Тоннельное освещение в Московском метрополитене
Этот пост результат моей совместной работы с Сергеем Котовым, инженером-проектировщиком «СТК «ГЕЛИОСИТИ». Я проводил для этой компании коммерческую съемку в тоннеле метро. На Филевской линии устанавливали новые опытные светильники вместо архаичных ДРЛ-ламп. В результате работы родилась идея написать пост про тоннельное освещение вообще и пор новые светильники в частности.
А съемка была очень тяжелой из-за отсутствия света - лампы выключают же :) И полностью без постановочных кадров - ночное окно очень короткое и работать надо быстро. Но нам не привыкать -ИСО повыше, дырку пошире и вперед.
А сейчас прошу под кат, там Сергей рассказывает о особенностях освещения в тоннелях Московского метро.
1. Каждую ночь в туннелях метрополитена производятся технологический осмотр состояния рельс, профилактические и ремонтные работы. Легко предположить, что для их выполнения рабочим требуется свет: помимо ручных фонарей применяется общее освещение, выполненное светильниками, установленными вдоль сводов по обеим сторонам туннеля в шахматном порядке с шагом 4 - 5 м. Светильники установлены на стальной монтажной полосе, являющейся также шиной заземления, на высоте около 3 м и в выключенном состоянии практически не заметны пассажирам.
2. Туннельное освещение подразделяется на две группы: рабочее и аварийное. На старых участках на группы подаётся переменное напряжение 127 В, на более новых - 220 В.
Светильники аварийного освещения располагаются по слаботочной стороне туннеля и питаются от отдельной линии. В случае перебоя в питании на них подаётся постоянное напряжение от батарей. Аварийная группа включается около 1 часа ночи и работает примерно до 6 утра.
3. Светильники рабочей группы, установленные по сильноточной стороне туннеля, включаются в период снятия напряжения с контактного рельса.
В связи с данным режимом работы светильников, пассажиры редко замечают туннельное освещение, за исключением работающего круглосуточно так называемого адаптационного освещения на участках туннелей перед и после станций, а также при выезде на открытые участки. Включённое освещение на всём протяжении туннеля в период перевозки пассажиров может означать внештатную ситуацию.
4. Освещение путевых стрелок также работает круглосуточно, нормируемая освещённость, как и в туннелях, оставляет 20 лк на уровне головок рельс (для сравнения, максимальная освещённость в лунную ночь в сто раз меньше, нормируемая средняя освещённость в офисных помещениях - 500 лк).
5. Несмотря на то, что в действующих нормах чётко указывается применять для освещения туннелей светильники с люминесцентными лампами, в большинстве туннелей установлены светильники типа НСП (именуемые электриками «Астра») с лампами накаливания мощностью 60 Вт. Актуальность замены данных светильников диктуется их недостатками.
6.
- Применяемый источник света - лампа накаливания - имеет низкую световую отдачу (основной показатель энергоэффективности источника света, определяемый отношением излучаемого светового потока к потребляемой мощности) - около 10 лм/Вт, и малый срок службы (по паспорту - 1000 часов, по факту эксплуатации в метрополитене - 300 часов, каждую ночь их меняют мешками).
- Конструктивно светильник не имеет защиты от пыли и влаги, что особенно критично в туннелях метрополитена: на лампе и отражателе осаждается пыль, которая ещё глубже забивается и уплотняется под воздействием струй воды, направленных под давлением во время операции смачивания туннеля, проводящейся раз в один-два месяца специальным помывочным поездом. При дальнешей эксплуатации светильника, из-за высокой температуры теплового источника света грязь высыхает, цоколь лампы прикипает к патрону, что вызывает трудности при замене вышедшей из строя лампы - цоколь остаётся в патроне светильника, колба лампы - в руке электромонтёра.
Таким образом, при дешевизне и неприхотливости источника света, светильники «Астра» малоэффективны и дороги в эксплуатации. Стоит отметить, что в туннелях, освещаемых светильниками «Астра», освещённость значительно ниже нормируемых значений.
7. В более современных туннелях используются светильники типа KRK с разрядными люминесцентными лампами низкого давления типа T8 Basic мощностью 36 Вт, несомненным достоинством которых является высокая световая отдача (79 лм/Вт) и более длительный срок службы (около 5000 часов при работе с электромагнитными ПРА, спад светового потока к концу срока службы - 20%). Основными недостатками люминесцентных ламп являются, пожалуй, зависимость мощности от длины лампы (в туннелях применяются лампы длиной около 120 см) и наличие ртути, из-за чего они требуют утилизации (в вестибюлях станций имеются специальные помещения для их временного хранения). Также люминесцентные лампы в светильниках KRK открытого типа чувствительны к перепадам температур: при температуре окружающей среды −20°C световой поток снижается более чем на 80%, поэтому применение данных светильников нецелесообразно на выезде из туннелей и вблизи вентшахт, где температура соответствует уличной.
8. В рамках реконструкции системы освещения туннелей светильники «Астра» заменяют различными типами светодиодных осветительных приборов. Однако, замена пока не получила повсеместного распространения ввиду ряда причин:
- Жалобы путейцев на слепящее действие, вызванное малыми размерами и высокой яркостью светодиодных источников света.
- Отсутствие возможности ремонта светильников: элементная база светодиодов полностью обновляется каждые два года, нет единого стандарта и форм-фактора электронных компонентов. В случае выхода светодиодного светильника из строя, его потребуется заменить на новый, в отличие от светильников с традиционными источниками света, в которых каждый электронный компонент и лампы выпускаются широким кругом производителей и являются взаимозаменяемыми.
9.
- Заявленные сроки службы светодиодов (в среднем 50000 часов, спад светового потока к концу срока службы - 30%) являются чисто теоретическими и сильно зависят от условий окружающей среды. Кроме того, срок службы схемы управления светодиодами (драйвера) как правило существенно ниже (в среднем 20000 часов), чем у самих светодиодов, но именно минимальный срок службы критического компонента определяет срок службы изделия в целом.
- Светодиоды не дают существенного выигрыша в энергоэффективности по сравнению с люминесцентными светильниками, применяемыми в туннелях - их световая отдача составляет в среднем 60 лм/Вт.
10. В настоящее время замена устаревших светильников современными образцами производится службами Московского метрополитена совместно со светотехническими компаниями, среди которых «СТК «ГЕЛИОСИТИ», являющаяся одним из основных поставщиков технического осветительного оборудования для объектов железнодорожного транспорта.
11. Специалисты «Гелиосити» уже производили замену светильников «Астра» на стрелках №№ 1 и 3 станции Чеховская (на фото стрелка № 3 до реконсруркции), в результате которой средняя освещённость возросла в 3,5 раз при снижении потребления электроэнергии в 2 раза. Но в этот раз была поставлена менее тривиальная задача - заменить светильники с разрядными лампами высокого давления типа ДРЛ мощностью 250 Вт.
12. Лампы ДРЛ-250 (дуговые ртутные люминофорные) имеют световую отдачу 52 лм/Вт, срок службы - 8000 часов (спад светового потока к концу срока службы - 10%), что лучше, чем у ламп накаливания, но хуже, чем у люминесцентных. Однако в отличие от люминесцентных ламп, лампы ДРЛ не боятся низких температур, поэтому могут применяться на открытых участках и вблизи вентшахт. При этом лампы ДРЛ, как и все разрядные лампы высокого давления, имеют серьёзный недостаток, ограничивающий области их применения: инерционность. Разгорание лампы осуществляется не сразу, а в течение 5 минут с момента включения питания. При кратковременном прекращении подачи питания разрядная лампа высокого давления должна остыть в течение 10 - 15 минут, прежде чем сможет зажечься вновь.
Как следует из вышеизложенного - идеальных источников света для универсального применения не существует.
13. Работы по реконструкции осветительной установки производились на участке туннеля на выезде от станции Смоленская Филёвской линии на Смоленский метромост. Это место с одной из наиболее тяжёлых сред эксплуатации светильников - окружающая температура и влажность воздуха соответствуют уличным погодным условиям, поэтому светильник должен обеспечивать высокую надёжность при круглосуточной работе. Как говорилось выше, нормы освещения туннелей метрополитена предписывают применение люминесцентных ламп благодаря их высоким светотехническим и эксплуатационным характеристикам, но во избежание сильного падения светового потока при отрицательной температуре окружающего воздуха светильник должен быть абсолютно герметичным.
14. В связи с этим было решено применить светильники производства немецкой фабрики Norka, одной из ведущих по производству светильников для транспортных систем, эксплуатирующихся в том числе в метрополитенах Финляндии, Швеции и Норвегии, близких по климату к нашей стране. В России светильники Norka применяются для освещения смотровых ям в моторвагонном депо «Металлострой» в Санкт-Петербурге и на стрелке станции Чеховская Московского метрополитена.
15. Конструктивно применяемые светильники основаны на одной из промышленных моделей, модифицированных фабрикой Norka с учётом опыта эксплуатации в Московском метрополитене. Традиционно светильники Norka получают названия в честь европейских городов, и данный светильник был назван в честь нашей столицы, но на немецкий манер.
16. Светильник MOSKAU представляет собой цилиндр из ударопрочного поликарбоната с герметичными боковыми заглушками (степень защиты от пыли и влаги IP68), что позволяет сохранить работоспособность при погружении в воду на глубину до 20 м, то есть выдержать затопление туннеля, как в фильме «Метро». :)
Светильник комплектуется люминесцентной лампой типа Т5 Supreme мощностью 28 Вт (по световому потоку аналогичной лампе типа Т8 мощностью 36 Вт). Световая отдача лампы: 104 лм/Вт, срок службы: 58000 часов (спад светового потока к концу срока службы составляет всего 10%).
17. Внутри светильника установлен электронный ПРА со сроком службы 200000 часов, работающий как от переменного, так и от постоянного напряжения. Блок ЭПРА обеспечивает стабильную работу лампы при отклонениях питающего напряжения от нормы, а также при кратковременных скачках напряжения вплоть до 4 кВ.
18. Светильники с лампами ДРЛ оказались установлены с шагом 5,5 м - большим, чем в большинстве туннелей.
19. На фотографии заметны и не столь критичные для туннельного освещения недостатки ламп ДРЛ: сине-зелёный спектр излучения и плохая цветопередача.
20. Перед демонтажем старых светильников были произведены замеры освещённости в контрольных точках с помощью люксметра. Средняя горизонтальная освещённость на головках рельс составляла 23 лк.
21. На фотографии демонтированных светильников видна осевшая на колбе лампы пыль и въевшаяся в отражатель грязь, снижающие эффективность осветительной установки.
22. Ржавая коробка с буквой «А» на фото - выносной блок ПРА для светильника с лампой ДРЛ, необходимый для работы лампы. Весит коробка около 5 кг, плюс около килограмма - сам светильник.
23. Несмотря на большую длину, вес светильника Moskau составляет около 3 кг.
24. Новые светильники устанавливаются на монтажную полосу с помощью специальных креплений-крюков.
25. Монтаж завершен!
26. После монтажа светильников Moskau были проведены повторные замеры освещённости в контрольных точках: средняя горизонтальная освещённость на головках рельс составила 19 лк, что является допустимым согласно нормативам. Отклонение вызвано нестандартным расстоянием между светильниками (около 5,5 м вместо расчётных 4,5 м).
27. Итак, при сохранении значений средней освещённости в рамках нормативного допуска, в 9 раз была снижена потребляемая мощность, а также снижена нагрузка на кабельные сети благодаря в 10 раз меньшим пусковым и рабочим токам. Кроме того, был увеличен интервал обслуживания светильников за счёт в 7 раз большего срока службы ламп, улучшены эксплуатационные характеристики и надёжность осветительной установки.
А съемка была очень тяжелой из-за отсутствия света - лампы выключают же :) И полностью без постановочных кадров - ночное окно очень короткое и работать надо быстро. Но нам не привыкать -ИСО повыше, дырку пошире и вперед.
А сейчас прошу под кат, там Сергей рассказывает о особенностях освещения в тоннелях Московского метро.
1. Каждую ночь в туннелях метрополитена производятся технологический осмотр состояния рельс, профилактические и ремонтные работы. Легко предположить, что для их выполнения рабочим требуется свет: помимо ручных фонарей применяется общее освещение, выполненное светильниками, установленными вдоль сводов по обеим сторонам туннеля в шахматном порядке с шагом 4 - 5 м. Светильники установлены на стальной монтажной полосе, являющейся также шиной заземления, на высоте около 3 м и в выключенном состоянии практически не заметны пассажирам.
2. Туннельное освещение подразделяется на две группы: рабочее и аварийное. На старых участках на группы подаётся переменное напряжение 127 В, на более новых - 220 В.
Светильники аварийного освещения располагаются по слаботочной стороне туннеля и питаются от отдельной линии. В случае перебоя в питании на них подаётся постоянное напряжение от батарей. Аварийная группа включается около 1 часа ночи и работает примерно до 6 утра.
3. Светильники рабочей группы, установленные по сильноточной стороне туннеля, включаются в период снятия напряжения с контактного рельса.
В связи с данным режимом работы светильников, пассажиры редко замечают туннельное освещение, за исключением работающего круглосуточно так называемого адаптационного освещения на участках туннелей перед и после станций, а также при выезде на открытые участки. Включённое освещение на всём протяжении туннеля в период перевозки пассажиров может означать внештатную ситуацию.
4. Освещение путевых стрелок также работает круглосуточно, нормируемая освещённость, как и в туннелях, оставляет 20 лк на уровне головок рельс (для сравнения, максимальная освещённость в лунную ночь в сто раз меньше, нормируемая средняя освещённость в офисных помещениях - 500 лк).
5. Несмотря на то, что в действующих нормах чётко указывается применять для освещения туннелей светильники с люминесцентными лампами, в большинстве туннелей установлены светильники типа НСП (именуемые электриками «Астра») с лампами накаливания мощностью 60 Вт. Актуальность замены данных светильников диктуется их недостатками.
6.
- Применяемый источник света - лампа накаливания - имеет низкую световую отдачу (основной показатель энергоэффективности источника света, определяемый отношением излучаемого светового потока к потребляемой мощности) - около 10 лм/Вт, и малый срок службы (по паспорту - 1000 часов, по факту эксплуатации в метрополитене - 300 часов, каждую ночь их меняют мешками).
- Конструктивно светильник не имеет защиты от пыли и влаги, что особенно критично в туннелях метрополитена: на лампе и отражателе осаждается пыль, которая ещё глубже забивается и уплотняется под воздействием струй воды, направленных под давлением во время операции смачивания туннеля, проводящейся раз в один-два месяца специальным помывочным поездом. При дальнешей эксплуатации светильника, из-за высокой температуры теплового источника света грязь высыхает, цоколь лампы прикипает к патрону, что вызывает трудности при замене вышедшей из строя лампы - цоколь остаётся в патроне светильника, колба лампы - в руке электромонтёра.
Таким образом, при дешевизне и неприхотливости источника света, светильники «Астра» малоэффективны и дороги в эксплуатации. Стоит отметить, что в туннелях, освещаемых светильниками «Астра», освещённость значительно ниже нормируемых значений.
7. В более современных туннелях используются светильники типа KRK с разрядными люминесцентными лампами низкого давления типа T8 Basic мощностью 36 Вт, несомненным достоинством которых является высокая световая отдача (79 лм/Вт) и более длительный срок службы (около 5000 часов при работе с электромагнитными ПРА, спад светового потока к концу срока службы - 20%). Основными недостатками люминесцентных ламп являются, пожалуй, зависимость мощности от длины лампы (в туннелях применяются лампы длиной около 120 см) и наличие ртути, из-за чего они требуют утилизации (в вестибюлях станций имеются специальные помещения для их временного хранения). Также люминесцентные лампы в светильниках KRK открытого типа чувствительны к перепадам температур: при температуре окружающей среды −20°C световой поток снижается более чем на 80%, поэтому применение данных светильников нецелесообразно на выезде из туннелей и вблизи вентшахт, где температура соответствует уличной.
8. В рамках реконструкции системы освещения туннелей светильники «Астра» заменяют различными типами светодиодных осветительных приборов. Однако, замена пока не получила повсеместного распространения ввиду ряда причин:
- Жалобы путейцев на слепящее действие, вызванное малыми размерами и высокой яркостью светодиодных источников света.
- Отсутствие возможности ремонта светильников: элементная база светодиодов полностью обновляется каждые два года, нет единого стандарта и форм-фактора электронных компонентов. В случае выхода светодиодного светильника из строя, его потребуется заменить на новый, в отличие от светильников с традиционными источниками света, в которых каждый электронный компонент и лампы выпускаются широким кругом производителей и являются взаимозаменяемыми.
9.
- Заявленные сроки службы светодиодов (в среднем 50000 часов, спад светового потока к концу срока службы - 30%) являются чисто теоретическими и сильно зависят от условий окружающей среды. Кроме того, срок службы схемы управления светодиодами (драйвера) как правило существенно ниже (в среднем 20000 часов), чем у самих светодиодов, но именно минимальный срок службы критического компонента определяет срок службы изделия в целом.
- Светодиоды не дают существенного выигрыша в энергоэффективности по сравнению с люминесцентными светильниками, применяемыми в туннелях - их световая отдача составляет в среднем 60 лм/Вт.
10. В настоящее время замена устаревших светильников современными образцами производится службами Московского метрополитена совместно со светотехническими компаниями, среди которых «СТК «ГЕЛИОСИТИ», являющаяся одним из основных поставщиков технического осветительного оборудования для объектов железнодорожного транспорта.
11. Специалисты «Гелиосити» уже производили замену светильников «Астра» на стрелках №№ 1 и 3 станции Чеховская (на фото стрелка № 3 до реконсруркции), в результате которой средняя освещённость возросла в 3,5 раз при снижении потребления электроэнергии в 2 раза. Но в этот раз была поставлена менее тривиальная задача - заменить светильники с разрядными лампами высокого давления типа ДРЛ мощностью 250 Вт.
12. Лампы ДРЛ-250 (дуговые ртутные люминофорные) имеют световую отдачу 52 лм/Вт, срок службы - 8000 часов (спад светового потока к концу срока службы - 10%), что лучше, чем у ламп накаливания, но хуже, чем у люминесцентных. Однако в отличие от люминесцентных ламп, лампы ДРЛ не боятся низких температур, поэтому могут применяться на открытых участках и вблизи вентшахт. При этом лампы ДРЛ, как и все разрядные лампы высокого давления, имеют серьёзный недостаток, ограничивающий области их применения: инерционность. Разгорание лампы осуществляется не сразу, а в течение 5 минут с момента включения питания. При кратковременном прекращении подачи питания разрядная лампа высокого давления должна остыть в течение 10 - 15 минут, прежде чем сможет зажечься вновь.
Как следует из вышеизложенного - идеальных источников света для универсального применения не существует.
13. Работы по реконструкции осветительной установки производились на участке туннеля на выезде от станции Смоленская Филёвской линии на Смоленский метромост. Это место с одной из наиболее тяжёлых сред эксплуатации светильников - окружающая температура и влажность воздуха соответствуют уличным погодным условиям, поэтому светильник должен обеспечивать высокую надёжность при круглосуточной работе. Как говорилось выше, нормы освещения туннелей метрополитена предписывают применение люминесцентных ламп благодаря их высоким светотехническим и эксплуатационным характеристикам, но во избежание сильного падения светового потока при отрицательной температуре окружающего воздуха светильник должен быть абсолютно герметичным.
14. В связи с этим было решено применить светильники производства немецкой фабрики Norka, одной из ведущих по производству светильников для транспортных систем, эксплуатирующихся в том числе в метрополитенах Финляндии, Швеции и Норвегии, близких по климату к нашей стране. В России светильники Norka применяются для освещения смотровых ям в моторвагонном депо «Металлострой» в Санкт-Петербурге и на стрелке станции Чеховская Московского метрополитена.
15. Конструктивно применяемые светильники основаны на одной из промышленных моделей, модифицированных фабрикой Norka с учётом опыта эксплуатации в Московском метрополитене. Традиционно светильники Norka получают названия в честь европейских городов, и данный светильник был назван в честь нашей столицы, но на немецкий манер.
16. Светильник MOSKAU представляет собой цилиндр из ударопрочного поликарбоната с герметичными боковыми заглушками (степень защиты от пыли и влаги IP68), что позволяет сохранить работоспособность при погружении в воду на глубину до 20 м, то есть выдержать затопление туннеля, как в фильме «Метро». :)
Светильник комплектуется люминесцентной лампой типа Т5 Supreme мощностью 28 Вт (по световому потоку аналогичной лампе типа Т8 мощностью 36 Вт). Световая отдача лампы: 104 лм/Вт, срок службы: 58000 часов (спад светового потока к концу срока службы составляет всего 10%).
17. Внутри светильника установлен электронный ПРА со сроком службы 200000 часов, работающий как от переменного, так и от постоянного напряжения. Блок ЭПРА обеспечивает стабильную работу лампы при отклонениях питающего напряжения от нормы, а также при кратковременных скачках напряжения вплоть до 4 кВ.
18. Светильники с лампами ДРЛ оказались установлены с шагом 5,5 м - большим, чем в большинстве туннелей.
19. На фотографии заметны и не столь критичные для туннельного освещения недостатки ламп ДРЛ: сине-зелёный спектр излучения и плохая цветопередача.
20. Перед демонтажем старых светильников были произведены замеры освещённости в контрольных точках с помощью люксметра. Средняя горизонтальная освещённость на головках рельс составляла 23 лк.
21. На фотографии демонтированных светильников видна осевшая на колбе лампы пыль и въевшаяся в отражатель грязь, снижающие эффективность осветительной установки.
22. Ржавая коробка с буквой «А» на фото - выносной блок ПРА для светильника с лампой ДРЛ, необходимый для работы лампы. Весит коробка около 5 кг, плюс около килограмма - сам светильник.
23. Несмотря на большую длину, вес светильника Moskau составляет около 3 кг.
24. Новые светильники устанавливаются на монтажную полосу с помощью специальных креплений-крюков.
25. Монтаж завершен!
26. После монтажа светильников Moskau были проведены повторные замеры освещённости в контрольных точках: средняя горизонтальная освещённость на головках рельс составила 19 лк, что является допустимым согласно нормативам. Отклонение вызвано нестандартным расстоянием между светильниками (около 5,5 м вместо расчётных 4,5 м).
27. Итак, при сохранении значений средней освещённости в рамках нормативного допуска, в 9 раз была снижена потребляемая мощность, а также снижена нагрузка на кабельные сети благодаря в 10 раз меньшим пусковым и рабочим токам. Кроме того, был увеличен интервал обслуживания светильников за счёт в 7 раз большего срока службы ламп, улучшены эксплуатационные характеристики и надёжность осветительной установки.