ИССЛЕДОВАНИЕ  СРАВНИТЕЛЬНОЙ  ЭФФЕКТИВНОСТИ  ПРИМЕНЕНИЯ  СВЕТОДИОДНЫХ  СВЕТООПТИЧЕСКИХ  СИСТЕМ

Киякина  Татьяна  Евгеньевна

студент  3  курса,  Поволжского  филиала  МИИТа,  г.  Саратов

E-mail:  proud-90@mail.ru

Селиверов  Денис  Иванович

научный  руководитель,  заместитель  директора  по  УПР,  СТЖТ-филиала  СамГУПС,  г.  Саратов

E-mail:  denisselivjorv@rambler.ru

Энергетическая  эффективность  в  современных  условиях  —  это  важнейший  фактор  повышения  конкурентоспособности  ОАО  РЖД  на  внутреннем  и  международном  рынках  транспортных  услуг.  Компания  ОАО  РЖД  является  крупнейшим  потребителем  энергоресурсов  в  России,  расход  электроэнергии  которой  составляет  около  5%  от  общего  потребления  электроэнергии  в  стране.  Учитывая  неблагоприятные  долгосрочные  тенденции  развития  рынка  энергоресурсов,  в  компании  была  принята  и  актуализирована  Энергетическая  стратегия  ОАО  РЖД  на  период  до  2020  года.  При  формировании  стратегии  впервые  был  выделен  отдельный  проект  «Внедрение  светодиодной  техники  в  ОАО  РЖД».  Одно  из  направлений  в  проекте  отводится  внедрению  светодиодных  систем  сигнализации  в  хозяйстве  автоматики  и  телемеханики  [5].

Применяемые  в  настоящее  время  на  перегонах  светофоры  с  лампами  накаливания  обладают  общими  недостатками,  к  числу  которых  относятся:

·малый  срок  службы  светофорных  ламп,  не  превышающий  2000  часов;

·низкая  надежность  ламп  накаливания;

·достаточно  высокая  трудоемкость  замены  ламп  накаливания,  обуславливающая  значительные  эксплуатационные  расходы;

·слабая  защита  от  проявлений  вандализма;

·вероятность  появления  разрешающего  сигнала  при  повреждении  светофильтра. 

По  анализу  службы  автоматики  и  телемеханики  Приволжской  железной  дороги  в  2010  году  допущен  871  отказ  в  работе  устройств  СЦБ.  В  том  числе  из-за  неисправности  светофоров  произошло  44  случая,  что  составляет  41  %  от  общего  количества  отказов  по  вине  эксплуатационного  штата  хозяйства  автоматики  и  телемеханики.  Основными  причинами  нарушения  нормальной  работы  светофоров  стали  потеря  электрического  контакта  в  ламподержателе,  перегорание  ламп  светофоров.

Надо  сказать,  что  наибольшее  количество  нарушений  нормальной  работы  светофоров  в  2010  году  произошло  в  границах  Саратовской  дистанции  сигнализации,  централизации  и  блокировки  —  11  случаев  это  составляет  25  %  от  общего  количества  отказов  в  работе  светофоров  на  Приволжской  дороге  в  целом.  Основные  причины  те  же  потеря  электрического  контакта  в  ламподержателе  и  перегорание  светофорных  ламп. 

В  последующих  2011  и  2012  годах  количество  отказов  ламповых  светофоров  на  Приволжской  железной  дороге  остаётся  в  целом  на  прежнем  уровне  с  незначительным  уменьшением,  что  в  среднем  составляет  30  %  от  общего  количества  отказов  устройств  автоматики  [1].

Проблема  надёжности  светофоров  с  лампами  накаливания  сейчас  очень  остро  стоит  и  на  всей  сети  Российских  железных  дорог.  По  анализу  работы  за  2012  год  управления  автоматики  и  телемеханики  ОАО  «РЖД»  количество  неисправностей  светофоров  составило  706  случаев,  а  в  2011  году  772  случая. 

Рисунок  1.  Распределение  отказов  светофоров  по  причинам

Производители  светодиодных  светооптических  систем  гарантируют  срок  службы  светодиодного  светофора  модульного  типа  не  менее  50  000  часов,  светодиодных  ламп  ЛСЖ  150  000  часов. 

За  исходные  данные  исследования  взята  реальная  техническая  оснащенность  перегонов  с  70-тью  трехзначными  светофорами  с  лампами  накаливания  в  границах  Саратовской  дистанции  СЦБ. 

Светодиодная  светофорная  головка  является  малообслуживаемым  устройством  и  обеспечивает  снижение  эксплуатационных  расходов,  улучшение  светотехнических  параметров,  таких  как  дальность  видимости  и  различимость  сигнального  показания  светофоров. 

В  состав  головки  светодиодной  входят:  корпус,  защитное  ударопрочное  стекло,  светодиодная  матрица  с  линзами  Френеля,  печатная  плата  с  резисторами.

Выбранный  для  исследования  тип  светодиодного  светофора  компании  РосАТ  имеет  следующие  основные  технические  характеристики:  потребляемая  мощность  одной  светодиодной  системы,  не  более  15  Вт;  средняя  наработка  на  отказ,  не  менее  50  000  час;  средний  срок  службы  до  списания,  не  менее  10  лет. 

Светодиодный  светофор  модульного  типа  не  нуждается  в  периодической  покраске,  так  как  имеет  специальное  покрытие,  выполненное  в  заводских  условиях  [6].

Рисунок  2.  Общий  вид  светодиодного  светофора  модульного  типа

Светодиодная  лампа  типа  ЛСЖ  предназначена  для  замены  ламп  накаливания  в  железнодорожных  светофорах  с  децентрализованными  релейно-контактными  системами  числовой  кодовой  автоблокировке  без  замены  светооптической  системы.

Функциональные  свойства  лампы  ЛСЖ:  обеспечивает  световые  параметры  соответствующие  требованиям  светодиодных  светофоров;  в  случае  возникновения  неисправностей  производит  выключение  огневого  реле;  предназначена  для  размещения  в  корпусе  лампового  светофора,  на  посадочное  место  лампы  накаливания;  максимальная  потребляемая  мощность  не  превышает  3  Вт;  среднее  время  наработки  на  отказ  составляет  150  000  часов  [2].

Рисунок  3.  Общий  вид  светодиодной  лампы  ЛСЖ

Для  определения  наиболее  эффективного  варианта  замены  светофоров  на  светодиодные  светооптические  системы  был  пересмотрен  действующий  график  выполнения  работ  по  обслуживанию  и  технической  профилактике  светофоров  на  перегоне  в  случае  установки  каждого  из  вариантов  вместо  ламповых  светофоров.

В  связи  с  оборудованием  перегонов  светодиодными  светофорами  модульного  типа  исключается  ряд  периодических  работ  по  техническому  обслуживанию  светофоров:

1.  смена  ламп  светофоров  (согласно  п.  1.4  Инструкции  от  22.10.2009  г.  ЦШ-720-09  смена  производится  один  раз  в  квартал);

2.  чистка  внутренней  части  светофорных  головок  (согласно  п.  1.14  ЦШ-720-09  проверка  и  чистка  производится  при  смене  ламп);

3.  покраска  светофоров  (согласно  п.  1.17  ЦШ-720-09  покраска  производится  при  обнаружении  следов  коррозии  металла,  но  не  реже  одного  раза  в  два  года.  Мачты  и  кронштейны  светодиодных  светофоров  имеют  цинковое  покрытие,  а  козырьки  и  фоновые  щиты  покрыты  порошковой  эмалью,  что  обеспечивает  необслуживаемый  режим  эксплуатации  в  течение  не  менее  10  лет);

4.  количество  проверок  с  пути  видимости  сигнальных  огней  светофоров  при  внедрении  светодиодных  светофоров  сокращается  с  4  проверок  до  2  проверок  в  год  согласно  п.  1.1  инструкции  ЦШ-720-09.

При  этом  исключается  статья  сокращения  эксплуатационных  расходов  на  приобретение  следующих  материалов:  ламп  накаливания,  краски,  линзовых  комплектов  для  замены  поврежденных, 

В  связи  с  заменой  ламп  накаливания  в  действующих  светофорах  на  светодиодные  типа  ЛСЖ  исключается  только  одна  периодическая  работа  по  техническому  обслуживанию  светофоров:

·     смена  ламп  светофоров  (согласно  п.  1.4  Инструкции  от  22.10.2009  г.  ЦШ-720-09  смена  производится  один  раз  в  квартал);

При  этом  исключается  статья  сокращения  эксплуатационных  расходов  на  приобретение  только  светофорных  ламп  накаливания  [3]. 

Расчёт  экономических  показателей  применения  светодиодных  светофоров  модульного  типа  и  светодиодных  ламп  вместо  ламп  накаливания  выглядит  следующим  образом. 

Трудозатраты  Т_ОС,  чел/час.  на  смену  ламп  светофоров  и  чистку  внутренней  части  светофорных  головок  на  перегоне  рассчитать  по  формуле

Тос  =  (  Т_С  ×  N_C  )  ×  N_П  (1)

где:  Т_С  —  трудозатраты  на  выполнение  операций  связанных  с  заменой  светофорных  ламп  одного  трёхзначного  светофора  (чел-ч.);

N_C  —  количество  светофоров  на  перегоне;

N_П  —  количество  смен  ламп  светофора.

Т_ОС  =  (0,  562  ×  70)  ×  4  =  157,36  чел/час.

Трудозатраты  Т_ОП  чел/час.  на  покраску  мачтовых  светофоров  на  перегоне  рассчитать  по  формуле

Т_ОП  =  (Т_П  ×  N_C)  ×  N_ПОК  (2)

где:  Т_П  —  трудозатраты  на  покраску  1  мачтового  трёхзначного  светофора  на  перегоне  чел/час;

N_ПОК  —  количество  покрасок  в  год  (по  графику  обслуживание  1  раз  в  2  года). 

Т_ОП  =  (1,  618  ×  70)  ×  0,  5  =  56,  63  чел/час.

Трудозатраты  Т_ОВ  чел/час.  на  проверку  видимости  сигнальных  огней  светофоров  с  пути  на  перегоне  рассчитать  по  формуле 

Т_ОВ  =  (  Т_В  ×  N_C  )  ×  N_ПР  (3)

где:  Т_В  —  трудозатраты  на  проверку  видимости  сигнальных  показаний  одного  светофора  на  перегоне  чел/час;

N_ПР  —  количество  исключаемых  проверок  видимости  сигнальных  показаний.

Т_ОВ  =  (  0,  207  ×  70  )  ×  2  =  28,98  чел/час.

Общие  трудозатраты  Т  чел/час.  на  выполнение  перечисленных  выше  работ  по  обслуживанию  устройств  на  перегоне  составит

Т  =  (Тос  +  Т_ОП  +  Т_ОВ  )  /  0,5  (4)

где:  0,5  —  это  коэффициент,  учитывающий  подготовительные  и  заключительные  действия  (проезд  к  месту  выполнения  работ,  инструктажи,  подготовка  инструментов  и  материалов,  теоретическая  самоподготовка); 

Т  =  (157,36  +  56,63  +28,98)  /  0,5  =  485,94  чел/час.

Экономия  эксплуатационных  расходов  Э  руб./год  в  результате  сокращения  трудозатрат  составит

Э  =  Т  ×  С_ЭЛ.МЕХ  (5)

где:  С_ЭЛ.МЕХ  —  стоимость  одного  часа  работы  электромеханика  СЦБ  (  по  данным  Саратовской  дистанции  СЦБ  120  рублей).

Э  =  485,94×  120  =  58312,8  руб./год

Сокращение  эксплуатационных  расходов  на  затраты  связанные  с  приобретением  материалов

З_МАТ  =  С_ЛАМП  +  С_ЛИНЗ  +  С_{ПОКРАСКА}  (6)

где:  С_ЛАМП  —  стоимость  ламп,  установленных  в  линзовых  светофорах  на  перегоне  в  течении  года  руб.;

С_ЛИНЗ  —  стоимость  устанавливаемых  в  светофорах  повреждённых  линз,  которые  повреждаются  за  год  руб.;

С_{ПОКРАСКА}  —  стоимость  покрасочных  материалов  на  покраску  всех  светофоров  руб.;

С_ЛАМП  =  50  ×  4  ×  70  =  14  000  руб.

где:  50  руб.  —  стоимость  одной  светофорной  лампы;

4  —  количество  смен  ламп  в  год; 

70  —  количество  светофоров  на  перегонах  в  границах  Саратовской  дистанции  СЦБ;

С_ЛИНЗ  =  (2508  ×  210)  ×  0,1  =  52  668  руб.

где:  2508  —  стоимость  линзового  комплекта  КЛМ  в  2012  году  (по  данным  Саратовской  дистанции  СЦБ);

210  —  количество  линзовых  комплектов  на  перегоне;

0,1—10  %  повреждённых  линзовых  комплектов,  подлежащие  замене  в  год.

С_{ПОКРАСКА}  =  280  ×  0,5  ×  70  =  9800  руб.

где:  280  руб.  —  прогнозируемая  стоимость  покрасочных  материалов  на  одну  светофорную  головку  (по  данным  Саратовской  дистанции  СЦБ);

0,5  —  количество  покрасок  в  год  (1  раз  в  2  года);

70  —  количество  светофоров  на  перегонах  в  границах  Саратовской  дистанции.

З_МАТ  =  14000  +  52668  +  9800  +  76468  руб.

Общая  экономия  эксплуатационных  расходов  Δ  Э  руб./год  в  результате  замены  светофоров  с  лампами  накаливания  на  светодиодные  модульного  типа  составит

Δ  Э  =  Э  +  З_МАТ  (7)

Δ  Э  =  58312,8  +  76468  =  134780,8  руб/год.

Текущие  расходы  на  электроэнергию  определяются  мощностью  лампы  накаливания  в  линзовом  комплекте  светофора  или  мощностью  потребляемой  светодиодным  светофором,  стоимостью  одного  кВт/час.  Электроэнергии  и  времени  горения  головки  светофора  в  год

З_эл.  =  С_эл.  ×  Р  ×  t_гор.  (8)

где:  С_эл.  =  2,6  руб.  —  стоимость  одного  кВт.  час.,  электроэнергии  в  2013  году;

Р_л.  =  0,015  кВт  —  потребляемая  мощность  при  ламповом  светофоре;

Р_с.  =  0,003  кВт  —  потребляемая  мощность  при  светодиодной  лампы  ЛСЖ;

t_гор.  =  (24×365)  =  8760  ч.  —  время  горения  светофорной  головки  в  год; 

З_{эл.  л.}=  2,6  ×  0,015  ×  8760  =  341,64  руб.,

З_{эл.  с.}  =  2,6  ×  0,003  ×  8760  =  68,328  руб.,

Величину  экономии  электроэнергии  Э_эл  на  один  светофор  рассчитать  по  формуле

Э_эл  =  З_{эл.  л}  –  З_{эл.  с}  ,  (9)

где:  З_{эл.  л}  —  затраты  на  электроэнергию  на  один  светофор  с  лампами  накаливания  в  год;

З_{эл.  с}  —  затраты  на  электроэнергию  на  один  светофор  в  год  с  лампой  ЛСЖ.

Э_эл  =  341,64  –  6,328  =  273,312  руб.

Общая  суммарная  экономии  затрат  Э_эл._{суммарн},  руб.,  на  электроэнергию  в  год  при  замене  ламп  накаливания  на  светодиодные  N=70,  шт.,  в  границах  Саратовской  дистанции  СЦБ  составит 

Э_{эл.суммарн.}  =  Э_эл  ×  N,

Э_{эл.суммарн.}  =273,312×70  =  19131,48  руб.

Трудозатраты  Т_ОС,  чел/час.  на  смену  ламп  светофоров  и  чистку  внутренней  части  светофорных  головок  на  перегоне  рассчитать  по  формуле:

Т_ОС  =  ((  Т_С  ×  N_C  )  ×  N_П  )  /  0,5  (10)

где:  Т_С  —  трудозатраты  на  выполнение  операций  связанных  с  заменой  светофорных  ламп  одного  трёхзначного  светофора  (чел-ч.);

N_C  —  количество  светофоров  на  перегоне;

N_П  —  количество  смен  ламп  светофора;

0,5  —  это  коэффициент,  учитывающий  подготовительные  и  заключительные  действия  (проезд  к  месту  выполнения  работ,  инструктажи,  подготовка  инструментов  и  материалов,  теоретическая  самоподготовка).

Т_ОС  =  ((  0,  562  ×  70  )  ×  4)  /  0,5  =  314,72  чел/час.

Экономия  эксплуатационных  расходов  Э_ОС  руб./год  в  результате  сокращения  трудозатрат  составит

Э_ОС  =  Т_ОС  ×  С_ЭЛ.МЕХ  (11)

где:  С_ЭЛ.МЕХ  —  стоимость  одного  часа  работы  электромеханика  СЦБ  (  по  данным  Саратовской  дистанции  СЦБ  120  рублей).

Э  =  314,72×  120  =  37766,4  руб./год

Сокращение  эксплуатационных  расходов  на  затраты  связанные  с  приобретением  материалов 

З_МАТ  =  С_ЛАМП  +  С_ЛИНЗ  (12)

где:  С_ЛАМП  —  стоимость  ламп,  установленных  в  линзовых  светофорах  на  перегоне  в  течение  года  руб.;

С_ЛИНЗ  —  стоимость  устанавливаемых  в  светофорах  повреждённых  линз,  которые  повреждаются  за  год  руб.

С_ЛАМП  =  50  ×  4  ×  70  =  14000  руб.

где:  50  руб.  —  стоимость  одной  светофорной  лампы;

4  —  количество  смен  ламп  в  год; 

70  —  количество  светофоров  на  перегонах  в  границах  Саратовской  дистанции.

С_ЛИНЗ  =  (2508  ×  210)  ×  0,1  =  52  668  руб.

где:  2508  —  стоимость  линзового  комплекта  КЛМ  в  2012  году  (по  данным  Саратовской  дистанции  СЦБ);

210  —  количество  линзовых  комплектов  на  перегоне;

0,1—10  %  повреждённых  линзовых  комплектов,  подлежащие  замене  в  год.

З_МАТ  =  14000  +  52  668  =  66668  руб.

Общая  экономия  эксплуатационных  расходов  ΔЭ  руб/год  в  результате  замены  ламп  накаливания  на  лампы  типа  ЛСЖ

Δ  Э  =  Э_{эл.суммарн.}  +Э_ОС  +  З_МАТ  (13)

Δ  Э  =  19131,84  +  37766,4  +  66668  =  123566,24  руб/год  [7]

Подводя  итог  проведенных  исследований  и  выполненных  расчетов  можно  сделать  следующие  выводы,  что  в  результате  замены  светофоров  с  лампами  накаливания  на  светодиодные  светофоры  модульного  типа  имеют  место  сокращение  расходов  на  эксплуатацию,  значительно  продляется  срок  службы  светофоров,  в  разы  увеличивается  дальность  видимости  сигнальных  показаний,  а  также  их  различимость  в  независимости  от  погодных  условий  и  времени  суток.  Более  того  увеличивается  угол  обзора  сигнального  показания,  что  особо  значимо  в  кривых  участках  пути.  При  этом  вандалоустойчивое  исполнение  светодиодных  светофоров  исключает  повреждение  светодиодной  системы  светофора  посторонними  лицами.

В  результате  замены  в  действующих  светофорах  только  ламп  накаливания  на  светодиодные  типа  ЛСЖ  также  имеют  место  сокращения  эксплуатационных  расходов  на  обслуживание  светофоров,  снижение  потребляемой  электроэнергии.  В  целом  повышается  надежность  работы  светофоров.  Однако  перечень  сокращаемых  работ  по  обслуживанию  светофоров  в  сравнении  с  вариантом  внедрения  светофоров  светодиодных  модульного  типа  значительно  меньше.  Так  как  внедрение  светодиодных  ламп  производится  без  замены  линзовой  системы  со  светофильтрами.  В  сложившейся  ситуации  дальность  видимости  и  угол  обзора  сигнальных  показаний  светофоров  необходимо  будет  периодически  проверять  и  регулировать.  Поэтому  целесообразно  будет  их  применять  в  светофорах  с  хорошей  видимостью  на  прямых  участках  железных  дорог.  Останется  на  том  же  низком  уровне  вандалозащищённость  светофоров  на  перегонах.

В  случае  применения  в  системах  сигнализации  на  железных  дорогах  светодиодных  светооптических  систем  вместо  ламп  накаливания  в  целом  значительно  увеличивается  срок  службы  и  надежность  работы  светофоров,  что  будет  способствовать  снижению  количества  задержек  поездов  из-за  отказов  в  работе  светофоров,  которые  являются  прямыми  убытками  компании  ОАО  «РЖД».  Более  того  отличное  качество  передаваемых  сигнальных  показаний  светодиодными  светооптическими  системами  улучшает  условия  работы  машинистов,  что  в  свою  очередь  обеспечит  высокий  уровень  безопасности  движения  поездов. 

Список  литературы:

1.Анализ  работы  технических  средств  автоматики  и  телемеханики  Приволжской  ж.д.  в  2010,  2011,  2012  году.

2.ЗАО  «АТИС  АССОЦИАЦИЯ»  [Электронный  ресурс].  —  Режим  доступа.  —  URL:  as-atis.ru/index.php/production-adapters/lamp  (Дата  обращения  23.07.2013  г.)/

3.Инструкция  по  техническому  обслуживанию  устройств  сигнализации,  централизации  и  блокировки.  ЦШ-720-09.

4.Отраслевые  нормы  времени  на  техническое  обслуживание  устройств  сигнализации,  централизации  и  блокировки.  Р-200у.  2003  г.

5.Перспективные  направления  повышения  энергетической  эффективности  ОАО  «РЖД»  [Электронный  ресурс].  —  Режим  доступа.  —  URL:  roast.org  (Дата  обращения  22.07.2013  г.).

6.Прайс-лист  на  номенклатуру  ОАО  «ЭЛТЕЗА»  с  01.01.2012  года  для  поставки  оборудования  предприятиям,  входящим  в  ОАО  «РЖД». 

7.Экономическая  эффективность  ЖАТ.  [Электронный  ресурс]  —  Режим  доступа.  —  URL:  zheldoroff.ru/svetofor.html  (Дата  обращения  15.06.2013  г.).