Научно-производственный коммерческий центр ОДИС-W

к.т.н. В.Казачинский, к.т.н. А.Казачинский, Н.Берёза, А.Тищенко

Введение

Современные технологии автоматизации в сфере управления наружным освещением, в основном, внедряются в крупных городах. И на то есть веские причины. Во-первых, финансовые возможности большого города не соизмеримы с бюджетом небольших населённых пунктов. Во-вторых, в крупных городах значительно проще найти специалистов нужной квалификации. Этим и объясняется перекос во внедрении современных систем управления уличным освещением для разных категорий населённых пунктов.

Краткий обзор новой концепции

Мировой опыт внедрения IT-технологий в различных отраслях показывает, что непрерывный рост и совершенствование техники опережает средний уровень подготовленности технического персонала конечных пользователей этой новой техники. В последние десятилетия  данная тенденция породила новые методы внедрения и эксплуатации  инновационных проектов через создание центров компетенции, концентрирующих опыт и знание в конкретной области техники.

Так, например, один из крупнейших провайдеров сотовой связи  реорганизовал свою структуру и передал все вопросы технического обслуживания собственного сетевого оборудования предприятию, компетентному в этом оборудовании. Это позволило сократить расходы на обслуживание и повысить его качество, что в конечном итоге привело к повышению надёжности и качества предоставления услуг конечным абонентам.

Можно привести множество других примеров предоставления услуг центрами компетентности – это интернет-услуги GPS-сопровождения транспорта, это услуги АСУ предприятием через «облачные сервисы» и т.д. Подобные сервисы упрощают внедрение современных технических достижений, не требуя наличия квалифицированного персонала у заказчика, что в итоге повышает эффективность  решения конечной задачи.

 Варианты реализации новой концепции

Многолетний опыт работы с предприятиями «Горсвет» позволил сформулировать два основных способа внедрения современных систем управления наружным освещением.

Для небольших населённых пунктов, которые удобно объединить в территориальную группу с единым графиком включения-выключения освещения, предлагается создание кустового диспетчерского центра (КДЦ), имеющего необходимую инфраструктуру и технический персонал. Данный КДЦ заключает договора на предоставление услуг по управлению наружным освещением с соответствующими коммунальными предприятиями.  Схема взаимодействия между участниками такого варианта показана на рисунке.

КДЦ выполняет все работы по монтажу и инсталляции оборудования в шкафах управления наружным освещением (ШУНО), обеспечивает дистанционное управление этим оборудованием по согласованному графику, производит диагностику состояния ШУНО и осветительной сети. Контролирует работоспособность установленного оборудования и, при необходимости, производит его ремонт и профилактическое обслуживание. Дистанционно считывает показания счётчиков, подготавливая подробные отчёты по потреблённой электроэнергии для каждой сети освещения.

Для отдельных населённых пунктов, в том числе и не обязательно малых, предлагается также вариант создания «виртуального» диспетчерского центра (ВДЦ) на площадке основного производителя оборудования СПРУТ^®  ОДИС-W. В данном случае для управления конкретной сетью наружного освещения требуется  только компьютер, подключённый к интернет. Данный компьютер может эпизодически подключаться к ВДЦ для проверки состояния осветительной сети и оборудования, а также для выполнения тех или иных управляющих действий. Схема взаимодействия  этого варианта показана на рисунке.

Требования к компьютеру диспетчера могут быть самые минимальные – от смарт-фона, планшета, ноутбука до стандартного офисного ПК. При этом не требуется инсталляция специализированных программ. Необходима только стандартная операционная система из семейств Windows, Linux, Android. Взаимодействие с ВДЦ  производится через интернет с помощью защищённых каналов связи VPN, что полностью исключает несанкционированный доступ к системе управления. Данный способ следует считать даже более надёжным, чем локальный диспетчерский центр, так как исключен доступ к учётным данным блока GSM-связи, через который возможен несанкционированный доступ к системе управления.  Очевидно, что в этом случае нет необходимости заботиться о круглосуточной работе компьютера, сохранении данных, их архивации. Нет надобности в затратах на содержание большого штата, на сопровождение и обслуживание специального программного обеспечения, на обеспечение бесперебойного питания,  защиту от несанкционированного использования и т.д.

О целесообразности новой концепции

Новый подход особо выгоден в тех случаях, когда нет возможностей и средств для создания собственного локального диспетчерского центра (ЛДЦ). Для полноты понимания следует описать пример такого ЛДЦ.

В первую очередь ЛДЦ должен иметь основной компьютер системы управления – сервер, который обязан круглосуточно функционировать для отслеживания всех событий в осветительной сети. Для этого компьютера необходимо обеспечить надёжное бесперебойное питание, соблюдение температурного режима, необходимое техническое обслуживание, постоянно обновляемую защиту от вредоносных программ, резервное копирование данных, а также защиту от несанкционированного доступа посторонних. В ряде случаев данный компьютер может быть одновременно рабочим местом диспетчера. В таком варианте предъявляются ещё более жёсткие требования к дисциплине работы диспетчера на данном компьютере – отсутствие посторонних программ на компьютере, не корректные действия пользователя и т.д. Работа со специализированным программным обеспечением должна выполняться строго по инструкции, нарушение которой может привести к потери данных или к неработоспособности всей системы в целом.

При наличии дополнительного компьютера в ЛДЦ, как рабочего места диспетчера, он должен подключаться к основному компьютеру и также иметь все средства защиты доступа к системе управления. Контроль состояния всей системы и её защиты в этом случае всецело зависит от квалификации местных специалистов.

Вторым важным компонентом ЛДЦ является блок GSM-связи, который, дополнительно, имеет свои особенности эксплуатации. В первую очередь, это обеспечение достаточного уровня GSM-сигнала в месте расположения этого блока и устойчивая работа ближайшей базовой станции сотовой сети. Обязательным условием надёжной работы этого блока является  профилактика СИМ-карт и их держателей для встроенных модемов, а также других разъёмных соединений коммуникаций блока.

Таким образом, становится понятна вся ответственность содержания собственного ЛДЦ и оценка затрат на обеспечение его бесперебойной работы. Становится очевидным, что в большинстве случаев для малых городов, а также для крупных городов, желающих обеспечить эффективность и экономию затрат, целесообразно внедрение новой концепции управления наружным освещением.

Ещё раз о безопасности и надёжности

Следует особо отметить, что развитие современных технологий передачи данных для банкинга, защиты персональных данных, военных применений и т.д. наглядно доказывает, что современные интернет-сети обеспечивают максимальную надёжность и сохранность, в ряде случаев не доступную для локальных систем, для которых реализация систем защиты может быть либо слишком дорога, либо не эффективна.

Централизованный сервис, объединение опыта квалифицированных специалистов – бесспорные аргументы в пользу центров компетенции, в том числе, и в такой социально важной отрасли, как управления наружным освещением населённых пунктов и дорог.

Послесловие

В заключении хотелось бы воспользоваться возможностью данной статьи и отметить последние усовершенствования системы СПРУТ^®. Это новая возможность управления компенсацией реактивной мощности, а также передача данных о качестве энергопитания осветительной сети. Добавлена новая функция контроля целостности воздушных линий, а также контроля работоспособности отдельных светильников.

 

Powered by Hackadelic Sliding Notes 1.6.5

Галич А.Б., Казачинский А.М., Казачинский В.М.

 

Многолетний опыт эксплуатации систем управления уличным освещением СПРУТ^® в более чем 20 городах  показал высокую энерго-эффективность освещения за счёт оптимизации управления режимами освещения,  своевременного обнаружения аварийных ситуаций в осветительной сети, а также минимизации затрат при обслуживании всей инфраструктуры освещения.

Известно, что на освещение в современных городах тратится до 40% от общего потребления электроэнергии городской инфраструктурой. При этом различают активную часть энергии, которая преобразуется в полезную энергию светового излучения и реактивную часть энергии, которая не связана с выполнением полезной работы, а расходуется на создание паразитных электромагнитных полей в электросети и осветительных приборах. Показателем потребления реактивной энергии (мощности) является коэффициент мощности сos φ. Он показывает соотношение активной мощности Р и полной мощности S, потребляемой из сети:

сosφ = P / S.

В оптимальном режиме, по требованиям ПУЭ, этот показатель должен стремиться к единице. Важно учитывать, что реактивный ток дополнительно нагружает линии электропередачи, что приводит к увеличению сечений проводов и кабелей и соответственно к увеличению капитальных затрат на внешние и внутриплощадочные сети. В конечном итоге реактивная мощность наряду с активной мощностью учитывается поставщиком электроэнергии, а следовательно, подлежит оплате по действующим тарифам, поэтому составляет значительную часть счета за электроэнергию.

Во исполнение рекомендаций ПУЭ, по инициативе и при непосредственном участии КП «Севгорсвет» СГС, была исследована задача  компенсации реактивной мощности, в том числе в аспекте экономии затрат на энергоресурсы в городском освещении. Специалистами НПКЦ «ОДИС-W» было предложено техническое решение, позволяющее свести к минимуму уровень реактивной составляющей за счёт использования современных компонентов фирмы EPCOS совместно c базовым терминалом системы управления Спрут^®-105 на уровне электропитания отдельного шкафа управления наружным освещением (ШУНО) типа И-710.

Рассмотрим несколько подробнее проблему реактивной мощности в осветительных сетях. В современных светильниках в основном используются газоразрядные лампы с пускорегулирующей аппаратурой (ПРА) на основе электромагнитных дросселей. В этом случае реактивная составляющая мощности в осветительной сети формируется за счёт двух составляющих:

— реактивность не скомпенсированной индуктивности дросселей, используемых в ПРА, а также электрокабелей питания (до 50% всей реактивной мощности);

— реактивность импульсного тока потребления дуговым разрядом ламп (до 50% реактивной мощности).

В результате значение cos φ в осветительных электрических сетях может достигать уровней 0,4 — 0,8, вызывая значительные потери мощности в сетях и, как следствие, значительный перерасход общих затрат на электроэнергию.

Практические измерения на реальных объектах сети КП «Севгорсвет» СГС (смотрите таблицу 1) подтвердили высокую реактивность осветительной сети, которая достигала величины 50% от общей мощности потребления (cos φ от 0,46 до 0,6).

 

Табл. 1.

 

При этом была зафиксирована другая важная особенность электропитания осветительной сети – несимметричность распределения нагрузки по питающим фазам А, В, С. Например, фаза А – 20%, фаза В – 50% и фаза С – 30% от общей нагрузки. Важно отметить, что такой перекос по фазовым токам не позволяет использовать стандартное оборудование, применяемое для компенсации реактивной мощности в симметричных 3-х фазных сетях, так как приводит к неизбежному эффекту перекомпенсации (генерации) на отдельных питающих фазах.

Было предложено техническое решение, позволяющее эффективно решать задачу компенсации реактивной энергии в условиях изменяемой нагрузки по графику смены режимов освещения, а также при изменении нагрузки выходных линий освещения ШУНО. Схема подключения компенсационной установки показана на рисунке 1.  Компенсационная установка (КУ) размещается в отдельном шкафу  размерами 600*900*350 мм., который может крепиться на боковой стенке основного шкафа типа      И-710 или в любом другом удобном месте рядом с основным ШУНО.  Фотография, иллюстрирующая взаимное расположение КУ и ШУНО представлена на рисунке 2.

Рис.1

КУ оснащается автономной подсистемой терморегуляции, что обеспечивает безаварийную эксплуатацию установки в любых климатических условиях. Все параметры процесса компенсации реактивной мощности контролируются и доступны диспетчеру через штатную систему управления СПРУТ^®.

Рис.2

 

 

Для оценки технико-экономического эффекта, ожидаемого в результате применения КУ, предлагаем  рассмотреть таблицу 2, где показана зависимость экономии общей электроэнергии от степени компенсации реактивной составляющей, выраженной, как увеличение сos φ.

                                                                                                          Табл. 2

Видно, что даже компенсация реактивной составляющей от среднего значения 0,6 до величины 0,9 позволяет получить существенный эффект снижения затрат на 33%.

Предварительные расчёты, проведенные специалистами КП «Севгорсвет» СГС, дают основания для оценки срока окупаемости проекта внедрения КУ от 12 до 18 месяцев.

Powered by Hackadelic Sliding Notes 1.6.5

                                                      

к.т.н. Казачинский В.М., к.т.н. Казачинский А.М.

Понятие «качество уличного освещения» включает в себя целый комплекс требований и характеристик. В данной статье предлагается рассмотреть аспекты «качества освещения» с точки зрения автоматизированных систем управления, а именно:

— надёжность управления сетью уличного освещения;

— безопасность эксплуатации осветительной сети;

— своевременность обнаружения и устранения неисправностей в инфраструктуре

освещения;

— энергоэффективность систем городского освещения.

Рассмотрим более подробно каждый из аспектов на основе многолетнего опыта эксплуатации систем управления уличным освещением СПРУТ^® в 12-ти городах .

 

КАЧЕСТВЕННОЕ УПРАВЛЕНИЕ СЕТЬЮ УЛИЧНОГО ОСВЕЩЕНИЯ

В первую очередь, исходя из теории надёжности больших систем, управление освещением должно строиться на принципе децентрализованной архитектуры в сочетании с централизованным мониторингом оборудования каждого узла осветительной сети. Обратным примером может являться централизованная система управления освещением, построенная на основе частной радиосети типа «звезда». При прочих известных недостатках известно также, что увеличение числа управляемых шкафов приводит к неоправданному усложнению оборудования и снижению общей надёжности функционирования системы.

На принципе децентрализованного управления построена система СПРУТ^®.  Остановимся подробнее на основных технических требованиях, предъявляемых к подобным системам и оценим их влияние на общее качество функционирования.

Во-первых, децентрализованный принцип функционирования подразумевает непрерывный режим работы оборудования и сохранение живучести при любых помехах и не штатных воздействиях. В связи с этим строго рекомендуется использовать перекрёстный контроль работы электроники. Для этого в оригинальной версии терминала СПРУТ^® задействованы два независимых контроллера, обеспечивающих взаимную перезагрузку при сбоях и зависаниях. Особенно актуально данное требование для контроллера модема, который постоянно подвергается нештатным ситуациям со стороны GSM-сети, приводящим к блокированию контроллера.

Во-вторых, децентрализованное управление предъявляет жёсткие требования к встроенным в терминал электронным часам, от которых зависит основной алгоритм работы системы. Для обеспечения непрерывного контроля этой важной части терминала в технологии СПРУТ^® задействован целый комплекс мер. Это поточный контроль корректности показаний часов, это использование морозостойкого аккумулятора, это использование специальной схемы контроля разряда аккумулятора и отключения второстепенных нагрузок. Данные меры позволяют обеспечить надёжную эксплуатацию оборудования СПРУТ^® при любых климатических условиях и воздействии любых помех, например, от срабатывания контакторов. Следует обратить внимание, что в большинстве других версий терминалов управления уличным освещением данные меры не реализованы, а для работы часов используется литиевая батарейка, сохраняющая работоспособность только при плюсовых температурах.

В-третьих, это максимальная независимость работы оборудования управления от состояния питающих фаз А, В, С на входе шкафа. При этом под оборудованием управления понимается не только сам терминал, но и контакторы, управляющие коммутацией фаз на выходные линии шкафа. Есть разработки, где для этого используется специальный блок питания, обеспечивающий напряжение питания для терминала при наличии хотя бы одной фазы. В терминалах СПРУТ^®  применён блок поиска фаз, который коммутирует любую работоспособную фазу не только на питание терминала, но и на обмотки контакторов. Это позволяет обеспечить энергопитание светильников уличного освещения даже при наличии только одной фазы. При этом коммутация обмоток контакторов осуществляется терминалом через промежуточные реле, что делает не критичным техническое состояние самих контакторов (износ механических узлов, подгорание катушек и т.д.).

 

ОБЕСПЕЧЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ УЛИЧНЫМ ОСВЕЩЕНИЕМ

Следует понимать, что большинство эксплуатируемых систем управления уличным освещением используют общедоступные сети GSM для передачи данных. При этом, как правило, провайдер не несёт ответственности за корректность работы стороннего оборудования.

Сам принцип открытой сети связи предоставляет возможности для злоупотреблений, типичных для пользователей сетей GSM. Это взлом сим-карт, хакерские атаки через SMS и GPRS, несанкционированное управление, блокировка работы специальными звонками и т.д. Не секрет, что подобные случаи были и в системах дистанционного управления уличным освещением. Очевидно, что несанкционированное включение и выключение освещения чревато с одной стороны перерасходом электроэнергии, а с другой — аварийными ситуациями на дорогах и травматизмом пешеходов в тёмное время суток.

В связи с этим разработчики  системы СПРУТ^® уделили особое внимание вопросам безопасности при эксплуатации систем дистанционного управления. В первую очередь была разработана и запатентована технология передачи команд управления освещением, не использующая стандартные сервисы сетей GSM, что ограничивает возможности  для взлома. Для блокировки хакерских атак задействован также второй контроллер, используемый во всех последних версиях терминалов СПРУТ^®. Поэтому рекламные сообщения некоторых поставщиков о том, что в системе используются все сервисы сетей GSM, могут являться, как ни странно, положительным сигналом для  злоумышленников.

Важнейшим средством обеспечения безопасности  подобных систем является также ежедневный мониторинг работы оборудования, который позволяет выявлять все случаи хакерских атак и быстро реагировать на них. Данная услуга является стандартной для всех клиентов, эксплуатирующих системы управления СПРУТ^®, и входит во все договора по обслуживанию и сопровождению инсталлированных систем СПРУТ^®.

 

ПЛАНОВО-ПРЕДУПРЕДИТЕЛЬНОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ

Важнейшим атрибутом обеспечения качества уличного освещения является бесперебойная работа всех элементов осветительной сети, предупреждение отказов и аварийных ситуаций. Данные условия могут быть выполнены в рамках планово-предупредительного обслуживания, включающего  круглосуточный мониторинг базового оборудования, а так же за счёт дополнительного оборудования, контролирующего нагрузку на каждой выходной линии шкафа.

Мониторинг базового оборудования позволяет оценивать ресурс сим-карт, ёмкость аккумулятора, исправность электроники, а также наличие помех и уровень радиосигнала.

Дополнительное оборудование, которое поставляется с терминалами СПРУТ^® по отдельному заказу, позволяет контролировать целостность проводной сети, обнаруживать удалённые замыкания, не приводящие к срабатыванию предохранителей, обнаруживать подключение сторонних потребителей, а также оценивать число работоспособных светильников на каждой линии. Точный контроль уровня напряжений питающих фаз позволяет  при необходимости выставлять претензии поставщикам электроэнергии за некачественное энергоснабжение.

 

ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ В ОСВЕТИТЕЛЬНЫХ СЕТЯХ

Помимо использования энергоэффективных светильников и управляемых балластов имеется также возможность, в рамках технологии СПРУТ^®, реализовать эффективные средства энергосбережения со сроком окупаемости от 12 до 24 месяцев.

Самый простой вариант, реализуемый на основе терминала СПРУТ^® версии 5.1, состоит в использовании централизованной, на уровне шкафа, редукции напряжения питания светильников. Экономия составляет 30-35%

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В заключении позвольте привести сводную таблицу основных требований, обеспечивающих качество уличного освещения, с позиций технологий управления.

№	Показатель качества	СПРУТ®	Прототипы
1	Наличие двух независимых контроллеров	да	нет
2	Защита от сбоев времени	да	нет
3	Защита от сбоев в сети GSM	да	нет
4	Внутренняя диагностика работоспособности терминала	да	нет
5	Независимость управления от наличия фаз	да	нет
6	Использование закрытого канала для управления (патент)	да	нет
7	Контроль «хакерских атак»	да	?
8	Дистанционный мониторинг работоспособности	да	?
9	Наличие опции контроля отдельных линий освещения	да	нет
10	Наличие опции энергосбережения	да	нет

Powered by Hackadelic Sliding Notes 1.6.5

Давиденко В.А., к.т.н. Казачинский В.М.

Введение
Предлагается рассмотреть эффективную эксплуатацию систем уличного освещения, как задачу оптимизации затрат на энергопитание осветительных сетей с помощью современных технологий мониторинга и управления. Такую задачу поставили перед собой два предприятия – VD MAIS и ОДИС-W, объединив усилия в области разработки и производства  технологий дистанционного управления, учёта электроэнергии и энергосбережения. Совместный опыт экспериментальных работ, подготовки серийного производства, тестирования и испытания готовых изделий на современных автоматизированных линиях и стендах, а также использование отечественных инновационных разработок, защищённых патентами, позволяют получить новое качество конечной продукции, так необходимой в современных условиях экономического развития. При этом для коммунальных предприятий «Горсвет» предлагается уникальная возможность внедрения современных систем управления на основе новых схем финансирования, что особенно актуально в настоящее время в условиях нестабильного бюджетного финансирования.

Оптимизация учёта электроэнергии
В существующих условиях дефицита энергоресурсов основным критерием оптимальной эксплуатации сетей уличного освещения является их энергоэффективность. Инструментом контроля энергоэффективности является многотарифный учёт потребляемой электроэнергии. При этом для уличных сетей освещения точкой учёта является шкаф управления наружным освещением (ШУНО), типа И-710, число которых может достигать 1000 и более для крупных городов. Опыт эксплуатации различных комплексов АСКУЭ (автоматизированная система коммерческого учёта электроэнергии) в системах уличного освещения выявил ряд особенностей, которые не позволяют эффективно использовать стандартные технические решения, в частности, используемые для систем учёта электроэнергии в многоквартирных домах. Во-первых, в осветительных сетях точки учёта – ШУНО в основном привязаны к разным трансформаторным– распределительным подстанциям (ТП/РП), что не позволяет использовать единую сеть сбора данных, во-вторых, большинство счётчиков электроэнергии, доступных на украинском рынке, имеют в ряде случаев функциональную избыточность и недостаточную надёжность для эксплуатации в тяжёлых условиях уличной среды. Данные обстоятельства обусловили необходимость разработки и производства оборудования, учитывающего особенности эксплуатации сетей уличного освещения в различных климатических зонах.
Данную задачу успешно решают разработчики ОДИС-W в кооперации с производственным предприятием VD MAIS, имеющим все необходимые технологии для производства печатных плат, монтажа элементов, а также оборудование для тестирования и контроля готовых изделий с имитацией разнообразных экстремальных условий эксплуатации. Это позволяет объективно подойти к выбору микроэлектронных компонентов и конструкции в целом, выявить их реальный запас прочности в условиях низких и высоких температур окружающей среды, механических нагрузок, вибраций, пыле- влаго- защищённости, помехоустойчивости к индустриальным помехам и грозовым разрядам. Важно также оценить и испытать изделия сторонних производителей и при необходимости выполнить их модернизацию. Так, например, острой проблемой большинства выпускаемых счётчиков является использование в качестве резервного питания литиевых элементов питания, которые при отрицательных температурах и при отсутствии основного питания могут приводить к сбою работы внутренних электронных таймеров. Использование резервного питания, стойкого к низким температурам является актуальной задачей при проектировании комплексов для систем управления уличным освещением. Значительным снижением стоимости компонентов АСКУЭ для сетей уличного освещения является также использование приборов некоммерческого учёта электроэнергии, стоимость которых существенно ниже стоимости коммерческих счётчиков электроэнергии. Такие приборы учёта могут найти широкое применение в комплексе оборудования системы СПРУТ для относительной оценки энергопотребления рекламных щитов, выраженные через интегральные показания коммерческого энергоучёта  на уровне инсталлированного в ШУНО прибора коммерческого учёта. Важным отличительным признаком совместной продукции VD MAIS и ОДИС-W является реализация комплексного технического решения управления и учёта электроэнергии для систем управления городским уличным освещением. Таким образом, становится возможным удовлетворение специфических потребностей предприятий, эксплуатирующих сети наружного освещения, как задачи оптимального управления на основе базового критерия — энергоэффективности.

Совместное использование прибора учёта электроэнергии с системой СПРУТ
Объединение усилий специалистов VD MAIS и ОДИС-W, позволяет значительно расширить возможности системы управления наружным освещением СПРУТ без её усложнения или повышения стоимости. Новая версия СПРУТ-105.1 может контролировать качество электропитания осветительной сети и при необходимости оперативно информировать поставщика электроэнергии о существующих проблемах. Контроль фактических напряжений и токов электропитания каждого ШУНО позволяет быстро реагировать на аварийные ситуации в энергоснабжении, что значительно повышает срок эксплуатации всех элементов осветительной сети. Также без использования дополнительного оборудования появляется возможность контроля целостности выходных линий освещения ШУНО, а также фиксация фактов несанкционированного подключения к осветительной сети с целью воровства электроэнергии. Возможность перекрёстного контроля корректности работы оборудования СПРУТ и прибора учёта электроэнергии, позволяет оперативно реагировать на сбои в работе электронного оборудования. В частности, как часто отмечалось в зимнее время при низких температурах окружающей среды, возможно нарушение работы внутренних электронных часов. Это приводит к неправильным данным многотарифного учёта, а значит к перерасходу финансовых средств при оплате электроэнергии. Важной возможностью интегрированного решения СПРУТ-105.1 является также точный контроль уровней напряжения каждой питающей фазы в реальном масштабе времени, что позволяет реализовать эффективный механизм энергосбережения для каждого ШУНО сети уличного освещения.

Способ энергосбережения в осветительных сетях
Точный мониторинг уровней всех 3-х фаз питающего напряжения позволяет реализовать механизм энергосбережения, основанный на особенностях вольтамперной характеристики газонаполненных ламп уличного освещения. В частности, снижение уровня напряжения на светильнике до 190 В приводит к снижению потребляемого тока до 35-40%, а светоотдача снижается примерно на 10%. Данный режим редукции напряжения широко используется в энергосберегающих «электронных» балластах для отдельно взятых ламп. Однако, технико-экономический расчёт показывает, что централизованная редукция питающего напряжения на уровне  шкафа управления, объединяющего до 300 светильников, значительно эффективнее и затраты окупаются уже через 18 месяцев. В связи с этим предлагается техническое решение, основанное на возможностях оборудования СПРУТ, прибора учёта электроэнергии и управляемого редуктора напряжения. Особенностью работы редуктора в комплексе СПРУТ является его адаптивность. Так, например, при снижении  питающего напряжения на входе ШУНО во время экономного режима работы газонаполненных светильников возможно их погасание. Для недопущения этого в комплексе оборудования СПРУТ реализован постоянный мониторинг величины питающего напряжения с целью оперативной коррекции напряжения питания осветительных ламп. Мониторинг тока нагрузки на выходе редуктора позволяет также контролировать число светильников на линии в зажжённом состоянии и при необходимости корректировать степень редукции при изменении параметров проводной сети в зависимости от погодных условий и ухудшения контактных соединений.

Схема финансирования проектов для систем уличного освещения
Учитывая особенности финансирования жилищно-коммунальной отрасли, предлагается выполнить обособление инфраструктуры управления уличным освещением, как подразделения, которому передаются операторские функции управления и на баланс которого передаётся оборудование управления сетью уличного освещения. Сутью данного обособления является создание механизма заинтересованности в эффективной эксплуатации осветительной сети, что отсутствует в существующих структурах коммунальных предприятий «Горсвет». Передача такого оборудования возможна на условиях аренды, лизинга или других механизмов отсрочки платежа, целью которого является запуск механизма оптимизации работы осветительной сети, эффект от которого используется для погашения первоначальных затрат инвестора. В этом случае возникает прямая заинтересованность в повышении энергоэффективности осветительной сети и снижении затрат на эксплуатацию оборудования всей инфраструктуры. Описанный выше механизм позволит реально запустить решение глобальной задачи энергосбережения, как на уровне города, так и на уровне государства в целом.

Powered by Hackadelic Sliding Notes 1.6.5

Казачинский Василий Михайлович к.т.н., Казачинский Александр Михайлович к.т.н.

I. Введение
В настоящее время технология «СПРУТ» нашла широкое применение в системах управления уличным освещением. Система «СПРУТ» внедрена предприятием «ОДИС-W» в более чем десяти городах . Приоритет на данную технологию защищён патентами. Производство терминалов «СПРУТ» организовано на нескольких партнёрских предприятиях, что позволяет удовлетворить растущие потребности заказчиков. При этом технология не стоит на месте, постоянно совершенствуется и развивается. В данной статье предлагается краткий обзор новых возможностей 6-ой версии терминала «СПРУТ», а также новые области применения.

II. Новые возможности управления уличным освещением
В последней версии терминала «СПРУТ» заложен новый принцип взаимодействия с коммутационным оборудованием электрических осветительных сетей. В частности, отсутствует жёсткая привязка к стандартной конфигурации ШУНО (шкаф управления наружным освещением) типа И-710. Это стало актуальным во вновь создаваемых осветительных сетях, где зачастую не применяется разделение на режимы «основного» и «дежурного» освещения, используется большее число исходящих линий освещения, а также применяются дополнительные силовые контакторы для коммутации различных групп световых объектов.
Для реализации такого подхода число информационных каналов терминала «СПРУТ» 6-ой версии увеличено до 32. При этом контрольными параметрами в ШУНО могут выступать, как напряжение, так и ток, что позволяет реализовывать контроль целостности исходящих линий освещения, а также оценивать число работоспособных ламп в каждой линии. Число каналов управления также увеличено до 4-х для индивидуального управления 4-мя видами групп осветительных объектов. При этом поддерживается 4-е отдельных программы автоматической работы на 365 дней, так называемые ПАР-ы, что даёт возможность задавать режим автоматического включения-выключения для каждого из 4-х контакторов в отдельности.
Возможность индивидуального управления 4-мя группами исходящих линий ШУНО позволяет использовать систему управления «СПРУТ» не только для управления уличным освещением, но и для архитектурной подсветки, освещения пешеходных переходов, подсветки рекламных щитов и других объектов по индивидуальным графикам в ручном или автоматическом режимах.

 

III. Задача энергосбережения в осветительных сетях
Возросший интерес к проблеме энергосбережения в осветительных сетях побудил разработчиков 6-ой версии включить дополнительные опции для управления редукцией питающего напряжения осветительных ламп. Режим пониженного питания осветительных ламп помимо эффекта энергосбережения позволяет эффективно реализовывать «дежурное» освещение без выключения отдельных ламп на осветительной трассе. При этом, в 6-ой версии терминала предусмотрен вариант централизованного управления снижением напряжения на всех выходных линиях ШУНО с помощью 3-х фазного редуктора, устанавливаемого в ШУНО, а также вариант индивидуальной редукции напряжения на отдельных осветительных лампах с помощью встроенного в терминал специального контроллера, передающего управляющие сигналы по проводам питания выходных линий освещения ШУНО для каждого осветительного прибора. Последний вариант позволяет также осуществлять индивидуальную диагностику ламп, а также, при необходимости, управлять каждой осветительной лампой в отдельности.
Интересным энергосберегающим проектом, использующим индивидуальное управление светильниками является реализация эффекта «бегущей световой волны» при перемещении объекта, например, пешехода вдоль световой трассы. При разработке данной опции особое внимание было обращено к обеспечению её низкой стоимости при массовом производстве.

IV. Задача мониторинга рекламных щитов
Наличие в терминале 6-ой версии дополнительного контроллера связи по силовым проводам позволяет реализовать задачу индивидуального мониторинга рекламных щитов, подключенных к исходящим линиям ШУНО.
В частности, возможно включение-выключение подсветки конкретного рекламного объекта, независимо от основного графика включения-выключения уличного освещения. При этом команды управления подсветкой могут переданы, как с основного диспетчерского центра управления уличным освещением, так и индивидуально с компьютера рекламного диспетчера или непосредственно от владельца объектов рекламы — рекламного агентства.
Дополнительно, при наличии на объекте рекламы модуля некоммерческого учёта потреблённой электроэнергии или любого стандартного счётчика электроэнергии с электронным интерфейсом, возможен съём данных учёта потреблённой электроэнергии и передача на компьютер диспетчерского центра без использования дополнительных каналов связи.
Важной функцией мониторинга рекламных щитов, которая может быть реализована с помощью технологии «СПРУТ», является возможность адресного отключения от обслуживания конкретных рекламных щитов, по отношению к которым, либо истёк срок действия договора, либо существует задолженность по оплате соответствующих услуг.

V. Организация передачи данных
Новая концепция управления, заложенная в 6-ой версии, вынуждает увеличивать объём данных, передаваемых между терминалами ШУНО и диспетчерским центром, а это, в свою очередь, может вызвать увеличение эксплуатационных расходов на услуги связи операторов сотовых сетей. В связи с этим была обновлена концепция передачи данных в сотовых сетях. В частности, изменяется статус предоставления услуг связи для конечных заказчиков – горсветов, а также предлагаются новые архитектуры информационных сетей для диспетчерских центров управления уличным освещением. В целом преследуется цель сохранения минимальных затрат на услуги связи при одновременном повышении объёмов, надёжности и скорости передачи данных между терминалами ШУНО и диспетчерским центром.

Powered by Hackadelic Sliding Notes 1.6.5

Казачинский Василий Михайлович к.т.н., Казачинский Александр Михайлович к.т.н.

I. Введение

В настоящей статье предлагается ознакомиться с опытом внедрения и эксплуатации системы управления уличным освещением «СПРУТ» в более чем 10-ти городах, начиная с 2002 года. Описание системы СПРУТ приводилось в предыдущих номерах данного журнала — №1, №2 и №3 за 2009 год.

Кратко система может быть представлена как комплекс оборудования, размещаемого в стандартных шкафах управления наружным освещением типа И-710 и взаимодействующего с диспетчерским центром через сеть сотовой связи стандарта  GSM.

Основными задачами системы СПРУТ является мониторинг состояния осветительной сети, дистанционное управление в автоматическом или ручном режимах, а также дистанционный многотарифный учёт потребляемой электроэнергии.

Данный программно-аппаратный комплекс разработан, производится и поставляется научно-производственным коммерческим центром «ОДИС-W»  в кооперации с несколькими партнёрскими предприятиями.

Предлагается рассмотреть аспекты монтажа и инсталляции оборудования СПРУТ, взаимодействия с операторами сотовой связи, а также обслуживания системы в процессе эксплуатации.

II. Особенности этапа инсталляции оборудования СПРУТ в шкафах управления

Серийное оборудование СПРУТ, устанавливаемое в шкафы управления типа И-710 (далее «терминал») спроектировано с учётом стандартной конфигурации шкафа, включающего 9 исходящих линий, защищённых плавкими вставками, 2 силовых 3-х фазных контактора основного и дежурного режимов освещения, а также ввод 3-х фаз силового электропитания с сертифицированным прибором многотарифного учёта потребляемой электроэнергии.

В стандартный комплект поставки терминала входит сам блок терминала, кабель для подключения к контрольным точкам шкафа, кабель для подключения к прибору учёта электроэнергии, промежуточная клемная колодка, монтажный провод, саморезы для крепежа и аккумулятор. При хранении терминалов на складе следует учитывать, что кислотный гелиевый аккумулятор, идущий в комплекте, имеет ограниченный срок хранения без подзарядки – не более 3-х месяцев.

Важными условиями для монтажа терминала в шкаф является наличие штатного концевого выключателя на двери шкафа для дистанционного контроля вскрытия шкафа, наличие штатных плавких вставок в цепях обмоток силовых контакторов, исправность запорного механизма дверей шкафа, а также нормальное состояние резьбовых соединений контактов предохранителей, силовых пускателей и рубильника. При этом, допускается эксплуатация терминала в шкафах с неполной инфраструктурой – отсутствием ввода некоторых фаз электропитания, использованием одного силового контактора, использованием только части исходящих линий. В этом случае данные о конкретной конфигурации шкафа сохраняются в электронной памяти терминала и учитываются в компьютере диспетчерского центра.

Таким образом, процесс инсталляции оборудования в шкаф можно разбить на следующие этапы:

— приведение технического состояния шкафов управления наружным освещением в соответствии с базовыми техническими условиями на шкафы И-710;

— монтаж клемной колодки, расключение контрольных точек и кабелей терминала на клемную колодку;

— документирование конкретной конфигурации шкафа и передача её на диспетчерский центр;

— подключение аккумулятора, монтаж терминала в шкафу и подключение кабелей;

— дистанционная прошивка конкретной конфигурации шкафа в электронную память терминала со стороны компьютера диспетчерского центра.

В отдельных случаях возможен заказ терминалов СПРУТ для нестандартных конфигураций шкафов с числом силовых контакторов до 4 и большим числом исходящих линий.

III. Особенности этапа инсталляции оборудования СПРУТ на диспетчерском центре

Изначально требуется наличие одного или нескольких компьютерных рабочих мест, соответствующих стандартным требованиям эргономики. Рекомендуется наличие инфраструктуры локальной компьютерной сети и возможность подключения к сети интернет. Последняя рекомендация не является обязательной и служит только для повышения эффективности обслуживания уже развернутой системы.

Важным фрагментом инсталляционных работ является документирование и сохранение в памяти компьютера диспетчерского центра данных об инфраструктуре сети освещения города, которые должны включать следующую информацию:

— идентификаторы и адреса размещения шкафов управления осветительной сети;

— конфигурация оборудования каждого шкафа управления;

— модель прибора учёта электроэнергии, используемого в данном шкафу

управления, с указанием используемого интерфейса и, при необходимости,

его серийный номер;

— адреса трасс освещения по каждой выходной линии шкафа (если требуется);

— принадлежность шкафа к той или иной группе по территориальному или другим

признакам.

При использовании картографической программы отображения сети освещения города необходимо выполнить нанесение пиктограмм шкафов управления и трасс освещения исходящих линий на карту города с помощью специальной компьютерной программы.

Для крупных городов (с числом шкафов управления больше 200), указанные выше работы целесообразно выполнять в пакетном режиме по каждому из разделов. При меньшей сложности сети освещения данные работы удобно выполнять отдельно по каждому шкафу по мере инсталляции в них терминалов СПРУТ.

IV. Аспекты выбора оператора услуг беспроводной связи

В качестве информационной сети в системе управления СПРУТ используется сотовая связь стандарта GSM. На рынке услуг сотовой связи присутствует множество операторов, имеющих различные тарифные планы и зоны покрытия. Главным критерием при выборе оператора для обслуживания системы освещения является зона надёжного покрытия, так как опыт эксплуатации в зонах неустойчивой связи показал меньшую оперативность обмена данными за счёт многократных повторов сеанса связи, а также невозможность дистанционного обслуживания терминалов через GPRS.

Важным аспектом при выборе оператора является качество сотовой сети, зависящее от количества базовых станций и микросот, пропускной  способности каналов и других параметров, определяющих перегрузочную способность всей сети в «часы пик» в течение суток, по сезонам или праздникам. Особенно это актуально для крупных городов и курортных зон.

Следует учитывать, что при перегрузках в сетях любых операторов в первую очередь отключаются сервисы нижнего уровня, к которым относятся обмен данными через SMS или GPRS и это учитывается в системе управления освещением СПРУТ, где данные сервисы используются только для настройки или сбора статистики в периоды минимальной загруженности сотовой сети.

Важно отметить отрицательный опыт использования услуг нескольких операторов в рамках одной системы управления, так как передача данных в сотовой сети каждого оператора имеет свои особенности, что не позволяет их комбинировать. Поэтому объединение зон покрытия нескольких операторов признано неэффективным. Нередки случаи, когда базовые станции различных операторов, размещённые в одной зоне, имеют не регламентированные уровни мощности, что может привести к сбою в работе оборудования СПРУТ. Это вынуждает обращаться в соответствующие службы надзора или более тонко настраивать оборудование.

Проблема «мёртвых зон» и «ям» в каждом конкретном случае решалась индивидуально. В ряде случаев достаточно было вынести GSM-антенну терминала за пределы шкафа или более точно её позиционировать. В отдельных случаях использовались специальные высокочувствительные антенны или усилители.

Подытоживая опыт работы с различными операторами  можно сделать вывод, что оптимальным выбором по критерию «цена-качество» в большинстве регионов является оператор сотовой связи «МТС».  В связи с этим было принято решение о создании единой корпорации в рамках сети «МТС» для предоставления услуг связи всем существующим системам управления освещением СПРУТ в различных городах. При этом каждый город имеет свою закрытую абонентскую группу и отдельный лицевой счёт.

V. Аспекты обслуживания систем, находящихся в эксплуатации

Важным аргументом эффективной эксплуатации систем управления освещением является их текущее обслуживание, как достаточно сложных технологических объектов. Не секрет, что многие руководители интуитивно стремятся к независимости от услуг сторонних организаций. На первых порах это приводило к комическим ситуациям, когда предприятие, занимающееся уличным освещением, создавало собственную сеть радиосвязи со сложным антенным хозяйством, содержало многочисленный штат специалистов по обслуживанию и ремонту под стать среднему НИИ. Однако, рыночная экономика, необходимость минимизации затрат и возросшие требования к оперативности и качеству предоставления услуг освещения определили единственную альтернативу обслуживания и сопровождения подобных систем силами профильных предприятий, в рамках соответствующих договоров.

Наше предприятие «Научно-производственный коммерческий центр ОДИС-W» предлагает такое комплексное обслуживание для своих заказчиков, обеспечивая текущий ремонт и модернизацию оборудования, обучение и тестирование персонала, плановую замену расходных элементов, обеспечение передачи данных между терминалами шкафов управления и диспетчерским центром, а также другие услуги, оговариваемые в рамках соответствующих договоров обслуживания. Данная практика показала свою живучесть и взаимовыгодность  даже в условиях кризисных явлений в экономике.

Powered by Hackadelic Sliding Notes 1.6.5

Казачинский Василий Михайлович к.т.н., Казачинский Александр Михайлович к.т.н.

I. Предисловие

Данная статья является логическим продолжением предыдущих статей тех же авторов (см. СветлоЛюкс № 1, № 2 от 2009 г.) и посвящена дальнейшему описанию системы управления освещением «СПРУТ», нашедшей широкое применение  среди более 10-ка предприятий, занимающихся эксплуатацией городского наружного освещения.  Напомним, что речь идёт о программно-аппаратном комплексе диспетчерского центра и оборудовании, устанавливаемом в шкафы управления наружным освещением (ШУНО) типа И-710. Управление и передача данных в системе «СПРУТ» осуществляется через стандартные сети сотовой связи GSM, что предопределяет высокую надёжность и минимальные накладные расходы на обслуживание  всей информационной сети системы «СПРУТ».

В данной статье остановимся более подробно на возможностях и преимуществах 5-ой версии программно-аппаратного комплекса диспетчерского центра системы «СПРУТ».

II. Особенности и конфигурация диспетчерского центра.

Основой диспетчерского центра системы «СПРУТ» является персональный          компьютер или локальная сеть компьютеров, где компьютер является автоматизирован-ным рабочим местом диспетчера. При небольшом числе объектов управления – ШУНО (до 100 единиц) вся система диспетчерского центра может быть развернута на одном компьютере стандартной конфигурации. При большем числе контролируемых ШУНО рекомендуется выделение отдельного компьютера для обслуживания базы данных и коммуникационного оборудования. При этом количество автоматизированных рабочих мест диспетчеров ничем не ограничено и может определяться конкретной производственной необходимостью. При наличии выделенного канала «интернет» возможна также организация мобильного рабочего места, например, на основе ноутбука.

Наличие канала «интернет» позволяет также осуществлять доступ к удалённым терминалам «СПРУТ» через сеть GPRS для снятия статистической информации или обновления встроенного программного обеспечения.

Коммуникационное оборудование диспетчерского центра может состоять в минимальной конфигурации из одного модуля связи «СПРУТ» (для небольших городов) или в виде блока многоканальной связи «СПРУТ» (для параллельной обработки запросов). Для крупных городов (более 400 ШУНО) несколько блоков могут объединяться  в каскад.

При необходимости отображения оперативной информации о состоянии осветительной сети на карте города может быть использован широкоформатный экран, подключаемый к одному из компьютеров локальной сети диспетчерского центра.

Пример конфигурации оборудования диспетчерского центра показан на рисунке 1.

Рис.1

III. Описание основной программы диспетчера «МОНИТОР»

Программа рабочего места диспетчера «МОНИТОР» имеет следующие основные функции:

— отображение контролируемых ШУНО в виде пиктограмм-картинок, которые могут быть сгруппированы по территориальному признаку (районы города), по классам состояния (например, автоматический режим или ручное управление) и другим признакам (смотрите рисунок 2);

Рис. 2

— компактное отображение текущего состояния ШУНО цветом и значками на пиктограммах-картинках;

— возможность выполнения групповых операций с ШУНО (включение – выключение, запрос состояния и т.д.)

— отображение мнемосхемы оборудования ШУНО и его состояния при выделении пиктограммы конкретного ШУНО, отражающей конкретную конфигурацию шкафа — количество питающих фаз, количество контакторов, количество выходных линий (смотрите рисунок 3).

Рис. 3

В разделе «Опции» программы МОНИТОР на каждый ШУНО заводится карточка,

в которой отражается подробная адресная и техническая информация. Эти данные затем сохраняются в базе данных.

В окне мнемосхемы ШУНО (смотрите рис. 3) возможно выполнять также

индивидуальные операции и запросы. Состояние компонентов ШУНО фиксируется в журнале событий (нижняя часть окна) и отражаются цветом на элементах мнемосхемы. Журналы всех ШУНО обязательно сохраняются в базе данных.

IV. Описание подпрограммы картографической визуализации

Для оперативной оценки состояния осветительной сети города эффективно использовать картографические средства.  Программное обеспечение картографической визуализации позволяет в диалоговом режиме наносить на цифровую карту города пиктограммы-картинки ШУНО, а также отмечать участки улиц, привязанные к конкретных выходным линиям шкафа управления (смотрите рисунок 4).

 

Рис. 4

После нанесения всех элементов осветительной сети на карту данная программа будет отображать общее состояние сети, подсвечивая определённым цветом пиктограммы ШУНО и участки улиц в зависимости от технического состояния оборудования и проводной сети. Это позволит оперативно локализовать причины аварий и фиксировать качество освещения в различных районах города.

V. Заключение

Описанный выше программно-аппаратный комплекс диспетчерского центра имеет открытую архитектуру, позволяющую легко наращивать и расширять возможности системы управления при увеличении числа объектов управления (ШУНО).

При этом разработанное программное обеспечение является «кросс-платформенным» и может переносится на различные компьютеры, операционные системы и СУБД. А модульная организация построения всего комплекса позволяет добавлять новые функции и возможности без нарушения целостности исходной системы.

Powered by Hackadelic Sliding Notes 1.6.5

Казачинский Василий Михайлович к.т.н., Казачинский Александр Михайлович к.т.н.

I. Введение

Предлагается для ознакомления обзор системы управления уличным освещением «Спрут». Данный программно-аппаратный комплекс разработан, производится и поставляется научно-производственным коммерческим центром «ОДИС-W». На настоящий момент система «Спрут» внедрена в 10-ти городах  и имеет 5-ю версию реализации с 2002 года. Система постоянно развивается и поэтому одной из целей публикации данного обзора является обмен мнениями и пожеланиями между специалистами осветительных сетей и разработчиками для дальнейшего совершенствования и расширения функциональных возможностей системы «Спрут».
Лейтмотивом данного обзора является иллюстрация системы «Спрут», как эффективного инструмента энергосбережения и повышения энергоэффективности осветительных сетей, что особо актуально в современных условиях дефицита энергоресурсов и финансовых средств.

II. Состав и принцип работы основных компонентов системы «Спрут»

Система представляет из себя взаимосвязанный комплекс оборудования диспетчерского центра (ДЦ) и терминального оборудования в шкафах управления наружным освещением (ШУНО). Взаимодействие оборудования ДЦ и ШУНО осуществляется через каналы сотовой связи сети GSM. Таким образом, зона взаимодействия системы определяется зоной покрытия соответствующей сети GSM. Схема взаимодействия основных компонентов системы показана на рис. 1.

Рис. 1

Терминалы, установленные в ШУНО, обеспечивают управление исполнительными устройствами – контакторами, а также контроль технического состояния шкафа, его вскрытия, входных и выходных линий электропитания, показаний приборов учёта электроэнергии. Терминал имеет встроенный модуль радиосвязи для обмена данными с ДЦ через сотовую сеть.
Оборудование диспетчерского центра включает один или несколько компьютеров, модуль многоканальной связи по стандарту GSM и при необходимости широкоформат-ный экран для отображения состояния осветительной сети на карте города. Рекоменду-ется также иметь выделенное подключение к сети интернет для обеспечения сервиса терминалов по сети GPRS, а также обслуживания программного обеспечения ДЦ.

III. Методы управления уличным освещением.

В системе СПРУТ реализовано два метода управления «включением / выключением» освещения, что позволяет обеспечить многообразие вариантов управления в зависимости от реальных условий эксплуатации и технического состояния осветительной сети.
3.1. Основной метод управления – автоматический, децентрализованный. Он реализуется, как «электронный» таймер «основного» и «дежурного» контакторов, отдельно для каждого ШУНО с помощью терминала СПРУТ. Для этого в терминале поддерживается бесперебойная работа внутренних электронных часов, которые определяют выполнение годового графика «включения / выключения», записанного в энергонезависимую память этого терминала. При отсутствии связи с диспетчером или длительном пропадании напряжения питания терминал всегда будет «помнить» свою основную функцию – включать и выключать освещение в соответствии с утверждённым графиком.
Преимуществами этого метода является повышенная «живучесть» системы в целом за счёт отсутствия зависимости управления в каждом ШУНО от работоспособности остальных элементов системы, а также состояния каналов связи между ШУНО и диспетчером. При этом отсутствует «субъективный» фактор диспетчера при исполнении графика «включения / выключения» освещения.
Важной особенностью реализации, описанной выше функции «электронного таймера» в системе СПРУТ, является сопровождение исполнения шагов графика отправкой каждым терминалом ШУНО «электронной» квитанции-подтверждения на компьютер диспетчера. Это позволяет диспетчеру убедиться в реальности исполнения графика «включения / выключения» на каждом ШУНО осветительной сети.
В системе СПРУТ исполнение графика «включения/выключения» названо программой автоматической работы или сокращённо — ПАР. Последняя версия терминалов СПРУТ позволяет дистанционно загружать (через интернет) и исполнять до 4-х разных ПАР, а значит иметь различные графики «включения / выключения», как для разных районов города, так и для отдельных ШУНО. Это является мощным инструментом при разработке различных программ энергосбережения в городе, а также более комфортного освещения в местах постоянного скопления людей или подсветки зданий, рекламы.
Существует также в системе СПРУТ дополнительная возможность генерации ПАР с изменением шагов «включения/выключении» освещения не каждые 5 дней, а каждый день, что позволяет реализовывать более комфортный график управления освещением и при этом существенно снизить потребление электроэнергии.
Возможна также коррекция базового графика «включении / выключения» с учётом дифференцированной оплаты электроэнергии в течение суток. Такая адаптация ПАР позволяет дополнительно сократить затраты на электроэнергию за счёт льготных периодов оплаты в течение суток.
Для большей гибкости использования ПАР, как основного метода управления освещением, дополнительно предлагается коррекция (сдвиг) всего графика или его отдельных операций в течение дня на фиксированное время – «дельту». Такая коррекция, как в «плюс», так и в «минус» удобна при длительных изменениях продолжительности светового дня из-за погодных условий или, опять же при необходимости сократить электропотребление в течение определенного времени — периода действия «дельты».
3.2. Вспомогательный метод управления – ручной, централизованный. Он основан на действиях диспетчера, использующего компьютер и канал связи с терминалами ШУНО. Диспетчер имеет возможность управлять любым из контакторов, как в отдельном ШУНО, так и в группе ШУНО. При этом диспетчер также получает подтверждения-квитанции об успешном исполнении той или иной команды. Данный режим часто используется во время ремонтных работ осветительной сети или в нештатных случаях эксплуатации, требующих срочно изменить график «включения / выключения».
При отправке ручной команды, терминал в ШУНО выходит из автоматического режима исполнения ПАР. Для возврата в этот режим диспетчеру необходимо отправить соответствующую команду перехода в автоматический режим. Для защиты от непредвиденных ситуаций не возврата в автоматический режим (отсутствие связи, забывчивость диспетчера), что чревато излишним расходом электроэнергии, в системе СПРУТ заложен механизм автоматического возврата терминалов в режим исполнения ПАР через страховочное время, определяемое параметром, который задаёт администратор системы.

IV. Средства контроля технического состояния осветительной сети

Базовым устройством контроля технического состояния инфраструктуры освети-тельной сети является терминал, устанавливаемый в шкафы (ШУНО), которые являются основными узлами электрической сети освещения.
Терминал имеет моноблочное исполнение в металлическом корпусе с антивандальным креплением на заднюю стенку шкафа И-710 (см. рис. 2). В нижней части терминала имеются два разъёма для подключения к точкам контроля, исполнительным устройствам — контакторам, а также для подключения приборов учета и дополнительных внешних устройств. Антенна радиомодуля с магнитным креплением имеет шнур до 1 м., что позволяет её зафиксировать в любом удобном месте шкафа (показана на рисунке 2 слева). В комплекте с терминалом идут два кабеля для указанных выше разъёмов и промежуточная колодка, что позволяет экономно расходовать монтажный провод при разводке контрольных точек, исходя из текущей конфигурации шкафа. Как видно из рисунка 2, терминал не имеет внешних крепёжных элементов, что не позволяет осуществлять не санкционированный демонтаж или вскрытие устройства.
Терминал штатной конфигурации позволяет осуществлять контроль переменного напряжения на 9-ти выходных линиях шкафа, на 3-х входных линиях (фазы А, В, С), на двух линиях телеметрии, а также на контрольных контактах исполнительных устройств.
С помощью дополнительного интерфейсного блока и внешних трансформаторов тока возможен контроль электрического сопротивления выходных линий ШУНО, что позволяет оценивать количество работоспособных ламп на каждой линии.
Важным аспектом контроля ШУНО является регистрация факта вскрытия ШУНО и оповещение об этом диспетчера. При этом, в 5-ой версии терминала данный контроль исполняется даже при полностью обесточенном ШУНО.
Терминал обеспечивает автоматический контроль корректности состояния контрольных точек в соответствии с положением контакторов ШУНО согласно ПАР или ручным командам. При обнаружении некорректной ситуации терминал формирует «электронную» квитанцию об аварии и отправляет её на компьютер диспетчера.
Дополнительно, терминал обеспечивает съём показаний счётчика, установленного в ШУНО. При этом имеется возможность подключения к любым стандартным счётчикам, имеющим интерфейсы RS-232, RS-485, «токовая петля» (ИРПС).

Powered by Hackadelic Sliding Notes 1.6.5

Казачинский Василий Михайлович, к.т.н.

I. Введение
В условиях сокращения финансирования различных городских программ на фоне подорожания энергоносителей и общего финансового кризиса, весьма актуальным является внедрение современных технологий в такую энергозатратную отрасль городского хозяйства, как «Уличное освещение».
Оптимальное управление уличным освещением, как концепцию сокращения затрат, следует понимать в двух плоскостях:

— сокращение затрат на потребляемую сетью уличного освещения  электроэнергию;

— сокращение затрат на обслуживание и поддержание в работоспособном состоянии основных компонентов уличного освещения.

Первая составляющая включает в себя различные методы и способы энергосбережения, тогда как вторая – организационно-технические средства. Остановимся подробнее на этих вопросах. При этом будем иллюстрировать решение поставленных вопросов на примере реальной работы по мониторингу и управлению уличным освещением.

II. Методы и способы энергосбережения в сетях уличного освещения.
Следует различать два основных метода энергосбережения в электрических осветительных сетях:

1. Снижение энергопотребления непосредственно самих осветительных приборов.

2. Использование оптимального управления включением-выключением осветительных приборов.

По первому методу возможно несколько способов реализации снижения энергозатрат:
1.1. Замена используемых ламп  на более эффективные лампы, имеющие большую светимость при более низком потреблении тока от питающего напряжения (например, замена ламп накаливания на газонаполненные или замена натриевых ламп на металлогалогеновые);

1.2. Использование специального режима эксплуатации используемых ламп, приводящего к существенному снижению потребления электроэнергии.

Если первый способ предопределяет замену самих ламп, что сопровождается существенными финансовыми затратами и для рассмотрения не актуален, то второй способ может быть более эффективным и поэтому изучим его более подробно.

III. Использование специальных режимов эксплуатации осветительных ламп.
Наиболее распространённый режим энергосбережения для газонаполненных осветительных ламп это редукция мощности — уменьшение питающего напряжения, а значит и электрической мощности, потребляемой лампами. При этом снижение напряжения на лампах естественно приводит к снижению освещенности, что предопределяет использование этого режима, как режима «дежурного» освещения. Существует несколько вариантов технологий редукции мощности для сетей  освещения:1) Редукция мощности с помощью двухуровневого электромагнит­ного балласта (фирмы-производители «Thorn Lighting», «Vosslosh-Schwable», «ATCO» и др.). Данные балласты являются простей­шими и не дорогими решениями для редукции мощности, при ко­торых достигается экономия до 20% электроэнергии и уменьше­ние интенсивности освещения в ночной период.

2) Редукция мощности с помощью автотрансформатора, котроллера и блока коммутации (фирмы-производители «ESI Lighting Controls», «Meridian Technologies»). Редукция мощности достигается уменьшением пи­тающего напряжения с сохранением его синусоидальной формы для управления большой группой светильников. Достижимая экономия — до 40%.

3) Редукция мощности с помощью управляемых электронных бал­ластов (ЭПРА). Мощность потребления ламп уменьшается до 50% от номиналь­ного значения. Имеется возможность дистанционного управления. Данное решение экономи­чески обосновано в новых системах наружного осве­щения небольших городов (до 2000 светильников).

4) Редукция мощности с помощью изменения формы питающего напряжения  при использовании электронных пре­образователей (фирмы-производители «Merloni-Progetti», «Thorn Lighting»). Эта технология наиболее применима для газораз­рядных источников света, Экономия — до 30% без применения каких-либо силовых коммутаций.

Указанные варианты сведены в таблицу с указанием достижимого эффекта и срока окупаемости (таблица 1)

Таблица 1

Примеры практического использования технологий редукции мощности

Местовнедрения	Общая мощность, кВт	Способ редукции мощности/ производитель	Годовая экономия,%	Срококупаемости, лет
ГородCastello (Италия)	650	Изменение электронными преобра-зова­телями формы питающего напряжения с помощью таймера. / Merloni-Ргоgetti.	34,9	2,7
Город Bangkok (Таиланд)	3320	Редукция мощности двухуровневым элек­тромагнитным   балластом    от   Meridian Technologies Co. Ltd	31	3,24
Город Zele (Бельгия)	1008	Редукция мощности с помощью управ­ляемых электронных балластов ELGADI от Verdeyen N.V.	30	—

Анализ качества и инфраструктурных особенностей осветительных сетей , показывает, что зарубежные технические решения для энергосбережения не всегда приемлемы в наших условиях.
Во-первых, низкое качество контактных проводных сетей не позволяет гарантировать равенство рабочего напряжения в начале и в конце проводной линии осветительной сети. Это обстоятельство не даёт возможности применять централизованные системы редукции (варианты технологий № 2 и № 4). Они будут давать эффект для ламп в начале осветительной линии, а в конце линии не позволят зажечь лампы из-за падения напряжения на проводе линии, имеющем зачастую не регламентированное сечение или множество некачественных соединений-«скруток».
Во-вторых, низкое качество питающего напряжения, поступающего на шкафы управления (ШУНО) от трансформаторных подстанций (не нормированные уровни напряжения фаз, наличие помех, не регламентированные фазовые сдвиги и т.д.) не позволяет обеспечить надёжную эксплуатацию электронных балластов разных типов (варианты технологий № 1 и № 3). При этом следует учитывать, что сама эксплуатация газонаполненных ламп может сопровождаться кратковременными выбросами напряжения в проводной осветительной сети, которые весьма неблагоприятны для любых электронных устройств, подключённых к такой сети.
Не желательно также для отечественных энергосетей использование устройств, изменяющих форму питающего напряжения. Отсутствие, как правило, соответствующих фильтров на трансформаторных и распределительных подстанциях может привести к проникновению в бытовую электросеть мощных высокочастотных гармоник от преобразователей питающего напряжения осветительной сети. А это, в свою очередь, может привести к выходу из строя большинства бытовых электроприборов.
С учётом вышесказанного целесообразно внедрять технологии, основанные на двунаправленной редукции напряжения питания осветительной лампы без использования электронных управляющих компонентов, без искажения формы синусоиды, без силовой коммутации нагрузки (лампы). Такой модуль энергосбережения должен устанавливаться в непосредственной близости к осветительной лампе и электрически включается последовательно с ней,  обеспечивая следующие действия:

— при срабатывании контакторов в шкафу (ШУНО) с подачей напряжения в линию, модуль оценивает уровень этого напряжения непосредственно на самой лампе;

— при пониженном напряжении на лампе модуль переходит в режим положительной редукции и доводит напряжение на лампе до номинала;

— при номинальном напряжении включает таймер на разогрев лампы с  последующим переходом на рабочий режим горения лампы;

— после разогрева лампы модуль переходит в режим отрицательной редукции при исходном номинальном значении питающего напряжения или оставляет исходный пониженный уровень напряжения для обеспечения режима снижения мощности потребления данной лампой.

Пример изменения напряжения в штатном режиме показан на рисунке № 1

Рис. 1  График изменения напряжения на лампе в штатном режиме

Такой модуль-трёхполюсник позволит достичь следующих результатов:

— понизить мощность потребления до 35%;

— повысить долговечность эксплуатируемых ламп в 2-3 раза;

— повысить надёжность загорания ламп при пониженном напряжении питания на плохих проводных линиях;

— обеспечить стабилизацию напряжения на лампе при изменении основного питающего напряжения.

Следует отметить, что любой вариант энергосбережения на отдельно взятой лампе требует наличия технических средств связи для передачи управляющих сигналов от ШУНО на индивидуальный модуль лампы. Это может быть радиоканал, ВЧ-модуляция или отдельный управляющий провод. Указанное обстоятельство является серьезным препятствием для массового внедрения описанной выше технологии, что и побуждает автора рассмотреть также «оптимальное управление» как один из альтернативных (непрямых) методов энергосбережения.

1. IV. Использование оптимального управления «включением-

выключением» осветительных приборов.

 

Внедрение компьютеризированных систем автоматического управления, позволяет получить значительный эффект энергосбережения за счёт следующих возможностей автоматической системы, а именно:

1. Исполнение    более         точного графика «включения-выключения» уличного        освещения     (замена «пятидневок»     на     «посуточное» планирование графика).

Как показано  на   рисунке 2,   по горизонтали откладываются   календарные  дни, планируемого графика, а  по вертикали – планируемое время «включения – выключения».

Рис. 2  Сравнение графиков «пятидневки» и «однодневки»

При сравнении графиков видно, что при использовании изменения времени «включения – выключения»   один    раз   в   пять дней («пятидневка»)    площадь прямоугольников верхнего графика больше площади прямоугольников нижнего графика, соответствующему посуточному изменению времени  «включения – выключения» («однодневка»), на величину области, закрашенной фиолетовым цветом.

1. 2. Возможность коррекции (сдвига) планового   (базового)    графика «включения-выключения»  для учёта реальных      погодных условий,  массовых   мероприятий, праздников и т.д. Иллюстрация такой возможностипоказана на рис. 3

Рис. 3 Коррекция времени включения – выключения

 

1. Возможность исполнения индивидуальных графиков «включения-выключения»    для   отдельного  шкафа управления  или  группы  шкафов по территориальному или иному признаку. Например, как показано на рисунке 4, центр города может   освещаться    в течение   более длительного периода, чем промышленные малонаселённые районы города (окраина).

Рис. 4 Индивидуальные графики

На   транспортных магистралях также может использоваться индивидуальный график без   частичного выключения для сохранения   равномерности освещения дорожного полотна.

1. Возможность  мониторинга потребляемого тока через контроль нагрузки по каждой  выходной линии ШУНО, как       показано на  рис. 5, и   оперативного выявления неисправностей,  вызывающих эти перегрузки.

 

Рис. 5 Мониторинг нагрузки

Такой     учёт случаев не аварийного превышения тока  (замыкание в отдельных лампах, нарушение изоляции, посторонние предметы на проводах и т.д., не приводящих  к сгоранию предохранителей) позволит  оперативно исправлять такие  случаи, исключая перерасход электроэнергии.

1. Возможность мониторинга показаний приборов учёта по каждому ШУНО    для исполнения       реальных возможностей энергоснабжения.

Это позволяет реализовать ручную коррекцию графиков «включения-выключения» освещения как по городу в  целом,  так и по отдельным  районам города исходя из реальных возможностей городского  бюджета или дополнительных требований по экономии электроэнергии.

1. V. Сокращение затрат на обслуживание и поддержание в работоспособном состоянии основных компонентов уличного освещения.

Общая эффективность городских сетей уличного освещения значительно зависит от минимизация затрат:

— на услуги связи между шкафом управления и диспетчером. Так, например, использование проводных каналов связи приводит к ежемесячным затратам на аренду линий в размере ~ 5 у.е.. При этом использование беспроводных каналов сотовой сети связи GSM  позволит сократить затраты до ~ 0,4 у.е. в месяц на один шкаф;

— на съём показаний, установленных в шкафы управления счётчиков, за счёт дистанционного считывания данных без необходимости их объезда и визуального считывания показаний;

—  на обнаружение неисправностей в любом узле осветительной сети за счёт отсутствия необходимости контрольного включения освещения и объезда светильников для визуального контроля исправности ламп и других элементов осветительной сети;

— на сохранность оборудования осветительной сети за счёт оперативного оповещения диспетчера о срабатывания датчика открытия двери ШУНО.

Обеспечение бесперебойного освещения обеспечивается с помощью оперативного мониторинга основного оборудования и состояния выходных линий шкафов управления типа И-710, а именно:

— оценки  исправности контакторов с помощью контроля наличия напряжения на выходных контактах контакторов или на контрольных группах контактов;

— оценки целостности предохранителей на выходных линиях  шкафа управления с помощью контроля наличия напряжения на выходных концах (контактах) предохранителей;

Рис.6 Контроль напряжений

— контроля сопротивлений выходных линий шкафа, с целью оценки работоспособности подключённых ламп на основе сравнения сопротивления линии со всеми включёнными и работоспособными лампами и с реальным значением сопротивления линии.

 

Рис. 6 Контроль сопротивления линий

По степени изменения сопротивления можно оценивать число неработоспособных ламп, независимо от изменения питающего напряжения в линии. Дополнительный анализ динамики изменения тока в линии позволит также прогнозировать возможный выход из строя осветительной лампы, так как перед выходом из строя лампа начинает потреблять «вибрирующий» ток.

1. VI. Заключение (послесловие)

Данный материал является концентрацией опыта автора в области управления уличным освещением в городах  в течение нескольких лет. И поэтому очень важно обсудить этот опыт (на страницах журнала) со специалистами в этой области с целью выработки единых требований к подобным системам, стандартизации технических средств, функциональности оборудования и его характеристик.

Powered by Hackadelic Sliding Notes 1.6.5