Головка светофорная светодиодная

 

Головка светофорная светодиодная предназначена для замены традиционных светофорных головок на лампах накаливания и используется для подачи светового сигнала красного цвета, предупреждающего транспорт и пешеходов о приближении поезда к железнодорожному переезду.

Длительный опыт эксплуатации железнодорожных светофоров, где в качестве источников света используются лампы накаливания, позволяет сделать вывод, что их технико-экономические показатели невысоки. Срок службы светофорных ламп не превышает 2000 часов, они имеют низкую надежность – до 0,2% из них отказывают ранее установленного срока службы.

Цветные линзы светофильтры создают опасность неправильного восприятия показания сигнала из-за отраженных или проходящих через открытую крышку головки светофора солнечных лучей.

Применение в качестве линз светофоров обычного стекла приводит к массовому их повреждению в результате случаев вандализма. Ежегодно по этой причине приходится менять до 10% линз. Использование защитных металлических решеток или полимерного стекла не в полной мере гарантирует их защиту и, кроме того, снижает дальность видимости огней светофоров.

За прошедшие 50 лет светофоры не претерпели существенных качественных изменений. Большие надежды были связаны с применением двухнитевых ламп, однако это не дало стопроцентного резервирования источника света. Так, при разгерметизации колбы лампы, что происходит довольно часто, одновременно перегорают обе нити. Кроме того, за последние годы качество светофорных ламп заметно ухудшилось, поэтому перспектива их замены на альтернативные высоконадежные источники света остается актуальной.

В последние годы за рубежом, главным образом в США и Японии, интенсивно разрабатываются источники света на основе светодиодов. Там эти работы имеют мощную (в том числе государствен­ную) финансовую поддержку. Предполагается, что со временем полупроводниковые источники све­та вытеснят лампы накаливания из большинства областей приме­нения, как транзисторы вытесни­ли в свое время радиолампы.

Известно, что помимо выигры­ша в эффективности полупроводниковые приборы несут в себе такие преимущества, как высокие надежность и механическая проч­ность, длительный ресурс работы, отсутствие нагревающихся эле­ментов, быстродействие, миниатюрность, конструктивная гибкость и быстрое снижение стоимости при массовом производстве. В настоящее время разработаны достаточно мощные светодиоды красного, желтого, зеленого, синего и белого цветов, что позволяет создать платформу для перевода светофорной сигнализации железнодорожного транспорта на эти перспективные источники света.

Такие работы активно ведутся и в нашей стране. В Нижнем Новгороде разработаны и серийно выпускаются светодиодные головки красного и белого цветов для переездных светофоров, которыми уже оснащены почти все переезды на Горьковской дороге. Опыт эксплуатации подтвердил их несомненное превосходство перед ламповыми светофорами по всем основным показателям: надежности, видимости сигнальных показаний, вандалоустойчивости и экономичности в обслуживании.

Сейчас отечественными предприятиями уже разработаны и внедряются светодиодные линзовые комплекты для мачтовых и карликовых железнодорожных светофоров с использованием ярких светодиодов. Эти комплекты, имеющие название «Системы светодиодные светофорные» (ССС), проходят опытную эксплуатацию на Горьковской и Октябрьской дорогах. Они проверены на безопасность и электромагнитную совместимость в Испытательной лаборатории железнодорожной автоматики и телемеханики. Разработчики микропроцессорной централизации Ebilock-950 адаптировали контроллеры для взаимодействия со светодиодными светофорами.

Светодиодный линзовый комплект (рис. 12) состоит из платы со светодиодами, которая крепится к типовому профильному кольцу-основанию, платы питания с выпрямительными диодами и элементами защиты от перенапряжений, защитного колпака из высокопроч­ного полимерного стекла (поли­карбоната) и задней крышки с клеммами подключения. Конструк­тивно светодиоды выполнены в корпусах с линзами Френеля, поэтому системы светодиодные светофорные не нуждаются в фокусирующих линзах. Электрическая схема светодиодного комплекта представлена на рис. 11.

Для получения необходимой силы света в комплектах карликовых светофоров красного и желтого цветов используется по 96 светодиодов, зеленого, синего и белого цветов — по 68, а в комплектах мачтовых светофоров – по 168 и 130 светодиодов соответственно.

Для карликовых светофоров нормы по силе света сохранены на уровне норм для ламповых линзовых комплектов, а для мачто­вых существенно повышены (см. таблицу). Эти нормы обеспечиваются в диапазоне температур от -60 до +55° С.

Рис.11

 

Рис.12

По сравнению с существующими линзовыми комплектами светодиодные имеют более широкую диаграмму направленности. Так, у ламповых линзовых комплектов ее ширина (угол излучения) составляет 3° на уровне 0,1 от осевой силы света. В то же время у светодиодных систем эта величина обеспечивается на уровне 0,5 от осевой силы света. Поэтому на уровне 0,1 угол излучения свето­диодных комплектов в несколько раз превышает нормативное зна­чение. Это говорит о том, что при использовании светодиодных систем существенно улучшается видимость сигнально­го показания в кривых участках пути и упрощается технология юс­тировки светофорных головок.

Недостатком существующей конструкции двухзначных и трехзначных головок светофоров яв­ляется невозможность юстировки каждого линзового комплекта по отдельности. При ма­лых углах излучения (3°) даже незначи­тельные дефекты по­садочных мест лин­зовых комплектов в головке не позволя­ют обеспечить юсти­ровкой требуемую ви­димость всех огней светофора. При боль­ших углах излучения этот недо­статок маскируется.

На кривых участках пути для обеспечения нормативной дально­сти видимости огней светофора предусматривается установка рас­сеивающих линз с углами рассеи­вания от 5° до 30°, что снижает осевую силу света. При использо­вании в светофорах светодиодных систем необхо­димость в них отпадает. Видимость огней светофора на кривом участ­ке пути в этом случае обеспечива­ется без снижения дальности ви­димости по прямому направлению.

При включении в опытную экс­плуатацию ламповые линзовые комплекты заменялись светодиод­ными без изменения схемы вклю­чения светофора. Эксплуатацион­ные испытания подтвердили высокие светооптические харак­теристики светодиодных светофо­ров: видимость огней даже карли­ковых светофоров обеспечивалась на расстоянии не менее 800 м. Особенно контрастное увеличение видимости дали светодиодные комплекты синего огня.

 

Табл. 1 – Характеристики светодиодных светофоров различных цветов

 

Цвет	Сила света по оси, не менее, кд
Светодиодный комплект	Ламповый комплект с лампой 15Вт
Красный
Желтый
Зеленый
Синий
Лунно-белый

 

Кроме того, перед внедрением ССС проверяли на отсутствие вза­имного влияния цепей питания све­тофоров, находящихся в одном кабеле, путем натурных наблюде­ний и измерения напряжения на негорящих комплектах.

Схема контроля исправности ССС огневым реле ОМШ2-46 обес­печивается только в дневном и ночном режимах, а в режиме двой­ного снижения напряжения — нет. Это объясняется тем, что свето­форная лампа, как всякая лампа накаливания, является своеобраз­ным стабилизатором тока. При снижении напряжения в 2 раза (рис. 13, кривая 1) ток через лампу уменьшается всего на 30 % (I — величина тока удержания якоря реле ОМШ2-46). Таким образом, огневое реле, как токовый эле­мент, включенное последователь­но с лампой, обеспечивает конт­роль целостности ее цепи во всех режимах работы светофоров, в том числе и в светомаскировоч­ном и холодном (не горящем) со­стояниях.

У светодиодов совсем другая вольтамперная характеристика (рис. 12, кривая 2). При снижении напряжения ниже определенного порога (около 1,5 В на каждом из четырех последовательно включен­ных светодиодов) ток через них практически отсутствует. Поэтому адаптировать светодиодный источ­ник под характеристики огневого реле без специальной электричес­кой схемы согласования не пред­ставляется возможным. Усложне­ние ССС в связи с адаптацией под схему контроля исправности с по­мощью огневого реле, которая далеко не идеальна даже для лам­повых линзовых комплектов, вряд ли оправдано.

 

Рис. 13 Вольтамперные характеристики лампы накаливания (1)

и светодиода (2)

 

Основным выходным парамет­ром линзового комплекта являет­ся излучение необходимой силы света соответствующего цвета в заданной диаграмме направленно­сти, а огневое реле контролирует только наличие токовой нити. Если разбита наружная и цветная лин­зы, а лампа цела, то при контроле исправности видимость, цветность и различимость огней светофора отсутствуют. Не фиксируется так­же неисправность при снижении сопротивления изоляции жил в ка­беле светофоров с центральным питанием.

Учитывая несовершенство схем контроля, а также то, что у свето­диодных источников может быть много состояний (горят все или часть светодиодов, не горят все светодиоды), целесообразно было бы изменить требования к устрой­ствам контроля.

В процессе опытной эксплуата­ции совершенствовалась конструк­ция светодиодных комплектов. Первая конструкция допускала по­падание пыли на внутреннюю сто­рону защитного колпака, что мог­ло привести к снижению дальности видимости огней. Совместно с Ар­мавирским электромеханическим заводом была разработана конст­рукция без этого недостатка. Подгоночный регулируемый резистор Р1 на плате питания был заменен на нерегулируемый, что повысило надежность работы ССС. Приборные клеммы подклю­чения проводов питания были за­менены на шпильки — это позво­лило крепить провода на клемме контргайкой. Была усилена защи­та электронных элементов от воз­действия грозовых разрядов с по­мощью варисторов RU1 – RU3.

После этих доработок конст­рукция ССС представляет собой законченное изделие, готовое для приемки в постоянную эксплуата­цию. Но какова перспектива применения светодиодных светофоров? Анализ схем включения светофоров и вольтамперных характеристик ССС показывает, что далеко не везде допустима простая замена лампового линзового комплекта на светодиодный. Как уже отмечалось, при такой замене нельзя обеспечить работу светофора в режиме двойного снижения напряжения.

Другим препятствием на пути внедрения ССС является наличие емкостных связей между жилами кабеля в схемах с центральным питанием светофоров. На рис. 14 для примера показана схема включения маневрового светофора с указанием емкостных связей между жилами кабеля (Сбс, Сбо, Ссо). Наличие емкостной связи между жилами Б и С приводит к протеканию тока через емкость Сбс и сигнальный трансформатор Б. Следовательно, при горящем синем огне в лампе белого огня также протекает ток и наоборот. Наихудшие условия, когда емкость Сбс максимальна, получаются при использовании кабеля парной скрутки при нахождении жил Б и С в одной паре. Максимальное нормативное значение емкости между жилами в паре составляет 0,1 мкФ/км.

Для ламповых светофоров не санкционированная подсветка заметна при емкости между жилам более 1,0 мкФ, что соответствует длине кабеля 10 км. Фактически реальная емкость между парными жилами 1 км кабеля значительно меньше допустимой величины 0,1 мкФ и подсветки огней лампового светофора даже при большей длине кабеля не происходит. Аналогичная ситуация получается в любой схеме светофора с центральным питанием, где цепи двух или трех огней имеют общий об­ратный провод.

Для светодиодных светофоров подсветка может происходить при емкости 0,1 мкФ между парными жилами питания кабеля, что соответствует длине кабеля 1 км. Хотя испыта­ния, проведенные на Горьковской дороге, показывают, что факти­ческие емкости между жилами ка­беля в несколько раз меньше рас­четных, однако вероятность появления подсветки сохраняет­ся. Решение по защите от влияния этого фактора для простых стан­ционных светофоров не требует больших трудовых и финансовых затрат.

Рис. 14 Схема включения маневрового светофора

 

В стандартной схеме светофора централизованной автоблокировки (рис. 15) линейные цепи красного огня отделены от цепей желтого и зеленого огней, которые имеют общий обратный провод. На Горьковской дороге были проведены испытания влияния емкости на работу такого светофора, находящегося на расстоянии 7,7 км от поста ЭЦ. Они показали, что при установке светодиодных комплектов взаимное влияние между цепями красного огня и цепями желтого и зеленого огней отсутствует, подсветка не наблюдается. В то же время происходит подсветка желтого огня от зеленого и наоборот. При этом несанкционированное напряжение на вторичных обмотках сигнальных трансформаторов составляет 7—8 кВ. При разделении обратных проводов желтого и зеленого огней с двухполюсным отключением взаимное влияние этих огней практически исключается.

Рис. 15 – Схема включения проходного светофора

В централизованной автоблокировке управление огнями светофоров производится с помощью шестипроводной схемы (провода 3, Ж, ОЖЗ, К, РК и ОК). В этом случае возможно организовать управление светодиодными светофорами без дополнительных затрат на кабель (рис.15), т. е. с индивидуальными обратными проводами каждого типа и с двухполюсным отключением прямых и обратных проводов.

До разработки и принятия оптимальных решений по этому вопросу авторы предлагают начать внедрение светодиодных комплектов на светофорах децентрализованной автоблокировки. В ней огни светофоров питаются напряжением 12 В, а протяженность кабеля управления не превышает 100 м. В этих условиях емкостные связи кабеля не оказывают влияние на работу светодиодных светофоров. Отсутствие ночного режима питания существенно упрощает ее взаимодействие со светодиодными линзовыми комплектами. Единственным препятствием на пути их внедрения остается обеспечение работы автоблокировки в режиме светомаскировки.

 

Рис. 16 – Схема управления светофором при централизованной автоблокировке

 

В трехзначной кодовой авто­блокировке на сигнальных уста­новках огневым реле контролиру­ется только горение красного огня. Если оно обесточено, то происхо­дит перенос красного огня на впе­реди стоящий светофор. В ре­зультате при светомаскировочном режиме после прохода поезда все светофоры на перегоне будут го­реть красным огнем. Поскольку в настоящее время нет возможнос­ти отказаться от светомаскировоч­ного режима, предлагается обес­печивать работу автоблокировки в этом случае изменением схемы подачи красно-желтого кода в рельсовую цепь (рис.16).

В светомаскировочном режи­ме (реле ДСН без тока) при крас­ном огне светофора в рельсовую цепь будет посылаться код КЖ и при обесточенном огневом реле. При этом исключается перенос красного огня на впереди стоящий светофор, а следовательно, обеспечивается нормальная работа ав­тоблокировки.

 

Рисунок 17 Схема подачи сигнала в рельсовую цепь в режиме светомаскировки

 

В режиме светомаскировки на­пряжение на клеммах линзового комплекта ССС снижается до 4 В, при этом сила света будет состав­лять 1—3 % от значения при на­пряжении 12 В. При такой силе света даже в ночное время невоз­можно обеспечить удовлетвори­тельную видимость сигнальных по­казаний, а следовательно, и организацию движения поездов с использованием перегонных све­тофоров. Но движение поездов может осуществляться по сигна­лам АЛСН, что вполне допустимо, так как в настоящее время на двухпутных перегонах движение в неправильном направлении имен­но так и организуется.

Длительное и успешное сотруд­ничество разработчиков ССС и эк­сплуатационников позволяет на­деяться, что в ближайшее время будут решены вопросы организа­ции приемки светодиодных сис­тем в постоянную эксплуатацию и внедрения их на перегонах с ко­довой автоблокировкой.

В настоящее время на Горьковской дороге в опытной эксплуатации находятся светодиодные сигнальные системы (ССС) трех фирм-производителей: ЗАО "Ирсэт-Центр", ООО "Корвет-Лайтс" и "Транс-Сигнал".

Универсальность конструкции ССС 200-60 по­зволяет устанавливать линзовые комплекты, как в чугунную головку светофора, так и в силуминовую. Конструкция включает в себя светооптическую систему и контроллер (блок питания), обес­печивающий интерфейс с устройствами СЦБ, в том числе и с огневым реле в дневном, ночном и светомаскировочном режимах.

Несмотря на некоторые недостатки, ССС заре­комендовали себя как высоконадежные вандало-устойчивые и энергосберегающие устройства. Уже имеющийся опыт эксплуатации показывает, что это перспективное направление развития оте­чественной светотехники.

⇐ Предыдущая123456

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: