Кабель автоматизации наружного освещения

Системы автоматического управления наружным освещением

Рубрика:	Экономия электрической энергии При потреблении.
Классификация технологии:	Технологический.
Статус рассмотрения проекта Координационным Советом:	Не рассматривался.
Объекты внедрения:	Системы освещения.
Эффект от внедрения:	— для объекта сокращение потребления электроэнергии до 30%; —для муниципального образования дает возможность администрациям муниципальных районов непосредственно управлять использованием электроэнергии в наружном и уличном освещении, снижение потребления топлива, высвобождение дополнительной электрической мощности.

Введение

Система управления наружным освещением — это систематизированный набор средств влияния на подконтрольный объект для достижения определённых целей данным объектом.

Системы управления разделяют на два больших класса:

• Автоматизированные системы управления (АСУ) — с участием человека в контуре управления;
• Системы автоматического управления (САУ) — без участия человека в контуре управления.

В настоящее время стало очевидным, что внедрение автоматизированной системы управления наружным освещением позволяет осуществлять телекоммуникационный контроль состояния сетей и приборов уличного освещения, управлять режимами горения светильников, дистанционно управлять освещением улиц по заранее заданному графику, а также вести учет энергопотребления и следить за эффективным использованием электроэнергии.

Современные системы автоматизации — это не просто дань моде, они имеют и экономические преимущества:

• в автоматическом режиме строго соблюдается расписание, т.к. исключается влияние человеческого фактора;
• нет необходимости выезжать на проверку включения или отключения освещения;
• в случае не отключения освещения не происходит потерь электроэнергии, т.к. диспетчер оперативно об этом оповещается и принимает соответствующие меры (ранее о не отключении сообщали через несколько часов граждане — потери могли быть значительными);
• для осуществления технического учета энергии нет необходимости выезжать и снимать показания со счетчиков визуально;
• телеизмерения позволяют оперативно выявлять несанкционированные подключения к сетям освещения и выявлять хищения электроэнергии;
• с помощью телеизмерений напряжений, токов и мощностей можно осуществить первичную диагностику осветительной сети в случаях каких-либо аварий;
• более надежная система, построенная из современных компонентов, требует меньше затрат на свое обслуживание.

Существующее положение

Существующие системы управления наружным освещением можно подразделить на несколько классов. Во-первых, — это местное управление, — обеспечивающееся посредством установки коммутационных и управляющих аппаратов непосредственно в линиях, питающих осветительную аппаратуру (на щитах подстанций, магистральных щитах и т.д.). Однако такие системы применяются только в небольших обособленных осветительных сетях, имеющих один центр питания. В основном же, сети уличного освещения городов имеют сложную разветвленную структуру и множество центров питания. Поэтому, в таких системах предусматривается дистанционное управление освещением, — как правило, это достигается благодаря установке магнитных пускателей в линиях питающей и групповой сетей. Такая система включается с единого диспетчерского пункта. Причем, сигналом на включение линии, питающейся от подстанции, будет являться наличие напряжения на конце линии, питающейся от предыдущей подстанции. То есть, — в установках наружного освещения городов и населенных пунктов широко применяется каскадная схема дистанционного управления, при которой управление участками распределительных линий наружного освещения осуществляется путем подключения катушки магнитного пускателя второго участка в линию первого, катушки пускателя третьего участка в линию второго, и т.д. Возможна и телемеханическая схема, при которой включение и отключение магнитных пускателей производится из диспетчерского пункта с помощью телемеханических устройств.

Кроме этого, широко используются и автоматическое программное или фотоавтоматическое управление — с установкой магнитных пускателей в линиях освещения и программного реле, фотореле или фотоэлектрического автомата, включающих освещение в зависимости от уровня естественной освещенности или времени суток.

Для уличного освещения городов и населенных пунктов системы дистанционного управления освещением предусматривают два режима работы осветительных установок — вечерний и ночной. При вечернем режиме включены все осветительные приборы, при ночном, когда интенсивность движения падает, — часть осветительных приборов отключается (обычно отключают светильники, подключенные к какой-нибудь одной или двум фазам). Однако при этом увеличивается до недопустимых пределов коэффициент неравномерности освещенности дорожного полотна по формуле (1):

где K_НЕР — коэффициент неравномерности освещенности, E_max — максимальная освещенность (Лк), E_min — минимальная.

Перечисленные выше системы управления нельзя назвать высокоэффективными c точки зрения энергосбережения из-за целого ряда причин. Во-первых, — ручные системы включения — отключения освещения, как показывает практика их эксплуатации, несут большой перерасход электроэнергии (часто связанный с человеческим фактором). Во-вторых, — как уже было отмечено, — низкоэффективное управление мощностью системы освещения (в вечерние и в ночные часы), приводящее к повышению коэффициента неравномерности освещения. В-третьих, — отсутствие оперативного контроля состояния осветительных сетей и за доступом в шкафы уличного освещения (ШУО) с целью хищения цветных металлов и оборудования (что особенно важно в последнее время).

Решение

Таким образом, можно сделать вывод о необходимости создания автоматизированных систем управления освещением (АСУО), позволяющих не только включать — отключать освещение улиц, но и регулировать энергопотребление системы, контролировать целостность оборудования и несанкционированный доступ, вовремя сигнализировать оперативному персоналу об аварийных ситуациях в сети.

Большинство современных АСУО строится по следующей схеме (рис.1).

Рис. 1. ЦДП — центральный диспетчерский пункт, ГПУ — головной пункт управления, КПУ — конечный пункт управления.

Однако такие системы управления при переключении освещения в ночной режим используют метод отключения одной — двух фаз. Но это повышает, как уже говорилось выше, неравномерность освещенности дорог.

Избежать этого позволяет использование в уличных светильниках электронных пускорегулирующих аппаратов (ЭПРА) вместо традиционных электромагнитных. Эти устройства позволяют управлять потребляемым током лампы и ее световым потоком. Таким образом, чтобы добиться снижения потребляемой мощности системы нет необходимости в полном отключении части осветительных приборов. А это значит, что световой поток всех светильников будет изменяться равномерно, не увеличивая неравномерность освещенности дорожного полотна. Схема управления будет выглядеть следующим образом (рис.2).

Рис. 2. МП — магнитный пускатель, ИЭ — исполнительный элемент.

Однако это существенно удорожает схему. Ведь кроме приемника — преобразователя управляющих сигналов в каждом ЭПРА необходимо будет проводить свою выделенную линию для управляющих сигналов к каждому светильнику.

Выходом из такой ситуации будет использование устройства, позволяющего передавать сигналы управления непосредственно по линиям осветительной сети.

Все системы передачи информации по сети 220 В можно разделить на две большие группы:

1. Системы, использующие в качестве информационного сигнала модуляцию тока низкой частоты 50 Гц,
2. Системы, формирующие в линии собственный сигнал на одной или нескольких несущих частотах, отличающихся от 50Гц.

Первая группа устройств отличается чрезвычайно высокой помехоустойчивостью при простых схемах приёмников, но обладает очень низкой скоростью передачи информации и требует применения в передатчиках тиристорных коммутаторов высокой мощности. Кроме того, для обеспечения выборочного управления освещением в отдельно взятой ветке, необходимо устанавливать коммутаторы ещё и в прилегающих к ней шкафах управления, что приведёт к необходимости глобальной реконструкции всей системы освещения.

Основные проблемы, встречающиеся разработчикам АСУО, выбравшим другой путь — существенно более низкая помехозащищенность и, как следствие, большая сложность устройств приёма и передачи информации. С другой стороны, системы данного типа обладают следующими достоинствами:

1. Существенно большей скоростью передачи, точнее, возможностью передавать большие пакеты информации между импульсными помехами в линии,
2. Возможностью использовать информационный канал не только для управления освещением, но и для связи (обмена информацией) между узлами системы, вплоть до формирования «интеллектуальных» светильников, т.е. светильников с возможностью передачи информации о текущем состоянии на центральный пульт,
3. Информационный сигнал может быть использован для проверки целостности линии электропередачи, а также оценки её состояния при отключенном электричестве, что немаловажно именно для систем наружного освещения,
4. Возможностью интеграции в существующие системы освещения без их структурных и аппаратных изменений или доработок.

Пример возможностей АСУ в наружном освещении

Автоматизированная система диспетчерского управления наружным освещением (АСДУ НО) предназначена для централизованного управления сетями наружного освещения с непрерывным измерением и контролем текущих электрических параметров сетей, потарифным учетом электроэнергии, диагностикой состояния оборудования и линий наружного освещения.

В системе возможно реализовать следующие функции:

• независимое пофазное включение и отключение светильников уличного освещения конкретного объекта, группы объектов, всех объектов:
  • автоматически по расписанию в соответствии с заданным годовым графиком;
  • по командам оператора с центрального диспетчерского пункта;
  • в ручном режиме с местной панели управления пункта питающего (ПП);
• при наличии в светильниках электронных ПРА производства НПО МИР, включение может быть осуществлено в номинальном режиме, уровень освещенности — 100% или экономичном (ночном), уровень освещенности -50%;
• оперативное предоставление общей диагностической информации о текущем состоянии объектов управления (контролируемых пунктов питающих (КПП), параметрах сети НО;
• предоставление информации об отдельном ПП в расширенном виде;
• циклический (с задаваемым интервалом времени) и индивидуальный опрос КП;
• инициативный выход КП на связь (изменение ТС, превышение установок);
• сбор и сохранение в памяти сервера данных телеметрии о режимах работы, величине параметров сети и состояния оборудования НО с указанием времени регистрации события и приема информации;
• воспроизведение сохраненной информации в виде графиков, таблиц и мнемосхем с указанием текущих значений информации на экране дисплея, как за текущие сутки, так и за любой день из архивных данных;
• задание пределов (порогов) контролируемых параметров;
• передачу установок времени, расписания, команд управления от диспетчера к объектам КП;
• авторизованный, защищенный паролем доступ пользователей к системе в соответствии с предоставленными полномочиями;
• сохранение информации и установок при отключении питания;
• автоматический, потарифный учет потребляемой НО электроэнергии;
• совмещение функций управления НО с функциями автоматизированного учета электроэнергии по отходящим фидерам питающей ТП и охранной сигнализации;
• оповещение обслуживающего и эксплуатационного персонала световой и звуковой сигнализацией об обнаруженных аварийных событиях с протоколированием действий диспетчера и работы системы;
• автоматическое документирование и квитирование по команде оператора контролируемых событий с выводом их на печать в виде оперативной сводки.

При подготовке материала была использована статья «Системы автоматизированного управления наружным освещением», Гурьев А.В., Букварев Е.А., Нижегородский государственный технический университет, информация компании ООО «НПО «МИР»

Статьи на данную тему:

Здесь мы можем разместить контактную информацию о Вашей компании и ссылку на Ваш сайт
Как разместить контактную информацию

Для того чтобы добавить описание энергосберегающей технологии в Каталог, заполните опросник и вышлите его на c пометкой «в Каталог».
Скачать опросник

Источник

Обзор систем управления уличным освещением

Инфраструктура любого жилого, промышленного или административного объекта предполагает наличие наружного освещения. Система должна работать безопасно и бесперебойно. На выполнение этой задачи нацелено управление наружным освещением.

Функции уличного освещения

Вне зависимости от масштаба объекта — будь это придомовая территория или автомагистраль — его нужно освещать в темное время суток. Свет нужен для безопасного передвижения жильцов дома, обеспечения движения автотранспорта, декоративной подсветки зданий или их отдельных элементов, освещения рекламы на билбордах и т. д.

Что касается частного жилья, помимо освещения подъезда к дому, подсветка выполняет следующие функции:

• общее освещение территории (важно с точки зрения безопасности);
• освещение ступенек в дом;
• подсветка пешеходных дорожек;
• освещение локальных участков (например, возле беседки);
• декоративная подсветка архитектурных и ландшафтных особенностей участка.

Особенно стоит отметить защитную роль уличного освещения. Благодаря хорошей видимости появляется возможность визуального контроля за территорией (в том числе техническими средствами). Яркий свет отпугивает людей с плохими намерениями. В освещенном дворе любой объект заметен: не каждый злоумышленник решится на несанкционированное проникновение.

Методы управления уличным освещением

На практике используется три способа управления светом: ручное, дистанционное и автоматическое.

Ручное управление

Включение и выключение уличных светильников осуществляется в ручном режиме. Каждый источник света или их группа управляется оператором непосредственно на месте.

Этот способ самый древний. Издавна фонарщики подходили к каждому фонарю (газовому или масляному) и зажигали столб, а позднее — гасили. Даже сегодня во дворах частных домов используется ручное управление наружным светом. Однако в коммунальных службах управлять светом в ручном режиме невозможно из-за масштабов работы, поэтому такой способ используется только в экстренных случаях (например, при выполнении ремонта).

Удаленный контроль

С течением времени технологии развивались — вместо фонарщиков управлять освещением стали служащие энергораспределительных сетей. Делали работники служб это дистанционно, включая или выключая рубильник. В результате действий напряжение подается в сеть или, наоборот, прекращается.

Автоматическое управление

Управление с помощью автоматики — наиболее продвинутый способ управления светом. Включение и выключение света осуществляется за счет использования датчиков, действующих по определенному алгоритму. В результате система освещения работает без непосредственного участия человека.

Переход на автоматическое управление вызван изменением технологического процесса. Напряжение к потребителям поступает при участии локально расположенных трансформаторных станций. На этих объектах происходит преобразование высоковольтного напряжения в напряжение нужной величины.

Существует два обстоятельства, диктующих переход на автоматическое управление:

1. Чаще всего строить отдельные подстанции для уличного освещения экономические невыгодно. Нынешние трансформаторы преобразуют напряжение для всех потребителей электричества на заданной территории.
2. Для централизованного контроля за включением и отключением светильников понадобилось бы подтягивать к каждой подстанции отдельный кабель, что только повысит и без того большие расходы.

В связи с этим начался массовый переход на автоматические системы. В самом начале развития технологии принцип управления был прост: на подстанциях монтировались приборы, контактирующие с датчиками освещенности.

Со временем стали видны изъяны такого подхода:

• некорректное срабатывание при неверной калибровке;
• фонари часто гасли в темное время из-за света фар от проезжающих машин или даже от лунного света;
• если датчик покрывался снегом, грязью или льдом, происходило ложное срабатывание светильника;
• датчики нередко выходили из строя.

Еще один недостаток датчиков освещенности — линейность технологии. Свет не обязательно нужен даже в темное время суток, если на территории отсутствуют движущиеся объекты.

Чтобы как-то оптимизировать технологию, датчики стали объединять с временными реле. В результате таймер включал и выключал светильники в определенное время. Например, освещение работало с 10 часов вечера до четырех часов утра.

Позднее появились астрономические реле. В таких устройствах программа по определенному алгоритму рассчитывает время заката и рассвета. На основании расчета происходит управление освещением.

Датчики освещенности по-прежнему используются. Приборы актуальны для управления светом при неожиданном снижении естественной освещенности (например, туман).

На сегодняшний день наиболее популярны автоматические системы на основе цифровых технологий, где сочетаются автоматика и ручное управление.

Устройство автоматической системы

Аппаратная часть оборудования состоит из таких уровней:

1. Верхний уровень представляет собой панель диспетчерского пункта. Управляется диспетчером. На панель приходит информация с нижестоящих систем. На верхнем уровне производится коррекция параметров программы или предпринимаются иные управленческие действия.
2. К нижнему уровню относится электрощит, расположенный на участке освещения. Щиты предназначены для коммутации работы светильников и контролируют их функционирование без участия человека.

Процесс управления осуществляется с участием зонального контроллера или серверного оборудования. Контроллер служит для образования сигнала на подключение группы уличных светильников.

Существует несколько способов коммутации между верхними и нижними уровнями:

1. Модемный канал. Связь выполняется по телефонной линии. Это самый финансово доступный способ коммутации. Прокладка выделенной линии — достаточно затратное мероприятие.
2. GSM-канал. Уличным освещением можно управлять при помощи системы глобального позиционирования или устройства, позволяющего точно определять время восхода и заката. Контроллер включается за 20 минут до заката и отключается за 15 минут до рассвета. Оборудование стоит недорого, однако сама связь будет стоить немалых денег.
3. LAN-канал. Способ связи, где блок управления и диспетчерский пункт контактируют через витую пару. Связь бесплатна, однако придется прокладывать кабель к каждому шкафу. Технология актуальна только при близком расположении оборудования разных уровней.
4. Радиоканал. Оборудование стоит дорого, связь бесплатна. Недостаток — неустойчивость к помехам.

Возможности автоматики

Автоматизированная система управления наружным светом позволяет решать целый ряд задач. Условно их можно разделить на две группы — управленческие функции и контрольные.

1. Включение и выключение светильников.
2. Программирование работы приборов по времени или реакции датчиков.
3. Фазовые переключения на электролиниях.
4. Принудительная перезагрузка микропроцессоров в шкафе управления.

1. Проверка состояния линий подключения.
2. Контроль линий ввода.
3. Контроль работы контакторов и выходных автоматов-выключателей.
4. Наблюдение за приборами учета расхода электричества.
5. Мониторинг несанкционированного доступа в шкаф.
6. Проверка состояния линии.
7. Изучение неисправностей системы.
8. Слежение за наличием возгораний.

Системы управления уличным светом оснащаются встроенными источниками электропитания. Если отключается напряжение, система может работать еще не меньше часа. Во многих системах предусмотрена не только передача данных об изменениях параметров, но и дублированное сохранение информации.

Шкаф управления

Шкаф управления наружным освещением (ШУНО) — центральное звено системы, где сосредоточены все схемы, распределяющие нагрузки и контролирующие процесс освещения. Через шкаф осуществляется защита фотореле от замыкания и перепадов напряжения.

На схеме показана работа ящика управления, где 1 — электросчетчик, 2 — замок, 3 — защитный барьер, 4 — шкаф.

Главная задача шкафа — контроль за срабатыванием реле исходя из времени суток, управление с помощью пульта и регулировка яркости свечения после подключения реле.

Шкафы функционируют в таких управленческих режимах:

1. Местное управление (обычный таймер, астротаймер или иное определяющее устройство).
2. Каскадная система управления напряжением 220 В/50 Гц. Управление осуществляется по особому сигнальному проводнику от другого шкафа или пульта.
3. Местное управление.

Подбор режимов производится при участии имеющихся органов управления. В шкафах есть раздельный контроль ночного освещения (три однофазных линии) и дополнительное ночное освещение (три однофазных линии в электрощитах на 100 А и шесть в щитах на 250 А). Шкафы оснащаются внутренней подсветкой при помощи лампочки накаливания на 40 – 60 Вт.

Если позволяют финансовые возможности проложить кабель к каждому уличному светильнику с реле, один из шкафов размещают внутри здания, а второй — на въезде в участок. Однако щиты будут работать одновременно, в результате чего каждый блок станет потреблять электроэнергию как полноценный кабельный канал.

Рекомендуется такая схема: первый шкаф размещают у ворот, подключив к его контроллеру светильники с датчиками движения и фотореле. Второй шкаф устанавливается внутри дома. С него будет осуществляться дистанционный контроль (с помощью пульта).

Оптимальной будет следующая система: первый шкаф устанавливают у ворот, и подключают на его контроллер фонари с датчиками движения с фотореле, стоящие вдоль дорожки. Второй шкаф ставится непосредственно внутри помещения — отсюда будет вестись дистанционное управление. Схема простая: к каналу, который идет в блок контроля, подключены определенные светильники, а с пульта подается сигнал. Щит позволяет передавать команды для автоматического отключения тока по периметру участка.

Системы управления

Светильники с газоразрядными лампочками управляются традиционным образом. Для этого применяются балласт и балластное сопротивление. Технология основана на установлении предела мощности светотехнического оборудования. Ограничение — номинал.

Магнитный или индукционный балласт

Магнитные балласты (индукционные) работают по следующему принципу: ток выступает в качестве разжигающего элемента для газоразрядной лампочки. Индукционный балласт необходим для ограничения мощности источника света за счет сопротивления индуктивности.

Минус магнитных балластов: смещение фазы между напряжением и электрическим током, из-за чего меняется световой поток.

Для запуска реакции иногда используется так называемое импульсное зажигающее устройство. На картинке внизу показана схема с использованием ИЗУ.

Электронный балласт

Низкочастотные или высокочастотные электронные балласты квалифицируются как традиционный тип управления. В них отсутствует стартер. Благодаря электронному балласту улучшается эффективность светильника, так как уменьшается вес прибора и снижается расход электричества. Такие устройства отличаются низкой шумностью. Минус электронных балластов — искаженность гармоник, что ухудшает качество радиоволн. На рисунке внизу показана схема подключения электромагнитного ПРА.

За счет использования электронных балластов удается достичь качественного розжига лампочки и поддержания заданного уровня напряжения. Устройство обычно оснащается средствами дистанционного управления.

Недостаток электронных балластов в том, что лампы и фотоэлементы подвержены загрязнению, из-за чего отзывчивость устройства снижается. Возможны сложности с калибровкой датчика.

Источник