Интеллектуальные системы уличного освещения - Статьи :: Международный Электротехнический Журнал Электрик
Рубрика

Техника и технологии

8032
Интеллектуальные системы уличного освещения

Коротко о традиционной системе уличного освещения

Уличное освещение представляет собой искусственное средство оптического увеличения видимости на улице в темное время суток, осуществляемое лампами, закрепленными на мачтах освещения, путепроводах и других опорах, которые могут включаться в темное время суток автоматически, либо вручную из диспетчерского пункта.

В зависимости от назначения освещаемого объекта применяются различные виды уличного освещения. Так, для освещения магистралей, кольцевых дорог и крупных автострад используется рефлекторное освещение, осуществляемое лампами, установленными в фонари с рефлектором (рис.1). Для освещения второстепенных дорог используется как рефлекторное, так и рассеянное освещение, осуществляемое фонарями, снабженными рельефными прозрачными плафонами, которые рассеивают световые лучи на дальнее расстояние (рис.2). Наконец, для освещения пешеходных тротуаров, парков, велосипедных дорожек и остановок общественного транспорта используется рассеянное освещение, для получения которого применяют плафоны шарообразной, либо цилиндрической формы, хорошо рассеивающие свет установленных в них ламп. Общий вид фонаря, применяемого для рассеянного освещения пешеходных тротуаров, показан на рис.3.

Использование уличного освещения регулируется СНиП 23-05-95 «Естественное и искусственное освещение», который был изменен в 2011 г. с целью разрешения широкого применения в области освещения светодиодной техники. Согласно норм этого документа, требуемая по условиям безопасного дорожного движения освещенность дорог и пешеходных тротуаров должна обеспечиваться в настоящее время установкой специальных светильников, оснащенных лампами, единичная мощность которых напрямую зависит от назначения освещаемого объекта, как это указано в табл.1.

Главным критерием оценки качества освещения дорог различного назначения является безопасность дорожного движения, определяемая интенсивностью и скоростью движения автотранспорта, рельефом местности, наличием пересечений, развязок, мостов, путепроводов и т.п., а также хорошей видимостью водителем дорожной ситуации, его минимальной утомляемостью от управления автомобилем и др.

Исключительно важное значение с точки зрения обеспечения безопасности дорожного движения играет жестко регламентируемая государственными нормами горизонтальная освещенность дорожного покрытия улиц и дорог, которая определяется категорией их освещения, а также интенсивностью движения по ним автотранспорта в обоих направлениях (табл.2).

В традиционной системе уличного освещения применяются различные типы ламп, сравнительная характеристика светотехнических свойств которых приведена в табл.3, где обозначено:

- ЛН – лампы накаливания;

- ДРЛ – дуговые ртутные лампы высокого давления;

- ДРИ (Дуговые Ртутные с Излучающими добавками) – дуговые ртутные металлогалогенные лампы;

- ДНАТНД и ДНАТВД – натриевые газоразрядные лампы низкого и высокого давления соответственно.

 

Приведенные в табл.3 данные показывают, что светотехнические свойства светодиодных ламп значительно превосходят соответствующие свойства других типов ламп уличного освещения. Так, светодиодные лампы сверхэкономичны, что обусловлено очень низким уровнем их электропотребления, который достигается за счет их способности напрямую преобразовывать электрическую энергию в световую с высоким КПД. Хотя в настоящее время, КПД светодиодов (выраженный в лм/Вт) ниже, чем у некоторых типов традиционных осветительных ламп большой мощности.

Поэтому, хотя в настоящее время в традиционной системе уличного освещения, в основном, применяются газоразрядные лампы, заполненные парами ртути или натрия, все же, по оценкам экспертов, в недалеком будущем светодиодные лампы (разумеется, после их существенной доработки), стоимость которых непрерывно снижается, полностью вытеснят в системах освещения все другие типы ламп.

В заключение этого краткого обзора традиционной системы уличного освещения обратим внимание на ее существенные недостатки, главный из которых состоит в ее неспособности обеспечить экономию электроэнергии, затрачиваемой на освещение, и невозможность минимизации затрат на техническое обслуживание. Кроме того, эта система не в состоянии обеспечить почти бесперебойное (т.е. осуществляемое с минимальным временем от момента выхода освещения из строя до восстановления его работоспособности) освещение улиц, автотрасс и других объектов наземной транспортной инфраструктуры.

 

Отличительные особенности интеллектуальной системы уличного освещения

Интеллектуальная система уличного освещения представляет собой систему, включающую в себя комплекс уличных ламп, между которыми осуществляется обмен данными с целью доставки информации об освещении к локальному концентратору, который и передает эти данные специальному серверу, фиксирующему полученные данные.

Следующий уровень управления интеллектуальным освещением является двусторонняя связь, позволяющая управлять уличным освещением путем дистанционной регулировки яркости уличных ламп в соответствии с погодными условиями (например, при тумане, дожде, ярком ночном свете Луны) или в зависимости от уровня освещенности отдельных участков улицы при наличии или отсутствии на них людей и транспорта. Тем самым при применении такого освещения достигается существенное (в два и более раза) снижение расхода электроэнергии на освещение.

Кроме того, такая система уличного освещения помогает снизить затраты на обслуживание, сделать его более эффективным и рентабельным за счет осуществления непрерывного контроля состояния ламп. Дело в том, что при применении такой системы освещения выход из строя одной или группы ламп выявляется дистанционно в реальном масштабе времени, что исключает необходимость периодически направлять ремонтную бригаду для обнаружения и замены вышедших из строя ламп.

Основным компонентом интеллектуальной системы уличного освещения, позволяющим вывести эффективность и управление освещением городов, трасс и общественных мест на принципиально новый уровень, является интеллектуальный фонарный столб, состоящий из следующих трех блоков:

- балластный модуль или драйвер, являющийся высокоэффективным выходным каскадом управления лампой;

- модуль коммуникационного интерфейса, обеспечивающий цифровое управление, защиту передаваемых данных и надежность сетевого соединения;

- набор интеллектуальных датчиков, используемых для мониторинга погодных условий, угла наклона фонарного столба и уровня загрязнения воздуха.

Система интеллектуального уличного освещения с использованием интеллектуальных фонарных столбов позволяет оперативно в масштабе реального времени контролировать уровень освещенности освещаемых объектов локальным концентратором, тонко настраивающим яркость, направление освещения и цвет любого фонарного столба или группы столбов. Имеется возможность также изменять уровень искусственной освещенности в зависимости от климатических условий, плотности движения автотранспорта и других часто изменяющихся условий окружающей среды.

При этом одной из самых существенных и наиболее эффективных функций интеллектуальных систем уличного освещения является затемнение. Именно затемнение при использовании таких высокоэффективных источников света, какими в настоящее время являются светодиодные лампы, существенно продлевает срок службы ламп и резко сокращает потребление энергии без риска снижения безопасности для транспорта и пешеходов.

Следует отметить, что в системах интеллектуального уличного освещения технологически развитых стран мира в настоящее время стали применять умные фонарные столбы, работающие автономно за счет энергии установленных на каждом из них ветрогенератора и/или солнечных батарей (рис.4). Такие фонари в течение всего дня накапливают солнечную энергию во встроенный аккумулятор, после чего, при наступлении сумерек, автоматически включаются и беспрерывно работают до первых лучей солнца.

Основные параметры уличных фонарей, работающих от солнечных батарей, приведены в табл.4.

Преимущества освещения улиц, проезжей части и дворов с помощью умных фонарей, оснащенных ветрогенератором и/или солнечными панелями, очевидны. Такие фонари просто устанавливаются, при этом нет необходимости постоянно осуществлять их техническое обслуживание и уход за ними (за исключением очистки плафонов от уличной грязи и пыли). Они позволяют достичь существенной экономии электроэнергии и повысить показатели безопасности пешеходов и водителей за счет безупречно работающего уличного освещения.

 

Концептуальные положения интеллектуальных систем уличного освещения

Способы дистанционного управления уличным освещением. Системы автоматического управления уличным освещением обычно работают под управлением зонального контроллера или удаленного сервера. Контроллер, в зависимости от алгоритма управления, формирует сигнал (например, включения группы уличных фонарей). Этот сигнал поступает на исполнительные устройства, в качестве которых используются электронные балласты (ЭБ) ламп уличных фонарей, которые являются своеобразными «выключателями» для ламп уличного освещения, обеспечивающими энергосбережение, продление ресурса ламп и дистанционное управление. При этом сигнал на исполнительные устройства может передаваться по слаботочным сигнальным линиям (витым парам, RS-485, Ethernet и др.), радиоканалу, GSM-каналу или по силовым ЛЭП в виде ВЧ сигнала.

Сравнение преимуществ и недостатков различных способовпередачи сигнала дистанционного автоматического управления уличным освещениемприведенов табл.5.

При применениидистанционного управления уличным освещением любую лампу можно включить или выключить сигналом с центрального сервера с помощью блоков непосредственного управления лампой, причем в случае реализации радиочастотного метода передачи сигналов каждый блок должен иметь собственный адрес (например, IP-адрес в рамках протокола TCP/IP). При этом, поскольку в городских системах уличного освещения количество блоков и, соответственно, адресов может составлять 50–100 тыс. шт., то возникает задача первичного задания адресов и привязка к местности для отображения статуса лампы на экране компьютера. Для решения этой задачи блоку управления при поставке присваивается заводской адрес. Центральный сервер, который периодически производит опрос устройств и при наличии в сети блока с заводским адресом передает ему команду на установку уникального адреса, а оператор осуществляет привязку этого адреса к территории.

Отметим, что система индивидуального управления каждой лампой по GSM-каналу на практике не применяется из-за высокой стоимости GSM-модемов и необходимости установки индивидуальных SIM-карт в каждый блок и последующего учета расходов. Поэтому GSM-канал обычно используют только на уровне зонального шкафа управления.

Дистанционное управление включением/выключением отдельных ламп и основные варианты управления уличным освещением

В интеллектуальных системах уличного освещения применяется трехуровневый принцип включения/выключения отдельных ламп. Этот принцип распространяется также на общее управление уличным освещением, которое различно у разных компаний-разработчиков такого освещения. Так, французская компания DotVision предлагает следующие три варианта управления уличным освещением:

1. Индивидуальное управление освещением.

Обеспечивает максимальные возможности экономии электроэнергии и высочайшее качество обслуживания населения за счет контроля состояния каждой лампы с помощью интеллектуальных электронных балластов (ЭБ), позволяющих плавно регулировать яркость свечения, приемопередатчика данных по радиоканалу или ВЧ сигнала по силовому кабелю, зонального контроллера в уличном шкафу управления и территориального сервера.

2. Зональное управление освещением с дистанционным регулированием мощности.

Этот вариант освещения представляет собой компромисс между стоимостью системы и возможностями экономии электроэнергии. Основными компонентами такой системы управления являются:

- вариатор мощности, устанавливаемый в зональном шкафу управления;

- телеметрическая система на базе протоколов Modbus или LonWorks. Территориальный сервер передает сигналы управления и собирает телеметрическую информацию с зональных контроллеров.

3. Зональное управление освещением с телеметрией.

Этот вариант освещения не предполагает экономии электроэнергии, однако включает зональный контроллер с функциями обнаружения неисправностей, телеметрии и дистанционного включения/выключения ламп. Территориальный сервер передает сигналы управления и собирает телеметрическую информацию с зональных контроллеров.

Автоматизация включения и выключения ламп уличного освещения. Кроме применения датчиков уровня освещенности, которые при снижении уровня яркости ниже заданного порога (в случае сумерек) включают лампы и выключают их при восходе солнца, для автоматизации включения/выключения ламп уличного освещения используются также и другие методы. Так, например, корейская фирма Stwol предложила метод управления уличным освещением в соответствии с наружным уровнем освещенности. Этот метод основан на применении вместо фотодатчика встроенного GPS-приемника и вычислительного устройства. Зная координаты географического местоположения контроллера уличного освещения и астрономическое время, получаемое со спутников системы глобального позиционирования, вычислитель определяет точное время захода и восхода солнца. При этом контроллер включает освещение за 15 мин до наступления сумерек и выключает его через 10 мин после восхода солнца в данной точке земного шара.

Альтернативным методом автоматического управления в системах уличного освещения является использование графика включений и выключений освещения, когда контроллер включает или выключает освещение на основании даты, дня недели и времени суток.

Понравилась статья? Расскажите друзьям!
ПОХОЖИЕ СТАТЬИ
comments powered by Disqus