Oświetlenie uliczne jest istotną częścią gospodarki komunalnej osiedli. Koszty tego pokrycia stanowią do 30-40% wszystkich kosztów zaopatrzenia w energię. Aby obniżyć koszty energii elektrycznej i poprawić komfort obsługi instalacji oświetleniowych, wprowadzane są nowe metody, w tym automatyczne sterowanie oświetleniem ulicznym.
Zadania automatyki
Do głównych zadań automatyki oświetlenia ulicznego należy:
- nieprzerwane oświetlenie ulic i autostrad komunikacyjnych;
- zapewnienie oszczędności energii przy zachowaniu jakości oświetlenia;
- obniżenie kosztów utrzymania systemów oświetleniowych.
Do realizacji tych zadań wykorzystywane są zarówno urządzenia autonomiczne, jak i systemy automatyki.
Systemy oświetleniowe i ich charakterystyka
Najnowszym elementem systemów oświetleniowych są lampy LED, które są bardzo ekonomiczne i niezawodne. Ale konwersja oświetlenia ulicznego na takie źródła światła będzie wymagała dużo pieniędzy i czasu. Tymczasem większość ulic jest oświetlona lampami wyładowczymi.
Stateczniki służą do sterowania takimi lampami. Istnieją dwa rodzaje stateczników:
- wprowadzenie;
- elektroniczny.
Za pomocą statecznika indukcyjnego w obwodzie powstaje skok prądu, dzięki czemu w momencie włączenia występuje wysokie napięcie 2-3 kV i zapala się lampa wyładowcza. Podczas pracy lampy taki balast, jakim jest dławik, ogranicza moc.
Statecznik indukcyjny ma następujące wady:
- obecność nieporęcznej przepustnicy i zawodnego rozrusznika;
- migotanie światła z częstotliwością sieci (strobing);
- słaba efektywność.
Jednocześnie ten rodzaj statecznika zwiększa przesunięcie fazowe (zmniejsza cos φ). Aby skorygować ten efekt, konieczne jest włączenie dodatkowych kondensatorów i zastosowanie układów do licznikowego włączania lamp.
Statecznik elektroniczny to urządzenie elektroniczne, które zapala lampę i utrzymuje napięcie niezbędne do spalania na jej zaciskach.
Obwód statecznika elektronicznego obejmuje następujące bloki:
- filtr;
- prostownik z filtrem wygładzającym;
- falownik;
- przepustnica.
Filtr przeznaczony jest do filtrowania zakłóceń z sieci oraz zakłóceń występujących w obwodzie zasilania lamp. Prostownik ma na celu uzyskanie stałego napięcia zasilającego falownik.
Falownik wytwarza oscylacje o częstotliwości 10-20 kHz. Obciążeniem inwertera jest transformator, który generuje napięcie potrzebne do zapalenia lampy, a także napięcie podtrzymujące palenie.
W przypadku stosowania statecznika elektronicznego:
- migotanie jest wyeliminowane;
- wzrasta jasność promieniowania lampy;
- wymiary elementów urządzenia są zmniejszone;
- wzrost ccd;
- w przypadku korzystania z trybu modulacji impulsów równoleżnikowych istnieje możliwość regulacji jasności;
- żywotność lamp wzrasta z powodu zaprogramowanego startu zapłonu. W tym samym czasie katoda lampy jest najpierw podgrzewana, a następnie zapalany jest łuk.
Metody zarządzania
Oświetleniem ulicznym można sterować na następujące sposoby:
- podręcznik;
- czujnik światła;
- regulator czasowy;
- układy mikroprocesorowe.
Ręczne sterowanie oświetleniem ulicznym polega na włączaniu/wyłączaniu zasilania według określonego harmonogramu bezpośrednio na podstacji przez operatora. Wadą jest zaangażowanie dodatkowego personelu i niewygodne warunki pracy.
Czujnik światła steruje włączaniem lamp w oparciu o intensywność naturalnego światła słonecznego. niedogodności:
- ograniczenia w kalibracji czujnika;
- wpływ na czujnik kurzu, brudu i śniegu;
- niemożność zastosowania metod energooszczędnych.
Przekaźnik czasowy jest zorientowany na ustawione parametry czasowe. Stąd główna wada takiego sterowania oświetleniem ulicznym:
- stałe dostosowywanie nastaw przekaźników z uwzględnieniem długości dnia i nocy w poszczególnych porach roku.
Najbardziej zaawansowane są systemy sterowania wykorzystujące procesory, aw szczególności systemy automatycznego sterowania (ACS). Typowe systemy automatycznego sterowania obejmują:
- serwer;
- zautomatyzowane stanowiska pracy;
- modemy i linie komunikacyjne z obiektami sterującymi;
- szafy sterownicze i jednostki sterujące źródłami światła.
Jak działa AZS
System sterowania oświetleniem ulicznym realizuje następujące zadania:
- sterowanie automatyczne i ręczne. Zawiera polecenia dyspozytora, rozliczanie odczytów czujnika światła itp.
- kontrola działania urządzeń rozruchowych;
- automatyczne usuwanie i utrwalanie odczytów sieciowych. Dzięki temu możliwa jest analiza pracy instalacji oświetleniowej, w tym określenie przepalonych lamp, bezpośrednio w dyspozytorni, bez konieczności wyjazdu na miejsce.
Przy sterowaniu według harmonogramu lampy włączane są zgodnie z datą i godziną dnia. Po wprowadzeniu harmonogramu system automatycznego sterowania może sterować oświetleniem przez cały rok bez ingerencji operatora.
Po utworzeniu oprogramowania sterowanie linią komunikacyjną przekazywane jest do statecznika, który w tym przypadku stanowi mechanizm wykonawczy.
Ponieważ używane są linie komunikacyjne:
- niskoprądowe linie komunikacyjne (skrętka);
- Komunikacja radiowa;
- komunikacja komórkowa;
- Transmisja sygnału HF kablem.
W każdym przypadku brane są pod uwagę zalety i wady linii komunikacyjnej. Na przykład, używając skrętki, możesz wysyłać polecenia do każdej lampy, ale w tym celu każda lampa musi mieć zainstalowaną własną jednostkę. Jednocześnie taka linia wymaga obowiązkowej regulacji timera.
Linia komunikacyjna wykorzystująca GSM nie wymaga dużych nakładów na jej realizację, jednak do jej działania potrzebne są karty SIM, a operatorowi trzeba zapłacić za jej użytkowanie.
Taka linia komunikacyjna działa tylko w obszarze zasięgu operatora komunikacyjnego, a jej niezawodność zależy od obciążenia systemu GSM przez innych użytkowników.
Używanie kabli zasilających do przesyłania poleceń może prowadzić do błędów w przypadku zerwania kabla. Długość takiej linii komunikacyjnej nie powinna przekraczać 1 km.
Podczas korzystania z kanału radiowego potrzebne są urządzenia nadawcze i odbiorcze, których działanie może podlegać wpływowi zakłóceń radiowych lub wpływowi stref bez sygnału.
W zależności od możliwości serwisowych linia komunikacyjna po skrętce może być wykorzystana w małej miejscowości lub na terenie dużego miasta, linia komunikacyjna GSM – w mieście lub na najbliższym przedmieściu, linia komunikacyjna z kablem zasilającym – w obrębie bloku, a radio linii – w mieście, na przedmieściach i wzdłuż autostrad.
Urządzenia automatyki oświetleniowej
Wraz ze środkami typu ACS do sterowania oświetleniem ulicy, domu lub strefy podmiejskiej służą następujące urządzenia:
- czujnik światła;
- czujnik ruchu;
- regulator czasowy;
- przekaźnik astronomiczny;
- wyłącznik ściemniacza
Czujnik światła
Czujnik światła (wyłącznik zmierzchowy) ma za zadanie automatycznie włączać i wyłączać oświetlenie w zależności od oświetlenia terenu.
Zasada działania tego czujnika polega na tym, że strumień światła oddziałuje na element światłoczuły (fotorezystor, fototranzystor, fotodiodę), który jest zawarty w obwodzie elektronicznym. W wyniku zmiany prądu płynącego w obwodzie następuje zadziałanie przekaźnika wchodzącego w skład tego obwodu. Styki przekaźnika otwierają się i lampka gaśnie.
Główne cechy czujnika światła:
- prąd mocy lub obciążenia;
- próg wyzwalania;
- opóźnienie aktywacji;
- stopień ochrony.
Najważniejszym parametrem czujnika jest moc obciążenia. Przy wyborze czujnika konieczne jest, aby moc lampy była równa lub mniejsza niż moc dopuszczalna. Ta moc dla większości czujników przemysłowych mieści się w przedziale 1,5-2 kW.
Próg wyzwalania czujnika jest określany przez oświetlenie. W większości czujników światła ten parametr można regulować. Jego wartość waha się od 2 do 200 luksów.
Przy ustawianiu czułości czujnika należy wziąć pod uwagę, że oświetlenie o natężeniu 5 luksów odpowiada ciemności, przy której można rozróżnić poszczególne obiekty, a przy oświetleniu o natężeniu 2 luksów występuje całkowita ciemność.
Opóźnienie wyzwalania ma na celu ochronę wyzwalacza czujnika przed fałszywymi sygnałami, które pojawiają się na przykład, gdy cień z drzewa lub światło z reflektorów wpadnie w obszar roboczy czujnika. Opóźnienie to wynosi 15-60 sekund.
Gdy czujnik jest umieszczony na zewnątrz, może mieć na niego wpływ kurz lub wilgoć. Dlatego czujniki światła powinny mieć wyższy stopień ochrony (nie gorszy niż IP44).
Czujniki ruchu
Wraz z czujnikami światła czujniki ruchu służą do automatyzacji sterowania oświetleniem na ulicy. Czujniki mogą być zarówno wbudowane, jak i zdalne.
Zasada działania takich czujników polega na reagowaniu na pojawienie się poruszającego się obiektu. Dla najczęściej spotykanych czujników podczerwieni wykorzystuje się informację o zmianie emisji światła w zakresie IR. Główne parametry takich czujników:
- moc obciążenia;
- zasięg działania;
- Kąt widzenia;
- czas opóźnienia aktywacji.
Po zamontowaniu takiego czujnika dopasowuje się jego parametry. W większości modeli czujników ruchu regulowane są:
- czułość (SENS);
- oświetlenie (LUX);
- czas opóźnienia (CZAS).
Za pomocą pierwszej regulacji ustawia się zakres aktywacji czujnika, za pomocą drugiej – próg aktywacji zgodnie z oświetleniem, za pomocą trzeciej – czas trwania czasu aktywacji czujnika.
Regulator czasowy
Timer obejmuje wyłączanie oświetlenia na podstawie określonych godzin w ciągu dnia. Wadą jest konieczność regulacji urządzenia ze względu na dobową zmianę pory wschodu i zachodu słońca.
Dokładniejszą opcją jest cyfrowy zegar astronomiczny, który ma program do określania czasu zachodu i wschodu słońca na podstawie szerokości i długości geograficznej miejsca pracy źródła światła. Zgodnie z tą informacją oświetlenie jest włączane i wyłączane.
Taki timer może przełączać czysto aktywne obciążenie prądem 16 A (w przypadku przełączania obciążenia indukcyjnego prąd ten jest równy 4 A). Aby podłączyć mocniejsze lampy oświetleniowe, konieczne jest podłączenie rozrusznika magnetycznego. W rozdzielnicy można zamontować zegary astronomiczne, a ich stopień ochrony nie przekracza IP20.
Ściemniacze
Ściemniacze autonomiczne są stosowane w małych instalacjach oświetleniowych, dla których stosowanie scentralizowanej regulacji jasności lamp oświetleniowych jest ekonomicznie nieopłacalne.
Przykładowo ściemniacz typu K2303 może w nocy przełączyć oświetlenie w tryb obniżonego zużycia energii (do 75-50% wartości nominalnej). Pozwala to zaoszczędzić zużycie energii.
Ściemniacz może współpracować zarówno z lampami wyładowczymi, jak iz diodami LED. Urządzenie montowane jest w każdej oprawie oświetlenia ulicznego. Za pomocą specjalnych przełączników na ściemniaczach ustawia się tryb pracy, a także harmonogram przełączania na zmniejszoną moc. Ten typ ściemniacza może również współpracować z czujnikiem ruchu. Jednocześnie, jeśli w obszarze czujnika nie będzie się poruszała osoba ani samochód, lampy oświetleniowe będą świecić słabo, a gdy pojawi się poruszający się obiekt, będą świecić z pełną mocą.
Wnioski
- Do sterowania oświetleniem ulicznym, w którym stosowane są lampy wyładowcze ze statecznikiem indukcyjnym lub elektronicznym, można zastosować zarówno oddzielne autonomiczne środki automatyki, jak i złożone systemy automatycznego sterowania.
- Czujniki światła, ruchu, przekaźniki czasowe i ściemniacze są wykorzystywane jako autonomiczne środki automatyzacji oświetlenia.
- Do zapewnienia komunikacji między punktem sterowania oświetleniem a lampami można zastosować niskoprądowe linie komunikacyjne, linie komunikacji komórkowej, linie komunikacyjne z wykorzystaniem kabli zasilających oraz linie radiowe.