Железнодорожного транспорта

Открытые площадки железнодорожного транспорта – это парки станций, открытые распределительные устройства тяговых подстанций, контейнерные площадки, склады сыпучих грузов и т. д.

Освещение открытых площадок выполняются различными способами, которые можно условно разделить на следующие группы:

1 – расположение светильников или прожекторов на жестких поперечинах электрифицированных станций или на специальных жестких поперечинах;

2 – расположение светильников на гибких поперечинах электрифицированных станций, в межпутье;

3 – расположение прожекторов на специальных прожекторных мачтах;

4 – расположение светильников на специальном дополнительном проводе, расположенном в межпутье и подвешенном к несущим тросам контактной сети;

5 – расположение прожекторов на специальных опорах или опорах линий электропередач.

Перечисленные способы освещения можно условно разделить на две группы осветительных установок:

- установки, выполненные светильниками;

- установки, выполненные прожекторами заливающего света.

Для создания рационального наружного освещения производственных территорий железнодорожного транспорта осветительные установки должны удовлетворять следующим основным требованиям:

- обеспечение нормированного уровня и равномерное распределение освещенности;

- ограничение слепящего действия световых приборов;

- минимальные капитальные затраты на установку;

- минимальные эксплуатационные затраты и удобства эксплуатации.

Для наружного освещения в качестве осветительных приборов применяют как светильники, так и прожекторы заливающего света.

На железнодорожных станциях распространено освещение прожекторами, установленными на мачтах. Существенным недостатком такого способа освещения является экранирование подвижным составом светового потока, что создает глубокие тени на междупутье, в ряде случаев не обеспечивается нормированная освещенность.

Для освещения всех междупутий прожекторные мачты должны устанавливаться достаточно часто поперек рельсовых путей станции: при высоте мачты 28 м – через два междупутья, а при высоте 50 м – через четыре, что осуществить практически не представляется возможным.

Для освещения станций светильниками используют гибкие и жесткие поперечины, предназначенные для подвески контактной сети (совмещенные поперечины), рис. 6.13 (пунктир), 6.15 и 6.17. В отдельных случаях использует только опоры контактной сети или специально устанавливаемые опоры.

Такие способы освещения по сравнении с прожекторным позволяют получать более высокие уровни освещения и равномерное распределение освещенности.

Для железнодорожных станций необходимо применять специальные светильники, у которых распределение силы света в горизонтальной плоскости должно соответствовать конфигурации освещаемой поверхности, представляющей собой сильно вытянутый прямоугольник. Эти светильники обеспечивает большое усиление силы света в направлении 70—75° от вертикали, что позволяет размещать их вдоль междупутья на значительных расстояниях друг от друга и создает равномерное распределение освещенности по междупутью.

Последовательность проектирования установок наружного освещения включает выбор нормируемого значения освещенности, выбор типа светильника (или прожектора), их размещение и расчет мощности осветительной установки.

Проектирование и расчет установок наружного

освещения, выполненных светильниками

Для освещения открытых пространств станций и междупутий следует применять светильники с широким распределением силы света (кривая I на рис. 6.18)

Рис.6.18. Кривые силы света светильников с широким (I) и концентрированным (2) светораспределителями

Выбор высоты подвеса светильников определяется условиями ограничения ослепленности, а также экономикой и требованиями равномерного распределения светового потока по освещаемой площади. В табл. 6.18, 6.19 и 6.20 приведены характеристики отдельных светильников, применяемых для освещения открытых территорий станций.

Таблица 6.18

Основные характеристики светильников, разработанных ЦНИИ МПС

Таблица 6.19

Основные характеристики световых приборов с ксеноновыми лампами ДКсТ

Таблица 6.20

Характеристики ламп накаливания кварцевых с йодным циклом,
общего назначения

Наивыгоднейшая высота подвеса светильников зависит от их кривой распределения силы света, мощности применяемых ламп и нормированной освещенности. Рекомендуется применять расстояние между светильниками широкого распределения силы света с зеркальными отражателями, равное 4—6-кратной высоте подвеса. Большие значения отношения следует применять при малых значениях нормированной освещенности. Исходя из условий рационального использования светового потока на освещаемой территории, высоту подвеса светильников не следует брать менее 5—6 м.

Расчет установки наружного освещения, выполненной светильниками, производится на основе общего уравнения (6.5) закона квадрата расстояния:

.

Обычно при расчете наружного освещения принимается во внимание лишь прямая составляющая освещенности. Отраженная составляющая, вследствие ее незначительной роли в общей освещенности при расчете не учитывается.

Специфической особенностью расчета осветительных установок, выполненных светильниками с несимметричным распределением силы света, является определение силы света в заданном направлении по двум углам, определяющим направление луча. Для определения силы света от симметричного светильника достаточно знать угол α между силой света в заданном направлении и осью симметрии. Распределение силы света несимметричных светильников определяется семейством кривых силы света. В этом случае необходимо для определения силы света знать углы α и γ (рис.6.19).

Рис. 6. 19. К расчету осветительных установок, выполненных светильниками

с несимметричным распределением силы света

Первый из них, α , определяет, как и для симметричных светильников, угол между осью светильника и направлением искомой силы света, а второй, γ, – угол между плоскостью симметрии светильника и секущей плоскостью, в которой определяется сила света.

Из приведенной схемы (рис. 6.19) можно найти углы:

; (6.45)

. (6.46)

Эти уравнения показывают, что для определения силы света, направленной в заданную точку освещаемой поверхности, необходимо знать три координаты: х, у, Н. Во всем остальном расчет не отличается от ранее изложенного точечного метода.

Для упрощения расчетов в практике проектирования применяют кривые равной относительной освещенности (освещенность горизонтальной плоскости, над которой световой прибор расположен на расстоянии I м) – изолюксы – для действительного источника света.

, клк·м². (6.47)

Кривые (рис.6.20) равной относительной освещенности (кривые изолюкс) построены в зависимости от относительных расстояний и и для разных углов наклона светильников. Для световых приборов с ксеноновыми лампами кривые даются для действительного источника света.

а)	б)
в)	Рис. 6.20. Кривые равной относительной освещенности (Е·Н2·10-3, клк·м2) светильников СПК-3-10000 с различными углами наклона оптической оси

Световые приборы с ксеноновыми лампами на железнодорожных станциях устанавливается обычно на типовых прожекторных мачтах (Н = 30 м). Ввиду этого проектировщика интересует расстояние 2x между опорами освещения в междупутье для обеспечения формированного значения освещенности.

Пример

Светильниками СПК 3-10000 нужно обеспечить освещенность Е = 5 лк на открытой, не занятой составами, территории железнодорожной станции. Световые приборы устанавливаются на высоте 30 м.

= 5·30²·10^-3 = 4,5 клк·м².

Из кривых относительной освещенности (рис. 6.20) с использованием интерполяции находим при ε = 4,5 клк·м²:

для Θ = 20° x/H = 3,25; для Θ = 30° x/H = 1,9; для Θ = 20° x/H = 2,1;

соответственно при L = x: 97,5 м; = 57 м; = 63 м.

Следовательно, наивыгоднейшим углом наклона является Θ = 20°, при котором нормированное значение освещенности обеспечивается на расстоянии около 100 м.

Для сравнения экономичности современных светильников рассмотрим удельные мощности освещения большой открытой территории различными световыми приборами с ксеноновыми лампами (табл.6.21).

Таблица 6.21

Удельные мощности освещения открытых территорий

Проектирование установок, выполненных прожекторами

Прожекторное освещение применяется только в тех случаях, когда освещение светильниками неэкономично или технически невозможно осуществлять. Прожекторное освещение целесообразно применять на больших по площади территориях.

Главным в расчете прожекторного освещения является выбор высоты установки прожектора Н_р и наивыгоднейшего угла поворота оптической оси прожектора, чтобы предотвратить его слепящее действие. Схема к расчету прожекторного освещения приведена на рис. 6.21.

Рис.6.21. К расчету освещенности при прожекторном освещении

Высота установки:

, м, (6.48)

где I_max – осевая, максимальная сила света прожектора, кд; c = I_max/H² – коэффициент, зависящий от нормируемой освещенности, табл. 6.22.

Таблица 6.22

Значения коэффициента с, учитывающего нормируемую освещенность

При окончательном выборе высоты установки прожекторов кроме фактора слепимости необходимо учитывать местные условия, например, высотные объекты, на которых возможна установка прожекторов, протяженность освещаемого пространства, соотношение вертикальной и горизонтальной освещенности и т.п. Во всех случаях необходимо учитывать, что с увеличением высоты прожекторных мачт их стоимость и стоимость их установки резко возрастает.

Оптимальным углом наклона прожекторов Θ_опт называется такой угол, при котором площадь, ограниченная кривой одинаковой заданной освещенности (изолюксой), соответствующей требованиям норм, имеет наибольшее значение. Этот угол при освещении прожектором горизонтальной поверхности будет

, (6.49)

где Е_o = K·Е_н , если участок перекрывается одним пятном одного прожектора; Е_o = 0,5·K·Е_н , если световые пятна прожекторов перекрываются; K = 1,3 – коэффициент запаса. Коэффициенты m и n – постоянные для каждого типа прожектора, зависят от углов рассеяния прожектора (β_г и β_в) и светового потока F.

Расчет освещенности от прожектора производится при помощи кривых равных значений относительной освещенности (изолюкс).

Определяя значение освещенности точки "а" на расстоянии 1 м от источника света, можно определить освещенность точки "А" на заданном расстоянии.

Расчет производится в следующей последовательности.

I. Расчет относительного расстояния ρ от фокуса прожектора "О" до плоскости, перпендикулярной оси прожектора и проходящей через расчетную точку "А" (рис.6.21):

; (6.50)

. (6.51)

2. Определение координат ξ и η:

, (6.52)

, (6.53)

где х и у – координаты точки А.

3. Определение из графиков изолюкс для данных ξ и η относительной освещенности ε.

4. Расчет фактического значения освещенности

, (6.54)

. (6.55)

Для облегчения расчетов для принятых значений Θ и x/H_р в справочной литературе значения ξ , ρ и ρ³ приведены в табличной форме.

При проектировании светотехнической установки кривые равной относительной освещенности (изолюксы) для освещаемой поверхности могут рассчитываться с использованием формул (6.50)—(6.55), а могут выбираться из светотехнических справочников.

Задача расчета прожекторного освещения состоит в выборе количества прожекторов (как правило, тип прожектора выбирают заранее), мест установки прожекторных мачт и прожекторов, высоты прожекторной мачты, углов наклона и поворота прожекторов в вертикальной и горизонтальной плоскостях.

Основные типы прожекторов и их характеристики приведены в табл. 6.23.

Таблица 6.23

Основные характеристики прожекторов

При установке прожекторов с углом наклона Θ (рис.6.21) на освещаемой поверхности территории образуется световое пятно, образуемое за счет горизонтального и вертикального углов рассеяния β_г и β_в , являющихся технической характеристикой прожектора.

Освещенность внутри светового пятна, как правило, уменьшается от центра к периферии и может характеризоваться изолюксами или кривыми равной освещенности.

В проектной практике, как правило, вычерчиваются изолюксы, соответствующие нормированному значению освещенности, в масштабе планировочного чертежа при различных углах наклона и поворота прожектора. Указанные изолюксы можно вырезать в масштабе чертежа и нормируемого значения освещенности из прозрачной бумаги и наложить на план освещаемой территории. Число наложенных изолюкс будет соответствовать искомому числу прожекторов, (рис. 6.22), а каждой отдельной кривой соответствующие углы наклона и поворота прожекторов.

Рис. 6.22. Однослойная компоновка изолюкс

Проектирование, реконструкцию и эксплуатацию осветительных установок электрифицированного транспорта необходимо проводить в соответствии с требованиями СНиП 23-05-95, Правил устройства электроустановок (ПУЭ), Правил технической эксплуатации электроустановок потребителей и Межотраслевых правил по охране труда (правила безопасности) при эксплуатации электроустановок.

При проектировании и эксплуатации осветительных установок железнодорожных станций необходимо учитывать показатель ослепленности Р для машинистов локомотивов, который не должен превышать значение Р_доп = 800.

Методика расчета показателя ослепленности

для железнодорожных станции

Показатель ослепленности Р рассчитывают для машинистов маневровых локомотивов в связи с ответственностью их за безопасность маневровых передвижений:

, (6.56)

где Е_зр – освещенность на зрачке машиниста, лк; Θ – угол действия блеского источника, град; L_ф – яркость фона, кд/м².

Для каждого конкретного случая определяют Θ, Е_зр , L_ф .

Угол действия блеского источника

Θ = 90° - α, (6.57)

где α – направление максимальной силы света светильника, град.

Освещенность на зрачке машиниста можно измерить или рассчитать, пользуясь кривой силы света светильника, по уравнению

, (6.58)

где I – максимальная сила света светильника, кд; l – расстояние от светильника вдоль оси междупутья, на котором сила света максимальна, м;

l = (H - 3,5)·tg α , (6.59)

где H – высота установки светильника над уровнем головки рельса, м; 3,5 – высота расположения глаз машиниста над уровнем головки рельса, м.

Яркость фона

(6.60)

где E – минимальная (или нормированная) освещенность на поверхности междупутья, которую обеспечивает осветительная установка; ρ – коэффициент отражения поверхности междупутья (принимают равным 0,1).

Рассчитанный по уравнению (6.56) показатель ослепленности сравнивают с допустимым. Если Р > Р_доп , то это означает, что слепящее действие осветительной установки превышает допустимое и рассматриваемый вариант размещения светильников недопустимы. Окончательно принимается вариант, для которого показатель ослепленности не превышает допустимого.

Применяемые для освещения вагонов железнодорожного транспорта светильники должны выбираться с учетом показателя дискомфорта.

Порядок расчета показателя дискомфорта

Применяемые для освещения вагонов светильники с люминесцентными лампами и плафоны матированного или молочного стекла с лампами накаливания, как правило, имеют косинусное светораспределение. Сила света в заданном направлении

I_α = I₀·cos α , (6.61)

где I₀ – осевая сила света светильника, кд; α – угол между осью светильника и данным направлением, град.

Для этих светильников отношение светового потока в нижнюю полусферу F_н к световому потоку светильника F_св от 0,76 до 1,00. Для светильников с люминесцентными лампами типов ЛБ-40 и ЛБ-20 и плафонов матированного или молочного стекла с лампами накаливания F_н ≈ 0,8 F_св, для светильников с люминесцентными рефлекторными лампами F_н ≈ F_св.

Показатель дискомфорта

, (6.62)

где М_г – показатель дискомфорта для светильников с заданным светораспределением, зависящий от геометрических размеров помещения, коэффициентов отражения ρ потолка, стен, пола; σ – размер выходного отверстия светильника, м².

Значения ρ приведены в табл. 6.24, М_г – в табл. 6.25.

Таблица 6.24

Коэффициенты отражения ρ поверхностей ограждений

Таблица 6.25

Значения показателя дискомфорта М_г

Окончание табл. 6.25

Контроль освещения

Контроль фактической освещённости помещений естественным светом и искусственным светом производится один раз в шесть месяцев.

Методические указания МУ ОТ РМ 01-98, МУ 2.2.4.706-98 «Оценка освещения рабочих мест» при обследовании условий освещения рекомендуют определять:

- коэффициент естественной освещенности;

- освещенность рабочей поверхности;

- показатель ослепленности;

- коэффициент пульсации освещенности;

- отраженную блескость.

Перед проведением обследования рекомендуется произвести замену всех перегоревших ламп, чистку ламп, светильников и остеклений.

Для оценки уровня естественного освещения производят одновременные измерения естественной освещенности в контрольных точках внутри помещений и наружной освещенности на горизонтальной площадке, освещаемой всем светом небосвода (например, снаружи на кровле здания или другом возвышенном месте). Измерения проводят в дни со сплошной равномерной облачностью, покрывающей весь небосвод. Светопрозрачные заполнения проемов в наружных ограждениях зданий и сооружений должны быть исправны и вымыты. Электрический свет в помещениях на период измерений выключается. КЕО вычисляется по формуле (6.13).

Для оценки условий искусственного освещения необходимо знать их количественную и качественную характеристики. Количественная характеристика оценивается величиной освещенности, качественная – направлением светового потока, соотношением яркостей рабочего места и поля окружения. Измерения освещенности от установок искусственного освещения (в том числе и при работе в режиме совмещенного освещения) должны проводиться в темное время суток (за исключением осветительных установок, расположенных в зданиях без естественного света).

Измерение освещенности производится при помощи люксметров («Кварц-21» ПО «Кварц», Россия, Ю-116, Ю-117 и др.), фотометров типа 1105 фирмы «Брюль и Къер», Дания и др., основанных на принципе измерения фототока.

Люксметры Ю-116 и Ю-117 состоят из селенового фотоэлемента и электрического измерительного прибора достаточно высокой чувствительности (миллиамперметра). При освещении фотоэлемента в цепи прибора возникает ток, пропорциональный освещенности. Ток измеряется миллиамперметром, шкалы которого проградуированы в люксах. Данные люксметры градуируются с помощью эталонных ламп накаливания. Поэтому при измерении освещенности от источника с другим спектральным составом, отличным от ламп накаливания, возникают погрешности, которые необходимо учесть с помощью поправочного коэффициента (табл. 6.26).

Таблица 6.26

Значения коэффициента поправки на цветность источников света

для люксметров типа Ю-116 и Ю-117

Измерение освещенности производится в контрольных точках помещений по ГОСТ 24940-96 «Здания и сооружения. Методы измерения освещенности». При измерении минимальной освещенности контрольные точки размещают в центре помещения под светильниками и их рядами, у стен на расстоянии 0,15—0,25L но не менее 1 м, где L –расстояние между рядами светильников. При измерении средней освещенности план помещения разбивают на равные, по возможности квадратные, части. Контрольные точки размещают в центре каждого квадрата. Минимальное число контрольных точек определяют расчетным путем, исходя из размеров помещения и высоты подвеса светильников над рабочей поверхностью.

При аттестации рабочих мест по условиям труда параметры освещения измеряются на всех рабочих поверхностях рабочих мест.

Замеры освещенности подлежат обработке по формуле

E_ф = K₁ · K₂ · E_изм, (6.63)

где E_ф – фактическое значение освещенности, лк; E_изм – показания прибора, лк; K₁ – коэффициент, зависящий от типа применяемых источников света и типа люксметра (для люксметров типа Ю-116, Ю-117 значения коэффициента K₁ приведены в табл. 6.26; для люксметров типа «Кварц-21», «Аргус-01» и т.п. K₁ = 1); K₂ – коэффициент, учитывающий отклонение напряжения сети от номинального (вводится при отклонении более 5%) и определяемый по формуле

, (6.64)

где U_н – номинальное напряжение сети, В; U_с – среднее значение напряжения, равное среднему арифметическому из значений напряжения сети в начале и в конце измерений, В; K_н –коэффициент, определяемый по табл. 6.27.

Таблица 6.27

Значения коэффициента влияния напряжения на освещенность

Для ограничения отраженной блескости регламентируется яркость рабочей поверхности в зависимости от ее площади. Измерения яркости производят прямым методом измерения средней яркости рабочей поверхности в соответствии с ГОСТ 26824-86 с помощью яркомера, имеющего отсчет показаний непосредственно в единицах яркости. Для измерения яркости в производственных условиях можно использовать яркомеры типа «ТКА-04/3», «Аргус-02», ФПЧ.

Для диффузно отражающих поверхностей яркость может быть определена расчетным путем по формуле

, (6.65)

где L –яркость поверхности, кд/м²; E – освещенность, лк; ρ – коэффициент отражения рабочей поверхности.

Измерения яркости производятся в темное время суток при включенном рабочем освещении.

Для измерения коэффициента пульсации освещенности используют фотометры-пульсометры, которые определяют максимальную, минимальную и среднюю освещенность за период времени Т,и рассчитывают значение коэффициента.

Показатели ослепленности и дискомфорта рассчитывают в относительных единицах на основании измеренных яркостей источников света и отражающих поверхностей в пределах зоны зрения наблюдателя.

Перечень основных средств измерений для оценки условий освещения приведен в приложении 1.

Контрольные вопросы к разделу 6:

1. Как влияет на работника недостаток освещения на рабочем месте?

2. Как влияет на работника излишне яркий свет?

3. В каких единицах обычно измеряется длина световой волны?

4. Какие светотехнические величины относятся к количественным показателям производственного освещения?

5. Какие светотехнические величины относятся к качественным показателям производственного освещения?

6. Какую светотехническую величину из количественных показателей принято считать основной?

7. В чем заключается светотехнический закон квадрата расстояния?

8. Какие виды освещения применяются в производственных условиях?

9. Какие системы освещения применяются в производственных условиях?

10. Какие виды искусственного освещения применяются в производственных условиях?

11. Когда предусматривают эвакуационное освещение?

12. Имеются ли нормативы по уровню освещенности для дежурного освещения?

13. От каких условий зависит гигиеническое нормирование освещенности на рабочей поверхности?

14. Что обозначает понятие – коэффициент естественного освещения, КЕО?

15. От чего зависит регулярность чистки остеклений светопроемов при естественном освещении?

16. На какие виды подразделяется искусственное освещение?

17. Какие требования предъявляются к комбинированному освещению?

18. Чем характеризуются электрические источники света?

19. Что такое – световая отдача ламп?

20. Какие типы источников света (ламп) существуют, чем они характеризуются?

21. Какие виды ламп предпочтительнее применять для освещения производственных помещений?

22. Что обозначает понятие – стробоскопический эффект?

23. Каким способом можно бороться с возникновением стробоскопического эффекта при использовании газоразрядных источников света?

24. Из каких объектов состоят осветительные приборы (светильники)?

25. Какие светотехнические характеристики светильников являются основными?

26. Что такое – коэффициент полезного действия светильника?

27. Что такое – защитный угол светильника?

28. Что такое – кривая силы света (КСС)?

29. Какие существуют наименования кривых силы света?

30. Какие конструктивные исполнения светильников существуют?

31. Зависит ли выбор типа светильника от категории помещения по пожаро-взрывобезопасности?

32. Что является целью светотехнического расчета?

33. В каких случаях используют метод коэффициента использования при расчете осветительной установки?

34. В каких случаях используют метод удельной мощности при расчете осветительной установки?

35. В каких случаях используют точечный метод расчета осветительной установки?

36. Какой источник света принято называть точечным?

37. В чем заключаются особенности освещения железнодорожных объектов?

38. Какие способы освещения применяются для железнодорожных станций?

39. В каких случаях применяется прожекторное освещение объектов железнодорожного транспорта?

40. Что такое – оптимальный угол наклона прожектора?

41. Для какой категории работников железнодорожных станций наиболее важно не превышать допустимых пределов показателя ослепленности?

42. Какими приборами измеряют уровень освещенности рабочей поверхности?

43. Как часто проводят контроль освещенности в производственных помещениях?

44. В какое время суток следует производить контроль искусственной освещенности?