Радуга цветов изоляции проводов в свете светодиодного освещения

Свет как всеобщее средство видимого проявления предметности вообще.
Гегель. «Эстетика»

Современный этап развития человеческого общества характеризуется значительным прогрессом интеллектуальных технологий, стремлением людей не только управлять электропотребляющими приборами и оборудованием на расстоянии, но и контролировать его работу. В связи с этим происходит усложнение сетей электроснабжения и связи жилых и промышленных объектов, требующее применения новых подходов к организации их монтажа и обслуживания. Одним из способов сокращения временных и материальных затрат на устройство и обслуживание таких сетей является применение проводов и кабелей с цветной изоляцией. Это также позволяет осуществлять наглядный контроль правильности их монтажа. Цвет изоляции проводов оговаривается в ГОСТах, а разнообразие цветов согласуется между производителем и заказчиком.

При устройстве трёх- и четырёхпроводных сетей, как правило, вопросов не возникает. Ошибки в подключениях происходят в основном из-за собственной невнимательности электромонтажника или электромеханика.

Другое дело — устройство многопроводных распределительных сетей, в которых ошибки в соединительных коробках, муфтах и панелях довольно частое явление. Особенно часто такие ошибки возникают в соединениях внутри распаянных коробок и щитов, расположенных в затемнённых местах (тоннели, коллекторы, глубокие ниши и т.п.). При производстве работ в таких местах рабочие используют, как правило, переносные источники света. Причём в нормативных документах на провода не оговаривается, при каком источнике света осуществляется контроль цвета изоляции провода (рис. 1).

Рис. 1. Изменение цветовосприятия контрольных образцов в зависимости от коэффициента цветопередачи источника света

Известно, что спектр света определяет цвет. Все источники света характеризуются индексом цветопередачи R_a (коэффициент цветопередачи) — параметром, определяющим уровень соответствия естественного цвета тела видимому (кажущемуся) цвету при освещении его данным источником света.

Известно также, что наилучшее цветовосприя-тие человеческим глазом происходит при солнечном свете, а при свете от натриевых ламп цвет отдельных контрольных образцов не распознается. Цветовосприятие от светодиодных источников до конца не изучено, что требует осторожного применения светильников на их основе. В связи с этим необходимо внимательно относиться к применению светодиодных светильников, рекомендуемых на основе нормативов R_a. Следует иметь в виду, что приводимая в ряде нормативов величина R_a даёт усреднённую характеристику цветопередачи, получаемую на группе из n-контрольных образцов, для которых определены частные индексы цветопередачи R_i.

Определение общего индекса цветопередачи R_a по формуле:

где R_i — частный индекс цветопередачи i контрольных образцов;
п — количество контрольных образцов.

где ΔЕ_а — величина, рассчитанная по цветовым координатам образца, освещённого исследуемым источником, и цветовым координатам того же образца относительно выбранного контрольного освещения, определённым методом хроматического пересчёта по фон Крису.

Частные индексы цветопередачи R_i (рис. 2) определяются для 8 контрольных образцов МКО [1] с умеренной насыщенностью цвета и 6 образцов МКО с высокой насыщенностью цвета.

Рис. 2. Частные индексы цветопередачи R_i для восьми контрольных образцов МКО с умеренной насыщенностью цвета (а) и шести образцов с высокой насыщенностью цвета (б)

Обобщённые показатели цветопередачи с указанием их частных значений приведены на рис. 3 для светодиодных ламп, которые идут на смену ламп накаливания.

а) для лампы накаливания

б) для светодиодной лампы

Рис. 3. Значения общих и частных показателей цветопередачи для стандартных образцов по МКО для лампы накаливания (а) и светодиодной лампы (б)

Обобщённый коэффициент цветопередачи хорошо зарекомендовал себя при необходимости сравнения между собой источников света и дизайнерских решений, но он крайне бесполезен, когда нужно проводить работы по трассировке большого количества электропроводов с цветной изоляцией. Риск перепутать цвета изоляции очень большой. Ошибка может угрожать не только крупными материальными потерями, но и жизни людей.

Как отмечалось выше, изоляция электропроводов и кабелей имеет конкретные цвета, которые определены ГОСТами:

• ГОСТ Р 53768-2010. Провода и кабели для электрических установок на номинальное напряжение до 450/750 В включительно. Общие технические условия;
• ГОСТ 6323-79 (СТ СЭВ 587-87). Провода с поливинилхлоридной изоляцией для электрических установок. Технические условия;
• ГОСТ Р 50462-2008 (МЭК 604462007). Базовые принципы и принципы безопасности для интерфейса человек — машина, выполнение и идентификация. Идентификация проводников посредством цветов или буквенно-цифровых обозначений;
• ГОСТ МЭК 60204-1-2002. Электрооборудование машин и механизмов;
• ГОСТ Р 50462-92 (МЭК 446-89). Идентификация проводников по цветам или цифровым обозначениям;
• ГОСТ 7399-97. Провода и шнуры на номинальное напряжение до 450/750 В (часть 2) и т.п.;
• ГОСТ 7399-97. Цвет оболочки (изоляции шнуров без оболочки), оплётки проводов;
• ГОСТ Р 53768-2010. Провода и кабели для электрических установок на номинальное напряжение до 450/750 В включительно. Общие технические условия;
• ГОСТ 6323-79 (СТ СЭВ 587-87). Провода с поливинилхлоридной изоляцией для электрических установок. Технические условия;
• ГОСТ Р 50462-2008 (МЭК 604462007). Базовые принципы и принципы безопасности для интерфейса человек — машина, выполнение и идентификация. Идентификация проводников посредством цветов или буквенно-цифровых обозначений;
• ГОСТ МЭК 60204-1-2002. Электрооборудование машин и механизмов;
• ГОСТ Р 50462-92 (МЭК 446-89). Идентификация проводников по цветам или цифровым обозначениям;
• ГОСТ 7399-97. Провода и шнуры на номинальное напряжение до 450/750 В (часть 2) и т.п.

Примеры распределения цвета оболочки (изоляции шнуров без оболочки), оплётки некоторых про водов и шнуров представлены в табл. 1, а их многообразие — на рис. 4.

Табл. 1. Примеры распределения цвета оболочки (изоляции шнуров без оболочки), оплётки некоторых проводов и шнуров

* Предпочтительный цвет внешнего слоя изоляции шнура марки ШВД — зелёный. Цвет внутреннего слоя должен быть
контрастным по отношению к внешнему слою.
** При заказе провода марки ПРС с оболочкой любого цвета, кроме чёрного и серого, к марке провода прибавляют букву «ц»: ПРСц.

Рис. 4. Многообразие цвета и оттенков изоляций электрических проводов в состоянии поставки (а) и при монтаже (б)

Определение цвета изоляции провода очень важно при работах по устранению аварийных ситуаций в электросети методом коммутации многоцветных проводов в распределительных коробках и щитах.

При этом всё чаще используются аварийные источники освещения и фонари на светодиодах, которые приходят на смену осветительным приборам с лампами накаливания.

На рис. 5 приведён пример цветовой радуги изоляции электропроводов при естественном освещении и светодиодном свете.

Рис. 5. Цвета изоляции проводов при солнечном свете (а), при свете светодиодного фонарика (б), при тёплом белом светодиодном свете (в)

Пример, представленный на рис. 5, показывает, как от коррелированной цветовой температуры светодиодного освещения искажается воспринимаемый глазом конкретный цвет изоляции проводов, что приводит к неправильному определению цвета изоляции проводов и является предпосылкой к аварии в сети.

Исходя из этого очень важно правильно выбрать светильник (фонарик) для освещения места работы. В первую очередь он должен учитывать цветовую температуру и кривую спектра источника света, параметры которых позволят с высокой достоверностью определить цвета и оттенки цветов изоляции проводов во всей своей совокупности. Эта совокупность цветов образует палитру, которую нужно распознать с точностью вероятности, равной единице.

Для формирования требований к такому источнику света применим метод аналогов [3], разработанный в США. В его основе лежит экспертная оценка восприятия цветовой гаммы объекта при различных источниках света. Впервые этот метод был применён для выбора систем и источников освещения Национальной галереи искусств США. В экспертную группу входили известные художники, хранители музея и главный дизайнер по освещению. В результате проведённых экспериментов был выбран источник света с цветовой температурой 3500 К и формой спектра, который находится между спектром лампы накаливания и галогенной лампы.

При работах, связанных с монтажом и обслуживанием многоцветных распределительных сетей электроснабжения и связи, для сотрудника существует ещё одна опасность — повышенные нагрузки на зрительные органы — глаза. Чрезмерная нагрузка на глаза может привести к ослаблению или потере зрения.

Известно, что распознание цвета происходит наилучшим образом днём при солнечном свете. При этом у человека работает центральное цветное зрение и зрачковый рефлекс глаза человека адекватен силе и спектру света. Это обеспечивает ему наилучшее цветоощущение и остроту зрения, что очень важно при монтаже проводов с цветной изоляцией. На рис. 6 приведены спектры солнечного света, света от лампы накаливания, люминесцентной лампы и светодиодного светильника (фонарика и т.п.).

Рис. 6. Спектры традиционных и светодиодных источников света

Из сравнительной оценки спектров светодиодной лампы и ламп традиционного освещения (ламп накаливания и люминесцентных лам) видно, что в области 480 нм имеется провал спектра у всех энергосберегающих ламп при наличии большого всплеска синего при 460 нм [2]. Провал в спектре на 480 нм является главным отличием светодиодного света от солнечного, а большой выброс на 460 нм отличает его от люминесцентного и света от ламп накаливания. Проведённые исследования показали, что в этом диапазоне излучения находятся максимумы чувствительности недавно открытого светочувствительного рецептора — меланопсина, который управляет зрачком глаза на его закрытие. Спектр света влияет на его восприятие и участвует в управлении зрачком. Меланопсин имеет два пика максимальной фоточувствительности — М1 ВгпЗЬ- на 460 нм и М1 Brn3b+ на 480 нм.

Обобщённые результаты сравнения спектров света от различных источников приведены в табл. 2.

Табл. 2. Обобщённые результаты сравнения спектров света от различных источников

* Требуемые уровни освещённости для ламп накаливания и люминесцентных ламп взяты из норм СН 245-63. Эти источники света имеют разные спектры, и как следствие — разные требуемые уровни освещённости.
** «...при светодиодном свете зрачок расширен больше, чем при аналогичном освещении солнечным светом — сетчатка получит более высокую дозу энергии синего цвета». Ensuring safety in LED lighting — 11/8/2012 [3].

Последние исследования, проводимые в разных странах мира, по влиянию различных искусственных источников света на человека показали, что энергосберегающие лампы и лампы на светодиодах имеют резкий спад (большой провал) в спектре на 480 нм. В диапазоне максимальной чувствительности глаза (мела-нопсин — 460-480 нм) спектральные характеристики светодиодных ламп и ламп накаливания пересекаются, образуя крест, который назван меланопсиновым [2]. На рис. 7 представлено графическое представление эффекта меланопсинового креста при сравнении спектра светодиода и лампы накаливания.

Основное соотношение эффекта меланопсинового креста можно представить как неравенство вида: I_460нм  ≤ I_480нм ,
где I_460нм — амплитуда яркости при 460 нм; I_480нм — амплитуда яркости при 480 нм.

При солнечном свете соотношение различных составляющих его спектров является адекватным и не приводит к излишней напряжённости глаза человека, даже при возможном появлении эффекта мала-нопсинового креста. При большой дозе синего в спектре освещения меланопсин М1 Brn3b+ формирует сигнал на уменьшение диаметра зрачка. Тем самым уменьшает энергетическую освещённость сетчатки глаза, защищая её от воздействия большой дозы синего света.

Рис. 7. Меланопсиновый крест на пересечении кривых спектров ламп накаливания и светодиодов в диапазоне от 460 до 480 нм

При светодиодном освещении (синий кристалл — жёлтый люминофор) такое соотношение не соблюдается, так как в спектре такого источника света есть провал. При большой дозе синего в спектре меланопсин М1 Brn3b+ не формирует сигнал на уменьшение диаметра зрачка. Тем самым большая часть синего света светодиода попадает на сетчатку глаза. (Подробно можно ознакомиться в новой редакции руководства «Обеспечение безопасности при светодиодном освещении» 11/8/2012.) В названном Руководстве указано: «...при светодиодном свете зрачок расширен больше, чем при аналогичном освещении солнечным светом — сетчатка получит более высокую дозу энергии синего цвета».

После утверждения СанПиН специалисты лаборатории профессионального отбора и психофизиологии и реабилитации ФГУП ВНИИЖГ Роспо-требнадзора провели исследования по влиянию светодиодного света и света от штатных ламповых светильников на психофизиологическое состояние человека (машиниста подвижного состава РЖД). Метрологическую оценку светильников и рабочего места проводили ведущие специалисты по охране труда ВНИИЖТ РЖД, которые реализуют программу по внедрению светодиодного освещения на объектах РЖД. В ходе проведённых исследований выявлены случаи, когда испытуемые в условиях светодиодного освещения перепутывали цвета сигналов [4]. Проблемами правильности определения астронавтами МКС цвета сигналов и изоляции проводов в условиях светодиодного освещения озабочены специалисты NASA.

Учитывая эффект открытия меланопсинового креста, такие фирмы — изготовители светодиодов, как SORAA, Electrospell LED и ООО «НПЦОЭП «ОПТЭЛ», разработали новое поколение светодиодов, спектр света которых адаптирован для глаз человека и имеет спектры, как у лампы накаливания или галогенной лампы. Это новое поколение светодиодов по спектру приближено к спектру солнечного света [5].

ВЫВОДЫ

Неправильно подобранное освещение рабочего места при работах по монтажу и обслуживанию узлов распределения многожильных кабельных линий приводит к возникновению ошибок в соединениях отдельных проводов, а также оказывает неблагоприятное влияние на зрительные органы работника. Особенно это касается освещения с применением светодиодных источников света.

В связи с этим:

• в ГОСТах и Технических условиях на электрические провода необходимо указывать типы источников света, которые позволяют с высокой достоверностью определять каждый цвет изоляции провода;
• службам по ремонту и восстановлению распределительных электросетей, сетей связи и т.п. применять только фонари и дежурную (аварийную) подсветку с источником света, рекомендованные производителем кабельной продукции;
• в инструкциях по эксплуатации и ремонту распределительных коробок, силовых щитов и т.п. указывать, при каком освещении необходимо проводить монтаж проводов с многоцветной изоляцией;
• в Европе уже новая концепция NEWLED и при этом ставится задача получения CRI (>95) максимальной цветопередачи при ограничении более 200 лм/Вт.

ЛИТЕРАТУРА

1. Официальные рекомендации Международной комиссии по освещению (МКО), публикация МКО № 2.2 (ТС-1.6). Цвета световых сигналов, определённых методом хроматического пересчёта по фон Крису.
2. Дейнего ВН., Капцов В.А. Гигиенические проблемы влияния светодиодного освещения на функции глаза человека. Материалы пленума «Научно-методологические и законодательные основы совершенствования нормативно-правовой базы профилактического здравоохранения. Проблемы и пути их решения», 13-14 декабря 2012 г. Под редакцией академика РАМН Ю.А. Рохманина.
3. Дневной свет: как его воспринимает человеческий глаз? http://www.rkstroy.ru/consutt/dnevnoy_svet.
4. Ensuring safety in LED lighting — 11/8/2012 http://www.smartgroup.org/industry-news/ensuring-safety-in-led-lighting/h.
5. Дейнего ВН. Выбор концепции построения безопасной и энергосберегающей системы освещения. Не имеющий стратегии — жертва чужой тактики! «КАБЕЛЬ-news», №2, 2012, с. 50-64.