L’illuminazione stradale è una parte significativa dell’economia comunale degli insediamenti. I costi per questa copertura rappresentano fino al 30-40% di tutti i costi di approvvigionamento energetico. Per ridurre i costi dell’elettricità e migliorare il comfort della manutenzione del sistema di illuminazione, vengono introdotti nuovi metodi, incluso il controllo automatizzato dell’illuminazione stradale.

Compiti dell’automazione

I compiti principali dell’automazione dell’illuminazione stradale includono:

  • illuminazione ininterrotta di strade e autostrade di trasporto;
  • garantire il risparmio energetico mantenendo la qualità dell’illuminazione;
  • riduzione dei costi di manutenzione degli impianti di illuminazione.

Per implementare queste attività, vengono utilizzate sia apparecchiature autonome che sistemi di automazione.
controllo dell'illuminazione stradale

Sistemi di illuminazione e loro caratteristiche

Gli ultimi elementi dei sistemi di illuminazione sono le lampade a LED, che sono molto economiche e affidabili. Ma la conversione dell’illuminazione stradale a tali sorgenti luminose richiederà molto tempo e denaro. Nel frattempo, la maggior parte delle strade è illuminata da lampade a scarica di gas.

I reattori sono usati per controllare tali lampade. Esistono due tipi di reattori:

  • induzione;
  • elettronico.

Con l’ausilio di un alimentatore a induzione, nel circuito si crea un salto di corrente, a causa del quale si verifica un’alta tensione di 2-3 kV al momento dell’accensione e si accende la lampada a scarica di gas. Durante il funzionamento della lampada, un tale alimentatore, che è uno strozzatore, limita la potenza.

Il reattore a induzione presenta i seguenti svantaggi:

  • la presenza di un acceleratore ingombrante e uno starter inaffidabile;
  • sfarfallio della luce con la frequenza di rete (strobing);
  • bassa efficienza.

Allo stesso tempo, questo tipo di reattore aumenta lo sfasamento (diminuisce cos φ). Per correggere questo effetto, è necessario includere condensatori aggiuntivi e utilizzare circuiti per contro l’accensione delle lampade.

Un reattore elettronico è un dispositivo elettronico che accende la lampada e mantiene la tensione necessaria per bruciare ai suoi terminali.

Il circuito del reattore elettronico comprende i seguenti blocchi:

  • filtro;
  • raddrizzatore con filtro levigante;
  • invertitore;
  • acceleratore.

Il filtro è progettato per filtrare le interferenze dalla rete e le interferenze che si verificano nel circuito di alimentazione della lampada. Il raddrizzatore è progettato per ottenere una tensione costante che alimenta l’inverter.

L’inverter produce oscillazioni con una frequenza di 10-20 kHz. Il carico dell’inverter è un trasformatore, che genera la tensione per accendere la lampada, nonché la tensione per mantenere la combustione.

Quando si utilizza un reattore elettronico:

  • lo sfarfallio viene eliminato;
  • la luminosità della radiazione della lampada aumenta;
  • le dimensioni dei componenti del dispositivo sono ridotte;
  • ccd aumenta;
  • quando si utilizza la modalità di modulazione dell’impulso latitudinale, è possibile regolare la luminosità;
  • la durata delle lampade aumenta grazie all’avvio programmato dell’accensione. Allo stesso tempo, il catodo della lampada viene prima riscaldato, quindi viene acceso l’arco.

Metodi di gestione

L’illuminazione stradale può essere controllata nei seguenti modi:

  • Manuale;
  • sensore di luce;
  • Timer;
  • sistemi a microprocessore.

Il controllo manuale dell’illuminazione stradale consiste nell’accendere / spegnere l’alimentazione secondo un determinato programma direttamente nella sottostazione da parte del lavoratore. Lo svantaggio è il coinvolgimento di personale aggiuntivo e condizioni di lavoro scomode.

Il sensore di luce controlla l’accensione delle lampade in base all’intensità della luce solare naturale. svantaggi:

  • limitazioni nella calibrazione del sensore;
  • impatto sul sensore di polvere, sporco e neve;
  • impossibilità di utilizzare metodi di risparmio energetico.
sensore di luce
Relè fotografico

Il relè temporizzato è orientato ai parametri temporali impostati. Da qui il principale svantaggio di tale controllo dell’illuminazione stradale:

  • regolazione costante delle impostazioni del relè, tenendo conto della durata del giorno e della notte nelle stagioni.

I più avanzati sono i sistemi di controllo che utilizzano processori e, in particolare, i sistemi di controllo automatico (ACS). I tipici sistemi di controllo automatico includono:

  • server;
  • posti di lavoro automatizzati;
  • modem e linee di comunicazione con oggetti di controllo;
  • armadi e unità di controllo della sorgente luminosa.

Come funziona l’ACS

Il sistema di controllo dell’illuminazione stradale svolge i seguenti compiti:

  • controllo automatico e manuale. Include i comandi del dispatcher e la contabilità delle letture del sensore di luce, ecc.
  • controllo del funzionamento dei dispositivi di avviamento;
  • rimozione e fissazione automatica delle letture di rete. Grazie a ciò è possibile analizzare il funzionamento del sistema di illuminazione, compresa la determinazione delle lampade bruciate, direttamente presso il centro di spedizione, senza recarsi sul posto.

Quando si controlla in base al programma, le lampade vengono accese in base alla data e all’ora del giorno. Dopo aver inserito il programma, il sistema di controllo automatico può controllare l’illuminazione durante tutto l’anno senza l’intervento dell’operatore.

Dopo la formazione del software, il comando di controllo sulla linea di comunicazione viene trasferito al ballast, che in questo caso rappresenta il meccanismo esecutivo.

Come vengono utilizzate le linee di comunicazione:

  • linee di comunicazione a bassa corrente (twisted pair);
  • comunicazioni radio;
  • comunicazione cellulare;
  • Trasmissione del segnale HF via cavo.

In ogni caso, vengono presi in considerazione i vantaggi e gli svantaggi della linea di comunicazione. Ad esempio, quando si utilizza il doppino intrecciato, è possibile inviare comandi a ciascuna lampada, ma per questo ogni lampada deve avere la propria unità installata. Allo stesso tempo, tale linea richiede una regolazione obbligatoria del timer.

Una linea di comunicazione che utilizza il GSM non richiede grandi costi per la sua implementazione, ma per il suo funzionamento sono necessarie le carte SIM e l’operatore deve essere pagato per il suo utilizzo.

Tale linea di comunicazione funziona solo nell’area di copertura dell’operatore di comunicazione e la sua affidabilità dipende dal carico del sistema GSM da parte di altri utenti.

L’utilizzo di cavi di alimentazione per trasmettere comandi può causare errori in caso di rottura del cavo. La lunghezza di tale linea di comunicazione non dovrebbe essere superiore a 1 km.

Quando si utilizza un canale radio, sono necessarie apparecchiature di trasmissione e ricezione, il cui funzionamento può essere soggetto all’influenza di interferenze radio o all’influenza di zone prive di segnale.

A seconda delle possibilità di servizio, una linea di comunicazione a doppino intrecciato può essere utilizzata in una piccola città o in una grande area urbana, una linea di comunicazione GSM – in una città o nella periferia più vicina, una linea di comunicazione con cavo elettrico – all’interno di un isolato e una radio linea – in città, periferia e lungo le autostrade.

Apparecchiature per l’automazione dell’illuminazione

Insieme ai mezzi di tipo ACS, i seguenti dispositivi vengono utilizzati per controllare l’illuminazione di una strada, casa o area suburbana:

  • sensore di luce;
  • sensore di movimento;
  • Timer;
  • relè astronomico;
  • interruttore dimmer

Sensore di luce

Il sensore di luce (interruttore crepuscolare) è progettato per accendere e spegnere automaticamente l’illuminazione a seconda dell’illuminazione dell’area.

Il principio di funzionamento di questo sensore è che il flusso luminoso influisce sull’elemento sensibile alla luce (fotoresistenza, fototransistor, fotodiodo), che è incluso nel circuito elettronico. Come risultato della variazione della corrente che scorre nel circuito, viene attivato il relè incluso in questo circuito. I contatti del relè si aprono e la lampada si spegne.

Le principali caratteristiche del sensore di luce:

  • potenza o corrente di carico;
  • soglia di attivazione;
  • ritardo di attivazione;
  • grado di protezione.

Il parametro più importante del sensore è la potenza del carico. Quando si sceglie un sensore, è necessario che la potenza della lampada sia uguale o inferiore alla potenza consentita. Questa potenza per la maggior parte dei sensori industriali è compresa tra 1,5 e 2 kW.

La soglia di attivazione del sensore è determinata dall’illuminazione. Nella maggior parte dei sensori di luce, questo parametro può essere regolato. Il suo valore va da 2 a 200 lux.

Quando si imposta la sensibilità del sensore, è necessario tenere conto del fatto che un’illuminazione di 5 lux corrisponde all’oscurità in cui è possibile distinguere i singoli oggetti e che con un’illuminazione di 2 lux si verifica l’oscurità totale.

Il ritardo di attivazione è progettato per proteggere l’attivazione del sensore da falsi segnali che si verificano, ad esempio, quando l’ombra di un albero o la luce dei fari cade nell’area di lavoro del sensore. Questo ritardo è pari a 15-60 secondi.

Quando il sensore è posizionato all’esterno, può essere influenzato da polvere o umidità. Pertanto, i sensori di luce dovrebbero avere un grado di protezione più elevato (non peggiore di IP44).

Sensori di movimento

Insieme ai sensori di luce, i sensori di movimento vengono utilizzati per automatizzare il controllo dell’illuminazione in strada. I sensori possono essere sia integrati che remoti.

Il principio di funzionamento di tali sensori è di rispondere all’aspetto di un oggetto in movimento. Per i sensori a infrarossi più comuni, vengono utilizzate le informazioni sulla variazione dell’emissione di luce nella gamma IR. I parametri principali di tali sensori:

  • potenza di carico;
  • raggio d’azione;
  • angolo di visione;
  • tempo di ritardo di attivazione.

Dopo aver installato un tale sensore, i suoi parametri vengono regolati. Nella maggior parte dei modelli di sensori di movimento, sono regolamentati:

  • sensibilità (SENS);
  • illuminazione (LUX);
  • tempo di ritardo (TIME).

Con l’ausilio della prima regolazione si imposta l’intervallo di attivazione del sensore, con l’ausilio della seconda – la soglia di attivazione in base all’illuminazione, con l’ausilio della terza – la durata del tempo di attivazione del sensore.

Timer

Il timer include lo spegnimento dell’illuminazione in base a determinate ore del giorno. Lo svantaggio è la necessità di regolare il dispositivo a causa del cambio giornaliero dell’ora dell’alba e del tramonto.

Un’opzione più accurata è un orologio astronomico digitale, che ha un programma per determinare l’ora del tramonto e dell’alba in base alla latitudine e alla longitudine del luogo di lavoro della sorgente luminosa. In base a queste informazioni, l’illuminazione viene accesa e spenta.

Tale timer può commutare un carico puramente attivo con una corrente di 16 A (per la commutazione di un carico induttivo, questa corrente è pari a 4 A). Per collegare lampade di illuminazione più potenti, è necessario collegare un dispositivo di avviamento magnetico. I temporizzatori astronomici possono essere installati nel quadro elettrico e il loro grado di protezione non supera IP20.

Dimmer

I dimmer autonomi vengono utilizzati per piccoli sistemi di illuminazione per i quali non è economicamente redditizio utilizzare il controllo centralizzato della luminosità delle lampade di illuminazione.

Ad esempio, un dimmer di tipo K2303 può commutare l’illuminazione in una modalità a consumo energetico ridotto durante la notte (fino al 75-50% del valore nominale). Ciò consente di risparmiare il consumo di energia.

Il dimmer può funzionare sia con lampade a scarica di gas che con LED. Il dispositivo è installato in ogni apparecchio di illuminazione stradale. Con l’ausilio di speciali interruttori sui dimmer, viene impostata la modalità di funzionamento, nonché il programma orario per il passaggio alla potenza ridotta. Questo tipo di dimmer può funzionare anche con un sensore di movimento. Allo stesso tempo, se non ci sono persone o auto in movimento nell’area del sensore, le lampade di illuminazione bruceranno debolmente e quando appare un oggetto in movimento, bruceranno a piena potenza.

Conclusioni

  1. Per controllare l’illuminazione stradale, in cui vengono utilizzate lampade a scarica di gas con induzione o alimentatore elettronico, è possibile utilizzare sia mezzi di automazione autonomi separati sia complessi sistemi di controllo automatico.
  2. Luce, sensori di movimento, relè temporizzati e dimmer vengono utilizzati come mezzi autonomi di automazione dell’illuminazione.
  3. È possibile utilizzare linee di comunicazione a bassa corrente, linee di comunicazione cellulare, linee di comunicazione che utilizzano cavi di alimentazione e linee radio per garantire la comunicazione tra il punto di controllo dell’illuminazione e le lampade.
Come viene implementata la gestione dell’illuminazione stradale

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