광 강도를 생성합니다. 이러한 높은 휘도(소스의 단위 면적당 빛의 강도)는 운전자, 보행자 및 인근 주민에게 눈부심을 유발합니다. 이는 기존 램프 유형이 동일한 전체 광 출력에 대해 더 낮은 레벨에서 생성하는 것입니다.
UGR(Unified Glare Rating) 시스템은 19 이상의 값이 도로 조명 환경에서 허용되지 않는 것으로 간주되는 눈부심의 불편한 정도를 정량화합니다. 잘못 설계된 LED 가로등, 특히 적절한 보조 광학 장치나 확산 패널이 없는 가로등은 UGR 값이 다음과 같이 나타날 수 있습니다. 일반적인 도로 조명 구조에서 22~28 , 허용 가능한 기준치를 훨씬 초과합니다. (출처: CIE 115:2010, 자동차 및 보행자 교통을 위한 도로 조명, Commission Internationale de l'Eclairage)
LED 가로등의 깜박임은 빛 출력이 인간의 시각 융합 임계값보다 낮은 주파수(일반적인 조명 조건에서 대부분의 사람들에게 약 50~80Hz)로 변할 때 발생하며 눈의 피로, 두통 및 민감한 개인의 경우 감광성 간질 위험을 유발하는 인지 가능한 스트로브 효과를 생성합니다. LED 가로등은 전류 변화에 대한 LED의 응답 시간이 열 광원을 특성화하는 밀리초가 아닌 나노초로 측정되기 때문에 기존 HPS 램프보다 눈에 보이는 깜박임에 더 취약합니다. 즉, 드라이버의 전류 리플이 광 출력 변화로 즉시 표시됩니다.
색 온도 불일치(동일한 도로의 서로 다른 가로등에서 생성되는 빛의 색상 차이)는 서로 다른 생산 배치의 조명 기구가 좁은 색상 허용 범위를 벗어나는 LED 칩을 사용하거나 동일한 고정 장치 사용 기간의 LED 칩이 시간이 지남에 따라 색상 변화를 일으키는 서로 다른 속도로 발생할 때 발생하는 미적 및 기능적 문제입니다.
ANSI/ANSLG C78.377 표준은 7단계 MacAdam 타원을 LED 조명 제품에 허용되는 색상 허용 범위로 정의합니다. 지정하는 제품 3단계 MacAdam 타원 공차 (SDCM 3 이하) 정상적인 조건에서 육안으로 볼 수 없는 색상 일관성을 제공합니다. 5단계 또는 7단계 공차를 지정하는 제품 또는 색상 비닝을 전혀 지정하지 않는 제품은 동일한 설치 배치에서 인접한 극 사이에 눈에 띄게 다른 밝은 색상을 생성할 수 있습니다. (출처: ANSI/ANSLG C78.377-2017, 고체 조명 제품의 색도 사양)
LED 가로등의 CRI(연색성 지수)는 인간 관찰자가 가로등 아래에서 차량, 보행자 의류, 도로 표시, 얼굴 특징 등 물체의 색상을 얼마나 정확하게 인식하는지에 영향을 미칩니다. LED 가로등을 대체하는 고압나트륨(HPS) 램프는 일반적으로 CRI 값이 20~25로 연색성이 매우 낮아 색상 인식이 어렵습니다. LED 가로등은 일반적으로 CRI 값을 달성합니다. 70~90 , 도로 사용자와 CCTV 카메라의 색상 인식이 크게 향상되었습니다.
그러나 일부 비용 절감형 LED 가로등은 CRI를 희생하여 와트당 루멘을 최대화하는 인광체 공식을 사용하여 명백히 높은 루멘 출력을 달성하며, 고품질 인광체로 달성할 수 있는 80~90이 아닌 65~70의 CRI 값에서 고루멘 출력을 생성합니다. CRI가 70 미만인 가로등은 운전자의 위험 인식 거리 감소와 관련이 있습니다. 특히 색상 대비가 조기 위험 감지에 도움이 되는 젖은 도로 조건에서는 더욱 그렇습니다.
거리 조명 인프라는 특히 전기 서지 손상에 취약합니다. 왜냐하면 번개가 치는 환경, 전력망의 스위칭 서지, 인근 고전압 장비의 유도 결합이 거리 조명 회로를 통해 연결된 모든 설비로 전파되는 과도 전압 스파이크를 생성하는 환경을 통해 장거리를 연결하는 배전 케이블이기 때문입니다.
거리 조명 케이블로부터 1km 이내의 낙뢰는 다음과 같은 과도 전압을 유도할 수 있습니다. 4,000~10,000V 표준 LED 드라이버 출력단 구성 요소의 항복 전압 800~1,000V를 훨씬 초과합니다. (출처: IEC 61547:2009, 일반 조명용 장비 - EMC 내성 요구 사항)
고압 나트륨 및 메탈 할라이드 램프는 전력 변환이 인덕터 권선에서 고유한 서지 흡수 특성을 갖는 자기 안정기를 사용했기 때문에 서지 이벤트에 상대적으로 내성이 있었습니다. LED 드라이버는 자기 안정기의 전자기 허용 오차보다 몇 배나 낮은 과도 전압 감도를 갖는 반도체 스위칭 회로를 사용합니다. 적절한 SPD(서지 보호 장치)가 없는 LED 드라이버는 단일 대규모 서지 이벤트로 인해 오류가 발생하거나 이 문서에 설명된 다른 모든 오류 모드를 가속화하는 반복적인 보통 서지로 인해 점진적인 손상이 누적됩니다.
낙뢰 밀도가 높은 지역이나 알려진 그리드 스위칭 서지 환경에 지정된 가로등에는 다음 등급의 SPD가 포함되어야 합니다. IEC 61643-11 카테고리 C2(10kA, 8/20마이크로초 파형) 최소한. 높은 서지 환경에서 SPD가 없거나 카테고리 C2 미만 등급의 SPD를 갖춘 고정 장치는 공칭 사양에서 제안하는 것보다 서지로 인한 드라이버 손상으로 인한 고장률이 훨씬 더 높습니다.
현대 LED 가로등 중앙 집중식 모니터링, 디밍 제어, 오류 보고 및 에너지 측정을 위해 통합 무선 통신(GPRS, NB-IoT, Zigbee 또는 LoRa)이 점점 더 많이 포함되고 있습니다. 이러한 스마트 제어 시스템은 기능을 추가하지만 기존의 수동 가로등에는 없는 오류 모드도 추가합니다.
| 이슈 | 주요 원인 | 일반적인 기간 | 예방/해결책 |
|---|---|---|---|
| 드라이버 고장(완전 소등) | 열로 인한 전해 콘덴서 성능 저하 | 3~8년(예산 상품) | 105도 정격 커패시터를 지정합니다. 냉각된 운전석 |
| 루멘 감가 상각 | LED 접합 온도 상승 | 1년차부터 진행 | 적절한 방열판 크기; 고품질 열 인터페이스 재료 |
| 수분 침투 | 열 순환으로 인한 씰 성능 저하 | 씰 품질에 따라 3~10년 | IP66 등급 하우징; 브리더 멤브레인; EPDM 씰 |
| 눈부심과 빛 공해 | 부적절한 광학 제어 | 시운전부터 | IK 등급 완전 차단 광학 장치를 지정합니다. UGR 19 미만 |
| 눈에 보이는 깜박임 | 드라이버 필터링이 부족합니다. 노화 커패시터 | 즉시(필터 불량); 5~8세(노화) | 깜박임을 8% 미만으로 지정하십시오. IEEE 1789 호환 드라이버 |
| 색상 불일치 | 넓은 LED 색상 비닝 허용 오차 | 시운전부터 | 3단계 MacAdam 타원 지정(SDCM 3) |
| 서지 피해 | SPD가 부적절하거나 없음 | 첫 번째 대규모 급증 이벤트 이후 | IEC 61643-11 카테고리 C2 SPD, 최소 10kA 지정 |
| 스마트 제어 실패 | 통신 모듈 오류; 프로토콜 노후화 | 기술에 따라 5~10년 | 개방형 프로토콜 시스템을 지정합니다. 현재 세대 네트워크 선택 |
위에 설명된 문제는 LED 기술에 내재된 것이 아닙니다. 이는 비용 절감형 대안과 고품질 제품을 구분하는 특정 설계 및 구성 요소 선택의 결과입니다. 각 문제 범주에 대한 주요 설계 매개변수를 다루는 조달 사양은 조기 실패를 나타낼 가능성이 있는 제품을 효과적으로 필터링합니다.
는 PODA LED 가로등 이다 engineered to address the common failure modes described throughout this article — with 105-degree driver capacitors, thermally separated driver compartments, IP66-rated housings with breather membrane protection, precision secondary optics for controlled light distribution, IEC 61643-11 surge protection, and 3-step MacAdam color binning. They are designed for municipalities and road authorities who need street lighting that delivers the 15 to 20 year service life that LED technology is capable of, rather than the 3 to 5 year failure cycle that budget products produce.
최고급 품질이라도 LED 가로등 위에서 설명한 점진적 성능 저하 메커니즘을 해결하는 구조화된 유지 관리 프로그램의 이점을 누릴 수 있습니다.
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