ОПТИМИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ И ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ УЛИЧНОГО ОСВЕЩЕНИЯ ОКТЯБРЬСКОГО МИКРОРАЙОНА ГОРОДА ГРОДНО

Процессы, идущие в экономике и жилищно-коммунальном хозяйстве, в полной мере затрагивают сферу наружного городского освещения и электроснабжения.

Дороги и улицы, дворы и проезды областного центра освещает 29,9 тысячи светильников, общей протяженностью сетей 1009 км. В прошлом году для их работы понадобилось 6,4 миллиона киловатт-часов электроэнергии. Городскому бюджету это обошлось примерно в 1,9 миллиона рублей.

Нужное освещение стандартными светильниками с лампами ДНаТ (дуговая натриевая трубчатая лампа) и ДРЛ (дуговая ртутная лампа) потребляет большое количество электроэнергии и требует значительных затрат на обслуживание. В связи с постоянным ростом стоимости электроэнергии все актуальнее встает вопрос внедрения энергосберегающих технологий с целью снижения затрат по эксплуатации систем освещения.

Одним из важных и неоспоримых преимуществ светодиодных светильников перед традиционными газоразрядными светильниками является возможность управления световым потоком. Причем управляемость — плавная. В светодиодном светильнике можно легко организовать плавное управление световым потоком (димминг) в автоматическом или ручном режиме в зависимости от каких-либо условий. Такими условиями могут быть, например, внешняя освещенность в зависимости от времени суток или меняющихся погодных условий, присутствие человека в освещаемой зоне, температура наиболее важных и критичных узлов самого светильника.

Правильно организованное искусственное освещение дорог играет очень важную роль в повышении безопасности дорожного движения. Причем наряду с безопасностью движения требуется соблюдать и требования по энергосбережению при освещении этих объектов. Снижение уровня освещения возможно выключением части светильников, но не более половины из них. Если используются осветительные опоры с одним светильником на кронштейне, нарушается равномерность освещения дороги, что может быть неприемлемо. Правильным способом понижения освещенности является уменьшение светового потока каждого светильника до требуемого уровня, при этом выполняются нормы по энергосбережению и качеству освещения дорог.

Разработчики современных светодиодных светильников сталкиваются с необходимостью дистанционной регулировки яркости системы освещения. Одним из простейших вариантов управления светильником является использование готового диммируемого источника питания [1].

Компания Mean Well разработала новое поколение источников питания для светодиодных светильников наружного применения — семейство ELG. При разработке нового семейства источников питания за основу было принято существующее семейство HLG и ставилась задача обеспечения соответствующего качества при сниженной себестоимости.

В результате решения этой задачи удалось снизить себестоимость на 35-45%, значительно расширить функционал по управлению, улучшить защиту от импульсов повышенной энергии до 4/6 кВ и при этом сохранить гарантийный срок 5 лет. Управление диммингом в семействе ELG возможно одним из 3-ёх способов (ШИМ; 0…10 В; сопротивление). Причём, в новом семействе при диммировании возможно полностью погасить светильник, т.е. нулевое значение параметра на управляющем входе приводит к отсутствию выходного тока [2].

Управление светильниками может быть осуществлено с помощью беспроводной технологии передачи данных малого радиуса действия стандарта IEEE 802.15.4 по протоколу DigiMesh.

Сетевой протокол DigiMesh был выпущен компанией Digi осенью 2008 года в виде прошивок (firmware) для модулей ХВее 802.15.4, построенных на базе радиочастотной микросхемы Freescalc MCI3213. Уникальной особенностью протокола DigiMesh является возможность построения сети со спящими ретрансляторами (роутерами). В сети DigiMesh нет координатора с выделенной ролью — каждый из узлов сети может взять его функции на себя. Прокладка и восстановление маршрутов в данной сети осуществляется автоматически. Подобное построение гарантирует прохождение информации при выходе из строя любого узла, так как в сети DigiMesh нет «слабого звена», отказ которого мог бы привести к полной неработоспособности системы. Преимущества сети DigiMesh по сравнению с ZigBee заключаются в наличии спящих роутеров (в ZigBee спящий режим возможен только для конечных устройств), более про¬стом процессе запуска и большей гибкости при расширении сети. Кроме того, реализация протокола DigiMesh требует меньших ресурсов памяти микроконтроллера. Возможность перевода роутеров в режим сна обусловлена реализованным механизмом временной синхронизации всех узлов сети. В качестве маяка выступает координатор — один из узлов сети, назначенный разработчиком. Если он выходит из строя, его функции начинает выполнять любой другой узел сети. Протоколом предусмотрены специальные механизмы «Номинирования» (Nomination) и «Выборов» (Election), которые позволяют разрешать коллизии, если сразу несколько узлов сети пытаются взять на себя функции координатора. С помощью команд конфигурирования можно определить узлы, которые будут иметь преимущества при «выборах» координатора. Подключение новых узлов к сети выполняется следующим образом — необходимо включить новый узел и поместить его в зоне действия сети. После первого включения новый узел будет постоянно включен на прием, ожидая синхронизирующего пакета координатора. В полученном широковещательном пакете синхронизации содержится информация о временных параметрах сети — временах сна и бодрствования, что позволяет новому узлу перейти в режим сна до следующего сеанса синхронного обмена информацией с другими узлами сети (рисунок 1) [3].

Рисунок 1. Система беспроводного управления светильниками

Рассмотрим пример построения управляемого светильника на базе широко распространенных компонентов.

Радиомодули XBee позволяют реализовать беспроводной канал управления светильником без проведения долгой разработки, связанной с проектированием высокочастотных схем или написанием сложного радиочастотного и сетевого протокола. В настоящий момент устройства доступны в вариантах 2400 МГц с протоколами ZigBee, Wi-Fi, 802.15.4 и с протоколом DigiMesh для диапазона 868 МГц. Применение готового XBee-модуля с уже загруженным программным обеспечением позволяет сократить время разработки с 6–12 месяцев до нескольких недель. Разработка ведется большей частью на системном и конструкторском уровнях, поскольку модуль представляет собой аппаратно законченный и настроенный продукт. Встроенное в радиомодули XBee программное обеспечение позволяет в автоматическом режиме объединить в ZigBee-сеть сотни светильников, каждый из которых при этом будет иметь индивидуальный адрес. Модули с протоколами ZigBee или DigiMesh дополнительно могут выступать ретрансляторами радиопакетов для тех узлов, которые в силу удаленности и/или препятствий не имеют прямой связи с центральным пультом управления. Встроенные в XBee-модуль интерфейсы GPIO, ADC и PWM можно задействовать для непосредственного подключения к цепям управления светодиодного светильника (рисунок 2) [4].

Рисунок 2. Радиомодули XBee

С помощью данного оборудования можно разработать сеть радиоуправляемых осветительных приборов, которые способны экономить до 30% расходуемой электроэнергии, посредством снижения потребляемой мощности светильника.

Использование интеллектуального димминга очень актуально, так как при эксплуатации светильника существует время, когда нет необходимости в его работе на 100 % мощности.

Список литературы:

1. Время электроники [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.russianelectronics.ru. – Дата доступа: 02.10.2018
2. Компэл [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.compel.ru. – Дата доступа: 10.11.2018
3. Компоненты и технологии [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://kit-e.ru. – Дата доступа: 21.12.2018
4. Полупроводниковая светотехника [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.led-e.ru. – Дата доступа: 03.01.2019