ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ

Выбор навигационного фонаря и пример расчета химических источников тока (ХИТ) для фонарей типа БЭПА (Бесконтактный ЭлектроПроблесковый Аппарат) производства АО «Техномарин»

Наименьшей силой света среди фонарей БЭПА производства АО «Техномарин» обладают фонари красного и желтого цвета. Это связано с технологией производства кристаллов светодиодов. Дальнейший пример приведен для данного случая. Методика расчета приведена поэтапно.

Рассмотрим наиболее интересующий случай: расчет химических источников тока (ХИТ) для плавучих предостерегательных знаков (ППЗ).

1. Необходимо определиться с выбором цвета свечения и гарантированной дальностью видимости и режима работы (проблеска).

Например, нам необходимо: красный цвет свечения; дальность видимости не менее 5 км; режим проблеска группочастопроблесковый (проблеск+(пауза)=период, с): (1+(0,5)+1+(0,5)+1+(0,5)+1+(6,5)=12,0) с; продолжительность навигации 200 суток (май-ноябрь); средняя продолжительность темного времени суток 10 часов.

2. Если с цветом свечения все понятно, то как определиться с дальностью видимости?

Дальность видимости пропорциональна силе света. Сила света – это физическая величина, измеряется в канделах, а значит ее можно рассчитать. Необходимую силу света огня, обеспечивающую требуемую дальность видимости, следует определять по формуле (МППСС-72 Прил.1 п.8):

I=3,43 х 106 х T х D2 х K-D,

где: I — сила света в эксплуатационных условиях, кд; Т — световой порог, равный 2 х 10-7 лк; D — требуемая дальность видимости огня, морские мили (1м=1,852 км); К — коэффициент прозрачности атмосферы.

Но возникает вопрос, что такое коэффициент прозрачности атмосферы?

Смотри таблицу ниже:

В регламентирующих документах по судоходству данная величина разнится. На морских картах, а также в книгах «Огни и знаки», данный коэффициент определяется как 0,8. В ГОСТ 26600 фигурируют два значения: 0,7 и 0,84. Необходимо пользоваться значением, наиболее часто повторяющимся в месте установки ППЗ.

Рассчитаем некоторые значения силы света при наиболее часто применяемых значениях коэффициента прозрачности атмосферы и представим их в виде таблицы:

3. Для нашего примера определим силу света для обеспечения дальности видимости при коэффициенте прозрачности атмосферы К=0,84 по таблице.

Получаем значение, что сила света не может быть меньше ~ 8 кд. Следует помнить, что при ухудшении погодных условий уменьшается и коэффициент прозрачности атмосферы, а с ним соответственно и дальность видимости. Например, при небольшой дымке дальность видимости огня с силой света 8 кд будет уже около 4,2 км.

4. Исходя из полученных значений минимально необходимой (гарантированной) силы света, выбираем светосигнальный прибор. В случае с фонарями типа БЭПА выбираем круговой фонарь с силой света не менее 8 кд, красного цвета свечения. Из представленных на рынке фонарей типа БЭПА оптимально подходит «БЭПА-8М», сила света для красного цвета которого составляет 10 кд. 

5. Исходя из этого выбора и технических характеристик рассчитаем необходимый источник питания. Наиболее часто в качестве источников питания навигационных огней применяются одноразовые химические источники тока (ХИТ), в просторечии «батарейки».

6. Для начала определимся с мощностью потребления нашего фонаря. Согласно паспорту изделия БЭПА-8М максимальная мощность потребления 0,55 Вт. Но следует понимать, что данная мощность потребления будет соответствовать режиму проблеска, т.е. горения светодиода, как источника света. В паузе между проблесками БЭПА-8М потребляет 0,0002 Вт. 

Возникает вопрос: какая же средняя мощность потребления БЭПА-8М за период проблесковой характеристики?

Для расчета средней мощности потребления навигационного фонаря в конкретном проблесковом режиме необходимо вспомнить такое понятие как «скважность».

Сква́жность (в физике, электронике) — один из видовых признаков импульсных систем, определяющий отношение периода следования (повторения) импульса к его длительности. Величина безразмерная.

Определим скважность для нашего режима проблеска: группочастопроблесковый

(проблеск+(пауза)=период, с): 1+(0,5)+1+(0,5)+1+(0,5)+1+(6,5)=12,0

Сумма всех проблесков за период равна 4 с. Разделим период на сумму всех проблесков в нем: 12 с / 4 с = 3.

Т.е. скважность данного режима проблеска равна 3.

Чтобы рассчитать среднюю мощность потребления за период, необходимо максимальную мощность потребления разделить на скважность: 0,55 Вт / 3 ≈ 0,184 Вт

7. Рассчитаем энергоемкость, необходимую нам, исходя из наших данных: Продолжительность навигации 200 суток (май-ноябрь), Средняя продолжительность темного времени 10 часов в сутки. Общее количество часов активной работы за данный за период 200 суток будет равен: 

200 суток Х 10 часов = 2000 часов.

Умножим данное значение на среднюю мощность потребления фонаря, рассчитанную с учетом скважности:

2000 часов Х 0,184 Вт = 368 Вт*ч

Но есть еще время работы фонаря в светлое время суток, которое, соответственно, будет равно:

200 суток Х 24 часа в сутках – 2000 ч (время активной работы) = 2800 часов

Наш фонарь 2800 часов «спит» и в это время, согласно паспорту на изделие, потребляет 0,0002 Вт. Тогда его потребление в режиме сна за навигацию будет:

0,0002 Вт Х 2800 ч = 0,56 Вт*ч

Сложим значения потребления активного периода, периода сна и округлим в большую сторону до целого числа:

368 Вт*ч + 0,56 Вт*ч ≈ 369 Вт*ч

Полученное значение является минимальной энергоемкостью нашего источника питания.

8. Выберем необходимый нам ХИТ, исходя из типовых значений номинального напряжения данных элементов питания:

1,2 В, 2,4 В, 2,6 В, 3 В, 4 В, 5 В, 6 В.

При выборе ХИТ обязательно следует руководствоваться величиной конечного напряжения. Следует помнить, что, согласно паспорту на изделие, минимальное рабочее напряжение выбранного нами фонаря БЭПА-8М составляет 2 В, а максимальное — 6 В.

Пример: ХИТ с номинальным напряжением 1,2 В:

Поскольку 1,2 В напряжение ниже минимального рабочего для нашего фонаря, то придется 2 ХИТ соединять последовательно, соответственно получим номинальное напряжение данной сборки 2,4 В. В таком случае рассмотрим на примере подбор ХИТ с номинальным напряжением 2,4 В. Разделим требуемое значение минимальной энергоемкости нашего источника питания на номинальное напряжение ХИТ и получим минимально необходимую емкость:

369 Вт*ч / 2,4 В ≈ 154 А*ч

Необходимо учитывать саморазряд и температурный фактор. Чтобы сильно не углубляться в электрохимию, применим коэффициент 1,15, полученный эмпирическим (практическим) путем.

154 А*ч Х 1,15 ≈ 177 А*ч

Рассмотрим предложения на рынке источников тока основных производителей. Нам необходим ХИТ с параметрами: 2,4 В 177 А*ч: Наиболее близкий по параметрам ХИТ производства ОАО «Энергия» называется «Сигнал 2,6 В 180 А*ч», номинальным напряжением 2,6 В, тогда минимальная емкость должна быть не менее:

369 Вт*ч / 2,6 В ≈ 141,92 А*ч

Соответственно:

141,92 А*ч Х 1,15 ≈ 163 А*ч

Но конечное напряжение данного ХИТ 1,8 В, что ниже минимального рабочего напряжения выбранного нами фонаря БЭПА-8М. Рассчитаем, приблизительно, какую емкость отдаст ХИТ при разряде до напряжения 2 В. Для этого отнимем от значения номинального напряжения ХИТ значение конечного напряжения того же ХИТ:

2,6 В – 1,8 В = 0,8 В

Это значение рабочего «хода» напряжения. Рассчитаем соотношение данной величины и номинальной емкости ХИТ.

180 А*ч / 0,8 В = 225 А*ч на В

Т.е. данный ХИТ обеспечивает 225 А*ч на каждый Вольт рабочего «хода» напряжения. Конечное напряжение ХИТ ниже минимального рабочего напряжения выбранного нами фонаря БЭПА-8М на 0,2 В. Рассчитаем емкость, которая останется в ХИТ при достижении его напряжения 2 В.

0,2 В Х 225 А*ч = 45 А*ч

Получается, что данный ХИТ до отключения фонаря из-за низкого напряжения питания (ниже 2,0 В) отдаст в нагрузку всего:

180 А*ч(номинальная емкость) – 45 А*ч (остаточная емкость) = 135 А*ч

Данное значение емкости нас не устраивает, т.к. оно меньше необходимых нам 163 А*ч. И это главная ошибка большинства эксплуатантов. На практике им придется либо ставить 2 элемента ХИТ, что чересчур избыточно, либо менять ХИТ под конец навигации. Оба варианта ведут к неоправданным затратам.

Раз мы получили отрицательный результат, подбор ХИТ необходимо начать сначала. Для большего разнообразия давайте примем номинальное напряжение ХИТ, равное 5 В. Далее все, как описано выше:

369 Вт*ч / 5 В ≈ 73,6 А*ч

73,6 А*ч Х 1,15 ≈ 85 А*ч

Рассмотрим предложения на рынке источников тока основных производителей. Нам необходим ХИТ с параметрами: 5 В 85 А*ч:

Наиболее близкий по параметрам ХИТ производства ОАО «Энергия» называется «Сигнал 5В 90 А*ч», конечное напряжение данного ХИТ 3,8 В, что выше минимального рабочего напряжения выбранного нами фонаря БЭПА-8М, а значит емкость ХИТ будет использована полностью.

 Статья для скачивания в формате PDF (486 КБ)

Статья носит рекомендательный характер. Ждем Ваших отзывов на электронный адрес support.sno@technomarine.ru

Назад