Чималою частиною комунального господарства населених пунктів є освітлення вулиць. Витрати на це висвітлення становить до 30-40% всіх витрат на енергопостачання. Для зменшення витрат на електроенергію і підвищення комфортності обслуговування освітлювальної системи впроваджуються нові методи, що включають автоматизоване управління освітленням вуличним.
Завдання автоматизації
Основні завдання автоматизації освітлення на вулицях включають:
- безперебійне освітлення вулиць і транспортних магістралей;
- забезпечення економії енергії при збереженні якості освітлення;
- зменшення витрат на обслуговування освітлювальних систем.
Для реалізації цих завдань використовуються як автономне обладнання, так і системи автоматизації.
Системи освітлення та їх характеристики
Новітніми елементами систем освітлення є світлодіодні лампи, які дуже економічні і надійні. Але переклад вуличного освітлення на такі джерела світла зажадають великих витрат і часу. Поки ж на більшість вулиць висвітлюються газорозрядними лампами.
Для управління такими лампами використовуються баласти. Баласти бувають двох типів:
- індукційний;
- електронний.
За допомогою індукційного баласту в схемі створюється стрибок струму, завдяки якому в момент включення виникає висока напруга в 2-3 кВ і здійснюється підпал газорозрядної лампи. В процесі роботи лампи такий баласт, який представляє собою дросель, обмежує потужність.
Індукційний баласт має такі недоліки:
- наявність громіздкого дроселя і ненадійного стартера;
- мерехтіння світла з частотою мережі (стробирование);
- низький ККД.
При цьому баласт такого типу збільшує зрушення фаз (зменшує cos φ). Для виправлення цього впливу доводиться включати додаткові конденсатори і використовувати схеми зустрічного включення ламп.
Електронний баласт являє собою електронний пристрій, що забезпечує підпал лампи і підтримує на її висновках необхідне для горіння напруга.
Схема електронного баласту включає наступні блоки:
- фільтр;
- випрямляч зі сглаживающим фільтром;
- інвертор;
- дросель.
Фільтр призначений для фільтрації надходять з мережі перешкод і перешкод, що виникають в схемі живлення лампи. Випрямляч призначений для отримання постійної напруги, що живить інвертор.
Інвертор виробляє коливання з частотою 10 – 20 кГц. Навантаженням інвертора є трансформатор, в якому генеруються напруга для підпалу лампи, а також напруга для підтримки горіння.
При використанні електронного баласту:
- усувається мерехтіння;
- збільшується яскравість випромінювання лампи;
- зменшуються габарити компонентів пристрою;
- підвищується ккд;
- при використанні режиму широтной імпульсної модуляції забезпечується можливість регулювання яскравості;
- збільшується термін служби ламп за рахунок програмованого старту підпалу. При цьому спочатку прогрівається катод лампи, а потім підпалюється дуга.
Способи управління
Вуличне освітлення може керуватися такими способами:
- ручний;
- датчик освітленності;
- реле часу;
- мікропроцесорні системи.
Ручне управління вуличним освітленням – це включення / вимикання живлення за певним графіком безпосередньо на підстанції робочим. Недолік – залучення додаткового персоналу і незручні умови роботи.
Датчик освітленості управляє включенням ламп на підставі інтенсивності природного світла сонця. недоліки:
- обмеження при калібрування датчика;
- вплив на датчик пилу, бруду і снігу;
- неможливість використання енергозберігаючих методів.
Реле часу орієнтується на задані параметри часу. Звідси випливає і основний недолік такого управління освітленням вулиці:
- постійне коректування налаштувань реле, враховуючи тривалість дня і ночі за порами року.
Найбільш просунутими є системи управління, що використовують процесори і, зокрема, автоматичні системи управління (АСУ). До складу типових АСУ входять:
- сервер;
- автоматизовані робочі місця;
- модеми і лінії зв’язку з об’єктами управління;
- шафи і блоки управління джерелами світла.
Як працює АСУ
АСУ вуличним освітленням виконує наступні завдання:
- автоматичне і ручне управління. Включає і команди диспетчера, і облік показань датчика освітленості і т.п.
- контроль роботи пускових пристроїв;
- автоматичне зняття і фіксація показань мережі. Завдяки цьому можливе здійснення аналізу роботи освітлювальної системи, в тому числі і визначення перегорілих ламп, безпосередньо на диспетчерському пункті, без виїзду на місце.
При управлінні за графіком включення ламп проводиться за датою та часом доби. Після введення графіка АСУ може управляти роботою освітлення цілий рік без втручання оператора.
Після формування програмним забезпеченням команда управління по лінії зв’язку передається на баласт, який представляє в даному випадку виконавчий механізм.
Як лінії зв’язку використовуються:
- слабкострумові лінії зв’язку (кручена пари);
- радіозв’язок;
- стільниковий зв’язок;
- передача ВЧ сигналу по кабелю.
У кожному разі враховуються переваги і недоліки лінії зв’язку. Наприклад, при використанні витої пари можна передавати команди на кожну лампу, але для цього на кожній лампі повинен бути встановлений власний блок. При цьому для такої лінії потрібна обов’язкова коригування таймера.
Лінія зв’язку з використанням GSM не вимагає великих витрат на її реалізацію, але для її функціонування необхідні СІМ – карти і за її використання необхідно платити операторові.
Така лінія зв’язку працює тільки в зоні дії оператора зв’язку, а її надійність залежить від завантаженості системи GSM іншими користувачами.
Використання для передачі команд силових кабелів може призвести до помилок при пробої кабелю. Довжина такої лінії зв’язку не повинна бути більше 1 км.
При використанні радіоканалу необхідна приемопередающая апаратура, робота якої може бути схильна до впливу радіоперешкод або впливу зон відсутності сигналу.
По можливостях обслуговування лінію зв’язку з кручений парою можна застосовувати в невеликому містечку або районі великого міста, лінію зв’язку з GSM – в місті чи найближчому передмісті, лінію зв’язку з силових кабелів – в межах кварталу, а радиолинию – в місті, передмісті і вздовж автотрас.
Устаткування для автоматизації освітлення
Поряд із засобами типу АСУ для управління освітленням вулиці, будинку або заміського ділянки використовуються наступні пристрої:
- датчик освітленності;
- датчик руху;
- реле часу;
- астрономічне реле;
- диммер.
Датчик освітленності
Датчик освітленості (сутінковий вимикач) призначений для автоматичного включення і виключення освітлення в залежності від освітленості місцевості.
Принцип дії цього датчика полягає в тому, що світловий потік впливає на світлочутливий елемент (фоторезистор, фототранзистор, фотодіод), який включений в електронну схему. В результаті зміни протікає в схемі струму відбувається спрацьовування включеного в цю схему реле. Контакти реле розмикаються і світильник вимикається.
Основні характеристики датчика освітленості:
- потужність або струм навантаження;
- поріг спрацьовування;
- затримка спрацьовування;
- ступінь захищеності.
Найважливішим параметром датчика є потужність навантаження. При виборі датчика необхідно, щоб потужність світильника дорівнювала або менше допустимої потужності. Ця потужність для більшості промислових датчиків лежить в межах 1,5 -2 кВт.
Поріг спрацьовування датчика визначається освітленістю. У більшості датчиків освітленості цей параметр можна регулювати. Його значення лежить в межах від 2 до 200 лк.
При установці чутливості датчика необхідно враховувати, що освітленість в 5 лк відповідає темряві, при якій можна розрізнити окремі предмети, а при освітленості в 2 лк настає повна темрява.
Затримка спрацьовування призначена для захисту спрацьовування датчика від хибних сигналів, що виникають, наприклад, при попаданні в робочу зону датчика тіні від дерева або світла фар. Ця затримка дорівнює 15-60 сек.
При розміщенні датчика на вулиці на нього може впливати пил або волога. Тому датчики освітленості повинні мати підвищену ступінь захищеності (не гірше IP44).
Датчики руху
Поряд з датчиками освітленості для автоматизації управління освітленням на вулиці використовуються датчики руху. Датчики можуть бути як вбудовані, так і виносні.
Принцип дії таких датчиків полягає в реагуванні на появу рухомого предмета. Для найбільш поширених інфрачервоних датчиків використовується інформація про зміну випромінювання світла в ІК діапазоні. Основні параметри таких датчиків:
- потужність навантаження;
- дальність дії;
- кут огляду;
- час затримки спрацьовування.
Після установки такого датчика проводиться регулювання його параметрів. У більшості моделей датчиків руху регулюються:
- чутливість (SENS);
- освітленість (LUX);
- час затримки (TIME).
За допомогою першої регулювання встановлюється дальність спрацьовування датчика, за допомогою другої – поріг спрацьовування по освітленості, за допомогою третьої – витримка часу включення датчика.
Таймер
Таймер включає і вимикання освітлення на підставі певних годин доби. Недолік – необхідність підлаштовувати пристрій через щоденного зміни часу сходу і заходу сонця.
Більш точний варіант – цифровий астрономічний годинник, в який встановлена програма визначення часу заходу і сходу сонця по заданих широтою та довготою місця роботи джерела світла. Відповідно до цієї інформацією проводиться включення і виключення освітлення.
Такий таймер може перемикати чисто активне навантаження зі струмом в 16 А (для перемикання індуктивного навантаження цей струм дорівнює 4 А). Для підключення більш потужних ламп освітлення необхідно підключити магнітний пускач. Астрономічні таймери можна встановлювати в розподільний щит, а ступінь їх захисту не перевищує IP20.
Диммери
Для невеликих систем освітлення, для яких економічно невигідно використовувати централізовану регулювання яскравості ламп освітлення, використовуються автономні диммери.
Наприклад, диммер типу К2303 може вночі перемикати освітлення в режим зниженого енергоспоживання (до 75-50% від номінальної величини). Це дозволяє заощадити споживану енергію.
Диммер може працювати як з газорозрядними світильниками, так і зі світлодіодними. Прилад встановлюється в кожен світильник вуличного освітлення. За допомогою спеціальних перемикачів на диммерами встановлюється режим роботи, а також часовий графік перемикання на знижену потужність. Диммер такого типу може працювати також з датчиком руху. При цьому при відсутності в зоні дії датчика рухомого людини або автомобіля лампи освітлення будуть горіти тьмяно, а при появі рухомого предмета вони стануть горіти на повну потужність.
Висновки
- Для управління вуличним освітленням, в якому застосовуються газорозрядні лампи з індукційним або електронним баластом, можуть використовуватися як окремі автономні засоби автоматизації, так і складні АСУ.
- В якості автономних засобів автоматизації освітлення використовуються датчики освітленості, руху, реле часу, диммери.
- Для забезпечення зв’язку пункту управління освітленням зі світильниками можуть застосовуватися слабкострумові лінії зв’язку, лінії стільникового зв’язку, лінії зв’язку з використанням силових кабелів і радіолінії.