Меню Рубрики

Приборы автоматического управления осветительными установками

Герба Игорь Анатольевич

Электротехнический факультет

Кафедра Электроснабжение промышленных предприятий и городов

Специальность Электроснабжение и энергосбережение

Разработка системы автоматического управления осветительными установками внешнего и внутреннего освещения на Донецком электротехническом заводе

Научный руководитель: к.т.н., доц. Якимишина Виктория Викторовна

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

Введение

Освещение, как внутреннее, так и внешнее, является существенным потребителем электроэнергии. Во многих зданиях различного назначения: промышленных, жилых, административных, освещения составляет большую часть от общей потребляемой электроэнергии. Энергосбережение в осветительных установках существенно влияет на расход электроэнергии, а проблемы ее качества и рациональные методы эксплуатации являются чрезвычайно актуальными.

Одним из важных, может даже приоритетным мероприятием, направленным на уменьшение расхода электроэнергии и снижение эксплуатационных затрат, является управление осветительной установкой в изменяющихся условиях ее работы. Рациональное управление любым процессом улучшает его эксплуатационные показатели, и освещение в этом отношении не исключение. Управление освещением, как и в других системах, может быть автоматическим, автоматизированным и ручным.

1. Актуальность темы

Как отмечено в Стратегии инновационного развития Российской Федерации на период до 2020 года, одним из основных направлений развития электроэнергетики является разработка и внедрение энергоэффективных и энергосберегающих технологий.

Осветительные приборы и установки относятся к приемникам электроэнергии массового использования. В зависимости от отрасли промышленности, потребление электроэнергии на освещение от общего ее расхода составляет от 5 до 30%, а иногда и более. Поэтому снижение электропотребления системы освещения, в контексте энергосберегающих технологий в электроэнергетике, является актуальной задачей.

Основными направлениями по энергосбережению в установках внутреннего освещения являются: применение энергоэффективных осветительных устройств и автоматизация управления установок внутреннего освещения.

По первому направлению, в настоящее время, нашли широкое применение светодиодные технологии освещения, благодаря эффективному расходу электроэнергии и простоте конструкции.

По второму направлению энергосбережения в установках внутреннего освещения, необходимо отметить следующее. Автоматизированные системы управления освещением (АСУО) позволяют осуществить: экономию электроэнергии (до 75% по сравнению с нерегулируемым освещением), улучшить комфортность освещения, увеличить срок службы источников света. Дополнительно АСУО могут взять на себя функции мониторинга, диагностики осветительных установок и устранения неисправностей за счет резервных осветительных приборов.

Так, управление освещением является непростым делом, однако оно дает возможность снизить эксплуатационные расходы и повысить комфорт и эстетику в осветительных помещениях.

2. Цели и задачи

Целью работы является разработка системы автоматического управления осветительными установками внешнего и внутреннего освещения на Донецком электротехническом заводе для снижения эксплуатационных расходов электропотребления системы освещения. Произвести расчет и выбор осветительных сетей с учетом всех особенностей выполнения освещения предприятия.

3. Основные требования к управлению осветительными системами

Важным элементом сложной системы управления освещением является так называемый интеллектуальный светильник. Такой светильник имеет электронное регулирующее устройство, датчик движения, фотодатчик. Он может включаться и менять интенсивность освещения в функции факторов, что определяются системой.

Самым простым и наименее совершенным является ручное управление. Оно реализуется выключателями и регуляторами интенсивности освещения, которые приводятся к действию самими пользователями осветительной установки. Можно сформулировать некоторые положения, направленные на повышение его эффективности, которые вытекают из поведения людей – пользователей осветительных установок. Эффективность ручного управления может повысить рациональная конструкция осветительных установок. Местные выключатели и регуляторы должны бросаться в глаза, размещаться в типичных и удобных местах. Желательно установить датчики присутствия, которые действуют параллельно с общим выключателем, установленным при выходе.

Освещаемые помещения промышленных предприятий можно разделить на шесть классов. Каждому из этих классов можно рекомендовать отдельные методы построения структуры и функций автоматизированных систем управления освещением.

В первый класс (пространство собственное) можно отнести помещения, в которых работает один или несколько человек, которые считают это пространство своим и хотят сами решать, каким должно быть освещение в произвольный момент времени, или небольшие жилые помещения. В таких помещениях автоматически, с целью экономии энергии, должно выключаться освещение, если его оставят работники, а уровень переключения искусственного освещения должен превышать уровень зрительного комфорта.

Ко второму классу можно отнести производственные и лабораторные помещения. Пользователи считают близкую к себе зону своей и не могут контролировать отдаленные зоны, которыми пользуются другие люди, а значит, не могут и влиять на них. Для освещения пространств этого класса рекомендуется выделить несколько отдельных цепей освещения. В таком случае целесообразно установить местные выключатели и регуляторы на отдельных рабочих местах.

Осветительное пространство третьего класса – это административно-бытовые помещения. Применённая для них автоматизированная система управления должна автоматически с выдержкой времени выключать свет в функции присутствия людей в помещении.

К четвертому классу относятся помещения, в которых пользователи пространства появляются эпизодически. Перерывы между посещениями длинные, посетители могут иметь занятые руки. Освещение безопасности может быть обязательным и непрерывным.

Для таких помещений автоматизированная система управления должна предусматривать ручное включение и автоматическое выключение света с выдержкой времени в функции присутствия людей. В малых помещениях достаточно подсвеченного выключателя.

К пятому классу относится освещаемое пространство, которое не принадлежит пользователям, поскольку они появляются в нем эпизодически. Это – коридоры, лестницы, лифты.

И последний, шестой класс, это складские помещения, где освещение используется временно. В помещениях этого класса допускаются значительные колебания горизонтальной освещенности. Часто такими помещениями пользуются в определенные указанные часы, и тогда систему управления можно программировать. В них следует разделить освещение на несколько электрических цепей, согласно программе использования и доступности дневного света. Надо предусмотреть сумеречное и энергосберегающее освещение безопасности в то время, когда объект не используется.

В автоматических системах управления освещением в автоматических частях автоматизированных систем контролируемыми и регулируемыми параметрами являются – горизонтальная освещенность, время, наличие людей в помещении. Для их контроля используют фотоголовки, подвешенные на потолке или установлены в интеллектуальных светильниках, что наблюдают горизонтальную рабочую поверхность, программируемые микроконтроллерные или электронные реле времени и детекторы присутствия, большинство из которых реагируют на движение теплового предмета, что излучает инфракрасные лучи и находится в их поле зрения. Для больших расстояний можно рекомендовать микроволновые датчики, принцип действия которых основан на эффекте Доплера, который проявляется в луче, отраженном от движущегося предмета. Используют также датчики, которые реагируют на шум [1].

Читайте также:  Установка общедомовых приборов учета срок давности

4. Регуляторы светового потока осветительных установок промышленных и административно-бытовых помещений

За последние годы созданы и серийно выпускаются регуляторы светового потока для различных источников освещения. Бесконтактный регулятор освещения (РО) СВЕТ-30 производства России (структурная схема приведена на рис. 4.1) предназначен для управления световым потоком светильников.

Регулятор выполнен в виде отдельных блоков, которые позволяют осуществлять независимое регулирование в каждой фазе. Регулировка производится с помощью силовых бесконтактных полупроводниковых аппаратов, в качестве которых использованы симисторы.

Включение симистора производится импульсом, что управляет синхронизированным с частотой питающего напряжения. Напряжение трехфазной сети с помощью группы магнитных пускателей МП подается на блоки регулирования А7-А9 через преградоподавляющие фильтры А10-А12. К выходам блоков регулирования подключены осветительные нагрузки H1-H3, где используются лампы накаливания или люминесцентные лампы.

Рисунок 4.1 – Структурная схема регулятора освещения Свет-30

Управление регулятором по всем фазам осуществляется от ручки управления или полуавтоматически, непосредственно от блока управления А1 или на расстоянии от пульта дистанционного управления А2. Для автоматического управления уровнем совмещенного освещения используются фотореле А4-А6, подключены к соответствующим блокам регулирования.

Блок преобразования частоты А3 применяется только при работе с люминесцентными лампами для обеспечения режима перезажигания и стабилизации разряда.

Управление всеми блоками, входящих в регулятор, а также коммутация силовых цепей осуществляется либо непосредственно с блока управления А1, или дистанционно с выносного пульта управления А2.

Разработаны и серийно изготавливаются пускорегулирующие устройства, позволяющие регулировать световой поток люминесцентных ламп. Устройство работает следующим образом.

Рисунок 4.2 – Регулятор светового потока люминесцентных ламп

При подаче напряжения на лампы 2 зажигаются на максимальную яркость (рис 4.2). Благодаря регулированию тиристорным регулятором 1 угол управления напряжения питания меняется и на лампы поступает пониженное напряжение. В результате изменяется протекающий через лампы ток и световой поток. Дополнительный высокочастотный ионизирующий источник 4 поддерживает проводящее состояние ламп в широком диапазоне регулирования светового потока и позволяет получить высокую кратность его изменения. Последовательно с люминесцентными лампами включен блок автоматического регулирования подогрева электродов ламп 5.

Фирма Schneider Electric [5] серийно производит регуляторы светового потока TVо, светорегуляторы с дистанционным управлением и оборудование для управления. Светорегуляторы используются для управления ламп накаливания и люминесцентных ламп. Для ламп накаливания рекомендуются светорегуляторы с дистанционным управлением типа TVс700, TV700, регулирующих мощность ламп до 700 Вт, а для люминесцентных ламп – светорегуляторы с дистанционным управлением TVо1000, TVВо с регулировкой мощности ламп до 1500 ВА.

Светорегуляторы данных типов позволяют управлять световыми потоками осветительных приборов, дистанционное включение и отключение их от электрической сети и выполняют защиту осветительных приборов и осветительных сетей. Кроме того, светорегуляторы позволяют выполнять многозонное дифференциальное управления освещением помещений с использованием различных источников света с централизованным отключением света в нерабочее время суток. Принципиальная схема осветительной сети приведена на рис. 4.3.

Рисунок 4.3 – Схема осветительной сети с светорегуляторами фирмы Schneider Electric

В схеме управления использованы:

  • C60 Vigi – дифференциальный автоматический выключатель;
  • IHP – программируемое реле времени;
  • TVo1000 – светорегулятор для ламп накаливания;
  • TVBo – светорегулятор для люминесцентных ламп;
  • NTVo – светорегулятор.

Для управления наружным освещением промышленных предприятий можно использовать цифровое реле, реагирующее на темноту DigiLUX (ООО ЭЛЕКТРОСФЕРА , г. Киев).

Цифровое реле DigiLUX предусмотрено для управления внешним освещением, которое должно включаться как только стемнеет и выключаться с восходом солнца.

Рисунок 4.4 – Схема управления наружным освещением

Логические модули LOGO!, для регулирования освещения производства фирмы Siemens [6], являются компактными функционально законченными, универсальными изделиями предназначенными для построения простых устройств автоматов с логической обработкой информации. Алгоритм функционирования устройства задается программой, составленной из набора встроенных функций. Программирование контроллеров Siemens – модулей LOGO! может выполняться с клавиатуры с отображением информации на встроенном дисплее. Суть программирования контроллера Siemens сводится к программному соединению необходимых функций и задания параметров настройки (включение/выключение, значений счетчиков и т.д.). Использование LOGO! для регулирования освещения осуществляется легко, поскольку в LOGO! заложено набор программных элементов (встроенных функций), предназначенных исключительно для решения такого рода задач. Это прежде всего функция импульсное реле (при появлении импульса на входе импульсное реле переключает импульс) функция лестничный автомат (при появлении импульса на входе реле включается и остается включенным в течение 6 минут) и многофункциональный переключатель (выход включается на заданное время импульсом нажатия, постоянное освещение активизируется удержанием кнопки в нажатом состоянии в течение заданного времени).

Естественно, что использовать логический модуль LOGO! исключительно для относительно простых решений очень не рационально, поэтому использовать необходимо для многофункциональных схем автоматического управления целых цепей светильников в одном или в нескольких помещениях.

Рисунок 4.5 – Схема управления люминесцентными светильниками с помощью LOGO!

Для удобства программирования и наладки логического модуля LOGO! фирма-производитель создала очень удобную программу, которая носит название LOGO! Soft Comfort .

5. Размещение и особенности проектирования средств регулирования напряжения в осветительных сетях

Размещение стабилизаторов, регуляторов и ограничителей напряжения в осветительных сетях определяется структурой и конфигурацией сети, размещением, характером нагрузки и изменением напряжения во времени [2].

Читайте также:  Установка приборов учета воды газа

Рисунок 5.1 – Характерная структурная схема распределения электроэнергии для осветительных установок

На рис. 5.1 приведена характерная структурная схема распределения электроэнергии для осветительных установок. Как известно, качество напряжения в значительной степени зависит от стечения графиков нагрузок отдельных электроприемников, а также от возможностей регулирования напряжения в центрах питания, в частности на главных понижающих подстанциях ГПП и трансформаторных подстанциях ТП (рис. 5.1).

Диапазон возможных отклонений напряжения в узловых точках разветвления сети, в частности в распределительных пунктах питающей сети РП и на групповых осветительных щитках ГЩ, должны быть определены уже на стадии проектирования, причем сразу же должны быть выбраны средства регулирования напряжения. При выборе средств регулирования необходимо внимательно подходить к выбору мощности регуляторов. Известно, что чем мощнее регулятор, тем большую мощность ламп он может обслуживать и тем меньше стоимость 1 кВт установленной мощности регуляторов, но при этом ухудшается качество стабилизации. Наилучшими показателями по качеству стабилизации имеют схемы, в которых регуляторы напряжения установлены непосредственно перед групповыми щитками ГЩ (рис. 5.2).

Рисунок 5.2 – Схема управления осветительными приборами с регуляторами напряжения перед ГЩ
(анимация: 9 кадров, 7 циклов повторения, 67 килобайт)

Рисунок 5.3 – Схема управления осветительными приборами с стабилизатором или ограничителем напряжения на входе в РП
(анимация: 5 кадров, 7 циклов повторения, 47 килобайт)

При совпадении графиков нагрузки отдельных групп хорошие результаты могут быть достигнуты включением стабилизатора или ограничителя напряжения на входе в распределительный пункт питающей сети (рис. 5.3).

Во всех случаях при выборе варианта установки и конкретного типа регулятора следует принимать вариант с наименьшими приведенными затратами.

Конечно показатели экономической эффективности регуляторов и ограничителей рассчитываются для режима полной загрузки. Однако в условиях реальной эксплуатации такой режим не всегда имеет место. Неполная загрузка обусловливается главным образом распределением сети освещения на участки. Для подключения к ограничителю участка сети объединяют так, чтобы их суммарная установленная мощность не превышала мощности ограничителя. Кроме того, существует ряд случаев экономически или технически целесообразной неполной загрузки ограничителей, когда потребителями являются отдельные мощные или отдаленные осветительные установки, труднодоступными или дефицитными источниками света.

Выводы

Данная работа показывает, что в настоящее время основными инновационными направлениями по энергосбережению внутреннего и внешнего освещения является замена люминесцентных ламп, ДРЛ и ламп накаливания на светодиодные источники, а также разработка системы автоматизированного управления освещением.

На момент написания данного реферата магистерская работа еще не завершена. Ориентировочная дата завершения магистерской работы: июнь 2018 года. Полный текст работы и материалы по теме могут быть получены у автора или его руководителя после указанной даты.

источник

Системы автоматического управления освещением зданий

Расход электроэнергии на цели освещения может быть заметно снижен достижением оптимальной работы осветительной установки в каждый момент времени.

Добиться наиболее полного и точного учета наличия дневного света, равно как и учета присутствия людей в помещении, можно, применяя средства автоматического управления освещением (СУО) . Управление осветительной нагрузкой осуществляется при этом двумя основными способами: отключением всех или части светильников (дискретное управление) и плавным изменением мощности светильников (одинаковым для всех или индивидуальным).

К системам дискретного управления освещением в первую очередь относятся различные фотореле (фотоавтоматы) и таймеры. Принцип действия первых основан на включении и отключении нагрузки по сигналам датчика наружной естественной освещенности .

Вторые осуществляют коммутацию осветительной нагрузки в зависимости от времени суток по предварительно заложенной программе.

К системам дискретного управления освещением относятся так­же автоматы, оснащенные датчиками присутствия . Они отключают светильники в помещении спустя заданный промежуток времени после того, как из него удаляется последний человек. Это наиболее экономичный вид систем дискретного управления, однако к побочным эффектам их использования относится возможное сокра­щение срока службы ламп за счет частых включений и выключений.

Системы плавного регулирования мощности освещения по своему устройству несколько сложнее. Принцип их действия поясняет рисунок.

Принцип действия системы плавного регулирования освещения

В последнее время многими зарубежными фирмами освоено производство оборудования для автоматизации управления внутренним освещением. Современные системы управления освещением сочетают в себе значительные возможности экономии электроэнергии с максимальным удобством для пользователей.

Основные функции автоматизированных систем управления освещением

Автоматизированные системы управления освещением , предназначенные для использования в общественных зданиях, выполняют следующие типичные для этого вида изделий функции:

Точное поддержание искусственной освещенности в помещении на заданном уровне . Достигается это введением в систему управления освещением фотоэлемента, находящегося внутри помещения и контролирующего создаваемую осветительной установкой освещенность. Уже только одна эта функция позволяет экономить энергию за счет отсечки так называемого «излишка освещенности».

Учет естественной освещенности в помещениии . Несмотря на наличие в в подавляющем большинстве помещений естественного освещения в светлое время суток, мощность осветительной установки рассчитывается без его учета.

Если поддерживать освещенность, создаваемую совместно осветительной установкой и естественным освещением, на заданном уровне, то можно еще сильнее снизить мощность осветительной установки в каждый момент времени.

В определенное время года и часы суток возможно даже использование одного естественного освещения. Эта функция может осуществляться тем же фотоэлементом, что и в предыдущем случае, при условии, что он отслеживает полную (естественную + искусственную) освещенность. При этом экономия энергии может составлять 20 — 40%.

Учет времени суток и дня недели. Дополнительная экономия энергии в освещении может быть достигнута отключением осветительной установки в определенные часы суток, а также в выходные и праздничные дни. Эта мера позволяет эффективно бороться с забывчивостью людей, не отключающих освещение на рабочих местах перед своим уходом. Для ее реализации автоматизированная система управления освещением должна быть оборудована собственными часами реального времени.

Читайте также:  Установка на приборе usb

Учет присутствия людей в помещении. При оборудовании системы управления освещением датчиком присутствия можно включать и отключать светильники в зависимости от того, есть ли люди в данном помещении. Эта функция позволяет расходовать энергию наиболее оптимально, однако ее применение оправдано далеко не во всех помещениях. В отдельных случаях она может даже сокращать срок службы осветительного оборудования и производить неприятное впечатление при работе.

Получаемая за счет отключения светильников по сигналам таймера и датчиков присутствия экономия электроэнергии составляет 10 — 25 %.

Дистанционное беспроводное управление осветительной установкой . Хотя такая функция не является автоматизированной, она часто присутствует в автоматизированных системах управления освещением благодаря тому, что ее реализация на базе электроники системы управления освещением очень проста, а сама функция добавляет значительное удобство в управлении осветительной установкой.

Методами непосредственного управления осветительной установкой является дискретное включение/отключение всех или части светильников по командам управляющих сигналов, а также ступенчатое или плавное снижение мощности освещения в зависимости от этих же сигналов.

Ввиду того, что современные регулируемые электронные ПРА имеют ненулевой нижний порог регулирования, в современных автоматизированных системах управления освещением применяется комбинация плавного регулирования вплоть до нижнего порога с полным отключением ламп в светильниках при его достижении.

Классификация систем автоматического управления освещением

Системы автоматического управления освещением, условно можно разделить на два основных класса — так называемые локальные и централизованные .

Для локальных систем характерно управление только одной группой светильников, в то время как централизованные системы допускают подключение практически бесконечного числа раздельно управляемых групп светильников.

В свою очередь, по охватываемой сфере управления локальные системы могут быть подразделены на «системы управлении светильниками» и «системы управления освещением помещений» , а централизованные — на специализированные (только для управления освещением) и общего назначения (для управления всеми инженерными системами здания — отоплением, кондиционированием, пожарной и охранной сигнализацией и т.д.).

Локальные системы управления освещением

Локальные «системы управления светильниками» в большинстве случаев не требуют дополнительной проводки, а ино­гда даже сокращают необходимость в прокладке проводов. Конструктивна они выполняются в малогабаритных корпусах, закрепляемых непосредственно на светильнике или на колбе одной из ламп. Все датчики, как правило, составляют один электронный прибор, в свою очередь, встроенный в корпус самой системы.

Часто светильники, оборудованные датчиками, обмениваются между собой информацией по проходам электрической сети. За счет этого даже в случае, если в здании остался единственный человек, находящиеся на его пути светильники останутся включенными.

Централизованные системы управления освещением

Централизованные системы управления освещением, наиболее полно отвечающие названию «интеллектуальных», строятся на основе микропроцессоров, обеспечивающих возможность практически одновременного многовариантного управления значительным (до нескольких сотен) числом светильников. Такие системы могут применяться либо только для управления освещением, либо также и для взаимодействия с другими системами зданий (например, с телефонной сетью, системами безопасности, вентиляции, отопления и солнцезащитных ограждений).

Централизованные системы выдают также управляющие сигналы на светильники по сигналам ло­кальных датчиков. Однако преобразование сигналов происходит в едином (центральном) узле, что предоставляет дополнительные возможности вручную управлять освещением здания. Одновременно существенно упрощается ручное изменение алгоритма работы системы.

При системах централизованного дистанционного или автоматического управления освещением питание цепей управления разрешается от линии, питающей освещение.

Для помещений, имеющих зоны с разными условиями естественного освещения, управление рабочим освещением должно обеспечивать включение и отключение светильников группами или рядами по мере изменения естественной освещенности помещений.

Существующий ассортимент автоматизированных систем управления освещением (СУО) делится на три класса:

1) СУО светильника — простейшая малогабаритная система, конструктивно являющаяся частью светильника и управляющая только либо одной группой нескольких близлежащих светильников.

2) СУО помещения — самостоятельная система, управляющая одной или несколькими группами светильников в одном или нескольких помещениях.

3) СУО здания — централизованная компьютеризованная система управления, охватывающая освещение и другие системы целого здания или группы зданий.

Большинство компаний-производителей систем управления освещением (СУО) светильников изготовляют эти системы в виде отдельных блоков, которые могут быть встроены в светильники различных типов.

Безусловным преимуществом СУО светильников является простота их монтажа и эксплуатации, а также надежность. Особенно надежны СУО, не требующие электропитания, так как выходу из строя наиболее подвержены блоки питания СУО и энергопотребляющие микросхемы.

Однако если требуется управлять осветительными установками крупных помещений или, например, стоит задача индивидуального управления всеми светильниками в помещении, СУО светильников оказываются достаточно дорогим средством управления, так как требуют установки одной СУО на один светильник. В этом случае удобнее использовать СУО помещений , которые содержат меньше электронных компонентов, чем требуется в предыдущем случае, и поэтому более дешевы.

СУО помещений представляют собой блоки, размещаемые за подвесными потолками или конструктивно встраиваемые в электрические распределительные щиты. Системы этого типа, как правило, осуществляют одну функцию или фиксированный набор функций, выбор между которыми производится перестановкой переключателей на корпусе или выносном пульте управления системы.

Подобные СУО относительно просты в изготовлении и обычно построены на дискретных логических микросхемах. Датчики СУО помещений всегда являются выносными, они должны быть размещены в помещении с управляемыми осветительными установками и к ним необходима специальная проводка, что представляет собой определенное практическое неудобство.

источник