Straßenbeleuchtung ist ein wesentlicher Bestandteil der kommunalen Siedlungsökonomie. Die Kosten für diese Deckung machen bis zu 30-40 % aller Energieversorgungskosten aus. Um die Stromkosten zu senken und den Wartungskomfort des Beleuchtungssystems zu verbessern, werden neue Methoden eingeführt, darunter die automatisierte Steuerung der Straßenbeleuchtung.
Aufgaben der Automatisierung
Zu den Hauptaufgaben der Straßenbeleuchtungsautomatisierung gehören:
- ununterbrochene Beleuchtung von Straßen und Verkehrswegen;
- Gewährleistung von Energieeinsparungen bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung der Beleuchtungsqualität;
- Reduzierung der Wartungskosten von Beleuchtungssystemen.
Zur Umsetzung dieser Aufgaben werden sowohl autonome Geräte als auch Automatisierungssysteme eingesetzt.
Beleuchtungssysteme und ihre Eigenschaften
Die neuesten Elemente von Beleuchtungssystemen sind LED-Lampen, die sehr sparsam und zuverlässig sind. Doch die Umrüstung der Straßenbeleuchtung auf solche Lichtquellen wird viel Geld und Zeit kosten. Inzwischen werden die meisten Straßen von Gasentladungslampen beleuchtet.
Zur Steuerung solcher Lampen werden Vorschaltgeräte verwendet. Es gibt zwei Arten von Vorschaltgeräten:
- Induktion;
- elektronisch.
Mit Hilfe eines Induktionsvorschaltgeräts wird im Stromkreis ein Stromsprung erzeugt, wodurch im Moment des Einschaltens eine Hochspannung von 2-3 kV entsteht und die Gasentladungslampe gezündet wird. Während des Betriebs der Lampe begrenzt ein solches Vorschaltgerät, das eine Drossel ist, die Leistung.
Das Induktionsvorschaltgerät hat folgende Nachteile:
- das Vorhandensein einer sperrigen Drosselklappe und eines unzuverlässigen Starters;
- Flackern des Lichts mit der Netzfrequenz (Stroben);
- geringe Effizienz.
Gleichzeitig erhöht diese Art von Vorschaltgerät die Phasenverschiebung (verringert den cos φ). Um diesen Effekt zu korrigieren, müssen zusätzliche Kondensatoren eingebaut und Schaltungen zum Zählereinschalten von Lampen verwendet werden.
Ein elektronisches Vorschaltgerät ist ein elektronisches Gerät, das die Lampe zündet und die zum Brennen erforderliche Spannung an seinen Anschlüssen aufrechterhält.
Die Schaltung des elektronischen Vorschaltgeräts umfasst folgende Blöcke:
- Filter;
- Gleichrichter mit Glättungsfilter;
- Wandler;
- Gaspedal.
Der Filter dient zum Filtern von Störungen aus dem Netz und Störungen, die im Lampenstromkreis auftreten. Der Gleichrichter ist so ausgelegt, dass er eine konstante Spannung erhält, die den Wechselrichter versorgt.
Der Wechselrichter erzeugt Schwingungen mit einer Frequenz von 10-20 kHz. Die Last des Wechselrichters ist ein Transformator, der die Spannung zum Zünden der Lampe sowie die Spannung zum Aufrechterhalten des Brennens erzeugt.
Bei Verwendung eines elektronischen Vorschaltgeräts:
- Flackern wird eliminiert;
- die Helligkeit der Lampenstrahlung nimmt zu;
- die Abmessungen der Gerätekomponenten werden reduziert;
- ccd steigt;
- bei Verwendung des Breitenpulsmodulationsmodus ist es möglich, die Helligkeit einzustellen;
- die Lebensdauer der Lampen erhöht sich durch den programmierten Zündstart. Gleichzeitig wird zuerst die Kathode der Lampe erhitzt und dann der Lichtbogen gezündet.
Managementmethoden
Die Straßenbeleuchtung kann auf folgende Weise gesteuert werden:
- Handbuch;
- Lichtsensor;
- Timer;
- Mikroprozessorsysteme.
Die manuelle Steuerung der Straßenbeleuchtung ist das Ein- und Ausschalten der Stromversorgung nach einem bestimmten Zeitplan direkt an der Umspannstation durch den Betreiber. Der Nachteil ist der Einsatz von zusätzlichem Personal und unbequeme Arbeitsbedingungen.
Der Lichtsensor steuert das Einschalten von Lampen basierend auf der Intensität des natürlichen Sonnenlichts. Nachteile:
- Einschränkungen bei der Sensorkalibrierung;
- Einwirkung von Staub, Schmutz und Schnee auf den Sensor;
- Unmöglichkeit, energiesparende Methoden anzuwenden.
Das Zeitrelais orientiert sich an den eingestellten Zeitparametern. Daher der Hauptnachteil einer solchen Straßenbeleuchtungssteuerung:
- ständige Anpassung der Relaiseinstellungen unter Berücksichtigung der Tages- und Nachtlänge in den Jahreszeiten.
Am weitesten fortgeschritten sind Steuerungssysteme, die Prozessoren verwenden, und insbesondere automatische Steuerungssysteme (ACS). Zu den typischen automatischen Steuersystemen gehören:
- Server;
- automatisierte Arbeitsplätze;
- Modems und Kommunikationsleitungen mit Steuerobjekten;
- Schränke und Steuereinheiten für Lichtquellen.
Wie das ACS funktioniert
Die Straßenbeleuchtungssteuerung erfüllt folgende Aufgaben:
- automatische und manuelle Steuerung. Es umfasst die Befehle des Dispatchers und die Abrechnung der Messwerte des Lichtsensors usw.
- Kontrolle des Betriebs von Startvorrichtungen;
- automatische Entfernung und Fixierung von Netzwerkmesswerten. Dadurch ist es möglich, den Betrieb des Beleuchtungssystems zu analysieren, einschließlich der Feststellung von durchgebrannten Lampen, direkt in der Versandzentrale, ohne zum Standort gehen zu müssen.
Bei der Steuerung nach Zeitplan werden die Lampen nach Datum und Uhrzeit eingeschaltet. Nach Eingabe des Zeitplans kann das automatische Steuerungssystem die Beleuchtung das ganze Jahr über ohne Eingriff des Bedieners steuern.
Nach der Bildung der Software wird der Steuerbefehl über die Kommunikationsleitung an das Vorschaltgerät übertragen, das in diesem Fall die ausführende Einrichtung darstellt.
Als Kommunikationsleitungen werden verwendet:
- Niedrigstrom-Kommunikationsleitungen (Twisted Pair);
- Funkkommunikation;
- zellulare Kommunikation;
- Übertragung eines HF-Signals über ein Kabel.
Dabei werden jeweils die Vor- und Nachteile der Kommunikationsleitung berücksichtigt. Wenn Sie beispielsweise Twisted Pair verwenden, können Sie Befehle an jede Lampe senden, aber dazu muss für jede Lampe eine eigene Einheit installiert sein. Gleichzeitig erfordert eine solche Linie eine obligatorische Einstellung des Timers.
Eine Kommunikationsleitung, die GSM verwendet, erfordert keine großen Kosten für ihre Implementierung, aber SIM-Karten sind für ihren Betrieb erforderlich und der Betreiber muss für ihre Nutzung bezahlt werden.
Eine solche Kommunikationsleitung funktioniert nur im Abdeckungsbereich des Kommunikationsbetreibers und ihre Zuverlässigkeit hängt von der Belastung des GSM-Systems durch andere Benutzer ab.
Die Verwendung von Stromkabeln zur Übertragung von Befehlen kann bei Kabelbruch zu Fehlern führen. Die Länge einer solchen Kommunikationsleitung sollte nicht mehr als 1 km betragen.
Bei der Nutzung eines Funkkanals benötigen Sie Sende- und Empfangsgeräte, deren Betrieb dem Einfluss von Funkstörungen oder dem Einfluss von Zonen ohne Signal unterliegen kann.
Je nach Servicemöglichkeiten kann eine Twisted-Pair-Kommunikationsleitung in einer Kleinstadt oder einem großen Stadtgebiet, eine GSM-Kommunikationsleitung – in einer Stadt oder dem nächsten Vorort, eine Stromkabel-Kommunikationsleitung – innerhalb eines Blocks und ein Funkgerät verwendet werden Linie – in einer Stadt, Vororten und entlang von Autobahnen.
Beleuchtungsautomatisierungsausrüstung
Zusammen mit ACS-Mitteln werden die folgenden Geräte verwendet, um die Beleuchtung einer Straße, eines Hauses oder eines Vorortbereichs zu steuern:
- Lichtsensor;
- Bewegungssensor;
- Timer;
- astronomisches Relais;
- Dimmer.
Lichtsensor
Der Lichtsensor (Dämmerungsschalter) dient zum automatischen Ein- und Ausschalten der Beleuchtung in Abhängigkeit von der Beleuchtung des Bereichs.
Das Funktionsprinzip dieses Sensors besteht darin, dass der Lichtfluss das lichtempfindliche Element (Fotowiderstand, Fototransistor, Fotodiode) beeinflusst, das in der elektronischen Schaltung enthalten ist. Infolge der Änderung des im Stromkreis fließenden Stroms wird das in diesem Stromkreis enthaltene Relais aktiviert. Die Relaiskontakte öffnen und die Lampe erlischt.
Die Hauptmerkmale des Lichtsensors:
- Leistung oder Laststrom;
- Auslöseschwelle;
- Aktivierungsverzögerung;
- Stärke des Schutzes.
Der wichtigste Parameter des Sensors ist die Lastleistung. Bei der Auswahl eines Sensors muss die Leistung der Lampe gleich oder kleiner als die zulässige Leistung sein. Diese Leistung liegt bei den meisten Industriesensoren im Bereich von 1,5-2 kW.
Die Auslöseschwelle des Sensors wird durch Beleuchtung bestimmt. Bei den meisten Lichtsensoren kann dieser Parameter angepasst werden. Sein Wert reicht von 2 bis 200 Lux.
Bei der Einstellung der Empfindlichkeit des Sensors ist zu berücksichtigen, dass eine Beleuchtung von 5 Lux der Dunkelheit entspricht, bei der einzelne Objekte unterschieden werden können, und bei einer Beleuchtung von 2 Lux völlige Dunkelheit eintritt.
Die Triggerverzögerung soll den Trigger des Sensors vor Fehlsignalen schützen, die beispielsweise auftreten, wenn ein Schatten von einem Baum oder Licht von Scheinwerfern in den Arbeitsbereich des Sensors fällt. Diese Verzögerung beträgt 15-60 Sekunden.
Wenn der Sensor im Freien platziert wird, kann er durch Staub oder Feuchtigkeit beeinträchtigt werden. Daher sollten Lichtsensoren eine höhere Schutzart haben (nicht schlechter als IP44).
Bewegungssensoren
Neben Lichtsensoren werden Bewegungssensoren eingesetzt, um die Beleuchtungssteuerung auf der Straße zu automatisieren. Sensoren können sowohl eingebaut als auch entfernt sein.
Das Funktionsprinzip solcher Sensoren besteht darin, auf das Erscheinen eines sich bewegenden Objekts zu reagieren. Für die gängigsten Infrarotsensoren werden Informationen über die Änderung der Lichtemission im IR-Bereich verwendet. Die Hauptparameter solcher Sensoren:
- Ladeleistung;
- Aktionsradius;
- Blickwinkel;
- Aktivierungsverzögerungszeit.
Nach der Installation eines solchen Sensors werden seine Parameter angepasst. In den meisten Modellen von Bewegungsmeldern wird Folgendes geregelt:
- Empfindlichkeit (SENS);
- Beleuchtung (LUX);
- Verzögerungszeit (TIME).
Mit Hilfe der ersten Einstellung wird die Reichweite der Sensoraktivierung eingestellt, mit Hilfe der zweiten – die Aktivierungsschwelle je nach Beleuchtung, mit Hilfe der dritten – die Dauer der Sensoraktivierungszeit.
Timer
Der Timer umfasst das Ausschalten der Beleuchtung basierend auf bestimmten Stunden des Tages. Der Nachteil ist die Notwendigkeit, das Gerät aufgrund des täglichen Wechsels der Sonnenauf- und -untergangszeit einzustellen.
Eine genauere Option ist eine digitale astronomische Uhr, die ein Programm zur Bestimmung der Zeit des Sonnenuntergangs und des Sonnenaufgangs basierend auf dem Breiten- und Längengrad des Arbeitsplatzes der Lichtquelle hat. Entsprechend dieser Information wird die Beleuchtung ein- und ausgeschaltet.
Ein solcher Timer kann eine rein aktive Last mit einem Strom von 16 A schalten (beim Schalten einer induktiven Last beträgt dieser Strom 4 A). Um leistungsstärkere Beleuchtungslampen anzuschließen, muss ein Magnetstarter angeschlossen werden. In die Schalttafel können astronomische Zeitschaltuhren eingebaut werden, deren Schutzgrad IP20 nicht überschreitet.
Dimmer
Autonome Dimmer werden für kleine Beleuchtungssysteme verwendet, für die es wirtschaftlich unrentabel ist, eine zentralisierte Helligkeitssteuerung von Beleuchtungslampen zu verwenden.
Beispielsweise kann ein Dimmer vom Typ K2303 die Beleuchtung nachts in einen reduzierten Energieverbrauchsmodus schalten (bis zu 75-50 % des Nennwerts). Dadurch können Sie den Energieverbrauch einsparen.
Der Dimmer kann sowohl mit Gasentladungslampen als auch mit LEDs arbeiten. Das Gerät wird in jede Straßenbeleuchtung eingebaut. Mit Hilfe spezieller Schalter an den Dimmern wird die Betriebsart sowie der Zeitplan für das Umschalten auf reduzierte Leistung eingestellt. Diese Art von Dimmer kann auch mit einem Bewegungssensor arbeiten. Wenn sich gleichzeitig keine sich bewegende Person oder kein Auto im Bereich des Sensors befindet, brennen die Beleuchtungslampen schwach, und wenn ein sich bewegendes Objekt erscheint, brennen sie mit voller Leistung.
Schlussfolgerungen
- Zur Steuerung von Straßenbeleuchtungen, bei denen Gasentladungslampen mit Induktion oder elektronischem Vorschaltgerät verwendet werden, können sowohl separate autonome Automatisierungsmittel als auch komplexe automatische Steuerungssysteme verwendet werden.
- Licht, Bewegungsmelder, Zeitrelais und Dimmer werden als autarke Mittel der Lichtautomatisierung eingesetzt.
- Schwachstrom-Kommunikationsleitungen, Mobilfunk-Kommunikationsleitungen, Kommunikationsleitungen mit Stromkabeln und Funkleitungen können verwendet werden, um die Kommunikation zwischen dem Beleuchtungssteuerpunkt und den Lampen sicherzustellen.