Современные крупные сети наружного освещения — это энергоемкие автоматизированные объекты, правильное построение которых в значительной мере определяет эффективность труда и комфорта современной жизни. Важно при этом учитывать ограничения, связанные с рациональным расходованием энергетических ресурсов на обеспечение работы систем освещения, затрат на текущую эксплуатацию осветительного оборудования.
Появление новых технологий в системах наружного (уличного) освещения позволяет получить большой экономический эффект. Практика показывает, что при их внедрении потенциал экономии электроэнергии в большинстве муниципальных систем уличного освещения может составлять более 50%. Рассмотрим основные существующие способы повышения энергоэффективности в наружном освещении.
Реальную экономию электроэнергии дает замена устаревших светильников с лампами ДРЛ на светильники с высокоэнергоэкономичными натриевыми лампами высокого давления. Так, замена светильника с лампой ДРЛ 400 Вт (световой поток 22 клм) на светильник аналогичного назначения с лампой ДНАТ 250 Вт (световой поток 27 клм) позволяет снизить расход электроэнергии на 580 кВт•ч в год и повысить уровень освещения на 22%. Соответственно, замена светильника с лампой ДРЛ 250 Вт (световой поток 12,5 клм) на светильник с лампой ДНАТ 150 Вт (14,5 клм) — годовое снижение расхода электроэнергии почти 400 кВт•ч и т. д. Поэтому натриевые лампы как источники света применяются все шире для экономичного наружного освещения.
Значительную экономию электроэнергии дает введение так называемого режима «ночной фазы». При работе такой системы управления предусматривается два режима работы линий освещения — вечерний и ночной. При вечернем режиме включены все светильники, а при ночном, когда интенсивность дорожного движения существенно снижается, — часть (1/3 или 2/3) светильников отключаются за счет отключения одной или двух фаз в каждой из отходящих от шкафа управления линий освещения. Но такой способ экономии имеет значительный недостаток — он приводит к повышению контрастности освещения и, как следствие, — к зрительному утомлению и снижению безопасности движения.
Одно из направлений в области энергосбережения — использование специальных регуляторов-стабилизаторов для питания наружного освещения. Помимо регулирования это устройство позволяет выровнять напряжение питания, создать оптимальный режим для работы ламп и продлить их долговечность. Регулирование происходит извне: по команде из диспетчерской, по радиотелефонной связи или по сигналу датчика освещенности. Можно запрограммировать устройство по астрономическому графику или по специальному режиму. Но данные регуляторы не нашли широкое применение в силу того, что большинство существующих линий имеют плачевное состояние и значительную протяженность, что приводит к тому что на конце линии происходит снижение питающего напряжения до уровня когда лампы гаснут. Таким образом, при снижении напряжения на входе линии для организации энергосбережения не произойдет включение значительного количества ламп или они погаснут в процессе работы. Регулирование возможно в пределах не более 5%, что значительно увеличивает срок окупаемости такой системы.
Реальным способом экономии также является четкое соблюдение графика освещения, утвержденного в администрации населенного пункта. Такую задачу решает ввод автоматизированной системы управления (АСУ) наружным освещением. Пункты питания уличного освещения без системы АСУ включаются и выключаются на данный момент с большими разбросами по времени. Это обусловлено тем, что в системах уличного освещения используются четыре приема управления включения/отключения: управление ручное диспетчером по телефонным линиям связи, управление по таймерам, управление по программируемым устройствам, управление по фотореле. Время включения/отключения разбито в течение года на пятидневки. При ручном управлении нетрудно по линиям связи обеспечить точное время включения/отключения. Однако при этом присутствует человеческий фактор, а именно, непрогнозируемое поведение диспетчера, который самовольно может изменить график работы уличного освещения. К тому же стоимость аренды телефонной линии в некоторых городах достигает до 1500 рублей в месяц. Реле времени необходимо каждые 5 дней программировать вручную путем их объездов. При этом присутствуют затраты на автотранспорт, затраты на зарплату и т.д. Объезды, как правило, не всегда выполняются точно по запланированной дате, поэтому потребление электроэнергии значительно возрастает. Как показала практика эксплуатации уличного освещения, возможны изменения графика его включения/выключения администрацией города (праздничные и официальные мероприятия и т.д.). В этом случае часть каскадов, управляемых программируемыми устройствами, изменению не подвергаются. Аналогично предыдущему случаю, фотореле также включается и выключается при задании определенного уровня освещенности (его настройка может занимать не одни сутки) и при изменении графика режима работы, например, времени выключения освещения, после полуночи, невозможно изменить режим работы фотореле. К недостаткам фотореле также можно отнести необходимость очень частой очистки внешнего фотодатчика от грязи и пыли, что значительно увеличивает эксплутационные расходы. Отклонение времени выключения от графика при управлении от фотореле и программируемого устройства может достигать несколько часов в сутки.
Комплексно задачу энергосбережения в наружном освещении с экономией электроэнергии до 40-50% позволяет решить автоматизированная система управления АСУ «Горсвет» производства ФГУП «НПО автоматики им. академика Н.А. Семихатова» г. Екатеринбург. Данная система была впервые введена в эксплуатацию в 2000 г в г. Сургуте и на данный момент успешно эксплуатируется в 24 населенном пункте России и Казахстана (Екатеринбург, Самара, Пермь, Хабаровск, Сургут, Тобольск, Пенза, Караганда и др.).
Сегодня АСУ «Горсвет» это хорошо отлаженная 3-х уровневая самоокупаемая система, с полностью сертифицированным оборудованием и программным обеспечением. Надежность, высокая производительность, разумное соотношение «Цена/качество», система подготовки кадров, сервисное обслуживание и гарантии производителя являются отличительными чертами АСУ «Горсвет».
Главные требования, которые должны ставиться к современной системе управления и уже решенные на настоящее время АСУ «Горсвет» это:
- Возможность независимого управления отдельной светоточкой (лампой) без изменения
- существующих линий.
- Контроль параметров работы светоточки с выдачей диагностической информацией на
- диспетчерский пункт.
- Максимальное снижение энергопотребления светоточки, продления срока службы лампы.
- Возможность оперативного изменения режимов работы пунктов включения с полным контролем их состояния.
- Экономический эффект от внедрения АСУ «Горсвет» достигается за счет следующих факторов:
- Введения экономичного «ночного» режима освещения (экономия до 2/3 электроэнергии на освещение);
- Установки современных пуско-регулирующих аппаратов ЭПРАН 150, 250 Вт (экономия электроэнергии до 50%, двукратное увеличение срока службы ламп);
- Централизованного управления и контроля технического состояния системы (сокращение эксплуатационных затрат и сокращение численности обслуживающего персонала);
- Антивандального исполнения исполнительных пунктов и охранной сигнализация (сохранение оборудования и проводов от воровства);
- Отказ от арендуемых телефонных линий (УТУ-4М) с переходом на GSM, радиосвязь, ВОЛС;
- Обеспечение автоматического учета потребленной электроэнергии.
При использовании в системе наружного освещения электронного ПРА — ЭПРАН производства ФГУП «НПОА», кроме значительного увеличения ресурса осветительных ламп, появляется возможность автоматического управления потребляемой мощностью (диммирование), яркостью свечения ламп, адресного управления светильниками, проведение диагностики состояния каждого светильника с привязкой к месту его расположения.
К отличительным техническим характеристикам АСУ «Горсвет» можно отнести:
- Повышение надежности работы оборудования за счет применения блоков бесконтактной коммутации (симистор) силовых линий.
- Оперативность централизованного или группового управления объектами наружного освещения.
- Оперативность контроля и выявление обрывов, короткого замыкания в линиях, дистанционный сброс аварии, звуковая и световая сигнализация в случаях возникновения аварийных ситуаций.
- Возможность архивирования получаемой информации и действий диспетчера, формирование отчетных журналов.
- Возможность «привязки» контролируемых пунктов к карте города.
- Модульная структура бесконтактного коммутатора (до 8 модулей).
- Различные модификации пунктов включения с линейкой коммутируемых токов от 15А до 200А.
- Возможность резервирования канала связи с диспетчерским пунктом.
- Наличие технических решений для подключения шкафов АСУ НО других производителей.
Основным и главным элементом в АСУ «Горсвет» является электронный ПРА — ЭПРАН. Его преимущества заключаются в следующем:
- Уменьшение энергопотребления при сохранении светового потока за счет повышения светоотдачи лампы на повышенной частоте и более высокого КПД (КПД ПРА 65-75%, ЭПРА 95%).
- Увеличение срока службы ламп благодаря щадящему режиму работы и пуска (пусковой ток лампы отсутствует).
- Комфортное освещение (отсутствие мерцаний на частоте 100Гц — стробоскопический эффект).
- Стабильность освещения независимо от колебаний сетевого напряжения (до 160В).
- Отсутствие мерцаний и вспышек неисправных ламп (импульсы перезажигания).
- Высокое качество потребляемой энергии (коэффициент мощности 0,98).
- Снижение эксплутационных расходов (по замене ламп).
- Полная диагностика работы лампы в процессе ее работы и выдача этой информации по существующим силовым проводам на пункт включения.
- Возможность диммирования (снижения) мощности лампы в пределах до 50%.
Ориентировочный срок окупаемости АСУ «Горсвет» — 2,5 года.
На данный момент все больше разговоров ведется об использовании светодиодных светильников в наружном освещении. Но в угоду энергосбережения не стоит забывать об их значительных недостатках, не дающих возможность их широкого применения:
- Низкая полная световая отдача (Светодиоды — с учетом потерь до 64 Лм/Вт, ДНаТ — 140 Лм/Вт).
- Завышенный паспортный срок службы 50 000 — 100 000 часов (использование в светильнике импульсных блоков питания, конденсаторов со значительно меньшим ресурсом, проведение испытаний только на 10000 часов).
- Снижение светового потока на 30% со временем.
- Неравномерность распределения яркости по дорожному покрытию.
- Низкая надежность драйверов светильников (блоков питания светодиодных модулей), неустойчивость их к перепадам напряжения.
- Значительная стоимость (светодиодный светильник — 12 000 — 18 000 руб., светильник с Днат и ЭПРАН — до 3500 руб.).
- Неизученность зрительного восприятия человеком света излучаемого светодиодами (психофизиологические исследования не завершены).
Не стоит также забывать, что задачу энергосбережения следует решать уже в настоящее время, а создание современного светодиодного светильника и последующая замена им уже установленных в огромных количествах в предыдущие пять лет светильников с лампами ДНаТ займет не менее 5-10 лет.
По нашему мнению развитие и внедрение светодиодной техники и электронных ПРА в наружном освещении должно идти параллельно, с учетом конкретных условий их применения.
Соловьев А.В.,
ФГУП НПОА им. академика Н.А.Семихатова,
начальник отдела энергосбережения
