Pouliční osvětlení je významnou součástí komunální ekonomiky sídel. Náklady na toto krytí tvoří až 30-40 % všech nákladů na dodávku energie. Pro snížení nákladů na elektřinu a zlepšení komfortu údržby osvětlovací soustavy se zavádějí nové metody, včetně automatizovaného řízení pouličního osvětlení.
Úkoly automatizace
Mezi hlavní úkoly automatizace veřejného osvětlení patří:
- nepřetržité osvětlení ulic a dopravních komunikací;
- zajištění úspor energie při zachování kvality osvětlení;
- snížení nákladů na údržbu osvětlovacích systémů.
K realizaci těchto úkolů se používají jak autonomní zařízení, tak automatizační systémy.
Osvětlovací soustavy a jejich vlastnosti
Nejnovějšími prvky osvětlovacích systémů jsou LED lampy, které jsou velmi ekonomické a spolehlivé. Přestavba pouličního osvětlení na takové světelné zdroje si ale vyžádá spoustu peněz a času. Mezitím je většina ulic osvětlena plynovými výbojkami.
K ovládání takových lamp se používají předřadníky. Existují dva typy předřadníků:
- indukce;
- elektronický.
Pomocí indukčního předřadníku se v obvodu vytvoří proudový skok, díky kterému v okamžiku zapnutí dojde k vysokému napětí 2-3 kV a dojde k zapálení plynové výbojky. Při provozu lampy omezuje výkon takový předřadník, kterým je tlumivka.
Indukční předřadník má následující nevýhody:
- přítomnost objemné škrticí klapky a nespolehlivého startéru;
- blikání světla s frekvencí sítě (strobing);
- nízká účinnost.
Tento typ předřadníku zároveň zvyšuje fázový posun (snižuje cos φ). K nápravě tohoto efektu je nutné zařadit další kondenzátory a použít obvody pro čítačové rozsvícení lamp.
Elektronický předřadník je elektronické zařízení, které zapaluje lampu a na jejích svorkách udržuje napětí potřebné pro hoření.
Obvod elektronického předřadníku obsahuje následující bloky:
- filtr;
- usměrňovač s vyhlazovacím filtrem;
- střídač;
- plynu.
Filtr je navržen tak, aby filtroval rušení ze sítě a rušení, ke kterému dochází v napájecím obvodu lampy. Usměrňovač je navržen tak, aby získal konstantní napětí, které napájí střídač.
Střídač vytváří oscilace s frekvencí 10-20 kHz. Zátěž střídače je transformátor, který generuje napětí pro rozsvícení lampy a také napětí pro udržení hoření.
Při použití elektronického předřadníku:
- blikání je eliminováno;
- jas záření lampy se zvyšuje;
- rozměry součástí zařízení jsou zmenšeny;
- ccd se zvyšuje;
- při použití režimu šířkové pulzní modulace je možné upravit jas;
- životnost žárovek se zvyšuje díky naprogramovanému startu zapalování. Současně se nejprve zahřeje katoda lampy a poté dojde k zapálení oblouku.
Metody řízení
Pouliční osvětlení lze ovládat následujícími způsoby:
- manuál;
- světelný senzor;
- časovač;
- mikroprocesorové systémy.
Ruční ovládání pouličního osvětlení je zapínání/vypínání napájení podle určitého harmonogramu přímo na rozvodně pracovníkem. Nevýhodou je zapojení dalšího personálu a nepohodlné pracovní podmínky.
Světelný senzor řídí zapínání lamp na základě intenzity přirozeného slunečního světla. nevýhody:
- omezení v kalibraci senzoru;
- dopad na snímač prachu, nečistot a sněhu;
- nemožnost použití energeticky úsporných metod.
Časové relé je orientováno na nastavené časové parametry. Z toho vyplývá hlavní nevýhoda takového ovládání pouličního osvětlení:
- neustálá úprava nastavení relé s přihlédnutím k délce dne a noci v ročních obdobích.
Nejpokročilejší jsou řídicí systémy využívající procesory a zejména automatické řídicí systémy (ACS). Mezi typické automatické řídicí systémy patří:
- server;
- automatizovaná pracoviště;
- modemy a komunikační linky s řídicími objekty;
- skříně a řídicí jednotky světelných zdrojů.
Jak funguje ACS
Řídicí systém veřejného osvětlení plní následující úkoly:
- automatické a manuální ovládání. Zahrnuje příkazy dispečera a účtování odečtů světelného senzoru atd.
- řízení činnosti startovacích zařízení;
- automatické odstranění a fixace odečtů sítě. Díky tomu je možné přímo na dispečinku analyzovat provoz osvětlovací soustavy včetně stanovení vyhořelých svítidel, aniž by bylo nutné docházet na místo.
Při ovládání podle plánu se lampy rozsvěcují podle data a denní doby. Po zadání harmonogramu může automatický řídicí systém ovládat osvětlení po celý rok bez zásahu obsluhy.
Po vytvoření softwaru je řídicí příkaz po komunikační lince přenesen na předřadník, který v tomto případě představuje výkonný mechanismus.
Jako komunikační linky se používají:
- nízkoproudé komunikační linky (twisted pair);
- rádiová komunikace;
- mobilní komunikace;
- Přenos HF signálu přes kabel.
V každém případě se berou v úvahu výhody a nevýhody komunikační linky. Například při použití kroucené dvoulinky můžete posílat příkazy každé lampě, ale k tomu musí mít každá lampa nainstalovanou vlastní jednotku. Zároveň taková linka vyžaduje povinnou úpravu časovače.
Komunikační linka využívající GSM nevyžaduje velké náklady na její realizaci, ale pro její provoz jsou nutné SIM karty a za její používání je třeba platit operátorovi.
Taková komunikační linka funguje pouze v oblasti pokrytí komunikačního operátora a její spolehlivost závisí na zatížení GSM systému ostatními uživateli.
Použití napájecích kabelů k přenosu příkazů může vést k chybám, když se kabel přetrhne. Délka takové komunikační linky by neměla být větší než 1 km.
Při použití rádiového kanálu potřebujete vysílací a přijímací zařízení, jejichž provoz může být vystaven vlivu rádiového rušení nebo vlivu zón bez signálu.
Dle možností služby lze použít kroucenou dvojlinku v malém městě nebo velké městské části, komunikační linku GSM – ve městě nebo nejbližším předměstí, komunikační linku silového kabelu – v rámci bloku a rádio linka – ve městě, na předměstí a podél dálnic.
Zařízení pro automatizaci osvětlení
Spolu s prostředky typu ACS se k ovládání osvětlení ulice, domu nebo příměstské oblasti používají následující zařízení:
- světelný senzor;
- pohybový senzor;
- časovač;
- astronomické relé;
- stmívač
Světelný senzor
Světelný senzor (soumrakový spínač) je určen k automatickému zapínání a vypínání osvětlení v závislosti na osvětlení prostoru.
Princip činnosti tohoto snímače spočívá v tom, že světelný tok ovlivňuje světlocitlivý prvek (fotorezistor, fototranzistor, fotodioda), který je součástí elektronického obvodu. V důsledku změny proudu protékajícího obvodem se aktivuje relé obsažené v tomto obvodu. Kontakty relé se otevřou a kontrolka zhasne.
Hlavní vlastnosti světelného senzoru:
- výkon nebo proud zátěže;
- spouštěcí práh;
- zpoždění aktivace;
- stupeň ochrany.
Nejdůležitějším parametrem snímače je výkon zátěže. Při výběru snímače je nutné, aby výkon svítilny byl roven nebo menší než přípustný výkon. Tento výkon se u většiny průmyslových snímačů pohybuje v rozmezí 1,5-2 kW.
Spouštěcí práh senzoru je určen osvětlením. U většiny světelných senzorů lze tento parametr upravit. Jeho hodnota se pohybuje od 2 do 200 luxů.
Při nastavování citlivosti snímače je třeba vzít v úvahu, že osvětlení 5 luxů odpovídá tmavosti, při které lze rozlišit jednotlivé objekty, a při osvětlení 2 luxy nastává úplná tma.
Zpoždění spouště je navrženo tak, aby chránilo spoušť senzoru před falešnými signály, ke kterým dochází například, když do pracovní oblasti senzoru spadne stín ze stromu nebo světlo světlometů. Toto zpoždění se rovná 15-60 sekundám.
Pokud je snímač umístěn venku, může být ovlivněn prachem nebo vlhkostí. Světelné senzory by proto měly mít vyšší stupeň krytí (ne horší než IP44).
Pohybové senzory
Spolu se světelnými senzory se pohybové senzory používají k automatizaci ovládání osvětlení na ulici. Senzory mohou být jak vestavěné, tak vzdálené.
Principem činnosti takových senzorů je reagovat na vzhled pohybujícího se objektu. U nejběžnějších infračervených senzorů se využívá informace o změně vyzařování světla v IR oblasti. Hlavní parametry těchto senzorů:
- zátěžový výkon;
- rozsah působení;
- úhel pohledu;
- doba zpoždění aktivace.
Po instalaci takového snímače se upraví jeho parametry. U většiny modelů snímačů pohybu jsou regulovány následující:
- citlivost (SENS);
- osvětlení (LUX);
- čas zpoždění (TIME).
Pomocí první úpravy se nastavuje rozsah aktivace senzoru, pomocí druhé – práh aktivace podle osvětlení, pomocí třetí – doba trvání aktivace senzoru.
Časovač
Časovač zahrnuje vypínání osvětlení na základě určitých hodin dne. Nevýhodou je nutnost seřízení přístroje z důvodu každodenní změny času východu a západu slunce.
Přesnější možností je digitální orloj, který disponuje programem pro určení času západu a východu Slunce na základě zeměpisné šířky a délky místa působení světelného zdroje. V souladu s těmito informacemi se osvětlení zapíná a vypíná.
Takový časovač dokáže spínat čistě aktivní zátěž proudem 16 A (pro spínání indukční zátěže je tento proud roven 4 A). Pro připojení výkonnějších osvětlovacích lamp je nutné připojit magnetický startér. Do rozvaděče lze instalovat astronomické spínací hodiny, jejichž stupeň krytí nepřesahuje IP20.
Stmívače
Autonomní stmívače se používají pro malé osvětlovací systémy, pro které je ekonomicky nerentabilní používat centralizované řízení jasu světelných zdrojů.
Například stmívač typu K2303 dokáže v noci přepnout osvětlení do režimu snížené spotřeby energie (až 75-50 % jmenovité hodnoty). To vám umožní ušetřit spotřebu energie.
Stmívač může pracovat jak s plynovými výbojkami, tak s LED. Zařízení je instalováno v každém svítidle veřejného osvětlení. Pomocí speciálních spínačů na stmívačích se nastavuje provozní režim a také časový plán přepínání na snížený výkon. Tento typ stmívače může spolupracovat i s pohybovým senzorem. Současně, pokud se v oblasti senzoru nenachází žádná pohybující se osoba nebo auto, osvětlovací lampy budou hořet slabě a když se objeví pohybující se objekt, budou hořet na plný výkon.
Závěry
- Pro řízení pouličního osvětlení, ve kterém se používají výbojky s indukčním nebo elektronickým předřadníkem, lze použít jak samostatné autonomní prostředky automatizace, tak komplexní systémy automatického řízení.
- Světlo, pohybová čidla, časová relé a stmívače se používají jako autonomní prostředky automatizace osvětlení.
- Pro zajištění komunikace mezi bodem ovládání osvětlení a svítidly lze použít nízkoproudé komunikační linky, celulární komunikační linky, komunikační linky využívající silové kabely a rádiové linky.