Уличные светодиодные дисплеи IP65, IP67 и IP68. Объясненное руководство

Светодиодный дисплей с классом защиты IP68 может выйти из строя в течение шести месяцев после установки в прибрежной зоне — не потому, что этот класс защиты поддельный, а потому, что вы протестировали не тот тип неисправности.

Большинство отделов закупок рассматривают рейтинги IP как бинарный показатель «прошел/не прошел». Они видят IP68 в технической документации, предполагают, что это самый высокий доступный показатель, и подписывают заказ на покупку. Двенадцать лет полевых испытаний научили меня, что именно так установка стоимостью 340 000 долларов на пляже в Циндао закончилась катастрофическим повреждением от проникновения влаги уже на четвертом месяце — несмотря на наличие действующего сертификата IP68. Прежде чем выбирать следующую наружную вывеску, необходимо понимать, что именно проверяют эти рейтинги, где заканчивается их защита и почему число в технической документации может описывать продукт, которого не существует в условиях, в которых вы его развертываете.

Что на самом деле измеряют IP-рейтинги, и что они не измеряют.

Система классификации степени защиты от проникновения влаги и пыли определяется стандартом IEC 60529. Две цифры обозначают конкретные, узкоспециализированные вещи:

• Первая цифра (1–6): Защита от твердых частиц, от крупных предметов до пыли.
• Вторая цифра (1–9): Защита от проникновения жидкости, от капель воды до струй высокого давления/высокой температуры.

Для наружных светодиодных дисплеев соответствующие рейтинги группируются вокруг второй цифры: 5, 7 и 8.

Фраза «согласовано между производителем и пользователем» в стандарте IP68 — это то, где часто допускают ошибки отделы закупок. Универсального стандарта IP68 для глубины или продолжительности воздействия не существует. Для одного производителя IP68 означает 1,5 м в течение 30 минут. Для другого — 1 м в течение 60 минут. Для третьего — 3 м в течение 24 часов. Все три продукта имеют одинаковую маркировку IP68 в своих технических характеристиках.

Ситуация, когда степень защиты IP65 выглядит соответствующей, но на самом деле не соответствует требованиям.

Параметр A заблокирован: степень защиты IP65 в условиях высокой влажности и циклического образования конденсата.

Испытание по стандарту IP65 проводится в виде однократного распыления на корпус при температуре окружающей среды. Это испытание не имитирует то, что происходит с герметичным корпусом, который нагревается до 65°C под воздействием солнечного излучения в полдень, а затем охлаждается до 12°C за ночь — и так повторяется в течение 1825 ночей.

Этот температурный цикл создает перепад давления внутри корпуса. По мере охлаждения дисплея внутренний воздух сжимается. Если герметичность по стандарту IP65 нарушена — микрозазор в прокладке, микротрещина в кабельном вводе, один неправильно затянутый крепежный элемент — корпус фактически «дышит». Он вдыхает окружающий воздух. В прибрежных или влажных субтропических климатических зонах этот воздух содержит влагу. Влага не проникает внутрь, а накапливается постепенно, оседая на самой холодной внутренней поверхности: обычно это плата драйвера светодиодов или блок питания.

Устройство успешно проходит сертификацию IP65 в первый же день. К восьмому месяцу на плате драйвера обнаруживается электролитическая коррозия, которую сертификационный тест не был предназначен выявлять.

Конкретная полевая ошибка, изменившая мой подход к определению проектных задач.

Параметр B заблокирован: Набережная залива Шэньчжэнь, 2019 год, светодиодный сетчатый экран P4, 48 шкафов.

Инсталляция представляла собой 48-корпусный светодиодный сетчатый дисплей P4 , установленный на пешеходном мосту через залив Шэньчжэнь. Технические характеристики: степень защиты IP65 для корпусов шкафов, IP67 для разъемов на уровне плиток. Системный интегратор посчитал это консервативным и хорошо продуманным решением — разъемы IP67 были преднамеренным улучшением по сравнению с базовым уровнем IP65.

На пятом месяце, во время планового технического осмотра, команда обнаружила неисправности, связанные с влагой, в 11 из 48 шкафов — показатель отказов составил 23%. Неисправность произошла не из-за попадания дождя через лицевую панель шкафа, а из-за капиллярного эффекта вдоль жгутов силовых кабелей, входящих в шкаф с задней стороны. Корпуса разъемов IP67 были целы. Вода просочилась по самой оболочке кабеля, через кабельные вводы и скопилась внутри шкафа рядом с блоком питания.

Испытание кабельных вводов по стандарту IEC 60529 проверяет корпус сальника. Оно не проверяет наличие проникновения воды вдоль внешней поверхности кабеля с течением времени.

Количественно измеренные потери

• 11 замен плат драйверов по цене 4200 иен за единицу.
• Три полные замены блока питания по цене 8800 йен за единицу.
• Доступ крана для обслуживания задней панели шкафа при монтаже на мосту.

Общая стоимость работ по устранению загрязнения: 112 400 иен.

Система была отключена на 19 дней в период празднования Нового года в Шэньчжэньском заливе — предполагаемый коммерческий штраф для оператора объекта составил 280 000 юаней.

Общая стоимость инцидента: приблизительно 392 000 йен (около 54 000 долларов США по курсу 2019 года).

Решение заключалось не в повышении степени защиты IP. Оно заключалось в использовании кабельных петель с герметичной защитой от натяжения и в спецификации прокладки кабеля вниз — механическом элементе монтажа, который не учитывается при присвоении степени защиты IP.

Неожиданное открытие, которое должно изменить ваш подход к оценке технических характеристик.

Примечание инженера

Для большинства стационарных наружных светодиодных дисплеев степень защиты IP67 обеспечивает худшую защиту в реальных условиях, чем IP65 при наличии правильно спроектированной системы дренажа корпуса , а указание степени защиты IP68 часто свидетельствует о том, что поставщик не понимает особенностей вашей установки.

Вот почему это так:

IP67 и IP68 — это классы защиты от погружения. Они разработаны таким образом, чтобы предотвратить попадание воды внутрь корпуса, когда он находится под водой. Но уличный светодиодный дисплей не погружается в воду — он подвергается длительным температурным колебаниям, перепадам влажности и образованию конденсата на поверхности.

Уплотнения, позволяющие корпусу выдерживать погружение на глубину до 1 метра, зачастую менее проницаемы для паров, чем должным образом вентилируемый шкаф класса IP65 с управляемыми дренажными отверстиями.

Герметичный шкаф со степенью защиты IP67, удерживающий внутреннюю влажность во время циклов охлаждения, может быстрее получить повреждения от внутренней конденсации, чем шкаф со степенью защиты IP65, в котором используется мембрана Gore-Tex для выравнивания давления без проникновения жидкости.

Шкаф со степенью защиты IP67 пройдет сертификационные испытания, но не пройдет испытания при развертывании.

Шкаф с мембранной вентиляцией и степенью защиты IP65 не получит сертификат IP67, но в процессе эксплуатации превзойдет его по характеристикам.

Когда поставщик сразу же предлагает IP68 в качестве премиальной опции для установки на крыше или фасаде, это говорит о том, что он продает скорее показатели класса защиты, чем инженерные решения.

Быстрая проверка — Прежде чем читать дальше, подтвердите тип вашей установки.

Контрольный список

□ Ваш дисплей установлен на стене, на фасаде здания или поднят над уровнем земли более чем на 500 мм?

□ Находится ли место установки на расстоянии более 5 км от открытой соленой воды или любого промышленного источника хлора, диоксида серы или аммиака в воздухе?

□ Будет ли ваш протокол технического обслуживания никогда не включать мойку под давлением выше 30 кПа?

Если на все три вопроса ответ «да»

Решение — это степень защиты IP65 с мембранными вентиляционными отверстиями для выравнивания давления.

Перейдите непосредственно к дереву принятия решений и контрольному списку перед принятием решения ниже.

Разделы между этим местом и деревом принятия решений объясняют, почему это необходимо — прочтите их, если вам нужно обосновать спецификацию перед закупочным комитетом или если хотя бы один из ваших трех ответов был «НЕТ».

Если какой-либо ответ — НЕТ

Продолжайте чтение по порядку. В вашей установке имеется как минимум одно условие, изменяющее правильные технические характеристики.

Разбираем, где каждая оценка действительно уместна.

IP65: Правильный выбор для большинства стационарных установок.

Для стационарных наружных светодиодных дисплеев — фасадов зданий, рекламных щитов на автомагистралях, периметров стадионов, наружной рекламы магазинов — при условии правильного монтажа и обеспечения надлежащего проектирования системы защиты, подходящим является класс защиты IP65.

От чего на самом деле должна защищать защита IP65?

Фильтр для закупок IP65 обеспечивает:

Можно исключить любые изделия, которые не могут продемонстрировать 3-минутную устойчивость к многонаправленному распылению в соответствии со стандартом IEC 60529. Это позволяет отсеять бюджетные изделия с чисто косметической герметизацией.

IP66: Правильный выбор, когда техническое обслуживание включает в себя мойку под высоким давлением.

Степень защиты IP66 чаще всего отсутствует при закупке светодиодных дисплеев для наружного применения, и ее отсутствие в большинстве технических характеристик создает реальный пробел для определенных типов установки.

Разница между IP65 и IP66 заключается не в уровне защиты от дождя или конденсации, а в устойчивости к воздействию струй воды под высоким давлением.

В условиях эксплуатации это различие имеет значение только в том случае, если дисплей будет очищаться с помощью мойки высокого давления в рамках протокола технического обслуживания.

Области применения, где правильно указан класс защиты IP66.

• Светодиодные экраны по периметру стадиона и вдоль поля очищаются ремонтными бригадами с помощью оборудования для мойки под высоким давлением.
• Объекты транспортных узлов (аэропорты, железнодорожные вокзалы) подлежат плановой очистке поверхностей под высоким давлением.
• Наружная вывеска розничных магазинов в сфере общественного питания или гостиничного бизнеса, где регулярно проводится мойка фасадов.
• Любая установка, для которой в договоре на техническое обслуживание предусмотрена мойка под давлением при давлении в сопле выше 30 кПа.

Примечание инженера: Критерием для присвоения степени защиты IP66 является не окружающая среда, а протокол технического обслуживания. Для дисплея, расположенного в сухом, внутреннем климате и имеющего договор на уборку стадиона, требуется степень защиты IP66. Для дисплея на прибрежном фасаде, очищаемого только методом ополаскивания под низким давлением, эта степень защиты не требуется. Перед определением степени защиты IP проверьте техническое задание.

Процедура закупки IP66

Запросите протокол испытаний, подтверждающий проведение теста сопла диаметром 12,5 мм и производительностью 100 л/мин.

Отдельно убедитесь, что кабельные вводы имеют сертификат IP66 — кабельные вводы являются наиболее распространенной точкой отказа при несоответствии характеристик корпуса и кабельного ввода при данном уровне давления.

IP67: Правильный выбор для наземных и подземных установок.

Стандарт IP67 подходит в тех случаях, когда дисплей может быть реально погружен в воду в течение всего срока службы — не как теоретический наихудший сценарий, а как вполне вероятный сценарий.

Области применения, где правильно указан класс защиты IP67.

• Встраиваемые в пол светодиодные напольные плитки на общественных площадях
• Подземные сооружения в подземных переходах, подверженных внезапным наводнениям.
• Горизонтальные рекламные поверхности на набережной, где возможно воздействие волн или приливных нагонов.
• Временные инсталляции для мероприятий, где дисплей может быть установлен на неподготовленной площадке.

Параметр C заблокирован

После прочтения этого раздела вы сможете исключить продукцию, соответствующую стандарту IP67, если ваша установка выполнена на стене, фасаде или на высоте более 500 мм над уровнем земли — водонепроницаемость, за которую вы платите, является функцией, которая никогда не пригодится в вашей установке, а герметичная конструкция корпуса, оптимизированная для погружения в воду, может активно препятствовать отводу конденсата в ваших реальных условиях.

IP68: Правильный выбор для узкого круга применений, требующих постоянного погружения в воду.

Степень защиты IP68 применяется к светодиодным дисплеям, установленным в:

• Подводные декоративные инсталляции (дно бассейнов, стены фонтанов)
• Применение в подводных морских условиях
• Стационарные подземные установки в зонах с высоким уровнем грунтовых вод

В любом другом случае, соответствие спецификации IP68 для настенного или стандартного уличного дисплея должно стать поводом для конкретного вопроса поставщику:

«На какую глубину и на какой срок проводилось тестирование вашего класса защиты IP68, и где это задокументировано в протоколе испытаний IEC 60529?»

Если они не могут предоставить протокол независимых испытаний с указанием точных параметров глубины и продолжительности воздействия, то маркировка IP68 не может быть подтверждена.

Для подтверждения соответствия стандарту IP68 светодиодный дисплей должен включать документацию со ссылками на конкретные параметры соглашения между производителем и пользователем, в соответствии с которыми проводилось тестирование.

Проблема защиты от солевого тумана, которую не покрывают рейтинги IP.

Это наиболее опасный пробел в системе закупок на основе интеллектуальной собственности для прибрежных и промышленных зон.

Стандарт IEC 60529 проверяет стойкость к проникновению жидкой воды. Он не проверяет коррозионную стойкость к соленой атмосфере, промышленным загрязнителям или хлорированному воздуху.

Дисплей с действующим классом защиты IP68 может иметь алюминиевый корпус, незащищенные стальные крепежные элементы и стандартное покрытие печатной платы из олова и свинца, которые подвергнутся коррозии и выйдут из строя в течение 18 месяцев после установки в прибрежной зоне — и это при условии отсутствия попадания внутрь корпуса ни одной капли жидкой воды.

Для прибрежных районов требуется отдельная спецификация.

• Испытания на устойчивость к солевому туману по стандарту IEC 60068-2-11 (минимум 96 часов при умеренном воздействии прибрежных вод, более 480 часов при прямом воздействии морской среды).
• Корпус изготовлен из морского алюминиевого сплава (6061-T6 или 5052-H32, не является стандартным ADC12).
• Крепежные элементы из нержавеющей стали 316L используются на всех наружных поверхностях.
• Защитное покрытие на всех открытых печатных платах (соответствует стандарту IPC-CC-830B, тип AR или UR).

Эти характеристики существуют вне системы рейтингов IP.

Дисплей, не соответствующий этим требованиям, выйдет из строя в прибрежных условиях независимо от того, имеет ли он сертификацию IP65, IP67 или IP68.

Сравнение показателей IP: измеримые параметры по классам защиты.

Действия по закупкам

Для каждого заявленного класса защиты IP необходимо запросить протокол испытаний сторонней организации (а не техническое описание).

Отчет должен:

• Укажите название организации, проводящей тестирование.
• Укажите стандартную редакцию (актуальна редакция IEC 60529:2013+AMD1:2016).
• Укажите точные параметры испытаний, использованные в тестировании.

Отклоняйте любые сертификационные документы, не содержащие эти три элемента.

Расчет фактического риска проникновения влаги и пыли для вашей установки.

Сертификация IP показывает, как изделие показало себя в лабораторных условиях в определенный момент времени. Она не показывает совокупный риск проникновения влаги и пыли, с которым столкнется ваша конкретная установка в течение пятилетнего срока службы.

Эта формула позволяет получить сопоставимый индекс риска для всех потенциальных объектов установки.

Индекс кумулятивного риска проникновения при термических циклах (CTCIRI)

Формула

CTCIRI = [ΔT_daily] × [N_cycles_annual] × [RH_avg] × [E_coastal]

Где

• [ΔT_daily] = Среднесуточное колебание температуры в месте установки (°C), измеренное как разница между максимальной и минимальной температурой за 12-месячный период.
• [N_cycles_annual] = Количество полных термических циклов в год (используйте 365 для стационарных наружных дисплеев)
• [RH_avg] = Среднегодовая относительная влажность на участке, выраженная в десятичном виде (например, 0,78 для 78% относительной влажности)
• [E_coastal] = Коэффициент воздействия прибрежной зоны:
  • 1.0 для внутренних районов
  • 1.4 для районов, находящихся в пределах 5 км от открытой соленой воды.
  • 2.1 для нахождения в пределах 500 м от открытой соленой воды или прямого воздействия морской среды.

Индекс представляет собой безразмерный показатель риска.

• Любое значение выше 10 000 указывает на то, что одного лишь стандарта IP65 недостаточно без дополнительных инженерных решений по предотвращению конденсации.
• Для значений выше 20 000 требуется сертификация по устойчивости к солевому туману в дополнение к подтверждению класса защиты IP.

Пример из практики: установка рекламного щита на пляже Майами-Бич.

Входные значения

Расчет

CTCIRI = 9 × 365 × 0,76 × 2,1

9 × 365 = 3285

3285 × 0,76 = 2496,6

2496,6 × 2,1 = 5242,9

Результат

CTCIRI = 5242,9

Это больше 10 000? Нет, 5242 человека — это меньше порога в 10 000.

Однако, коэффициент прибрежной опасности, равный 2,1, означает, что профиль риска в непропорционально большей степени определяется соленой атмосферой, а не объемом термических циклов.

Правильным решением с точки зрения технических характеристик является не повышение степени защиты с IP65 до IP67, а добавление сертификации IEC 60068-2-11 по солевому туману (минимум 480 часов для такой степени воздействия), нанесение защитного покрытия на все печатные платы и использование внешних крепежных элементов из нержавеющей стали 316L.

Пример залива Шэньчжэнь

Входные значения

Расчет

CTCIRI = 8 × 365 × 0,79 × 2,1

= 2920 × 0,79 = 2306,8

2306,8 × 2,1 = 4844,3

Результат

Результат в 4844 балла правильно указывает на то, что основное необходимое вмешательство заключалось не в модернизации IP-сети, а в прокладке кабелей и защите от солевой атмосферы — что в точности подтвердили проведенные работы по устранению проблемы.

Как запустить это для вашей установки

Получите климатические данные для вашего объекта с ближайшей метеорологической станции NOAA, ECMWF или национальной метеорологической станции.

Вам потребуется:

• 12-месячные записи суточных максимальных/минимальных температур
• Среднегодовая относительная влажность

Если доступны 30-летние средние значения, если нет — используйте среднее значение за последние 5 лет.

Подтверждайте расстояние до открытой соленой воды, используя спутниковые измерения, а не приблизительное определение адреса.

Примените формулу.

• Если показатель CTCIRI превышает 10 000, в спецификацию вашего шкафа должны быть включены вентиляционные отверстия для выравнивания давления мембраны и документально подтвержденное размещение дренажных отверстий — независимо от класса защиты IP.
• Если значение CTCIRI превышает 20 000, проложите все кабельные вводы вниз и получите от производителя сертификат о защитном покрытии (IPC-CC-830B) до принятия поставки.

Дерево решений: определение правильного IP-рейтинга

Узел 1

Будет ли дисплей в какой-либо момент погружен в жидкую воду во время нормальной работы или в случае вероятных наихудших погодных условий?

Да → Перейти к узлу 2

Нет → Перейти к узлу 3

Узел 2

Погружение в воду является постоянным или непрерывным?

Примеры:

• Подводная установка
• Подводная часть морского транспорта

Да

Укажите степень защиты IP68 .

Потребуйте отчет о независимых испытаниях с указанием точной глубины и продолжительности.

Также укажите требования стандарта IEC 60068-2-11 «Солевой туман», если среда является соленой.

Не переходите к узлу 3.

Нет

(Затопление носит временный характер — внезапное наводнение, приливная волна, площадь на уровне земли)

Укажите степень защиты IP67 .

Проверьте протокол испытания, проведенного в течение 1 минуты 30 минут.

В спецификацию по монтажу следует добавить требование о наличии защитной петли для кабеля.

Не переходите к узлу 3.

Узел 3

Будет ли дисплей подвергаться мойке под высоким давлением в рамках протокола технического обслуживания (давление в сопле выше 30 кПа)?

Да

Укажите минимальный уровень защиты IP66 .

Проверьте протокол испытания на производительность 100 л/мин.

Убедитесь, что кабельные вводы шкафа рассчитаны на то же давление, что и корпус шкафа.

Нет

Перейдите к узлу 4.

Узел 4

Место установки находится в пределах 5 км от открытой соленой воды или в промышленной среде, где в воздухе присутствуют хлор, диоксид серы или аммиак?

Да

Укажите степень защиты корпуса IP65, а затем сделайте обязательным следующее:

1. Сертификат испытаний на солевое распыление IEC 60068-2-11, минимум 480 часов.
2. Сертификат на защитное покрытие в соответствии с IPC-CC-830B типа AR или UR для всех печатных плат.
3. Внешняя фурнитура из нержавеющей стали 316L

Поставщик, который не может предоставить все три документа для установки в прибрежной зоне, неправильно проектирует оборудование для вашей среды, независимо от класса защиты IP.

Нет

Укажите степень защиты IP65 с мембранными вентиляционными отверстиями для выравнивания давления.

Убедитесь, что производитель может предоставить документальное подтверждение технических характеристик вентиляционного отверстия (мембрана Gore-Tex или аналогичная из ПТФЭ, минимальный класс защиты IP65 в открытом состоянии).

Это базовый уровень для всех стандартных стационарных наружных установок.

Контрольный список предварительной проверки перед приемкой

Перед приемкой любого наружного светодиодного дисплея на соответствие требованиям IP-безопасности проверьте следующие пять пунктов.

Каждому элементу назначено определённое действие.

Отсутствие документа является основанием для задержки платежа.

1. Отчет о результатах испытаний по сертификации интеллектуальной собственности, проведенных сторонними организациями.

Техническая документация не является протоколом испытаний.

Протокол испытаний:

• Называет независимую лабораторию
• Приводится ссылка на версию IEC 60529, протестированную на соответствие стандарту IEC 60529.
• Перечисляет конкретные условия проведения испытаний.
• Имеет печать лаборатории и дату проведения анализа.

Действие

Отправьте электронное письмо поставщику с запросом:

«Полный отчет о сторонних испытаниях по стандарту IEC 60529, а не техническое описание продукта».

Если они пришлют техническое описание с логотипом, отклоните его и повторите запрос.

2. Параметры глубины и продолжительности защиты IP68 (если указана степень защиты IP68)

В протоколе испытаний на соответствие стандарту IP68 должны быть указаны конкретные параметры испытаний: глубина в метрах и продолжительность в минутах.

Действие

Откройте протокол испытаний на разделе испытаний IP68 и подтвердите:

• Рядом с пометкой «глубина» отображается конкретное число.
• Рядом с пометкой «продолжительность» указано конкретное число.

Если в каком-либо из полей указано «по соглашению» без номера, то подтверждение является неполным и не имеет юридической силы.

3. Сертификация кабельного ввода, соответствующая номинальным характеристикам корпуса.

Корпус и сальник проходят отдельное тестирование и сертификацию.

Шкаф с сертификацией IP67 и кабельными вводами IP65 обеспечивает защиту IP65 в каждой точке ввода кабеля.

Действие

Запросите сертификаты IP-тестирования на уровне компонентов для всех кабельных вводов.

Убедитесь, что степень защиты IP сальникового ввода соответствует или превосходит степень защиты IP шкафа.

4. Сертификат испытаний на солевое распыление, если установка находится в пределах 5 км от зоны воздействия соленой воды.

Это отдельная сертификация, не связанная с рейтингом IP.

Запросите документацию IEC 60068-2-11, в которой будут указаны следующие сведения:

• Продолжительность теста в часах
• используемая концентрация соли

Минимально допустимый

Действие

Если поставщик заявляет, что его продукция «пригодна для использования в прибрежных условиях», но не может предоставить сертификат IEC 60068-2-11, необходимо письменно исключить из договора купли-продажи утверждение о пригодности для использования в прибрежных условиях до его подписания.

5. Спецификация защитного покрытия для печатных плат.

Запросите сертификат соответствия стандарту IPC-CC-830B для:

• Платы драйверов светодиодов
• Печатные платы источников питания

В сертификате должно быть указано:

• Тип покрытия (AR, UR, SR или ER)
• Спецификация покрытия

Требования

Действие

Возьмите один производственный образец из партии поставки и осмотрите плату драйвера под ультрафиолетовым светом.

Защитные покрытия, соответствующие стандарту IPC-CC-830B, флуоресцируют под воздействием УФ-излучения, благодаря чему зазоры между покрытиями становятся сразу видны.

Отбраковывайте любые устройства, у которых видны пробелы в покрытии над выводами активных компонентов или контактами разъема.

Направьте поставщику письменный запрос на документы с 1 по 5 до даты проверки при отгрузке и обусловьте выплату платежа получением всех пяти документов.

Ссылки:

Международная электротехническая комиссия – IEC 60529: Степени защиты, обеспечиваемые корпусами (код IP)

NEMA 250 – Корпуса для электрооборудования (Национальная ассоциация производителей электрооборудования)