ปัญหาทั่วไปของไฟถนน LED คืออะไร?

ฉบับที่หนึ่ง: ความล้มเหลวของไดรเวอร์ LED — สาเหตุที่พบบ่อยที่สุดของการสูญเสียแสงตั้งแต่เนิ่นๆ

ไดรเวอร์ LED ซึ่งเป็นหน่วยจ่ายไฟที่แปลงไฟ AC หลักเป็นกระแส DC ที่ควบคุมตามที่โมดูล LED ต้องการ ได้รับการระบุอย่างสม่ำเสมอว่าเป็นจุดขัดข้องหลักในระบบไฟถนน LED การศึกษาเกี่ยวกับไฟถนน LED ที่ส่งคืนภาคสนามประมาณการว่า ความล้มเหลวของผู้ขับขี่คิดเป็น 50 ถึง 70% ของความล้มเหลวของไฟถนน LED ทั้งหมด ในช่วง 5 ปีแรกของการบริการ เกินกว่าความล้มเหลวของชิป LED ที่เป็นโหมดความล้มเหลวที่โดดเด่น (ที่มา: กระทรวงพลังงานของสหรัฐอเมริกา เอกสารข้อเท็จจริงเกี่ยวกับเทคโนโลยีระบบไฟส่องสว่างแบบโซลิดสเตต - ระบบไฟถนน LED, DOE/EE-1038, 2014)

ไดรเวอร์ทำงานล้มเหลวเร็วกว่าชิป LED ด้วยเหตุผลทางโครงสร้าง: ตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าภายในวงจรไดรเวอร์ ซึ่งปรับกระแสไฟ AC ให้เป็น DC ที่เสถียร มีอายุการใช้งานที่พิกัด 5,000 ถึง 15,000 ชั่วโมงที่ 85 องศาเซลเซียส อุณหภูมิในการทำงาน ในทางตรงกันข้าม ชิป LED มีอายุการใช้งาน 50,000 ถึง 100,000 ชั่วโมงภายใต้สภาวะเดียวกัน เนื่องจากตัวเก็บประจุและชิป LED ต่างก็ประสบกับสภาพแวดล้อมที่มีความร้อนเท่ากัน ตัวเก็บประจุจึงล้มเหลวก่อนในกรณีส่วนใหญ่ส่วนใหญ่

เหตุใดความล้มเหลวของไดรเวอร์จึงแตกต่างกันมากระหว่างผลิตภัณฑ์ต่างๆ

อายุการใช้งานของตัวเก็บประจุจะเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าทุกๆ 10 องศาเซลเซียสโดยประมาณในอุณหภูมิในการทำงาน ไดรเวอร์ที่ใช้ตัวเก็บประจุที่มีอุณหภูมิ 105 องศาเซลเซียส (เทียบกับมาตรฐาน 85 องศาที่ถูกกว่า) ซึ่งทำงานในตัวเครื่องที่มีการระบายความร้อนอย่างดีสามารถบรรลุผลสำเร็จ อายุการใช้งานของตัวเก็บประจุ 40,000 ถึง 60,000 ชั่วโมง — ปิดช่องว่างระหว่างไดรเวอร์และชิป LED อายุการใช้งานยาวนาน ไดรเวอร์ที่ใช้ตัวเก็บประจุ 85 องศาในเคสที่มีการระบายความร้อนต่ำซึ่งทำงานที่อุณหภูมิ 95 องศาเซลเซียส อาจทำงานล้มเหลวในเวลาต่ำกว่า 15,000 ชั่วโมง — ประมาณ 5 ปีในวันทำการ 8 ชั่วโมง (ที่มา: Nichicon Corporation, คำอธิบายทั่วไปของตัวเก็บประจุอลูมิเนียมอิเล็กโทรลีติค, หมายเหตุทางเทคนิค, 2022)

นี่คือเหตุผลว่าทำไมอุณหภูมิการทำงานของห้องคนขับ ไม่ใช่แค่ข้อกำหนดเฉพาะของคนขับที่ระบุไว้เท่านั้น จึงเป็นปัจจัยที่สำคัญที่สุดในการทำให้ไฟถนน LED มีอายุการใช้งานยาวนาน ผลิตภัณฑ์ที่ระบุตัวเก็บประจุ 105 องศา แยกตัวขับความร้อนออกจากแผงระบายความร้อน LED และออกแบบส่วนคนขับด้วยการระบายความร้อนด้วยการพาความร้อนตามธรรมชาติที่มีประสิทธิภาพ มีประสิทธิภาพเหนือกว่าผลิตภัณฑ์ที่ประหยัดต้นทุนสำหรับเกรดตัวเก็บประจุและการออกแบบการระบายความร้อนของตัวเรือนอย่างสม่ำเสมอ

อาการของไดรเวอร์ล้มเหลว

• ดับไฟให้สมบูรณ์: อาการที่พบบ่อยที่สุดเมื่อตัวเก็บประจุหลักของไดรเวอร์หรือทรานซิสเตอร์เอาต์พุตทำงานล้มเหลว ตัวชิป LED เองยังอยู่ในสภาพสมบูรณ์และจะทำงานได้หากจ่ายกระแสไฟ DC ที่ถูกต้อง แต่ไดรเวอร์ไม่สามารถจ่ายไฟได้
• การทำงานไม่ต่อเนื่อง: แสงจะทำงานตามปกติในสภาวะที่เย็น แต่จะไม่ทำงานในช่วงกลางคืนที่อากาศอบอุ่น เนื่องจากอุณหภูมิของคนขับสูงขึ้น และจะกลับมาเหมือนเดิมเมื่ออุณหภูมิลดลง ซึ่งเป็นลักษณะทั่วไปของความล้มเหลวด้านความร้อนแบบคลาสสิก
• ลดแสงสว่างโดยไม่เกิดความล้มเหลวโดยสิ้นเชิง: เนื่องจากส่วนประกอบของไดรเวอร์บางตัวเสื่อมสภาพ กระแสไฟเอาท์พุตอาจลดลงต่ำกว่ากระแสไฟของไดรฟ์ที่กำหนดของโมดูล LED ทำให้เกิดไฟหรี่ลงอย่างเห็นได้ชัดก่อนที่จะเกิดความล้มเหลวโดยสิ้นเชิง
• กะพริบที่ความถี่ต่ำ: การสลายตัวของตัวเก็บประจุทำให้เกิดการกระเพื่อมที่เพิ่มขึ้นในเอาท์พุตของไดรเวอร์ ซึ่งสามารถทำให้เกิดการสั่นไหวที่มองเห็นได้ — โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่ 100 หรือ 120 Hz (สองเท่าของความถี่เมน) ในไดรเวอร์ที่มีการกรองไม่ดี

ประเด็นที่สอง: ความล้มเหลวในการจัดการระบายความร้อนและการเสื่อมค่าของลูเมน LED

แม้ว่าไดรเวอร์จะทำงานได้อย่างถูกต้อง การจัดการระบายความร้อนที่ไม่เพียงพอของโมดูล LED เองก็ยังเป็นสาเหตุหลักของการเสื่อมสภาพของลูเมนที่เร่งขึ้น นั่นคือการลดลงอย่างค่อยเป็นค่อยไปของเอาต์พุตแสงที่เกิดขึ้นเมื่ออายุของชิป LED ความสัมพันธ์ระหว่างอุณหภูมิหัวต่อ LED และการบำรุงรักษาลูเมนเป็นที่ยอมรับกันดี: สำหรับอุณหภูมิจุดเชื่อมต่อ LED ที่เพิ่มขึ้นทุกๆ 10 องศาเซลเซียส เหนือจุดใช้งานที่กำหนด อัตราค่าเสื่อมราคาของลูเมนจะเพิ่มขึ้นประมาณสองเท่า . (ที่มา: กระทรวงพลังงานของสหรัฐอเมริกา, IES TM-21-11, การฉายการบำรุงรักษาลูเมนระยะยาวของแหล่งกำเนิดแสง LED, 2011)

มาตรฐาน IES L70 ซึ่งเป็นเกณฑ์มาตรฐานที่ใช้กันอย่างแพร่หลายซึ่งเอาต์พุต LED ลดลงเหลือ 70% ของมูลค่าเดิม เป็นจุดสิ้นสุดอายุการใช้งานที่ได้รับการจัดอันดับสำหรับข้อกำหนดเฉพาะของไฟถนน LED ส่วนใหญ่ อุปกรณ์ติดตั้งที่ทำงานที่อุณหภูมิจุดแยกที่กำหนดของผู้ผลิต LED อาจถึง L70 ที่ 50,000 ชั่วโมง ฟิกซ์เจอร์แบบเดียวกันที่มีการออกแบบการระบายความร้อนที่ช่วยให้อุณหภูมิของหัวต่อทำงานสูงกว่าข้อกำหนด 20 องศาเซลเซียส สูงถึง L70 ในเวลาประมาณ 12,500 ชั่วโมง ซึ่งลดอายุการใช้งานที่เป็นประโยชน์ลงสี่เท่าจากการจัดการระบายความร้อนเพียงอย่างเดียว

สาเหตุหลักของการจัดการความร้อนที่ไม่ดีในไฟถนน

• พื้นที่ผิวของแผ่นระบายความร้อนไม่เพียงพอ: ไฟถนนราคาประหยัดมักใช้โปรไฟล์แผงระบายความร้อนที่เพียงพอสำหรับกำลังไฟที่ระบุภายใต้เงื่อนไขการทดสอบ แต่ไม่เพียงพอในช่วงฤดูร้อน อุณหภูมิแวดล้อมสูงสุดอยู่ที่ 35 ถึง 45 องศาเซลเซียส เมื่อความแตกต่างของอุณหภูมิที่มีอยู่เพื่อขับเคลื่อนการระบายความร้อนด้วยการพาความร้อนตามธรรมชาติลดลง
• คุณภาพของวัสดุเชื่อมต่อในการระบายความร้อนต่ำ: แผ่นระบายความร้อนหรือแผ่นระบายความร้อนระหว่างโมดูล LED และแผงระบายความร้อนเป็นเส้นทางการถ่ายเทความร้อนที่สำคัญ วัสดุเชื่อมต่อในการระบายความร้อนคุณภาพต่ำมีค่าการนำความร้อน 0.5 ถึง 1.0 W/mK เทียบกับ 3.0 ถึง 8.0 W/mK สำหรับวัสดุระดับพรีเมียม — ประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนที่แตกต่างกัน 3 ถึง 8 เท่า ซึ่งกำหนดอุณหภูมิจุดเชื่อมต่อโดยตรง
• การสะสมของฝุ่นและการปนเปื้อน: ครีบระบายความร้อนที่สะสมฝุ่นบนถนนและการเจริญเติบโตทางชีวภาพตลอดระยะเวลาหลายปีของการทำงานจะสูญเสียประสิทธิภาพการพาความร้อนอย่างต่อเนื่อง การศึกษาไฟถนน LED ที่ให้บริการเป็นเวลา 5 ปี พบว่าการปนเปื้อนของแผงระบายความร้อนทำให้อุณหภูมิจุดเชื่อมต่อในการทำงานเพิ่มขึ้น 8 ถึง 15 องศาเซลเซียส บนอุปกรณ์ที่ไม่ได้ทำความสะอาด เมื่อเทียบกับอุปกรณ์ที่ทำความสะอาดเป็นระยะ (ที่มา: ธุรกรรม IEEE บนอุปกรณ์อิเล็กตรอน ผลกระทบทางความร้อนของการปนเปื้อนของฝุ่นบนแผงระบายความร้อนด้วยไฟ LED บนถนน ฉบับที่ 64 ฉบับที่ 8 ปี 2017)
• การวางแนวการติดตั้ง: ไฟถนนที่ติดตั้งในมุมอื่นนอกเหนือจากตำแหน่งที่ออกแบบสามารถเปลี่ยนรูปแบบการหมุนเวียนอากาศตามธรรมชาติรอบแผงระบายความร้อน ส่งผลให้ประสิทธิภาพการทำความเย็นลดลงเมื่อเทียบกับจุดประสงค์การออกแบบ

ประเด็นที่สาม: ความชื้นและการกัดกร่อน

ไฟถนน LED กลางแจ้งต้องเผชิญกับฝน การควบแน่น อากาศเกลือชายฝั่ง และน้ำทำความสะอาดตลอดอายุการใช้งาน ความชื้นเป็นสาเหตุที่พบบ่อยเป็นอันดับสองของความล้มเหลวของไฟถนน LED หลังจากที่คนขับล้มเหลว และโหมดความล้มเหลวทั้งสองโหมดมักจะโต้ตอบกัน: ความชื้นที่เข้าไปในห้องคนขับจะเร่งการกัดกร่อนของตัวเก็บประจุ ในขณะที่ความชื้นที่ไปถึงโมดูล LED จะสลายสารเรืองแสงและทำให้เกิดการกัดกร่อนของหน้าสัมผัสโลหะที่แพ็คเกจ LED

ตัวโคมไฟถนนได้รับการจัดอันดับการป้องกันน้ำเข้าตามมาตรฐาน IEC 60529 IP IP65 เป็นข้อกำหนดทั่วไปสำหรับการใช้งานไฟถนน (ป้องกันฝุ่นและละอองน้ำจากทุกทิศทาง) และ IP66 หรือ IP67 ที่กำหนดไว้สำหรับสถานที่ที่มีฝนตกหนัก น้ำกระเซ็น หรือการทำความสะอาด (ที่มา: IEC 60529:2013, องศาการป้องกันโดยสิ่งห่อหุ้ม, International Electrotechnical Commission)

เหตุใดระดับ IP จึงไม่ป้องกันปัญหาความชื้นเสมอไป

ระดับ IP ของไฟถนนได้รับการตรวจสอบภายใต้เงื่อนไขการทดสอบ ณ เวลาที่ผลิต การติดตั้งในโลกแห่งความเป็นจริงมีปัจจัยหลายประการที่สามารถลดการป้องกันทางเข้าที่มีประสิทธิภาพเมื่อเวลาผ่านไป:

• การละเมิดการปั่นจักรยานด้วยความร้อน: รอบการทำความร้อนและความเย็นในแต่ละวันจะสร้างผลกระทบแบบ "การหายใจ" ในตัวเครื่อง โดยอากาศอุ่นจะขยายตัวออกด้านนอกผ่านช่องว่างเล็กๆ ในขณะที่อุปกรณ์ติดตั้งจะร้อนในระหว่างวัน และอากาศภายนอกที่เย็นกว่าและชื้นจะถูกดึงเข้ามาด้านในเมื่ออุปกรณ์จะเย็นลงในเวลากลางคืน กว่าพันรอบ การดำเนินการสูบน้ำนี้จะดึงความชื้นผ่านซีลที่เพียงพอในตอนแรกซึ่งไม่เสื่อมสภาพ แผ่นเมมเบรนกันความชื้นที่ระบายอากาศได้ (ประเภท Gore-Tex) ในตำแหน่งท่อระบายน้ำ/ช่องระบายอากาศเป็นวิธีแก้ปัญหามาตรฐานสำหรับกลไกการหายใจในอุปกรณ์ติดตั้งที่มีคุณภาพ
• ชุดการบีบอัดซีล: ปะเก็นซิลิโคนหรือ EPDM ที่ให้การบีบอัดซีลระดับ IP อย่างถาวรตลอดหลายปีของการหมุนเวียนด้วยความร้อน ช่วยลดแรงกดในการสัมผัสกับพื้นผิวตัวเรือนคู่ผสมพันธุ์ และในที่สุดปล่อยให้ความชื้นแทรกซึมผ่านสิ่งที่เดิมเป็นซีลที่เพียงพอ
• การเสื่อมสภาพของซีลทางเข้าสายเคเบิล: เคเบิลแกลนด์หรือซีลที่สายไฟเมนเข้าไปในเคสเป็นจุดรั่วทั่วไป การเสื่อมสภาพของรังสียูวีและความเค้นเชิงกลจากการเคลื่อนของสายเคเบิลระหว่างแรงลมอาจทำให้ซีลของเคเบิลแตกได้ ทำให้เกิดเส้นทางความชื้นผ่านซีลของตัวเรือนหลัก
• การกัดกร่อนของอากาศเกลือชายฝั่ง: สเปรย์เกลือเร่งการกัดกร่อนของตัวเรือนอะลูมิเนียมที่ไม่เคลือบผิว และสามารถโจมตีโลหะเคเบิลแกลนด์ ฮาร์ดแวร์หล่อ และพื้นผิวแผงวงจรได้ ไฟถนนในสภาพแวดล้อมชายฝั่งหรืออุตสาหกรรมต้องใช้ตัวโคมที่มีการรักษาพื้นผิวทนเกลือ — โดยทั่วไปแล้วเป็นอลูมิเนียมอโนไดซ์ เคลือบผงอิพ็อกซี หรือเคลือบแปลงเกรดทางทะเล

ประเด็นที่สี่: แสงจ้าและมลพิษทางแสง

ไฟถนน LED สร้างความเข้มแสงจากแหล่งกำเนิดจุดสูงกว่าหลอดไอโซเดียมแบบกระจายที่มาแทนที่อย่างมาก เนื่องจากเอาต์พุตแสง LED เข้มข้นจากพื้นที่ทางกายภาพที่เล็กกว่ามาก ความสว่างสูงนี้ — ความเข้มของแสงต่อหน่วยพื้นที่ของแหล่งกำเนิด — สร้างแสงจ้าให้กับผู้ขับขี่ คนเดินถนน และผู้อยู่อาศัยในบริเวณใกล้เคียง เช่นเดียวกับหลอดไฟแบบดั้งเดิมที่ผลิตในระดับที่ต่ำกว่าเพื่อให้ได้แสงสว่างรวมเท่ากัน

ระบบ Unified Glare Rating (UGR) จะวัดปริมาณแสงจ้าที่ไม่สบายตาในระดับที่ค่าที่สูงกว่า 19 ถือว่าไม่สามารถยอมรับได้สำหรับสภาพแวดล้อมที่มีแสงสว่างบนถนน ไฟถนน LED ที่ออกแบบมาไม่ดี โดยเฉพาะที่ไม่มีเลนส์รองหรือแผงกระจายแสงที่เพียงพอ สามารถสร้างค่า UGR ได้ 22 ถึง 28 ในรูปทรงของไฟถนนทั่วไป เกินกว่าเกณฑ์ที่ยอมรับได้ (ที่มา: CIE 115:2010, Lighting of Roads for Motor and Pedestrian Traffic, Commission Internationale de l'Eclairage)

ปัญหาแสงสะท้อนและการกระจายแสงเฉพาะ

• การรั่วไหลของแสงด้านบน: ไฟถนน LED without precisely controlled optics direct significant light upward and sideways, contributing to sky glow that affects astronomical observations and disrupts nocturnal wildlife. The International Dark-Sky Association's Fixture Seal of Approval requires that less than 1% ของเอาต์พุตโคมไฟทั้งหมด อยู่เหนือระนาบแนวนอน ไฟถนน LED มาตรฐานหลายดวงเกินขีดจำกัดนี้
• การบุกรุกของแสงเพื่อนบ้าน: แสงที่สาดส่องไปทางด้านข้างและด้านหลังจากไฟถนนมากเกินไปทำให้ทรัพย์สินที่อยู่ติดกัน ทำให้เกิดการร้องเรียนจากผู้อยู่อาศัยที่ห้องนอนถูกรบกวนจากแสงที่ส่องเข้ามาจากอุปกรณ์ติดตั้งที่มีทิศทางไม่ดี
• จุดร้อนและไฟส่องสว่างบนถนนไม่สม่ำเสมอ: ไฟถนน LED with poorly designed secondary optics can create highly illuminated spots directly beneath each pole with inadequate illuminance between poles, rather than the smooth, even distribution that road safety requires. The EN 13201 road lighting standard specifies minimum uniformity ratios — the ratio of minimum to average illuminance — that poorly designed fixtures fail to achieve
• อันตรายจากแสงสีฟ้าที่มีอุณหภูมิสีสูง: ไฟถนน LED with high color temperatures (above 4,000 K) contain a larger proportion of short-wavelength blue light that contributes to melatonin suppression in nearby residents and has been associated in epidemiological studies with increased risk of sleep disruption. The American Medical Association recommends street lighting at 3,000K หรือต่ำกว่า สำหรับพื้นที่พักอาศัยและพื้นที่มิกซ์ยูส (ที่มา: AMA Council on Science and Public Health, Human and Environmental Effects of Light Emitting Diode Community Lighting, 2016)

ประเด็นที่ห้า: ปัญหาการกะพริบและคุณภาพไฟฟ้า

การกะพริบของไฟถนน LED เกิดขึ้นเมื่อแสงที่ส่องออกมาแปรผันที่ความถี่ต่ำกว่าขีดจำกัดการมองเห็นของมนุษย์ — ประมาณ 50 ถึง 80 เฮิรตซ์สำหรับคนส่วนใหญ่ภายใต้สภาพแสงทั่วไป — ทำให้เกิดเอฟเฟกต์แสงแฟลชที่รับรู้ได้ ซึ่งทำให้เกิดอาการปวดตา ปวดศีรษะ และในบุคคลที่มีความไวต่อแสง มีความเสี่ยงต่อโรคลมบ้าหมู ไฟถนน LED ไวต่อการกะพริบที่มองเห็นได้ง่ายกว่าหลอดไฟ HPS แบบดั้งเดิม เนื่องจากเวลาตอบสนองของ LED ต่อการเปลี่ยนแปลงในปัจจุบันวัดเป็นนาโนวินาที แทนที่จะเป็นมิลลิวินาทีที่แสดงลักษณะของแหล่งกำเนิดแสงความร้อน ซึ่งหมายความว่ากระแสไฟที่กระเพื่อมจากคนขับจะมองเห็นได้ทันทีโดยเป็นรูปแบบเอาต์พุตแสง

แหล่งที่มาของการกะพริบในไฟถนน LED

• การกรองเอาต์พุตไดรเวอร์ไม่เพียงพอ: ตัวขับที่มีขนาดแผงตัวเก็บประจุไม่เพียงพอจะทำให้เกิดกระแสกระเพื่อมสูงที่ความถี่หลักสองเท่า (100 Hz ในประเทศ 50 Hz, 120 Hz ในประเทศ 60 Hz) มาตรฐาน IEEE 1789-2015 แนะนำให้ไดรเวอร์ไฟถนนจำกัดการกระเพื่อมของกระแสไฟฟ้าเพื่อสร้าง เปอร์เซ็นต์การสั่นไหวต่ำกว่า 8% เพื่อหลีกเลี่ยงผลเสียทางชีวภาพ (ที่มา: IEEE 1789-2015, วิธีปฏิบัติที่แนะนำสำหรับการปรับกระแสใน LED ความสว่างสูง)
• ความผันผวนของแรงดันไฟฟ้าในตารางการจำหน่าย: วงจรไฟถนนในเครือข่ายการจ่ายไฟแบบเก่าประสบกับแรงดันไฟฟ้าตก การพองตัว และการบิดเบือนฮาร์โมนิกจากโหลดที่แปรผันในบริเวณใกล้เคียง ซึ่งอาจเกินช่วงแรงดันไฟฟ้าอินพุตของผู้ขับขี่ ส่งผลให้ผู้ขับขี่หลุดออกและรีสตาร์ทชั่วขณะ ทำให้เกิดเหตุการณ์การกะพริบที่มองเห็นได้ แทนที่จะทำงานอย่างต่อเนื่องอย่างต่อเนื่อง
• ความเข้ากันไม่ได้ของระบบลดแสง: ปัจจุบันเครือข่ายไฟส่องสว่างถนนหลายแห่งใช้ระบบลดแสงแบบรวมศูนย์ — ทั้งการหรี่แสงแบบอะนาล็อก 0 ถึง 10 V หรือการหรี่แสงแบบดิจิทัลโปรโตคอล DALI เพื่อลดการใช้พลังงานในช่วงเวลาที่มีการจราจรต่ำ ไดรเวอร์ LED ที่ไม่เข้ากันกับระบบลดแสงที่ติดตั้งไว้สามารถกะพริบได้ตลอดช่วงการทำงานที่มีการหรี่แสง แทนที่จะสร้างการหรี่แสงอย่างต่อเนื่องอย่างราบรื่น นี่เป็นปัญหาทั่วไปโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อมีการติดตั้งโคมไฟ LED จากผู้ผลิตรายหนึ่งบนโครงสร้างพื้นฐานที่มีระบบหรี่แสงจากรุ่นหรือข้อกำหนดที่แตกต่างกัน
• ส่วนประกอบตัวขับเคลื่อนอายุ: เมื่อตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าของตัวขับมีอายุมากขึ้น ความจุของพวกมันจะลดลงและความต้านทานอนุกรมที่เทียบเท่ากัน (ESR) ของพวกมันจะเพิ่มขึ้น ทำให้เกิดกระแสกระเพื่อมมากขึ้นจากวงจรตัวขับเดียวกันที่สร้างระลอกคลื่นที่ยอมรับได้เมื่อสร้างใหม่ ฟิกซ์เจอร์ที่ผ่านการวัดการสั่นไหวเมื่อทดสอบการใช้งานอาจเกิดการกะพริบที่มองเห็นได้เมื่อผู้ขับขี่มีอายุมากขึ้น — ถือเป็นโหมดความล้มเหลวที่ร้ายกาจอย่างยิ่ง เนื่องจากฟิกซ์เจอร์ไม่ได้ "ล้มเหลว" ในแง่ทั่วไป

ฉบับที่หก: ปัญหาความไม่สอดคล้องกันของอุณหภูมิสีและการแสดงสี

ความไม่สอดคล้องกันของอุณหภูมิสี — ความแตกต่างที่มองเห็นได้ในสีของแสงที่เกิดจากไฟถนนแต่ละดวงบนถนนสายเดียวกัน — เป็นปัญหาด้านความสวยงามและการใช้งานที่เกิดขึ้นเมื่อโคมไฟจากชุดการผลิตที่แตกต่างกันใช้ชิป LED ที่ตกอยู่นอกช่องเก็บสีที่แคบ หรือเมื่อชิป LED ที่มีอายุโคมเดียวกันที่อัตราต่างกันทำให้เกิดการเปลี่ยนสีเมื่อเวลาผ่านไป

มาตรฐาน ANSI/ANSLG C78.377 กำหนดวงรี MacAdam เจ็ดขั้นตอนเป็นช่วงค่าเผื่อสีที่ยอมรับได้สำหรับผลิตภัณฑ์ไฟ LED สินค้าที่ระบุ ความทนทานต่อวงรี MacAdam 3 ขั้นตอน (SDCM 3 หรือน้อยกว่า) สร้างความสม่ำเสมอของสีที่มองไม่เห็นด้วยตาเปล่าภายใต้สภาวะปกติ ผลิตภัณฑ์ที่ระบุพิกัดความเผื่อ 5 ขั้นตอนหรือ 7 ขั้นตอน — หรือไม่ได้ระบุการรวมสีเลย — อาจทำให้เกิดสีแสงที่แตกต่างกันอย่างเห็นได้ชัดระหว่างเสาที่อยู่ติดกันจากชุดการติดตั้งเดียวกัน (ที่มา: ANSI/ANSLG C78.377-2017, ข้อมูลจำเพาะสำหรับความเป็นสีของผลิตภัณฑ์ไฟส่องสว่างแบบโซลิดสเตต)

ข้อควรพิจารณาเกี่ยวกับดัชนีการแสดงสี

ดัชนีการเรนเดอร์สี (CRI) ของไฟถนน LED ส่งผลต่อความแม่นยำที่ผู้สังเกตการณ์ในการรับรู้สีของวัตถุ เช่น ยานพาหนะ เสื้อผ้าคนเดินถนน เครื่องหมายจราจร และลักษณะใบหน้า ภายใต้ไฟถนน หลอดไฟโซเดียมความดันสูง (HPS) ที่เปลี่ยนไฟถนน LED มักจะมีค่า CRI อยู่ที่ 20 ถึง 25 ซึ่งแสดงสีได้แย่มากซึ่งทำให้การจดจำสีทำได้ยาก ไฟถนน LED มักจะบรรลุค่า CRI ของ 70 ถึง 90 ปรับปรุงการจดจำสีสำหรับผู้ใช้ถนนและกล้องวงจรปิดอย่างมีนัยสำคัญ

อย่างไรก็ตาม ไฟถนน LED ที่ลดต้นทุนบางรุ่นให้เอาท์พุตลูเมนสูงอย่างเห็นได้ชัดโดยใช้สูตรฟอสเฟอร์ที่เสียสละ CRI เพื่อเพิ่มลูเมนต่อวัตต์ให้สูงสุด โดยให้เอาท์พุตลูเมนสูงที่ค่า CRI 65 ถึง 70 แทนที่จะเป็น 80 ถึง 90 ที่ทำได้ด้วยฟอสเฟอร์คุณภาพสูงกว่า ไฟถนนที่มีค่า CRI ต่ำกว่า 70 สัมพันธ์กับระยะการรับรู้อันตรายที่ลดลงสำหรับผู้ขับขี่ โดยเฉพาะอย่างยิ่งภายใต้สภาพถนนเปียก ซึ่งคอนทราสต์ของสีช่วยในการตรวจจับอันตรายตั้งแต่เนิ่นๆ

ประเด็นที่เจ็ด: การป้องกันไฟกระชากไม่เพียงพอ

โครงสร้างพื้นฐานของระบบไฟส่องสว่างบนถนนมีความเสี่ยงเป็นพิเศษต่อความเสียหายจากไฟกระชาก เนื่องจากสายเคเบิลจำหน่ายวิ่งเป็นระยะทางไกลผ่านสภาพแวดล้อมที่มีฟ้าผ่า การสลับไฟกระชากจากโครงข่ายสาธารณูปโภค และการเชื่อมต่อแบบเหนี่ยวนำจากอุปกรณ์ไฟฟ้าแรงสูงในบริเวณใกล้เคียงทำให้เกิดแรงดันไฟกระชากชั่วคราวที่แพร่กระจายผ่านวงจรไฟถนนไปยังอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อทุกตัว

ฟ้าผ่าภายในระยะ 1 กม. จากสายไฟถนนสามารถเหนี่ยวนำแรงดันไฟฟ้าชั่วครู่ได้ 4,000 ถึง 10,000 โวลต์ ในวงจร - เกินแรงดันพังทลาย 800 ถึง 1,000 V ของส่วนประกอบสเตจเอาต์พุตของไดรเวอร์ LED มาตรฐาน (ที่มา: IEC 61547:2009 อุปกรณ์สำหรับวัตถุประสงค์ในการให้แสงสว่างทั่วไป — ข้อกำหนดภูมิคุ้มกันของ EMC)

เหตุใดไฟถนน LED จึงมีความเสี่ยงต่อไฟกระชากมากกว่า HPS

หลอดโซเดียมความดันสูงและหลอดเมทัลฮาไลด์ค่อนข้างทนต่อเหตุการณ์ไฟกระชากได้ เนื่องจากการแปลงกำลังใช้บัลลาสต์แม่เหล็กที่มีลักษณะการดูดซับไฟกระชากโดยธรรมชาติจากขดลวดเหนี่ยวนำ ไดรเวอร์ LED ใช้วงจรสวิตชิ่งเซมิคอนดักเตอร์ที่มีความไวต่อแรงดันไฟฟ้าชั่วคราวซึ่งมีขนาดต่ำกว่าความทนทานต่อแม่เหล็กไฟฟ้าของบัลลาสต์แม่เหล็ก ไดรเวอร์ LED ที่ไม่มีอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก (SPD) ที่เพียงพอจะล้มเหลวจากเหตุการณ์ไฟกระชากขนาดใหญ่เพียงครั้งเดียว หรือสะสมความเสียหายอย่างต่อเนื่องจากไฟกระชากปานกลางซ้ำแล้วซ้ำเล่า ซึ่งจะเร่งโหมดความล้มเหลวอื่นๆ ทั้งหมดที่อธิบายไว้ในบทความนี้

ไฟถนนที่ระบุไว้สำหรับภูมิภาคที่มีความหนาแน่นของฟ้าผ่าสูงหรือสภาพแวดล้อมไฟกระชากของการสลับกริดที่ทราบควรรวม SPD ที่ได้รับการจัดอันดับ IEC 61643-11 หมวดหมู่ C2 (10 kA, 8/20 ไมโครวินาทีรูปคลื่น) อย่างน้อยที่สุด อุปกรณ์ติดตั้งที่ไม่มี SPD หรือ SPD ที่ได้รับการจัดอันดับต่ำกว่าประเภท C2 ในสภาพแวดล้อมที่มีไฟกระชากสูงจะประสบกับอัตราความล้มเหลวที่สูงขึ้นอย่างมากจากความเสียหายของไดรเวอร์ที่เกิดจากไฟกระชากมากกว่าข้อกำหนดที่ระบุ

ประเด็นที่แปด: ความล้มเหลวของการสื่อสารและระบบควบคุมอัจฉริยะ

ทันสมัย ไฟถนน LED มีการใช้การสื่อสารไร้สายแบบบูรณาการเพิ่มมากขึ้น เช่น GPRS, NB-IoT, Zigbee หรือ LoRa สำหรับการตรวจสอบแบบรวมศูนย์ การควบคุมการลดแสง การรายงานข้อผิดพลาด และการวัดพลังงาน ระบบควบคุมอัจฉริยะเหล่านี้เพิ่มฟังก์ชันการทำงาน แต่ยังเพิ่มโหมดความล้มเหลวที่ไม่มีอยู่ในไฟถนนแบบพาสซีฟทั่วไป:

• โมดูลการสื่อสารล้มเหลว: โมดูลการสื่อสารไร้สายใช้สภาพแวดล้อมการระบายความร้อนของไดรเวอร์ร่วมกัน และพบกับการเสื่อมสภาพของตัวเก็บประจุและส่วนประกอบแบบเดียวกัน ความล้มเหลวในการสื่อสาร - เมื่อฟิกซ์เจอร์ทำงานแต่ไม่สามารถตรวจสอบหรือควบคุมจากระยะไกลได้ - สามารถเกิดขึ้นได้ก่อนเกิดความล้มเหลวด้านการมองเห็น ทำให้เกิด "จุดบอด" ของระบบการจัดการที่บ่อนทำลายคุณค่าของการลงทุนด้านระบบควบคุมอัจฉริยะ
• ความล้าสมัยของโปรโตคอลเครือข่าย: ระบบไฟถนนอัจฉริยะที่ใช้งานบนเครือข่าย 2G GPRS ในปี 2010 เผชิญกับการล่มสลายของเครือข่ายเมื่อผู้ให้บริการโทรศัพท์มือถือเลิกใช้งานโครงสร้างพื้นฐาน 2G ส่งผลให้อุปกรณ์ติดตั้งมีโมดูลการสื่อสารที่ไม่สามารถเชื่อมต่อกับแพลตฟอร์มการจัดการได้อีกต่อไป แม้ว่า LED และไดรเวอร์ทำงานได้อย่างสมบูรณ์ก็ตาม การเลือกโปรโตคอลควรพิจารณาอายุการใช้งานการสนับสนุนเครือข่ายที่คาดไว้เทียบกับอายุการใช้งานที่คาดไว้ของฟิกซ์เจอร์
• ช่องโหว่ด้านความปลอดภัยทางไซเบอร์: ไฟถนนแบบเครือข่ายที่มีการรักษาความปลอดภัยเฟิร์มแวร์ไม่เพียงพอแสดงถึงจุดบุกรุกที่อาจเกิดขึ้นในเครือข่ายโครงสร้างพื้นฐานสาธารณะ นี่เป็นข้อพิจารณาในการจัดซื้อมากขึ้นสำหรับหน่วยงานเทศบาล ซึ่งระบุมาตรฐานความปลอดภัยทางไซเบอร์ขั้นต่ำสำหรับสินทรัพย์ระบบแสงสว่างที่เชื่อมต่อกับเครือข่าย
• ข้อขัดแย้งคำสั่งลดแสง: ในระบบที่มีเลเยอร์การควบคุมหลายชั้น — นาฬิกาดาราศาสตร์ลดแสงบวกลบเซ็นเซอร์ตรวจจับการเข้าใช้งานบวกลบล้างด้วยตนเอง — คำสั่งที่ขัดแย้งกันจากเลเยอร์ที่แตกต่างกันสามารถสร้างพฤติกรรมแสงที่ไม่คาดคิดซึ่งตีความผิดว่าเป็นความล้มเหลวของฮาร์ดแวร์ ใช้ทรัพยากรการบำรุงรักษาในการตรวจสอบปัญหาการกำหนดค่าซอฟต์แวร์

ปัญหาทั่วไปโดยสรุป: สาเหตุและวิธีแก้ไข

วิธีหลีกเลี่ยงปัญหาเหล่านี้เมื่อระบุไฟถนน LED

ปัญหาที่อธิบายไว้ข้างต้นไม่ได้มีอยู่ในเทคโนโลยี LED — ปัญหาเหล่านี้เป็นผลมาจากการออกแบบเฉพาะและการเลือกส่วนประกอบที่แยกผลิตภัณฑ์ที่มีคุณภาพออกจากทางเลือกอื่นที่ลดต้นทุน ข้อกำหนดการจัดซื้อจัดจ้างที่จัดการกับพารามิเตอร์การออกแบบที่สำคัญสำหรับแต่ละหมวดหมู่ปัญหาจะกรองผลิตภัณฑ์ที่มีแนวโน้มที่จะแสดงความล้มเหลวก่อนวัยอันควรได้อย่างมีประสิทธิภาพ:

1. ระบุอุณหภูมิการทำงานของไดรเวอร์และเกรดตัวเก็บประจุ ขอคำยืนยันว่าอุณหภูมิห้องคนขับภายใต้สภาวะแวดล้อมสูงสุด (โดยทั่วไปคือ 45 ถึง 50 องศาเซลเซียส) จะต่ำกว่าขีดจำกัดอุณหภูมิตัวเก็บประจุที่กำหนดโดยมีระยะขอบ 10 องศา ระบุตัวเก็บประจุพิกัด 105 องศาเซลเซียสเป็นอย่างน้อย
2. ระบุข้อมูลการบำรุงรักษาลูเมน LED IES LM-80 ขอรายงานการทดสอบ LM-80 สำหรับโมดูล LED ที่ใช้ในฟิกซ์เจอร์ และยืนยันว่าอายุการใช้งานการบำรุงรักษาลูเมน L70 ที่คาดการณ์โดยวิธี TM-21 ตรงตามข้อกำหนดอายุการใช้งานที่ระบุที่อุณหภูมิจุดเชื่อมต่อการทำงานของฟิกซ์เจอร์
3. ระบุการป้องกันน้ำเข้าขั้นต่ำระดับ IP66 พร้อมการรับรองอิสระ อย่ายอมรับการประกาศการจัดระดับ IP ของผู้ผลิตโดยไม่มีการรับรองการทดสอบจากบุคคลที่สามจากห้องปฏิบัติการที่ได้รับการรับรอง ระบุแผ่นเยื่อระบายอากาศในการออกแบบตัวเครื่องเพื่อป้องกันการหายใจด้วยความร้อน
4. ระบุเลนส์ที่ตรงตามข้อกำหนดความสม่ำเสมอของ EN 13201 และ UGR ต่ำกว่า 19 ขอไฟล์ข้อมูลโฟโตเมตริกของโคมไฟ (รูปแบบ IES หรือ LDT) และดำเนินการคำนวณไฟถนนเพื่อยืนยันว่าการติดตั้งที่เสนอนั้นตรงตามความสม่ำเสมอของระดับไฟถนนที่ระบุและข้อกำหนดด้านความสว่างโดยเฉลี่ย
5. ระบุการป้องกันไฟกระชาก IEC 61643-11 หมวดหมู่ C2 ไม่สามารถต่อรองได้สำหรับไฟถนนในสถานที่ใดๆ ที่มีฟ้าผ่าหรือไฟกระชากของการสลับกริด ขอใบรับรองการทดสอบ SPD พร้อมกับยื่นผลิตภัณฑ์
6. ระบุความทนทานต่อสีของวงรี MacAdam 3 ขั้นตอน (SDCM 3) และ CRI 80 ขั้นต่ำ ข้อมูลจำเพาะเหล่านี้ช่วยให้มั่นใจได้ว่าสีที่มองเห็นได้ระหว่างอุปกรณ์ติดตั้งและการแสดงสีที่เพียงพอเพื่อความปลอดภัยบนท้องถนนและประสิทธิภาพของกล้องวงจรปิด

ที่ PODA ไฟถนน LED เป็น 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.

แนวทางปฏิบัติในการบำรุงรักษาที่ช่วยยืดอายุการใช้งานไฟถนน LED

แม้แต่คุณภาพสูงสุด ไฟถนน LED ได้รับประโยชน์จากโปรแกรมการบำรุงรักษาที่มีโครงสร้างซึ่งจัดการกับกลไกการย่อยสลายแบบก้าวหน้าที่อธิบายไว้ข้างต้น:

• การทำความสะอาดโคมไฟประจำปี: การทำความสะอาดพื้นผิวเลนส์ด้านนอกและครีบระบายความร้อนทุกปีจะขจัดการสะสมของการปนเปื้อน ซึ่งช่วยลดทั้งการส่งผ่านแสงผ่านเลนส์และการถ่ายเทความร้อนแบบพาความร้อนจากแผงระบายความร้อน การศึกษาพบว่าการทำความสะอาดเพียงอย่างเดียวสามารถฟื้นฟูได้ 5 ถึง 15% ของกำลังแสงที่สูญเสียไป อุปกรณ์ติดตั้งที่ใช้งานเป็นเวลา 3 ปีขึ้นไปในสภาพแวดล้อมถนนทั่วไป (ที่มา: LRC Lighting Research Center, Light Loss Factors for LED Luminaires, Journal of the Illuminating Engineering Society, Vol. 14, 2018)
• การตรวจสอบซีลเป็นระยะ: ตรวจสอบปะเก็นตัวเรือนและซีลต่อมสายเคเบิลในช่วงเวลา 5 ปีเพื่อดูชุดการบีบอัดและการแตกร้าว เปลี่ยนซีลก่อนที่จะตรวจพบความชื้นเข้าไป แทนที่จะตรวจสอบหลังจากเกิดความเสียหาย
• การตรวจสอบอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก: SPD จำนวนมากมีหน้าต่างตัวบ่งชี้สถานะที่จะเปลี่ยนสีเมื่ออุปกรณ์ถูกใช้งานโดยเหตุการณ์ไฟกระชาก ตรวจสอบสภาพ SPD หลังจากเหตุการณ์ฟ้าผ่าหรือการรบกวนของกริดที่ทราบ และเปลี่ยน SPD ที่ใช้ก่อนที่เหตุการณ์ถัดไปจะถอดการป้องกันออกจากไดรเวอร์
• การตรวจสอบความสว่าง: ระบบไฟส่องสว่างถนนอัจฉริยะที่มีการตรวจสอบกำลังไฟฟ้าสามารถติดตามแนวโน้มเอาท์พุตลูเมนของอุปกรณ์ติดตั้งแต่ละชิ้นเมื่อเวลาผ่านไป ฟิกซ์เจอร์ที่แสดงการเสื่อมค่าลูเมนเร็วกว่าที่คาดไว้มีปัญหาการจัดการระบายความร้อน ซึ่งหากตรวจพบตั้งแต่เนิ่นๆ ก็สามารถแก้ไขได้ (การทำความสะอาด การเปลี่ยนตำแหน่ง) ก่อนที่ LED จะถึง L70 ก่อนเวลาอันควร
• การเปลี่ยนไดรเวอร์เชิงรุก: สำหรับอุปกรณ์ติดตั้งที่ติดตั้งในสถานที่ที่มีมูลค่าสูงซึ่งความล้มเหลวในการจ่ายไฟเป็นสิ่งที่ยอมรับไม่ได้ เช่น ทางแยกหลัก อุโมงค์ ทางลอดทางเดินเท้า การเปลี่ยนไดรเวอร์เชิงรุกที่เครื่องหมาย 8 ถึง 10 ปี ก่อนถึงจุดสูงสุดทางสถิติของอัตราความล้มเหลวของไดรเวอร์ จะคุ้มค่ากว่าการตอบสนองการแจ้งเหตุฉุกเฉินและความเสี่ยงด้านความปลอดภัยที่เกี่ยวข้องกับความล้มเหลวของไฟดับที่ไม่คาดคิด