Энергоэффективная система управления муниципальным освещением

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Сети муниципального уличного освещения (УО) являются неотъемлемой частью инженерной инфраструктуры любого города или поселка. Затраты на электроэнергию в сетях УО в населенных пунктах оцениваются в 30% от всех затрат на освещение, и с учетом дополнительных затрат на обслуживание сетей освещения составляют весьма значительную долю в структуре затрат муниципальных бюджетов [1].

Основу существующих сетей УО составляют автономно функционирующие фрагменты, управление которыми осуществляется с применением фотореле или таймеров. В качестве коммутационной аппаратуры для всей линии УО обычно используются контакторы или магнитные пускатели. Приборы учета электроэнергии - практически повсеместно однотарифные. Кроме того, достаточно часто, особенно в сельских районах, встречаются варианты сетей УО, совмещенные с сетями электроснабжения коммунально-бытового сектора (воздушные линии напряжением 0,38 кВ). В таких сетях УО управление осветительными приборами осуществляется индивидуально ручным выключателем, установленным на опоре воздушной линии, а оплата за потребленную электроэнергию взимается по усредненному количеству часов горения светильников, как правило, не соответствующему реальному режиму их работы. Контроль текущего расхода электроэнергии, режимов работы электрооборудования в таких сетях УО не ведется. Как следствие, значительные нерациональные затраты бюджетных средств на оплату электроэнергии и дополнительные эксплуатационные расходы.

Резюмируя сказанное, можно заключить, что в основном состояние сетей УО характеризуется следующими признаками:

§ отсутствие централизованного мониторинга оборудования и управления режимами работы;

§ отсутствие режимов энергосбережения;

§ эксплуатация морально устаревшего и изношенного оборудования;

§ неэффективный учет электроэнергии (однотарифный учет или расчетные схемы оплаты);

§ высокий уровень эксплуатационных затрат;

§ распределение шкафов управления по большой территории;

§ возможность несанкционированного вмешательства в процесс управления из-за доступности оборудования шкафов управления для посторонних лиц;

§ экологические проблемы, возникающие при утилизации вышедших из строя ртутных ламп.

Автоматизация процессов управления в сетях УО часто сводится к введению функций внешнего централизованного компьютерного управления с использованием проводных каналов связи, прокладываемых от центра управления до каждого шкафа управления линией освещения, а при невозможности такового - использование выделенных радиоканалов или сетей операторов мобильной связи для передачи команд управления. В этом случае включение и отключение сетей УО происходит централизованно и, как правило, объектом управления является вся линия освещения. Информативность диспетчерского персонала здесь связана с неоправданным ростом затрат на централизованную систему управления, а сбои в канале связи могут привести к полной потере управления линией освещения или фрагментом сети УО.

Мероприятия по энергосбережению в сетях УО в основном связаны с заменой ламп светильников на энергосберегающие и пофазным управлением линиями освещения (при этом светильники, подключаются на разные фазы линий освещения через один).

Следует отметить, что замена ламп в светильниках на энергосберегающие приносит ощутимый экономический эффект (см. рисунок 1), а способ экономии электроэнергии за счет отключения одной фазы линии освещения в определенный период времени делает неравномерным освещенность территории и недопустим по существующим СНиП для сельской местности.

уличный освещение фотореле

Рисунок 1

Диагностика неисправностей оборудования в большинстве случаев отсутствует, и для определения неисправных светильников (перегоревших ламп), обрывов линий, обслуживающему персоналу приходится включать освещение в дневное время и визуально производить осмотр линий и светильников, что приводит к росту эксплуатационных затрат.

Анализ режимов работы сетей УО позволил определить основные принципы построения энергоэффективных систем управления УО. Это:

§ применение экологически чистых энергосберегающих ламп;

§ регулирование светового потока светильников;

§ дистанционное адресное управление режимами работы светильников;

§ централизованный мониторинг состояния системы освещения и ее элементов;

§ рациональное сочетание принципов дистанционного и автономного управления;

§ применение многотарифного коммерческого учета электроэнергии;

§ выявление и предотвращение несанкционированных вмешательств;

§ повышение информированности диспетчерского персонала.

Для регулирования светового потока светильников в целях энергосбережения перспективно использование технологии редукции мощности, т.е. когда мощность потребления светильника, и соответственно его световой поток можно снижать в заданных пределах. Следует заметить, что технические средства, реализующие данную технологию, дороже простых систем коммутации мощности. Тем не менее, их применение позволяет получить существенную экономию электроэнергии за счет снижения энергопотребления светильников в ночные часы до 50% от номинального значения.

На данный момент существует несколько технологий редукции мощности в освещении, основанных на применении [1]:

? автотрансформатора с большим количеством отводов для регулировки общего уровня напряжения питания в линии с сохранением его формы;

? силовых транзисторных преобразователей для обрезания определенной части формы напряжения питания в линии с сохранением его пикового значения;

? двухуровневых электромагнитных балластов (изменяемое двухуровневое увеличение/уменьшение сопротивление дросселя в каждом светильнике);

? управляемых электронных балластов - электронных пуско-регулирующих аппаратов (ЭПРА) для натриевых ламп высокого давления;

? управляемых пуско-регулирующих устройств (УПРУ) [2] для различных типов ламп.

Для указанных последних трех технологий редукции мощности возможно применение адресного управления электромагнитными и электронными балластами, как по отдельным проводам, так и по линии питания с помощью электросетевых модемов [3].

Реализация многотарифного учета потребляемой электроэнергии и адресного управления мощностью ЭПРА по сети электропитания дает неоспоримые преимущества такой технологии в целях экономии затрат на оплату потребленной электроэнергии, повышения гибкости системы управления, автоматизации диагностики, существенного снижения эксплуатационных затрат, которые несут муниципальные бюджеты.

Эффективное дистанционное управление режимами работы сетей УО основано на применении GSM/GPRS технологий и позволяет оперативно получать информацию о текущем состоянии оборудования и режимах его работы.

На сегодняшний день на рынке систем управления светотехническим оборудованием имеются отечественные и зарубежные разработки с широким диапазоном функциональных возможностей, в которых используются силовые провода для передачи команд управления светильниками, а для управления шкафами - GSM/GPRS каналы операторов мобильной связи.

Наиболее известным зарубежным (но и дорогостоящим!) технологическим решением для организации адресной передачи данных по электрической сети является технология LonWorks фирмы Echelon (аналог сетевой технологии Ethernet) [4]. Многие зарубежные разработчики систем управления УО принимают ее в качестве базисной для управления светильниками по силовым проводам. В тоже время существуют и другие оригинальные решения по созданию систем управления УО, например продукт Lixos немецкой фирмы Vossloh-Schwabe [5]. В качестве положительного момента следует отметить, что в данном продукте реализовано адресное групповое управление светильниками по заданному расписанию в зависимости от привязки их к различным объектам дорожной и социальной инфраструктуры населенного пункта. Например, имеется возможность ярче освещать пешеходные переходы или зоны остановочных павильонов, школьных маршрутов, чем обычные уличные магистрали в вечернее время суток, тем самым одновременно экономя электроэнергию и поддерживая необходимый уровень общественной безопасности. В то же время система не лишена и недостатков, к которым кроме высокой стоимости следует отнести отсутствие единого центра управления и диагностики. Подобные решения предлагаются уже и некоторыми отечественными производителями средств автоматизации.

Вместе с тем необходимо отметить, что любая система управления энергозатратным объектом, таким как сети УО, должна в первую очередь удовлетворять критерию энергоэффективности, т.е. позволять комплексно экономить электроэнергию и снижать эксплуатационные затраты, тем самым приводя и к комплексной экономии бюджетных средств. Исходя из данного положения, анализа технических решений, имеющихся на рынке, и перспективных к применению в данной области технологий коллективом специалистов ООО Научно-производственная фирма «Электронные информационные системы» разработаны технические решения по созданию энергоэффективной системы управления муниципальным освещением. Их практическая реализация позволяет реализовать систему управления УО, сочетающую в себе возможности индивидуального адресного управления светильниками, их функциональной диагностики и комплексной диспетчеризации режимов управления сетями УО при минимизации затрат на энергопотребление и эксплуатацию.

В настоящее время разрабатывается опытный образец системы для прохождения натурных испытаний в сетях муниципального освещения одного из районов Ростовской области. Оригинальные технические решения, положенные в основу создания и функционирования системы, позволяют получить неоспоримые ценовые и функциональные конкурентные преимущества перед любыми отечественными и зарубежными аналогами. Схема такой системы приведена на рис. 2.

Рисунок 2 - Структурная схема системы управления УО

Основные функции энергоэффективной системы управления УО, обеспечивающие ее конкурентные преимущества следующие:

? адресное управление светильниками, позволяющее выполнять включение, отключение, регулировку светового потока по астрономическому времени, географической координате, местоположению объектов и требованиям к режимам их освещения.

? автоматическая диагностика системы освещения, в основу которой положена авторская технология локализации неисправных ламп и мест обрывов линии.

? передача сигналов управления светильникам по сети электроснабжения с использованием модуляции основной гармоники напряжения сети (авторская технология).

? централизованный коммерческий учет электроэнергии, сигнализация аварийных режимов и несанкционированного вмешательства.

Основные составляющие экономического эффекта:

? невысокие затраты на внедрение системы;

? экономия потребляемой электроэнергии за счет применения энергосберегающих натриевых ламп с возможностью регулировки их светового потока по заданному расписанию или команде диспетчера (применяются адресно управляемые ЭПРА);

? существенное снижение эксплуатационных затрат за счет: большего срока службы ламп; снижения затрат (ГСМ, электроэнергия, заработная плата выездной бригады и др.) на выявление неисправных ламп, мест обрывов линий, осмотр шкафов управления и замену коммутационной аппаратуры (применены силовые тиристорные коммутаторы-модуляторы); использования оптимальных схем оплаты за потребленную электроэнергию (применение дифференцированного тарифа);

? отсутствие затрат на прокладку дополнительных проводов управления.

Литература

1. Материалы Интернет-сайта www.es.ua

2. Материалы Интернет-сайта www.econom-energo.ru

3. Способ и устройство передачи и приема информации по линиям распределительных электрических сетей переменного тока: решение о выдаче патента от 25.03.2008 г., заявка 2006109696/09 Рос. Федерация: H04B 3/00 / Сапронов А.А., Старченко И.Е., Никуличев А.Ю.; заявитель и патентообладатель ООО Научно-производственная фирма «Электронные информациионные системы». - № 2006109696/09; заявл. 27.03.2006; опубл. 10.10.2007, Бюл. № 28. - 2 с.: ил.

4. Материалы Интернет-сайта www.echelon.com

5. Материалы Интернет-сайта www.vossloh-schwabe.com

Размещено на Allbest.ru