Светодиодные светофоры для железных дорог

Длительный опыт эксплуатации железнодорожных светофоров, где в качестве источника света используется лампы накаливания, позволяет сделать вывод, что их технико-экономический показатели невысоки. Срок службы светофоров ламп не превышает 2000ч, 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 приходиться 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 двух нитевых ламп, однако это не дало сто процентного резервирования источника света. Так, при разгерметизации колбы лампы, что происходит довольно часто, одновременно перегорают обе нити. Кроме того, за последние годы качество светофорных ламп резко ухудшилось, поэтому перспектива их замены на альтернативные высоконадежные источники света осталось 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 механическую 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.

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 показателем.

            Сейчас отечественными предприятиями уже разработаны м 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.

            Эксплуатационные испытания светодиодных комплектов (11 карликовых и 3 мачтовых) на Горьковской дороге начались в 2001 г. Они конструктивно взаимозаменяемы с ламповыми комплектами КЛМ для мачтовых и КЛК для карликовых светофоров.

            Светодиодный линзовый комплект (рис. 1) состоит из платы со светодиодами, которая крепиться 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 ССС не нуждаются в фокусирующих линзах. Электрическая схема светодиодного комплекта представлена на рис. 2.

            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 – 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. Эти нормы обеспечиваются в диапазоне температур от -60 до +55 С.

            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 тоже 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 ССС существенно улучшается видимость сигнального показания в кривых участках пути и упрощается технология юстировки светофорных головок.