В статье авторы рекомендуют использование для схемы электроснабжения освещения станций и парков железных дорог постоянный ток, с учетом конструктивной специфики поддерживающих элементов светильников станций и парков.
Ключевые слова: электроснабжение освещения железных дорог, парки, жесткие поперечины, постоянный ток.
При освещении железнодорожных объектов необходимо учитывать современные нормы и требования, предъявляемые к освещению [1]. Их игнорирование может привести к утомляемости сотрудников, к снижению производительности труда и может способствовать увеличению количества травмоопасных ситуаций. Кроме требований к качеству освещения, важную роль играют экономические факторы — это расходы на электроэнергию и удобства обслуживания. Специфическим является освещение крупных станций и сортировочных парков, так как в любое время суток все пути должны быть хорошо освещены. Светильники устанавливают на специальных стальных жестких поперечинах, размещаемых поперек путей.
Приведена фотография такого устройства освещения станций. Сверху поперечин со светильниками видны перила, ограждающие проход по верху поперечины для обслуживания светильников монтерами.
При числе путей от пяти-шести до двух десятков и длине станции или парка более километра возникает еще одно требование — уменьшить объем обслуживания, для уменьшения численности обслуживающего персонала. Для этого важен увеличенный срок службы излучающего элемента светильника. Кроме того, производитель светильника должен выпустить нужное конструктивное оформление применительно к условиям эксплуатации, с нужным углом освещения, с гарантией использования ламп проверенных производителей.
Таблица1
Сравнительные характеристики излучающего элемента— ламп
|
Параметры |
Светодиодная лампа |
Люминесцентная лампа |
ДРЛ |
Лампа накаливания |
|
КПД |
90 % |
50–70 % |
4–7 % |
5–10 % |
|
Эффективность, Лм/Вт |
120 |
80 |
40 |
10 |
|
Срок службы, ч |
50000–60000 |
10000–15000 |
≈10000 |
1000–1200 |
|
Мерцание (пульсации) |
Отсутствует |
Есть |
Есть |
Есть |
|
Использование при низких температурах |
Возможно |
Невозможно |
Возможно |
Затруднительно |
|
Нагрев |
Незначитель-ный |
Средний |
Средний |
Высокий |
Из данных таблицы видно значительное преимущество по указанным выше главным параметрам, КПД и срок службы, светодиодных ламп над остальными видами ламп [3, с.180]. В связи с этим в настоящее время массово используют светодиодное освещение станционных и парковых путей.
Лампа — искусственный источник света. Светильник и лампа взаимосвязаны: одиночное использование лампы имеет низкий КПД. Светильник — устройство, предназначенное для создания направленного светового потока. Кроме указанных свойств важную роль играет производитель и ламп, и светильников. Лампы должны действительно отработать свой номинальный ресурс по сроку службы и не менять своей светимости.
Особенностью схем электропитания светильников являются групповые линии освещения, проходящие по металлическим конструкциям жестких поперечин. При питании светильников переменным током существует проблема вихревых токов, образованных переменным магнитным полем групповых линий, проходящих вдоль металлических конструкций жестких поперечин, на которые тратится энергия. Кроме того, повышение индуктивного сопротивления групповых линий может отрицательно сказаться на напряжении на последних лампах, подключенных к групповой линии.
Поскольку конструкции стальные, то они обладают ферромагнитным свойством усиливать магнитные поля, которые создают вихревые токи, поэтому часть энергии, протекающей по проводам, будет расходоваться не на освещение, а на нагрев металлической конструкции вихревыми токами.
Особенностью светодиодного освещения является уменьшенное потребление мощности, относительно предыдущих поколений осветительных приборов. Эти потери могут быть соизмеримы с мощностью, потребляемой светодиодными светильниками.
Есть известный приём, используемый при постройке магнитопровода трансформаторов, для уменьшения потерь на вихревые токи — выполнение сердечников шихтованными из пластин малой толщины. Но этот приём не годится, поскольку он вступает в противоречие с требованиями механической прочности этих конструкций и значительно их удорожает.
Уменьшить эти потери могло бы выполнение групповых линий освещения с витыми проводами (0 и фаза) — это аналогично выполнению компьютерных проводов связи сети Ethernet. Соседние витки проводов образуют напряжённости электромагнитного поля, направленные встречно друг другу, таким образом, происходит их частичная компенсация. Промышленность выпускает кабели, выполненные в виде двух проводов, без скручивания, так как витые провода недостаточно снижают электромагнитное излучение.
На переменном токе схема питания светильников должна предусматривать симметричную нагрузку по трем фазам, что несколько усложняет схему, поскольку нагрузку необходимо схемным путем симметрировать по фазам.
Чтобы ликвидировать электромагнитное излучение, целесообразно сети освещения питать не переменным током 50 Гц, а постоянным, который не создаёт переменного электромагнитного поля и тем самым не создаёт вихревых токов в электропроводящих металлических конструкциях, поддерживающих светильники, благодаря чему нет непроизводительных потерь электроэнергии.
При питании постоянном током исчезает необходимость схемного симметрирования нагрузок по фазам.
Переход на постоянный ток в сетях освещения имеет ещё одно достоинство: он позволяет выполнять питающие линии более длинными, чем линии переменного тока. Это вызвано тем, что длину питающей линии переменного тока ограничивает падение напряжения, вызванное значительной реактивной составляющей в воздушных линиях электропитания. Реактивное сопротивление по величине соизмеримо или даже больше активного сопротивления, поэтому оно определяет допустимую длину линии. Переход на постоянный ток приводит еще и к тому, что сопротивление сетей освещения уменьшается за счет неучета индуктивной составляющей сопротивления. Тем самым улучшаются режимы напряжения наиболее удалённых от питающей подстанции светильников. Кроме того, по линии постоянного тока при том же напряжении, что и на переменном токе, можно передать мощность в 2–3 раза большую.
Постоянный ток не будет представлять особой сложности для современных ламп, поскольку на входах ламп устанавливается электронная пускорегулирующая аппаратура, которую при постоянном токе упрощается [3, с.221]. Более того, постоянный ток полностью исключает мерцание ламп освещения, поскольку мгновенное действующее значение напряжения на постоянном токе не меняется. Полностью исчезнет пульсации светового потока, что повышает комфортность работы и уменьшает утомляемость, хотя это непосредственно в текущий момент не ощущается, но в итоге рабочей смены будет заметно.
Таким образом, проанализировав принципы освещения, выявив положительные и отрицательные стороны используемых на данное время ламп, можно сделать вывод, что выбор светодиодных ламп с питанием от постоянного тока для освещения железнодорожных объектов является наиболее верным решением.
Литература:
- Постановление Правительства Российской Федерации от 10 ноября 2017 г. № 1356 «Об утверждении требований к осветительным устройствам и электрическим лампам, используемым в цепях переменного тока в целях освещения // Постановление Правительства РФ от 10 ноября 2017 г. № 1356. URL: https://www.garant.ru/products/ipo/prime/doc/71710952/ (дата обращения: 16.12.2019);
- КПД люминесцентной лампы // sovet-ingenera.com. URL:https: //sovet-ingenera.com/elektrika/svetylnik/lampy-nakalivaniya.html (дата об-ращения: 28.12.2019г);
- Справочная книга по светотехнике / Под ред Ю. Б. Айзенберга, 3-е изд. перераб. и доп. М.: Знак — 972 с: илл. 2006 г. (дата обращения: 30.12.2019г).
