CC BY
72
- © A.M. Истомин, Г.М. Петров,
А.Г. Кутепов, 2014
УДК 622.012.2
A.M. Истомин, Г.М. Петров, А.Г. Кутепов
СОВРЕМЕННЫЙ ПОДХОД К УСТРОЙСТВУ ОСВЕЩЕНИЯ В ПОДЗЕМНЫХ ГОРНЫХ ВЫРАБОТКАХ
Дана оценка эффективности разных источников света при потреблении электроэнергии, приведены технические характеристики светильников и осветительных трансформаторов при устройстве осветительной сети в подземных горных выработках. Приведены достоинства светодиодных светильников и отмечена необходимость изготовления осветительных аппаратов меньшей мощности. Ключевые слова: освещение, светодиодные светильники, осветительные трансформаторы, агрегаты и аппараты, подземные горные выработки.
Общие сведения
В общем электропотреблении затраты электроэнергии на искусственное освещение относительно невелики (до 20 %) и зависят от отрасли промышленности. По расчетам экспертов Международной энергетической комиссии (МЭК) к 2025 году планируется удвоение общего потребления электроэнергии по сравнению с 2010 г.
Федеральный закон № 261-ФЗ "Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации" от 23 ноября 2009 года [1] определяет основные требования к энергетической эффективности предприятий и организаций, а также требования в отношении отдельных видов товаров и оборудования, зданий и сооружений. Данный закон регулирует отношения по энергосбережению и повышению энергетической эффективности.
В настоящее время в Российской Федерации используется огромное количество различных источников света, которые по своим параметрам
широко отличаются друг от друга. На рис.1 приведена оценка эффективности различных источников света.
В последнее время для бытовых и промышленных электрических сетей все большее применение находят энергосберегающие светодиодные лампы. Причина возрастающей популярности достаточно проста - по многим характеристикам светодиодные лампы качественно превосходят и лампы накаливания, и газоразрядные лампы. Основными преимуществами светодиодной лампы по сравнению с традиционными источниками света являются низкое энергопотребление, срок службы, достигающий 50 тыс. часов, механическая прочность, а также возможность получения насыщенных цветов. Соотношение цена/качество таких ламп является оптимальным.
Обычно алюминиевый корпус светодиодных ламп или, в некоторых моделях, колба, выполненная из высокопрочного матового или прозрачного пластика, устойчивы к ударным нагрузкам. Светодиодная подсветка и другие световые решения, выполненные на основе светодиодных ламп,
Рис. 1. Оценка эффективности источников света: ЛН - лампы накаливания; ДРЛ - дуговые ртутные лампы; ЛЛ - люминесцентные лампы; МГЛ - металлогалогенные лампы; НЛВД - натриевые лампы высокого давления; LED - светодиодные лампы
отличаются яркостью, надежностью, красотой и долговечностью.
Различают светодиодные лампы
Е27 и Е14 на 220 В со стандартным цоколем, которые можно вкручивать в обыкновенный патрон и которые являются идеальным вариантом замены обычных ламп накаливания; лампы Т8 со светодиодными лампами длиной 600, 900 и 1200 мм и встраиваемые лампы МН16, МН11 - заменители традиционных галогенных ламп, которые устанавливаются во всевозможные конструкции.
Светодиодные лампы Т8 заменяют традиционные трубчатые люминесцентные лампы тех же размеров и могут работать при напряжении сети от 110 до 240 В переменного тока, обладают повышенным сроком службы (минимум 5 лет), ярким свечением и не загрязняют окружающую среду. Этого типа лампы могут использоваться в стандартных светильниках под одну, две или четыре лампы.
Светодиодные лампы МН16 имеют очень широкий круг применения: для освещения кабинетов, офисов, переговорных, прихожих, коридоров, ванных комнат. В том числе светодиодные лампы вЬ МН-16 подходят для освещения витрин и декоративной
подсветки интерьеров и мебели. Лампы этой серии могут заменить традиционные галогенные лампы МН16, которые очень популярны в России. Светодиодная лампа МН16 мощностью 6 Вт позволяет заменить аналогичную галогенную лампу мощностью 45 Вт.
Корпус светодиодных ламп МН-16 выполнен из специального сплава алюминия, обеспечивающего эффективный отвод тепла, а за счёт использования преломляющих линз можно получить угол распределения светового потока от 15 до 120 градусов. Для светодиодных ламп МН-16 используется стандартный цоколь ви5.3, что очень удобно для замены традиционных источников света. Рабочее напряжение питания лампы - 12 В.
Освещение в подземных горных выработках
Для освещения подземных горных выработок, в зависимости от специфики и условий эксплуатации, должны применяться рудничные светильники в специальном исполнении. Рудничные светильники выпускаются промышленностью в исполнении: рудничного нормального (РН), рудничного повышенной надежностью против взрыва (РП), рудничного взрывобезопасного (РВ).
Рис. 2. Светильники ЛСП (а - ЛСП-1-01, б - ЛСП-1-02) и НСР (в)
При строительстве городских подземных сооружений осветительные приборы должны иметь исполнение в соответствии с правилами безопасности ПБ 03-428-02 [2].
В осветительных сетях подземных горных выработок разрешается применение напряжения не выше 220 В. Для освещения выработок с повышенной влажностью, а также на проходческих машинах и механизмах (щитах, укладчиках тоннельной обделки, передвижных металлических подмостях, бурильных установках и агрегатах) напряжение должно быть не более 42 В. Для ручных переносных светильников допускается напряжение не выше 12 В.
На рис. 2 представлены светильники типа ДСП и НСР, которые находят широкое применение для освещения промышленных и производственных зданий, а также для освещения подземных горных выработок в условиях, не опасных по газу и пыли. Светильник ДСП состоит из металлического корпуса, крышки, с установленным на ней одним кабельным вводом, фланца с защитным светопро-пускающим колпаком. В корпусе светильника устанавливается патрон с
резьбой Е27 для подключения люминесцентных или светодиодных энергосберегающих ламп напряжением 220 В. Для защиты от коррозии применяется полимерное покрытие, что дает высокую стойкость к агрессивным средам. Светильник выпускается с отражателем из нержавеющей стали (рис. 2, б) и без отражателя (рис. 2, а).
В табл. 1 приведены технические характеристики светильников типа ДСП.
Светодиодный светильник НСР01-100/1Р54-О3-ЬБО изготовлен в стандартном корпусе НСР 01-100. Светодиодный модуль, устанавливаемый в стандартный светильник, обеспечивает световой поток, аналогичный лампе накаливания мощностью 100 Вт. В табл. 2 приведены основные технические характеристики данного светильника.
Технические параметры других светильников, применяемых при освещении в подземных горных выработках, приведены в [3].
Для питания цепей освещения используются осветительные трансформаторы, аппараты и пусковые агрегаты. Осветительные трансформаторы выпускает ООО "Прокопьевский Завод Светотехника" (бывший ПЗША -
Таблица 2
Технические характеристики светильника НСР01-100-03-ЬБО
Таблица 1
Технические характеристики светильников типа ЛСП
Технические параметры Тип светильника
ЛСП-1-01 | ЛСП-1-02
Степень защиты 1Р65
Номинальное напряжение, В 220
Источник света Лампа энергосберегающая люминесцентная с цоколем Е-27
КПЛ, % 80
Номинальная потребляемая мощность, Вт 26
Световой поток, лм 1600
Габаритные размеры, мм 270х95 270х260
Масса, кг 1,7 1,9
Срок службы, лет 6
Технические характеристики Параметры
Степень защиты 1Р54
Номинальное напряжение, В 30. ..50 или 110. ..240
Цвет свечения, К белый: 2700, 4200 или 6500
Лиапазон рабочих температур, оС от - 40 до + 40
Номинальная потребляемая мощность, Вт 13
Световой поток, лм 1100
Габаритные размеры, мм 270х180
Ресурс непрерывной работы, ч, не менее 50 000
Прокопьевский завод шахтной автоматики), а осветительные аппараты и пусковые агрегаты - российские производители ООО "Прокопьевский Завод Светотехника", ООО "ПП ШЭЛА" (Производственное предприятие Шахтной электроаппаратуры) и украинский Торезский электромеханический завод. Торезский электромеханический завод и Прокопьевский завод "Светотехника" выпускают пусковые агрегаты и осветительные аппараты во взрывобезопасном исполнении, а ООО "ПП ШЭЛА" - в исполнении РН1, для условий не опасных по взрыву газа и пыли.
Ланные агрегаты и аппараты осуществляют защиту: от токов двухфазных и трехфазных КЗ осветительной сети; от токов утечки на землю при
снижении сопротивления изоляции отходящих линий ниже критической величины; от замыкания и обрыва цепи дистанционного управления, а также блокировку от подачи напряжения на поврежденную осветительную сеть.
В табл. 3 представлены основные технические характеристики осветительного аппарата АОШ-4, выпускаемый Прокопьевским заводом "Светотехника", а в табл. 4 - АОШ-2,5 и АОШ-5,0, выпускаемыми ООО "ПП ШЭЛА".
Аппараты осветительные АОШ-2,5 или АОШ-5,0 [4] состоят из корпуса, внутри которого расположены силовой трансформатор и панель управления и защиты. Силовой трансформатор аппарата сухой с экраном между обмотками ВН и НН служит для понижения напряжения сети 660 или 380
Таблица 4
Технические характеристики АОШ-2,5 и АОШ-5
Таблица 3
Технические характеристики АОШ-4
Наименование параметра Тип изделия
АОШ-4.01 АОШ-4.02 АОШ-4-38.01 АОШ-4-38.01
Уровень и вид взрывозащиты РВ 3В
Степень защиты 1Р 54
Номинальная мощность, кВ*А 4,0
Номинальное напряжение обмотки высшего напряжения, В 660/380 1140/660 660/380 1140/660
Номинальное напряжение обмотки высшего напряжения, В 133/220 38
Сопротивление срабатывания при симметричной трехфазной утечке, кОм/фазу, не менее 3,3/10 —
Сопротивление срабатывания при однофазной утечке, кОм/фазу, не более 5,0/8,0 —
Время отключения при однофазной утечке, с, не более 0,2
Габаритные размеры, мм, не более 730х470х570
Масса, кг, не более 170
Тип изделия
Наименование параметра АОШ- АОШ- АОШ- АОШ-
2,5-01 5,0-01 2,5-38.01 5,0-38.01
Исполнение РН
Степень защиты 1Р 54
Номинальная мощность, кВ*А 2,5 5,0 2,5 5,0
Номинальное напряжение обмотки высшего напряжения, В 660/380 660/380
Номинальное напряжение обмотки высшего напряжения, В 133/220 38
Сопротивление срабатывания при симметричной трехфазной утечке, кОм/фазу, не менее 3,3 —
Сопротивление срабатывания при однофазной утечке, кОм/фазу, не более 2 - 5 —
Время отключения при однофазной утечке, с, не более 0,1
Габаритные размеры, мм, не более 500х600х390
Масса, кг, не более 58 70 56 67
В до 127 или 220 В. Начала и концы катушек первичной обмотки выведены на клеммные зажимы и могут переключаться в треугольник или звезду.
Основными элементами панели управления и защиты являются: автоматический выключатель с независимым расцепителем, защищающий сетевую обмотку трансформатора; ав-
томатические выключатели отходящих присоединений сети освещения (один - для АОШ-2,5, два - для А0Ш-5,0); блок управления БУКС-ЗАО с реле утечки РУ-220/127 В; клеммник цепей заземления.
В последнее время в подземных горных выработках все большое применение находят светодиодные све-
тильники за счет следующих своих достоинств:
1. Срок службы светодиодных светильников значительно превышает существующие аналоги (срок непрерывной работы светильника не менее 50 000 реальных часов, что эквивалентно 6 годам эксплуатации, при 24 часовой работе в день). Лля сравнения металлогалогенная лампа работает 3 000 часов, компактная люминесцентная лампа (КЛЛ) - 12 000 часов.
2. Электропотребление светодиодной лампы на 70 % меньше, чем у газоразрядных ламп типа ЛРЛ и ЛНаТ, и на 25 - 30 % меньше, чем у КЛЛ.
3. Полная экологическая безопасность светодиодных ламп позволяет сохранять окружающую среду и не требует специальных условий по утилизации (не содержит ртути, ее производных и других ядовитых, вредных или опасных составляющих материалов и веществ).
4. Высокая надежность, механическая прочность, виброустойчивость светодиодных светильников, что является немаловажным фактором при применении их в подземных горных выработках.
5. В светодиодных светильниках достигается высокая контрастность, что обеспечивает лучшую четкость освещаемых объектов. Кроме того, светильники на светодиодах обладают спектром близким к солнечному, они могут иметь цветную температуру от "холодного белого" до "теплого белого".
6. Полное отсутствие вредного эффекта низкочастотных пульсаций (стробоскопического эффекта) в све-
1. Федеральный закон № 261-ФЗ "Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты
тодиодных светильниках, что позволяет исключить усталость глаз при работе в таком освещении.
7. Отсутствует опасность перегрузки электрических сетей в момент включения светодиодных светильников: потребляемый ток светодиодного светильника составляет 0,6 ч 0,9 А, а светильников с газоразрядной лампой - при номинальной нагрузке 2,2 А, при пуске - 4,5 А.
8. Мгновенное зажигание при подаче питающего напряжения и стабильная работоспособность при любой температуре.
Все вышеизложенные преимущества светодиодных светильников позволяют утверждать, что применение светильников со светодиодами позволят сэкономить финансовые средства.
Вместе с тем, снижение установленной мощности осветительной сети и снижение сечения кабелей ставит перед изготовителями о целесообразности выпуска осветительных аппаратов с меньшей мощностью, так как часто в электрических сетях с подземной разработкой полезного ископаемого требуется осветить небольшие площади (территория трансформаторной подстанции, небольшие камеры различного назначения и т.п.). Лля таких электропотребителей вполне достаточно будет применения осветительных аппаратов с суммарной мощностью 0,8 и 1,6 кВ*А.
В дальнейшем следует экономически подтвердить необходимость применения осветительных аппаратов с такой мощностью.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Российской Федерации" от 23 ноября 2009 года.
2. ПБ 03-428-02. Правила безопасности при строительстве подземных сооружений, 2001.
3. Петров Г.М. Электрификация строительства городских подземных сооружений: Учебное пособие. - М.: издательство "Горная книга", Издательство Московского государственного горного университета, 2008. - 210 с.
4. Аппараты осветительные шахтные типа АОШ-2,5; АОШ-5,0. Руководство по эксплуатации. - Тула, издательство ООО "ПП ШЭЛА", 2010. - 22 с.ИШ
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Истомин Анатолий Михайлович - генеральный директор, Производственное предприятие Шахтной электроаппаратуры, (ООО "ПП ШЭЛА"); e-mail: shela@shela71.ru Петров Геннадий Михайлович - кандидат технических наук, профессор кафедры "Электрификация и энергоэффективность горных предприятий", e-mail: petrovgm@mail.ru Кутепов Антон Григорьевич - аспирант кафедры "Электрификация и энергоэффективность горных предприятий", e-mail: antkut@mail.ru Московский государственный горный университет.
А
UDC 622.012.2
CONTEMPORARY APPROACH TO THE LIGHTING IN THE UNDERGROUND MOUNTAIN WORKINGS
Istomin A.M., Mine Electrics Production Plant LLC; e-mail: shela@shela71.ru Petrov G.M., Candidate of Engineering Sciences, Professor, e-mail: petrovgm@mail.ru KyrenoB A.r., Graduate Student, e-mail: antkut@mail.ru Moscow State Mining University, Russia, ud@msmu.ru
Artificial lighting in different industries consumes up to 20% energy, and energy consumption grows year by year. For example, by the expert appraisement of the International Energy Agency, general electric energy consumption in 2025 will be twice as much as in 2010. Based on the analysis of capacity of various light sources, the present study shows that the lowest energy is consumed by LED lamps characterized by long durability, low energy consumption and high mechanical strength.
Mine lighting, considering mine specifics and operating conditions, must use purpose-made mine lamps. This article reviews designs and performance of lamps of model types LSP and NSR widely used in mine lighting. Mine lighting networks are generally supplied by lighting equipment models AOSh-4, AOSh-2.5 and A0Sh-5.0. The LED lamps allow appreciable reduction in rated lighting network power and diminution of cable section, which calls for design and manufacture of lower power lighting equipment.
Key words: illumination, light-emitting diode lamps, lighting transformers, aggregates and apparatuses, underground mountain workings.
REFERENCES
1. Federal Law No. 261-FZ. Energy Saving, Energy Efficiency Enhancement and Amendment of Some of RF Enactments, as of November 23, 2009.
2. Safety Regulations No. 03-428-02. Underground Construction Safety Regulations, 2001.
3. Petrov G.M., 2008. Electrification of Urban Underground Facilities: Educational Aid. Moscow: Gor-naya Kniga Publishing House. P. 210.
4. Lighting Equipment Models AOSh-2.5, A0Sh-5.0. Operation Instructions. 2010. Tula: PP SHELA LLC. P. 22.
