ОСОБЕННОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ СОВРЕМЕННЫХ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ СВЕТОДИОДНЫХ СВЕТОФОРОВ

Исторически сложилось, что наиболее используемым вариантом оптической системы железнодорожных светофоров являются линзовые светофоры с лампой накаливания. Все цвета сигналов светофоров формируются линзовым комплектом, который состоит из двух линз: светофильтр – линза, определяющая нужный участок спектра излучения лампы и определяющая цвет сигнала, и прозрачная линза – линза Френеля, имеющая большую оптическую силу.

Применяемые в настоящее время светофорные головки на лампах накаливания обладают недостатками: малый срок службы светофорных ламп; низкая надежность лампы накаливания; достаточно высокая трудоемкость замены ламп накаливания, обуславливающая значительные эксплуатационные расходы; слабая защита от проявлений вандализма; вероятность появления разрешающего сигнала при повреждении светофильтра.

В конце XX века наличие светодиодов, доступных по цене, при которой стоимость конечного изделия делала экономически целесо­образным его использование, подтолкнуло инженеров к разработке светосигнальной техники на их основе. Так как светодиоды применялись в основном в качестве индикаторов, при их производстве в подав­ляющем большинстве использовались излучающие кристаллы размером 300х300 мкм. Для достижения параметров (сила света и ее распределение при заданной светящей апертуре сигнала), предъявляемых к свето­сигнальной технике, требовались системы, состоящие из большого количества (более 100) светодиодов. Это обстоятельство и продиктовало единственный возможный на тот момент путь создания таких систем: разработка светодиодных матриц (кластеров).

К железнодорожным светофорам предъявляются повышенные требования, так как они отвечают за безопасность железнодорожных перевозок. В отличие от автомобильных светофоров, показания железно­дорожных воспринимаются как приказы и подлежат безоговорочному выполнению. В 1998 г. было разработано техническое задание на светодиодный светофор нескольким российским компаниям. Среди всех компаний-разработчиков стоит выделить две наиболее успешные: ООО «Корвет-Лайтс» (разработана конструкция уникального светодиода с углом излучения 3°, на основе которого появились квазимонохромные источники излучения кластерного типа, не требующие использования в своей конструкции вторичной оптики) и «ИРСЭТ-Центр» (в свето­диодной системе применялась вторичная оптика, что усложняло конструкцию). В настоящий момент на российском рынке существует несколько производителей светодиодных светооптических систем для нужд ОАО «РЖД», среди всех можно выделить три фирмы, поставляющие наиболее интересные и востребованные светофорные головки: ЗАО «НПО РоСАТ», ЗАО «Транс-Сигнал», ОАО «ПО УОМЗ».

На рисунке 1 представлена конструкция разработанного светодиода (а), внешний вид светодиодной головки светофора производства ЗАО «НПО РоСАТ» (б), оптическая система светофора ЗАО «Транс Сигнал» (в) и светодиодная головка Уральского оптико-механического завода (г).

Уникальная разработка компании ООО «Корвет-Лайтс», которая впоследствии была усовершенствованной ЗАО «Кавер Лайт» и дорабо­танной ЗАО «НПО РоСАТ» это единственная разработка, базирующаяся на основе светодиодов собственного производства, в каждый из которых интегрирована своя оптическая система на основе уникальной линзы Френеля. В отличие от конкурентов, она не требует наличия в конструкции вторичных оптических систем (только светодиоды). Конструктивно состоит из корпуса, печатной платы с установленными на ней светодиодами (матрицы), электрической платы и выпуклого защитного прозрачного колпака из поликарбоната.

Рисунок 1. Конструкции светодиодных головок

Конструкция светодиодной головки светофора производства ЗАО «Транс-Сигнал», которая также используется на железнодорожном транспорте, состоит из оптической системы и блока электроники. Конструкция состоит из семи светодиодов фирмы ОSRAM серии OSLON, которые установленных на печатной плате с алюминиевым основанием. Также имеется групповая линза, состоящая из семи линз Френеля, каждая из которых располагается на оси соответствующего светодиода, данные линзы относятся к элементам вторичной оптики. Внешняя поверхность защитного колпака плоская и располагается под углом к вертикальной оси светофора для уменьшения катафотного эффекта.

Конструкция светодиодной головки Уральского оптико-механического завода показана на рисунке 1 (г). Основными элементами конструкции являются блок питания светофоров и светодиодный модуль типа СЖДМ. Блок питания выполнен в типовом корпусе реле НМШ и состоит из понижающего трансформатора, выпрямителя и элементов защиты от помех и повышенного напряжения. Модуль типа СЖДМ состоит из светооптической системы и платы фильтра в пластиковом корпусе, закрытом с лицевой стороны прозрачным колпаком из поликарбоната (у красного — окрашенным в цвет сигнала). Оптическая система состоит из печатной платы и установленных на ней 19 свето­диодов зарубежного производства. К печатной плате прикреплен оптический сепаратор с установленными в нем линзами по количеству светодиодов. Выпускаемые ОАО «ПО УОМЗ» светосигнальные устройства имеют срок службы не менее 20 лет и среднюю наработку на отказ 50 000 часов.

Использование в железнодорожных светофорах светодиодных систем вместо традиционных линзовых комплектов с лампами накали­вания имеет неоспоримые преимущества, так как в результате: увеличивается дальность видимости сигналов; повреждение защитного стекла или светодиодов не приводит к изменению цвета сигнала; наблю­дается снижение эксплуатационных расходов за счет исключения из числа технических операций периодического обслуживания; проис­ходит снижение затрат на ремонтно-восстановительные работы и периодическую регулировку; наблюдается улучшение светотехнических параметров, т. е. происходит увеличение дальность видимости, и разли­чимость сигнального показания, в результате чего обеспечивается улучшение условий труда машинистов, что способствует повышению уровня безопасности движения поездов. Несмотря на столь большое количество положительных результатов при внедрении и эксплуатации светодиодных светофоров существуют и отрицательные стороны. Среди отрицательных моментов от использования следует выделить:

• дороговизна, так как при внедрении приходится осуществлять доработку интерфейсов подключения в соответствии с разработанными и утвержденными техническими решениями;
• отсутствие взаимозаменяемости, так как при выходе из строя необходимо производить ремонт на предприятии–изготовителе, что неудобно для дистанций СЦБ;
• наличие катафотного эффекта, т. е. отраженный свет от внешнего источника может попадать в поле зрения машиниста и из-за «разбавления» собой основного цвета сигнала при не горящем сигнале, в результате сформировав ложный сигнал;
• при установке светодиодных систем видимость сигналов может значительно отличаться из-за непараллельности их оптических осей, связанной с технологическими особенностями производства;
• ослепление машинистов в ночное время суток, так как отсутствует возможность корректного перехода в ночной режим, то чрезмерная сила света сигнала светофора в темное время суток приводит к ослеплению машинистов, в результате машинисты ничего не видят, кроме сигнала светофора;
• неравномерность засветки апертуры, хотя согласно с требо­ваниями ведущих специалистов ВНИИЖТ «Видимая светящая поверхность КЛМ и КЛК со «светодиодным источником света» должна соответствовать диаметру выходного отверстия (внешней линзы) и не должна иметь темных пятен».

В настоящее время наблюдается сокращение производства ламп накаливания и, как следствие, значительное снижение их качества, включая лампы серии ЖС. С другой стороны, учитывая все вышеизложенное, процесс перехода на светодиодные оптические системы происходит достаточно быстро. Для исключения проблем при использовании разработанных светодиодных светофоров существует еще один способ, который заключается не в замене всей светооптической системе, а лишь замене лампы накаливания на светодиодный аналог. При таком способе сама конструкция линзового комплекта остается в эксплуатации, а заменяется лишь источник света. Замена ламп накали­вания на светодиодные аналоги не требует модернизации существующего оборудования и схем управления вследствие их полной совместимости, что позволит ОАО «РЖД» избежать неоправданных огромных капи­тальных вложений. На сегодняшний день существует несколько моделей подобных ламп. Например, лампы «ЛЮКС-ЭлиС» предназначены для замены ламп накаливания в типовых линзовых комплектах мачтовых и карликовых железнодорожных светофоров, при их использовании нет необходимости менять схему управления и контроля светофора, т. к. «ЛЮКС-ЭлиС» полностью копирует электрические характеристики лампы накаливания. Другой разработкой является светодиодный модуль серии «LV», который может использоваться в любых системах ЭЦ, АБ, так как обеспечивает полное резервирование "нитей накала" излучателей и предназначен для работы совместно с существующими системами без их доработки. На рисунке 2 представлены данные модели: а - «ЛЮКС-ЭлиС» и б - светодиодный модуль серии «LV».

Рисунок 2. Светодиодные аналоги замены ламп накаливания

В итоге хочется отметить что, несмотря на недостатки использо­вание в железнодорожных светофорах светодиодных систем вместо традиционных линзовых комплектов с лампами накаливания является перспективным и обоснованным решением.

Список литературы:

1. Кириленко А.Г. Светофоры и светофорная сигнализация: учеб. пособие / А.Г. Кириленко. – Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2013. – 104 с
2. Селиверов Д.И., Киякина Т.Е. Светодиодные светофоры для Российских железных дорог [Текст] // Технические науки: традиции и инновации: материалы Междунар. науч. конф. (г. Челябинск, январь 2012 г.). — Челябинск: Два комсомольца, 2012. — С. 66-69.
3. Сайт компании "Электроника и Системотехника" ("ЭлиС") [Электронный ресурс] - http://elis-ekb.ru.
4. Сайт компании Energy Saving Technologies [Электронный ресурс] - http://led-est.ru.